[发明专利]不同加载路径下钙质砂的颗粒级配曲线的快速预测方法

说明书

本发明涉及不同加载路径下钙质砂的颗粒级配曲线的快速预测方法，包含步骤：获取在等向压缩试验条件下，相同初始级配和初始孔隙比的钙质砂在不同围压下的颗粒粒径分布曲线；计算等向压缩试验下的相对破碎率；确定不同加载路径下的压缩试验中的钙质砂试样的应力应变关系；计算的总输入能；获取颗粒粒径分布曲线；计算不同加载路径下的相对破碎率；确定特征粒径的尺寸；绘制数据散点关系图；获得拟合参数；得到快速预测方程。本发明解决了应力路径对级配演化规律的影响，使颗粒粒径分布模型不受实际颗粒粒径分布与假定的颗粒粒径分布曲线的函数关系式匹配程度影响；让应力路径对颗粒粒径分布的影响不受初始级配条件限制，拓宽了应用条件和应用场景。

技术领域

本发明涉及岛礁建设工程技术领域，具体地涉及不同加载路径下钙质砂的颗粒级配曲线的快速预测方法。

背景技术

作为海洋岛礁工程主要的填料和地基材料，钙质砂是一种颗粒强度低、形状复杂和内孔隙丰富，在较低的应力作用下就会产生显著颗粒破碎效应的特殊岩土材料。颗粒破碎效应会改变钙质砂的级配，而级配对钙质砂的孔隙比、渗透系数、最大干密度、抗剪强度、沉降变形以及临界特性等均有重要影响。一方面，这种级配的改变又是随着外荷载或变形的变化而变化，使得钙质砂的力学特性更为复杂。另一方面，在不同的实际工程中，钙质砂往往处于不同的加载路径下，而加载路径也是影响颗粒破碎效应的重要因素，这也导致钙质砂在不同的加载路径下的颗粒级配差异性较大。这种级配的变化则可能会使钙质砂的抗剪强度、渗透性或沉降变形发生变化，引发工程结构问题。因此，基于海洋岛礁工程稳定性和结构安全性的考虑，获取不同加载路径下钙质砂的颗粒粒径分布曲线，对评价钙质砂的力学行为和变形特性有重要意义。

现有技术对粒状土颗粒粒径分布曲线的获取主要有两种方法：(1)通过假定颗粒粒径分布曲线的函数关系式(如，分形模型)，然后通过颗粒破碎指标(如，Hardin提出的相对破碎率)，建立起颗粒破碎指标与粒径分布曲线的函数关系式中参数的关系，最后依据试验结果，建立应力-应变关系与颗粒破碎指标的关系。这样就形成了应力-应变关系—颗粒破碎指标—粒径分布曲线的转换关系；(2)从单颗粒破碎试验出发，假定单颗粒破碎概率与颗粒粒径的关系(如McDowell提出的颗粒“存活概率”和荷载之间符合Weibull分布概念)，然后对单颗粒破碎规律基于Ozkan提出的级配演化Markov模型进行叠加，获得多颗粒粒径组颗粒破碎的颗粒粒径分布曲线。

再者结合上述两种方法，依据单颗粒破碎概率与颗粒粒径的关系的函数关系式和假定的颗粒粒径分布曲线的函数关系式，建立两类函数关系式参数的联系，最终来获得多颗粒粒径组颗粒破碎的颗粒粒径分布曲线。

现有技术的缺陷在于：

1.假定颗粒粒径分布曲线的函数关系式的颗粒级配演化预测方法，很大程度取决于应力作用下颗粒破碎后，钙质砂的颗粒粒径分布与假定的颗粒粒径分布曲线的函数关系式的匹配程度；基于上述逻辑基础，如果两者匹配效果差，则必然导致预测结果离散性大，从而进一步导致预测精度非常差；

2.采用Markov模型叠加单颗粒破碎规律时，Markov模型的实现基础在于假设一个大颗粒破碎成其他不同尺寸的较小颗粒的概率都是相同的，而显然这与实际不符，因此实际上是不具备实用性的；

3.在采用计算机颗粒流软件，模拟颗粒破碎效应对粒状土力学特性影响时，现有技术往往为了消除多粒径颗粒的颗粒形状对试验模拟的影响，而选择单一粒组的颗粒进行模拟；那么如果想验证模拟结果的准确性，则需要对模拟计算与试验结果的颗粒粒径分布曲线进行对比验证；但以往的颗粒粒径分布演化模型的初始级配多是连续级配，因此无法反映单一级配在不同应力作用条件下的颗粒粒径分布规律；

4.由于现有的颗粒粒径分布演化模型大多是在常规三轴压缩试验路径下提出的，从而无法反映加载路径对颗粒破碎的影响，进一步来说也无法反映加载路径对级配演化规律的影响。

发明内容