一種非飽和膨脹土抗剪強度區(qū)間本構模型的構建及計算方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種非飽和膨脹土抗剪強度區(qū)間本構模型的構建及計算方法。
【背景技術】
[0002] 由于巖土力學性質的復雜性，土工試驗成為巖土力學的一個重要內容。但是，由于 現場非飽和膨脹土原狀土的結構性及土工參數的諸多影響因素，使得現場原位測試和工程 原型監(jiān)測成為工程實踐中不可缺少的一部分。土力學的研宄和土工實踐從來不能脫離土工 實驗工作。錯誤的，不準確的巖土參數取值，較巖土本構模型本身的誤差更大。
[0003] 目前在非飽和膨脹土本構模型的計算與分析中，往往采用點變量來表達本構模型 中的力學參數，這與土工試驗存在一定范圍或誤差的實際情況不相符合。

【發(fā)明內容】

[0004] 本發(fā)明提出的一種非飽和膨脹土抗剪強度區(qū)間本構模型的構建及計算方法，其目 的在于，為了解決目前采用點變量來表達非飽和膨脹土抗剪強度本構模型中的力學參數， 與土工試驗存在一定范圍或誤差的實際情況不相符合而導致本構模型計算結果受到影響 的技術問題。
[0005] 非飽和膨脹土的土工試驗數據，呈概率性分布，是位于一定范圍內的數值。而區(qū)間 變量可以充分體現土工參數的復雜性和多值性等特點。所以，提出用區(qū)間變量來表達非飽 和膨脹土抗剪強度模型中的力學參數，建立基于區(qū)間變量及區(qū)間數學的非飽和膨脹土抗剪 強度區(qū)間模型，并根據該模型計算計算非飽和膨脹土的抗剪強度有利于實際操作。
[0006] -種非飽和膨脹土抗剪強度區(qū)間本構模型的構建及計算方法，包括以下幾個步 驟：
[0007] 步驟1 :首先根據現有土工試驗規(guī)范要求，采集至少6組非飽和膨脹土參數實測 值，并獲取每個參數的平均值；
[0008] 其中，所述非飽和膨脹土參數包括有效黏聚力W、任一截面上的法向應力〇、有 效內摩擦角#、超孔隙水壓力U a、基質吸力Uw及內摩擦角
[0009] 步驟2 :采用概率論中的標準差計算公式，求取步驟1中所述非飽和膨脹土參數的 標準差；
[0010] 步驟3 :按照公式X = [ρ-3 θ，ρ+3 Θ ]構建所述非飽和膨脹土參數區(qū)間取值范圍 X，其中，P表示待構建區(qū)間取值范圍非飽和膨脹土參數的平均值，Θ表示待構建區(qū)間取值 范圍非飽和膨脹土參數的標準差，具體如下：
[0011] C'的區(qū)間取值范圍為[c' p_3c' 0，夕p+3c' 0] 的區(qū)間取值范圍為
[σ ρ-3 σ θ, σ ρ+3 σ θ ]；
[0012] (6/的區(qū)間取值范圍為
【主權項】
1. 一種非飽和膨脹土抗剪強度區(qū)間本構模型的構建及計算方法，其特征在于，包括以 下幾個步驟： 步驟1 :首先根據現有土工試驗規(guī)范要求，采集至少6組非飽和膨脹土參數實測值，并 獲取每個參數的平均值； 其中，所述非飽和膨脹土參數包括有效黏聚力c'、任一截面上的法向應力〇、有效內 摩擦角 <、超孔隙水壓力Ua、基質吸力Uw及內摩擦角Z ; 步驟2 :采用概率論中的標準差計算公式，求取步驟1中所述非飽和膨脹土參數的標準 差； 步驟3 :按照公式X = [ρ-3 θ，ρ+3 Θ ]構建所述非飽和膨脹土參數區(qū)間取值范圍X，其 中，P表示待構建區(qū)間取值范圍非飽和膨脹土參數的平均值，Θ表示待構建區(qū)間取值范圍 