本發(fā)明屬于巖土體性能預(yù)測，具體涉及一種考慮顆粒破碎效應(yīng)的宕渣滲透系數(shù)深度分布預(yù)測方法。

背景技術(shù)：

1、宕渣具有強(qiáng)度高、壓實(shí)密度大、沉降變形小、透水性能強(qiáng)、抗沖刷性能高、可就近取材等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于路堤填料。在車輛循環(huán)荷載作用下，中-強(qiáng)風(fēng)化硅質(zhì)泥巖宕渣易發(fā)生顆粒破碎現(xiàn)象，破碎產(chǎn)生的細(xì)顆粒逐漸充填宕渣顆?？紫?，使路基內(nèi)部顆粒組構(gòu)(孔隙通道、孔隙結(jié)構(gòu))重分布，進(jìn)而還會改變宕渣路基的滲透特性。路基滲透特性與其內(nèi)部水分運(yùn)移密切相關(guān)，而水分累積可導(dǎo)致路基沉陷或坍塌等問題，不利于路基的長期穩(wěn)定。

2、現(xiàn)有技術(shù)中，對宕渣滲透機(jī)理的研究大多是基于試驗(yàn)獲取水土特征曲線、沉降變形、滲透系數(shù)等參量來進(jìn)行的，即視宕渣在豎直或深度方向上的滲透系數(shù)為常數(shù)，未考慮因顆粒破碎導(dǎo)致的內(nèi)部組構(gòu)重分布與滲透特性時(shí)空演變的內(nèi)在機(jī)理；另外，現(xiàn)有技術(shù)大多針對單元體展開分析，鮮有針對路基整體結(jié)構(gòu)不同位點(diǎn)的滲透特性演化展開研究，而路基是分層特征明顯的結(jié)構(gòu)物，其各層因使用要求不同，對其填料的粒徑、級配、壓實(shí)度、含水率的要求各不相同；加之各位點(diǎn)的圍壓及所受循環(huán)動偏應(yīng)力因深度改變而不同，以致宕渣路堤內(nèi)部顆粒破碎情況及其對應(yīng)的滲透特性沿深度存在差異。上述兩方面的缺陷使得現(xiàn)有技術(shù)對宕渣滲透系數(shù)的預(yù)測精度不夠，不能真實(shí)的反映宕渣的滲透情況。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明提供一種考慮顆粒破碎效應(yīng)的宕渣滲透系數(shù)深度分布預(yù)測方法，考慮了顆粒破碎效應(yīng)和深度對宕渣滲透系數(shù)的影響，可以使預(yù)測出的滲透系數(shù)與實(shí)際的滲透系數(shù)更為接近，提升了預(yù)測的精度，從而可以解決背景技術(shù)中涉及的至少一個(gè)技術(shù)問題。

2、為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的：

3、一種考慮顆粒破碎效應(yīng)的宕渣滲透系數(shù)深度分布預(yù)測方法，包括如下步驟：

4、步驟s1，制備宕渣試樣，對宕渣試樣進(jìn)行三軸試驗(yàn)，將加載后的宕渣試樣進(jìn)行篩分確定不同粒徑大小的宕渣試樣占宕渣試樣總重量的百分比，繪制宕渣試樣的級配曲線；

5、步驟s2，基于安定性理論，將宕渣試樣累積變形收斂階段對應(yīng)的級配定義為末態(tài)級配，將當(dāng)態(tài)級配曲線與初始級配曲線圍成的面積定義為總破碎勢，將末態(tài)級配曲線與初始級配曲線圍成的面積定義為潛在破碎勢，將總破碎勢與潛在破碎勢的比值定義為相對破碎勢，以相對破碎勢表征加載后宕渣試樣的破碎程度；

