[发明专利]一种高应力下钙质砂的剪切强度确定方法

说明书

本发明公开了一种高应力下钙质砂的剪切强度确定方法：取相同颗粒级配的钙质砂和石英砂，并置备不同相对密实度的试样；采用分层装填，分别进行1500KPa、3000KPa、5000KPa常应力单剪试验；剪切力大小趋于稳定值时，认为土样已经剪损，否则，当剪切位移达到20％时停止试验；绘制应力应变关系曲线，库伦公式计算砂土最大内摩擦角；计算剪胀角，得到不同密实度不同砂土最大剪胀角；计算临界内摩擦角；运用Hardin法或Marsal法得到试样破碎率Br_H或Br_M；对未发生破碎的石英砂拟合得到剪切强度公式；在钙质砂强度公式中引入破碎分量，按照之前石英砂确定的系数计算破碎分量，与破碎率进行拟合，得到钙质砂剪切强度公式。

技术领域

本发明涉及一种剪切强度确定方法，更具体的说，是涉及一种高应力下钙质砂的剪切强度确定方法。

背景技术

钙质砂作为一种具有高孔隙比，易破碎性的特殊海洋土质，对其强度是有一定的影响的。在我国南海海域分布着大量的钙质砂，随着近十年来对海上石油、天然气资源的勘探和开采以及岛礁旅游业的开发，岛礁和海上现代化工程数量正日益增多，规模也将更大，因此对作为地基的钙质砂的剪切强度特性研究就显得十分重要，其中对于钙质砂抗剪强度与剪胀之间的关系分析又是重中之重。

目前常用的砂土抗剪强度与剪胀之间的关系表达式系Bolton于1986提出的：

其中，表示最大内摩擦角，表示临界内摩擦角，ψ_max表示最大剪胀角ψ_max。其中是土体的本质属性，ψ_max取决于砂样的相对密实度与上覆压力。

然而，由于钙质砂颗粒脆质易碎，因此在高竖向应力作用下，其剪切过程将导致相当数量的颗粒破碎。过往研究成果表明，颗粒破碎会影响土的抗剪强度。但是，目前对于这种关系尚没有明确的说明。故而，建立一种新的能够综合考虑钙质砂强度、剪胀以及颗粒破碎之间关系的表达式，对于确定钙质砂的剪切强度以及在此基础上的地基基础设计至关重要。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术中的不足，提出一种高应力下钙质砂的剪切强度确定方法，为钙质砂强度的确定提供一种思路，同时采用该方法确定的剪切强度关系与实际情况更加相符。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的。

本发明高应力下钙质砂的剪切强度确定方法，包括以下步骤：

1)分别对不同相对密实度的石英砂进行1500KPa、3000KPa、5000KPa下的常应力单剪试验；其中装样时采用分层装填法，共分3层，每层高度相同、质量相同；

2)试验过程中当剪切力大小趋于稳定值时，认为被测石英砂土样已经破坏，若无上述情况发生，则当剪切位移达到20％时停止试验；

3)根据试验过程中的剪应力-剪应变关系曲线，由库伦公式计算出上述石英砂在对应相对密实度以及常应力下的最大内摩擦角

4)再根据试验过程中的竖向位移变化量d_v和水平位移变化量d_u，由公式ψ＝arctan-(d_v/d_u)计算出上述石英砂在对应相对密实度以及常应力下的最大剪胀角ψ_max,q；

5)取上述石英砂在对应相对密实度以及常应力下的最大剪胀角ψ_max,q为横坐标，最大内摩擦角为纵坐标，绘制出一系列数据散点，对散点进行线性拟合，所得到的直线截距即为该石英砂的临界内摩擦角

6)按照Bolton的方法确定上述石英砂最大内摩擦角临界内摩擦角和最大剪胀角ψ_max,q的关系式中的参数b值；