非飽和膨脹土參數的標準差，具體如下： d的區(qū)間取值范圍為[d p-3d 0，d p+3d 0 ] ; σ的區(qū)間取值范圍為 [σ ρ-3 σ θ, σ ρ+3 σ θ ]； V的區(qū)間取值范圍為+ 3W]; Ua的區(qū)間取值范圍為 yw的區(qū)間取值范圍為[μ wp-3yw0, μ￥Ρ+3μ￥0] ; Z的區(qū)間取值范圍為 [<-3? + 3<]; 其中，c' ρ、σρ、<、依次為 c'、〇、供'、的平均值； c' 0、〇0、<、ya0、yw0 及依次為 c'、σ、<、ya、yw、供6 的標準差； 步驟4 :基于步驟3獲取的非飽和膨脹土參數區(qū)間取值范圍X確定非飽和膨脹土抗剪 強度計算公式中吸附強度^的區(qū)間取值范圍： 當 = ?< tan < 時，τ s的區(qū)間取值范圍為 X tan(<-3<)，7< tan(<+3〇]; 當[=-/OtaiV時，τ s的區(qū)間取值范圍為 -^μ,β ])tail(^,-3Ψ"h χ([μ?ψ+^μΜ]-[/^Ρ +3//,"])lan(^；, +3φ0)]； 當八=(/(, -A、)tanZ時，τs的區(qū)間取值范圍為 [([Μ,ρ -3/A,λ)^(φΙ -3φ'α I ([//；1|1 +3//,,,]-[αμ, +3/Α·.〇 +3φ〇)]； 其中，m為膨脹力的有效系數;PS為膨脹力；μ 3為孔隙氣壓力，μ ￥為孔隙水壓力， Ua-Uw為基質吸力；X為與飽和度相關的修正參數； 步驟5 :非飽和膨脹土抗剪強度區(qū)間本構模型如下： [I, f ]=[￡',?]十([Z 司-[^,，/飛])1￡111[2'，歹]+[￡ :] 其中，=C，p-3c, θ，左= 4+34 = JLa= μ ap-3 μ ae, A=Mv, +3?, ； Φ = φ'ρ -3^； , ψ = φ], +3^ ; ,- ri , / t ^ t \ f r T r -? π.、， / t t \
2.根據權利要求1所述的一種非飽和膨脹土抗剪強度區(qū)間本構模型的構建及計算方 法，其特征在于，依據選取的τ 3代入步驟5所獲得的非飽和膨脹土抗剪強度區(qū)間本構模型 中，獲得非飽和膨脹土抗剪強度的取值范圍。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種非飽和膨脹土抗剪強度區(qū)間本構模型的構建及計算方法，該方法基于概率論及土工試驗原理，得出非飽和膨脹土抗剪強度區(qū)間分析模型中的參數區(qū)間取值范圍，利用區(qū)間數學的計算方法，求解出非飽和膨脹土抗剪強度取值的區(qū)間范圍；運用該方法計算出的非飽和膨脹土抗剪強度參數，既能保證抗剪強度參數取值的正確性，也能提高非飽和膨脹土抗剪強度模型應用的廣泛性。利用該方法計算非飽和膨脹土抗剪強度，既能保證所求解的非飽和膨脹土抗剪強度參數的準確性，也能充分體現非飽和膨脹土抗剪強度參數的復雜性，解決了點變量不能充分表達非飽和膨脹土抗剪強度參數的準確性和復雜性問題，大大提高了非飽和膨脹土抗剪強度模型的廣泛性及適用性。
【IPC分類】G06F19-00, G06F17-50
【公開號】CN104657600
【申請?zhí)枴緾N201510051980
【發(fā)明人】唐利民, 鄭健龍
【申請人】長沙理工大學
【公開日】2015年5月27日
【申請日】2015年2月2日