6、步驟s3，考慮顆粒破碎對宕渣試樣孔隙比的影響，以加載后宕渣試樣的體積改變量換算得到宕渣試樣在當(dāng)態(tài)級配下的孔隙比，擬合當(dāng)態(tài)級配下的孔隙比與相對破碎勢的關(guān)系式，作為孔隙比表達(dá)式；

7、步驟s4，考慮深度對宕渣試樣孔隙比的影響，測定宕渣試樣在不同深度位點(diǎn)下的穩(wěn)定孔隙比，擬合穩(wěn)定孔隙比與深度的關(guān)系式，然后代入孔隙比表達(dá)式中對孔隙比表達(dá)式進(jìn)行修正，其中，所述宕渣試樣的穩(wěn)定孔隙比表示末態(tài)級配下的孔隙比；

8、步驟s5，將步驟s4修正后的孔隙比表達(dá)式代入kozeny-carman公式中，構(gòu)建宕渣滲透系數(shù)的預(yù)測模型，所述預(yù)測模型以宕渣的相對破碎勢和深度為輸入，輸出對宕渣在不同深度位點(diǎn)下滲透系數(shù)的分布預(yù)測結(jié)果。

9、作為一種優(yōu)選的改進(jìn)，總破碎勢bt(n)和相對破碎勢br*(n)分別表示為：

10、

11、式中，p(n)為宕渣試樣小于某一粒徑的質(zhì)量百分比，通過級配曲線獲??；dmaxn表示當(dāng)態(tài)級配下宕渣試樣顆粒的最大粒徑；dmax0初始級配下宕渣試樣顆粒的最大粒徑；dmaxm表示末態(tài)級配下宕渣試樣顆粒的最大粒徑；an、bn表示當(dāng)態(tài)級配曲線的擬合參數(shù)；a0、b0表示初始級配曲線的擬合參數(shù)；am、bm表示末態(tài)級配曲線的擬合參數(shù)。

12、作為一種優(yōu)選的改進(jìn)，第n次加載后，宕渣試樣的孔隙比εn表示為：

13、

14、式中，v0表示宕渣試樣的初始體積；δv表示第n次加載后宕渣試樣的體積改變量，通過三軸試驗(yàn)中壓力外腔室排水量監(jiān)測得到；ε0表示宕渣試樣的初始孔隙比，其中：

15、

16、式中，ρdmax為宕渣試樣的最大干密度；gs為宕渣試樣的相對密度；ρw為水密度；wopt為宕渣試樣的最優(yōu)含水率。

17、作為一種優(yōu)選的改進(jìn)，孔隙比εn與相對破碎勢br*(n)的關(guān)系式表示為：

18、

19、式中，εm表示末態(tài)級配下的宕渣試樣孔隙比；β表示材料常數(shù)。

20、作為一種優(yōu)選的改進(jìn)，修正后的孔隙比表達(dá)式表示為：

21、

22、式中，εm(0)表示宕渣試樣中深度為0的位點(diǎn)的穩(wěn)定孔隙比；h表示宕渣試樣中位點(diǎn)的深度；ξ表示擬合參數(shù)。

23、作為一種優(yōu)選的改進(jìn)，所述預(yù)測模型表示為：

24、

25、式中，表示滲透系數(shù)；表示與宕渣的比表面積及流體性質(zhì)相關(guān)的常數(shù)；γ為水的重度；c為常數(shù)；α為水的動力黏度；s0為宕渣的比表面積。

