[发明专利]饱和粘性土浮力水头测算方法

权利要求书

1.一种饱和粘性土浮力水头测算方法，其特征在于，所述测算方法通过将实测或预测的潜水或承压水含水层水位或供水水头代入一个截距不为0的线性方程式计算出两含水层之间粘性土中的浮力水头，所述线性方程式具有一种如式(1)的形式：

y＝a(x-b) (1)

其中，x为所述潜水或承压水含水层水位或所述供水水头；y为所述浮力水头；a为折减斜率，无量纲；b为起始水头差；

通过对所述饱和粘性土进行粒径分析和密度试验，基于颗粒组成数学模型求得所述折减斜率a。

2.如权利要求1所述的测算方法，其特征在于，所述线性关系式中的起始水头差b通过式(2)计算：对所述粘性土进行渗透试验可以获得起始水力梯度i₀，对所述粘性土渗流场进行分析，得出地下工程基底所处位置的渗透途径长度l；

b＝i₀l (2)

其中，b为起始水头差；i₀为起始水力梯度，无量纲；l为渗透途径长度。

3.如权利要求2所述的测算方法，其特征在于，所述颗粒组成数学模型包括如式(3)所述的计算：

a＝1-c (3)

其中，a为所述折减斜率，其等同于重力水作用面积比；c为附着水作用面积比，所述附着水作用面积比c通过式(4)计算：

式中，c为所述附着水作用面积比，无量纲；n为粒径的组数，无量纲；r_i为土颗粒概化粒径，mm，由粒径分析试验确定；M_i为单位面积内土颗粒粒径的数量，mm^-2；d为附着水在土颗粒表面的附着厚度，mm；i＝1，2……n；

其中，所述单位面积内各粒径颗粒的数量M_i按式(5-6)计算：

式中：M_i为单位面积内土颗粒粒径的数量，mm^-2；N_i为单位体积内不同粒径土颗粒的数量，mm^-3；V为单位体积，取1mm³；V_i为单位体积试样中不同粒径对应的体积比，无量纲，由土工试验确定；r_i为土颗粒概化粒径，mm，由粒径分析试验确定；x_i为不同粒径颗粒占土体颗粒质量的百分比，无量纲，由所述粒径分析试验确定；

所述附着水在土颗粒表面的附着厚度d按式(7)计算：

式中：d为附着水在颗粒表面的附着厚度，mm；V₁、V₂为单位体积试样中附着水的体积比，无量纲，由土工试验确定；r_i为土颗粒概化粒径，mm，由粒径分析试验确定；N_i为单位体积内不同粒径土颗粒的数量。

4.如权利要求2所述的测算方法，其特征在于，所述测算方法还包括一种用于验证所述测算方法的试验方法，所述试验方法通过使用一种试验装置进行试验，所述试验装置包括箱体和供水水箱，所述箱体的顶端开放，架设有刚性反力梁，所述箱体内设有地下结构模块和围设在其外部的围护结构，在所述维护结构外、所述箱体内填充有试验土层，所述试验土层为细砂或粘性土；在所述箱体内底层、所述试验土层的下层铺设中砂；所述箱体内开设有多个不同深度的地下水位观测孔；

其中，所述地下模块包括圆形钢板，所述圆形钢板上表面与一三角锥底端固定连接，所述三角锥的顶端通过拉压应力传感器与所述刚性反力梁固定连接；

所述维护结构为无底圆筒，所述无底圆筒套设在所述地下结构模块外周，其内径大于所述圆形钢板使得其内壁不与所述地下结构模块接触，所述无底圆筒的底端包覆防水层，所述防水层底面与所述试验土层直接接触，所述防水层顶面与所述圆形钢板接触。