[发明专利]一种不同含水率粉土永久变形快速预测方法

说明书

本发明提供一种不同含水率粉土永久变形快速预测方法，包括以下步骤：S1：制备不同含水率的粉土试样；S2：对所述粉土试样进行循环三轴试验，得到每一循环次数下不同循环偏应力和含水率的永久变形特性；S3：根据所述永久变形特性，按照提出的一种统一的经验模型拟合得到预测模型参数，基于所述预测模型参数和所述经验模型得到所述粉土的永久变形值。相比现有计算模型，本发明可有效预测不同含水率下粉土的永久变形，对于不同含水状态的粉土具有统一的适用性；本发明计算参数容易获取，计算方法简便，模型精度较高，本发明仅需进行循环三轴试验，有效降低了试验难度及复杂程度，能够较为便利的指导粉土在道路结构中的设计和施工。

技术领域

本发明涉及道路工程技术领域，涉及一种不同含水率粉土永久变形快速预测方法。

背景技术

由于近代黄河的泛滥、改道，黄河中游地区的泥沙随黄河沉积于黄河下游形成黄河冲积平原地区，粉土地层分布广泛。黄河泛滥以及泥沙的长距离运输导致冲积平原粉土形成了颗粒磨圆度高、难压实、多孔隙的特点，具有强烈的毛细现象和明显的水敏感性。在当地路基填筑材料紧缺的情况下，粉土常被用作路基填料。然而，由于降雨入渗以及地下水的影响，粉土路基含水状态会逐渐从施工时的最佳含水量增加到平衡含水量。粉土在湿度增加和循环荷载共同作用下，路基实际所处应力状态发生改变，使得路基的累积塑性变形也随之改变，极易于出现各种各样的病害。例如黄河冲积平原地区多地道路在运营期间产生翻浆冒泥、过量沉降及车辙等现象，不仅影响路面结构的稳定性、平顺性和承载能力，而且严重影响驾驶的舒适性和安全性，需要花费大量的人力物力进行整治。因此，为了粉土填料在路基建设中的广泛应用，快速准确预测不同含水率粉土的永久变形具有极其重要的现实意义。

目前，国内外学者基于动三轴试验结果建立了预测土体永久变形的计算模型，主要包括本构模型法，机器学习法及经验模型法。本构模型法通常是根据试验结果分析土体变形特性，基于大量假设提出其本构模型，如套叠屈服面模型和边界面模型。本构模型法通常采用小步长积分方法对交通循环荷载进行模拟，可以较为真实的反映每次加载的应力应变过程。但由于交通荷载具有长期性、循环性等特点，导致计算量巨大且耗费时间，预测精度随计算误差的持续叠加变得较低，难以应用到实际当中。机器学习法通常是根据现场的实测数据对模型进行训练，如人工神经网络，灰度预测理论及蚁群算法等，但仅能对短期沉降进行预测，需要不断利用现场实测数据来修正后期的预测结果。经验模型法是基于室内试验或现场实测数据建立的经验拟合公式，其综合了函数表达式的直观性和试验数据的准确性，该模型不考虑土体在循环荷载作用下复杂的应力应变关系，仅关注循环加载过程中土体永久应变与其主要影响因素之间的关系。但大部分现有经验模型仅考虑土体材料性质和循环应力水平，所得经验模型参数物理意义不明确，导致参数取值离散性大，不便于推广使用。因此，为便于经验模型的推广使用，目前需要一种仅通过少量循环三轴试验且模型参数容易计算的不同含水率粉土永久变形预测模型。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了考虑湿度增加和循环荷载耦合作用下粉土的永久变形快速预测方法，能够准确、便捷的获得粉土在不同含水率条件下的永久变形，科学指导粉土在路基填筑中的应用，解决现有技术中存在的问题。

为达到上述目的，本发明实施例的技术方案是这样实现的：

一种不同含水率粉土永久变形快速预测方法，包括以下步骤：

S1：制备不同含水率的粉土试样；

S2：对所述粉土试样进行循环三轴试验，得到每一循环次数下不同循环偏应力及不同含水率的永久变形特性；

S3：根据所述永久变形特性，提出统一的经验模型拟合得到预测模型参数，基于所述预测模型参数和所述经验模型得到所述粉土的永久变形值。

优选的，利用所述经验模型进行预测，具体公式如下所示：