[发明专利]一种利用剪切模量变化计算软土结构性扰动度的方法

说明书

本发明公开了一种利用剪切模量变化计算软土结构性扰动度的方法。取样前现场原位剪切波速测试，获得原位剪切波速，取不同深度的土样并标记，对所取不同深度的土样，在待其应力释放后和重塑后分别用弯曲元剪切波速测试装置进行测试，获得取样扰动后无应力状态的剪切波速和土体重塑后的剪切波速，计算取样前的土体平均有效应力和上覆有效应力，计算得到各深度取样导致的土体结构性扰动度。本发明测试步骤简单，测试结果准确，通过分离在取样过程中土体结构性扰动(不可恢复扰动)和应力状态改变(可恢复扰动)这两个影响因子，可分别在现场和室内计算取样过程造成的土体结构性扰动程度。

技术领域

本发明涉及土体扰动计算方法，具体涉及了一种利用剪切模量变化计算软土结构性扰动度的方法。

背景技术

目前对于土体物理力学性质评价主要通过现场原位试验和室内试验两部分。室内试验具有经济、灵活和易于控制的优点，但在现有取样过程中，虽然经过了很多研究和改进，仍不可避免的会对土体造成扰动。为了减小取样扰动对室内试验结果的影响，准确测试土体物理力学性质指标，除了改进取样设备和提高技术水平尽量减小扰动外，还应建立取样对土样结构性扰动度的定量评价体系。钻孔取样造成土样扰动主要可分为应力释放和土体结构性扰动两部分，前者造成的扰动可恢复，而后者不可恢复。现有取样扰动计算方法主要基于室内固结试验，试验耗时较长且如果结果不理想容易错过再次取样的机会。也有通过剪切波速为指标评价取样扰动的方法，这种方法可在现场进行取样扰动评价，具有无损检测且耗时短的优点。但需注意，剪切波速综合反映应力水平和结构性，并没有与结构扰动直接关联，未能将应力释放和土体结构性扰动区分开。室内试验中可通过各类试验装置使土样恢复原位应力状态水平以消除应力释放因素对室内试验结果的影响，而软粘土取样时造成的结构性扰动则导致土体颗粒结构损伤，在室内试验时无法恢复。综上所述，在岩土勘察领域缺少一套对取样过程造成土体结构性扰动的定量计算方法与测试技术。

发明内容

本发明的目的是针对现有方法计算取样过程导致的土体结构性扰动度的不足之处，提供了一种利用剪切模量变化计算软土结构性扰动度的方法，从而实现采用应力归一化后的小应变剪切模量指标计算取样过程导致的土体结构性扰动度。土体小应变剪切模量是综合表征土体结构性和应力水平状态的一个物理量，具有无损检测和室内与现场原位协同测试的突出优势。影响小应变剪切模量的主要因素是有效应力和土体微观结构性(颗粒接触数目、方向性和接触形式)，分别对应取样扰动时的应力水平状态和土体结构性，土体应力水平越高，土体结构性越强，则小应变剪切模量越大。小应变剪切模量具有明确的物理意义，现场原位值和室内试验值易于测定，对取样过程造成的土体扰动较为敏感，且整个测试过程对试验土样的扰动极小。

本发明采用的技术方案包括以下步骤：

1)取样前在拟取样场地利用跨孔法进行现场原位剪切波速测试，获得该场地不同深度处的取样扰动前的原位剪切波速V_s0；

2)在取样场地按照拟定深度钻孔取不同深度的土样，在取样筒上标记所取土样深度；

3)对所取不同深度的土样，待其应力释放后分别用弯曲元剪切波速测试装置进行测试，由于所测试样是取样后应力状态为零的土样，因此获得取样扰动后无应力状态的剪切波速V_s1；

4)对所取不同深度的土样，将其重塑使得土体结构性降到最低，再分别用弯曲元剪切波速测试装置进行测试，获得土体重塑后的剪切波速V_s2，，即土体结构度扰动度SD＝100％的剪切波速V_s2；

5)计算取样前的土体平均有效应力σ'_m0和取样前的土体上覆有效应力σ'_v0；

6)计算得到各深度取样导致的土体结构性扰动度SD。

所述弯曲元剪切波速测试装置具体可采用申请号为201610096076.8的发明专利申请中的技术方案。