[发明专利]固结模型试验相似准则建立方法

说明书

本发明提出一种固结模型试验相似准则建立方法，该方法步骤：假定原始场地土层厚度，模型中土层厚度，故几何相似常数C_l即为H₁与H₂的比值；模型中土的类型与原始场地相同，故土的重度γ相同，由此即可确定荷载相似常数C_p；根据量纲相似准则确定孔压相似常数C_u；根据固结微分方程解析解，确定原型与模型之间时间因数的关系，从而建立固结时间相似常数C_t、几何相似常数C_l与固结系数相似常数C_v之间的关系，提出了时间相似常数修正系数ξ，建立基于Terzaghi一维固结理论的模型试验相似准则。有益效果是将该相似准则应用于模型试验，能更加精确的预测原始场地的孔压消散和固结度发展过程，精度提高10％‑15％，使得由模型试验得到的结果与原型测试结果更为接近。

技术领域

本发明属于土木工程学科岩土工程测试技术领域，具体为一种固结模型试验相似准则建立方法，将该相似准则应用于模型试验中能够更加精确的反应原始场地孔压消散及固结程度，使模型试验得到的固结特性与真实结果更加接近。

背景技术

土工模型试验在土力学研究中起着重要的作用，它不仅能够揭示土体的各种力学行为机制，还可以为岩土工程设计与施工提供依据并进行检验。自1925年Terzaghi创立一维饱和土理论以来，国内外众多学者针对固结问题进行了诸多研究，其中模型试验已成为研究土体固结问题最有效的手段之一。Terzaghi一维固结理论中，假定土体在固结过程中压缩系数a与渗透系数k均为常数，根据固结系数表达式得到固结系数C_v也是常数。然而实际工程中固结系数C_v是不断变化的，由此导致Terzaghi经典理论公式不能精确预测工程实际问题。随着实践与理论的发展，相继提出了更符合实际的二维、三维固结理论。但由于其参数难以确定，计算过程过于复杂，因此在实际施工计算中很少应用，故Terzaghi一维固结理论仍然是现行规范计算固结沉降的推荐方法。

目前针对于Terzaghi一维固结理论弊端问题处理尚无广泛使用的有效办法，而准确合理的建立模型的相似准则是模型试验的基础，因而，迫切需要一种合理的固结模型试验相似准则的建立方法。为使模型试验结果能够再现原型体系特征，准确反映工程实际效果。有必要对固结模型试验相似准则加以研究，加强对地基沉降的准确预估，不但对保障工程质量和施工安全非常重要，也是对土木工程信息化施工的基本要求。

发明内容

为实现上述目的，本发明提出一种客观、合理、可靠性高的一种固结模型试验相似准则建立方法，该方法步骤如下：

(1)假定原始场地的土层厚度为H₁，模型土厚度为H₂，则几何相似常数C_l为:

式中：Z₁为原始场地取土深度，Z₂为模型槽取土深度；

(2)所述模型试验中，模型采用与原型土一致的土，则此时模型土的重度等于原型土的重度而

其中：C_γ为土的重度相似常数，γ_原为原型土的重度，γ_模为模型土的重度，C_N为集中荷载的相似常数，因此C_γ＝1必然公式3为

C_N＝(C_l)³ (3)

则面荷载的相似常数C_p为

(3)根据量纲相似准则，超静孔隙水压力与面分布力具有同样的量纲，根据量纲法推导得到孔压相似常数C_u为：