[发明专利]一种膨胀土强度预测的评估模型构建方法

权利要求书

1.一种膨胀土强度预测的评估模型构建方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：进行膨胀土的脱湿试验或者增湿试验，利用FX模型，得到膨胀土的土水特征曲线；

S2：分析计算膨胀土土颗粒和水之间的物理化学作用，进而得到总吸力、吸附力与饱和度之间的关系；

S3：进行膨胀土饱和强度试验和参考吸力下的强度试验，为S4提供实验数据；

S4：利用饱和强度和参考强度推导得到任意吸力下的强度评估公式，做出强度的评估曲线，即评估模型；

步骤S1的具体内容为：

根据膨胀土的脱湿试验或者增湿试验数据，利用FX土水特征曲线的拟合公式，编写MATLAB小程序进行参数的拟合，具体使用fittype函数，给定FX拟合公式中合理的参数取值范围：下界为opts.Lower＝[0.4,1,0,0]；上界为opts.Upper＝[0.5,2000,12,12]；起始点为opts.StartPoint＝[0.68,100,1,1]；从而确定土水特征曲线传统模型；

步骤S2的具体内容为：

将渗透吸力忽略不计，并且认为土体完全饱和时土体和水之间的物理化学作用为零；在这个简化的基础之上，分析膨胀土和水之间的物理化学作用，得到总吸力、吸附力和饱和度之间的变化曲线；

步骤S2中，对物理化学作用的确定方法为：利用热力学相关平衡理论，确定范德华力、电离力和水化力微观作用力的热力学关系，得到膨胀土中的物理化学作用表示为：

Π＝Π_D-ρ_wΩ^l

其中ρ_w是水的密度，Π_D渗透压力，Ω^l表面力势能，通过下式获取：

将渗透吸力Π_D忽略不计，同时相对比于-ρ_wΩ^l是很微小，简化之后的物理化学作用表示为：

Π≈-ρ_wΩ^l

进而分析吸附力和总吸力之间的关系；

步骤S2中，根据吸附力和总吸力之间的关系，编写MATLAB小程序进行量化，具体使用quad函数，利用已知的FX土水特征曲线公式，求得吸附力的大小；

非饱和土的强度分为饱和强度和吸力贡献的强度，Q＝Q_sat+Q_s，Q_sat是饱和土强度，Q_s是吸力贡献的强度增加，其中吸力造成的强度表示为Q_s＝ΛS_r(s-Π)，其中Λ表示外力、试验技术和土体结构对强度的贡献，S_r是饱和度，s是吸力，Π是物理化学作用，也即吸附力；参考吸力下的强度为Q_ref＝Q_sat+ΛS_r,ref(s_ref-Π_ref)；

利用参考吸力下的强度公式将Λ消去之后得到膨胀土的强度公式：