[发明专利]一种具有蠕变特性松散细颗粒材料大变形固结参数的计算方法

说明书

本发明公开了一种具有蠕变特性松散细颗粒材料大变形固结参数的计算方法，包括：利用一维沉降柱实验获取土壤自重沉降固结最终稳定状态时的密度随深度的分布实验数据，并采用曲线拟合法求得压缩曲线的系数a，b，c的值；从一维沉降柱实验中获取沉降随时间变化的数据，选定任意两个常数P，获取预测的沉降曲线及忽略蠕变特性时的渗透函数k₁；利用考虑蠕变时的渗透函数与压缩曲线在对数坐标平面下的时变特征；建立蠕变特性下的压缩曲线；构建蠕变特性下的渗透函数；根据土样的初始孔隙比e₀与最小孔隙比e^m处的渗透系数预测值与渗透系数和超孔隙水压力预测差异的反比例关系，求得C、m和n的值。

技术领域

本发明涉及疏浚淤泥、水库淤积、吹填造地和尾矿材料的堆场处置等岩土工程技术领域，尤其是一种具有蠕变特性松散细颗粒材料大变形固结参数的计算方法。

背景技术

在尾矿工程、近海工程等岩土工业活动中经常涉及到松散细颗粒沉积物沉降固结的问题。这类材料的特点是高孔隙比、高含水率、高压缩性，自重固结时产生大变形。对此类大变形固结问题的研究发现，固结过程中的沉积物的渗透系数k与孔隙比e的关系(k(e))和孔隙比e与有效应力σ′的关系(e(σ′))是采用大变形固结理论分析计算松散颗粒材料沉积固结过程两个重要参数。准确标定这两个关系是采用大变形固结理论分析计算沉积物沉降固结过程的关键，其中，Somogyi提出的渗透系数和孔隙比的幂函数关系k＝M(e)^P，与Liu和Znidarcic提出的孔隙比和有效应力关系(压缩曲线)e＝a(σ′+c)^b被认为是最简单的、最常用的、也是非常接近实际实验结果的两个材料函数形式。然而，该法假设材料的压缩性是时间无关的，对于具有蠕变特性的软土材料大变形问题(孔隙比与有效应力关系是随时间变化的)并不适用，其沉积固结时变过程的大变形数值分析结果常造成严重的偏差。

另外，在《沉降泥砂非线性大变形固结沉降计算模型》郭帅杰的论文，这篇论文是基于有效应力、渗透系数与孔隙比间的扩展幂函数本构关系，在传统固结方程基础上提出采用固结单元在固结维度上逐层计算的“一维大变形自重沉降计算的新模型”，满足土性参数在固结过程中的非线性固结计算。

因此，急需要提出一种数据处理计算量少、准确可靠的具有蠕变特性松散细颗粒材料大变形固结参数的计算方法。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的在于提供一种具有蠕变特性松散细颗粒材料大变形固结参数的计算方法，本发明采用的技术方案如下：

一种具有蠕变特性松散细颗粒材料大变形固结参数的计算方法，包括以下步骤：

利用一维沉降柱实验获取土壤自重沉降固结最终稳定状态时的密度随深度的分布实验数据，并采用曲线拟合法求得压缩曲线的系数a，b，c的值；

从一维沉降柱实验中获取沉降随时间变化的数据，选定任意两个常数P，获取预测的沉降曲线及忽略蠕变特性时的渗透函数k₁；

建立蠕变特性下的压缩曲线，其表达式为：

e＝a(t).(σ'+c(t))^b

其中，a(t)表示与压缩曲线位置关系的变量，c(t)是控制不发生数据奇异性的变量，e表示孔隙比，σ'表示有效应力；

所述变量a(t)的表达式为：

a(t)＝(a₀-a_f)e^-λ.t+a_f

其中，a₀表示压缩曲线系数a的初始值，a_f表示压缩曲线系数a的最终值，λ表示变量a(t)衰减速率的指数参数，t表示时间；

构建蠕变特性下的渗透函数，其表达式为：