26、本發(fā)明的有益效果在于：

27、(1)本發(fā)明對某宕渣開展動三軸試驗(yàn)，探究了路基不同深度位點(diǎn)的宕渣經(jīng)不同振次加載后顆粒級配、破碎率的動態(tài)演化規(guī)律。同時(shí)，通過滲流侵蝕模擬試驗(yàn)裝置對經(jīng)循環(huán)加載破碎的宕渣開展?jié)B透試驗(yàn)，探究了滲蝕作用下不同級配宕渣內(nèi)部細(xì)顆粒運(yùn)移與結(jié)構(gòu)破壞的臨界水力梯度，揭示其劣化、破壞機(jī)制，并以負(fù)指數(shù)連續(xù)級配方程為樞紐，構(gòu)建了顆粒破碎指標(biāo)與滲透系數(shù)的預(yù)測模型，揭示了循環(huán)荷載作用下宕渣路基顆粒破碎行為與其滲透特性演化的內(nèi)在機(jī)理，使得預(yù)測出的滲透系數(shù)與實(shí)際的滲透系數(shù)更為接近，提升了預(yù)測的精度；

28、(2)本發(fā)明所提出的宕渣滲透系數(shù)深度分布預(yù)測方法，大大改善了宕渣填料滲透系數(shù)經(jīng)驗(yàn)式與粗放式計(jì)算的現(xiàn)狀，顯著增強(qiáng)了實(shí)際工況(車輛循環(huán)荷載與雨水侵蝕作用)下宕渣填料滲透系數(shù)預(yù)測的科學(xué)性和可靠性，為山區(qū)宕渣路基/路堤的穩(wěn)定性評估與長期服役性能提升提供了參考，這有助于進(jìn)一步促進(jìn)宕渣的資源化利用以及山區(qū)路基施工建設(shè)的高質(zhì)量發(fā)展。

技術(shù)特征：

1.一種考慮顆粒破碎效應(yīng)的宕渣滲透系數(shù)深度分布預(yù)測方法，其特征在于，包括如下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的考慮顆粒破碎效應(yīng)的宕渣滲透系數(shù)深度分布預(yù)測方法，其特征在于，總破碎勢bt(n)和相對破碎勢br*(n)分別表示為：

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的考慮顆粒破碎效應(yīng)的宕渣滲透系數(shù)深度分布預(yù)測方法，其特征在于，第n次加載后，宕渣試樣的孔隙比εn表示為：

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的考慮顆粒破碎效應(yīng)的宕渣滲透系數(shù)深度分布預(yù)測方法，其特征在于，孔隙比εn與相對破碎勢br*(n)的關(guān)系式表示為：

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的考慮顆粒破碎效應(yīng)的宕渣滲透系數(shù)深度分布預(yù)測方法，其特征在于，修正后的孔隙比表達(dá)式表示為：

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的考慮顆粒破碎效應(yīng)的宕渣滲透系數(shù)深度分布預(yù)測方法，其特征在于，所述預(yù)測模型表示為：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種考慮顆粒破碎效應(yīng)的宕渣滲透系數(shù)深度分布預(yù)測方法，屬于巖土體性能預(yù)測技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明對宕渣試樣開展動三軸試驗(yàn)，探究不同深度位點(diǎn)的宕渣經(jīng)不同振次加載后顆粒級配、破碎率的動態(tài)演化規(guī)律。同時(shí)，通過滲流侵蝕模擬試驗(yàn)裝置對經(jīng)循環(huán)加載破碎的宕渣開展?jié)B透試驗(yàn)，探究滲蝕作用下不同級配宕渣內(nèi)部細(xì)顆粒運(yùn)移與結(jié)構(gòu)破壞的臨界水力梯度，揭示其劣化、破壞機(jī)制，并以負(fù)指數(shù)連續(xù)級配方程為樞紐，構(gòu)建顆粒破碎指標(biāo)與滲透系數(shù)的預(yù)測模型，揭示循環(huán)荷載作用下宕渣路基顆粒破碎行為與其滲透特性演化的內(nèi)在機(jī)理，使得預(yù)測出的滲透系數(shù)與實(shí)際的滲透系數(shù)更為接近，提升了預(yù)測的精度。

技術(shù)研發(fā)人員：羅彪,蘇永華,陳昀灝,劉陽陽,陳斌,鄒丹,惠振中,張睿,肖定康
受保護(hù)的技術(shù)使用者：湖南大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/9