基于三轴固结不排水剪切试验确定土的超固结比的方法与流程

本发明涉及土木工程，具体为基于三轴固结不排水剪切试验确定土的超固结比的方法。

背景技术：

1、黏性土的超固结比是岩土工程设计中重要的力学参数之一，土体超固结比ocr反映了土体沉积历史，是岩土工程设计中重要的力学参数，传统土工试验方法用标准固结试验确定土体先期固结压力，但标准固结试验比较耗时且测试结果易收到多种因素的干扰，如对e-lgp曲线曲率变化的判断、对前期固结压力的解译方法等。室内三轴固结不排水剪切试验能够精确获取土样从固结到屈服全过程的应力、应变及孔隙水压力数据，全面反应土体剪切过程的应力路径变化，更快速、精确的获取土样的超固结比，确定性强，同时有效的利用现有实验室资源。

2、因此，提供一种基于三轴固结不排水剪切试验确定土的超固结比的方法。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服现有的缺陷而提供的基于三轴固结不排水剪切试验确定土的超固结比的方法，精确的获取土样的超固结比，精度高、确定性强。

2、实现上述目的的技术方案是：

3、基于三轴固结不排水剪切试验确定土的超固结比的方法，包括：

4、步骤s1，获取土样，根据土样所在土层的深度和重度，计算土样的对应深度的有效自重应力；

5、步骤s2，制作试样，根据三轴仪确定试样的尺寸，选取土样中心扰动较小区域进行制作；

6、步骤s3，饱和与预固结，通过对土样采取加反压使其孔隙水压力系数b≥0.95，并根据土工试验方法标准采用20kpa的有效围压进行预固结；

7、步骤s4，检测孔隙水压力系数b；

8、步骤s5，在孔隙水压力系数b检测完成后，进行主固结；

9、步骤s6，主固结完成后进行不排水剪切，根据土工试验规范使用恒定的轴向应变加载速率且低至0.001％/min，使剪切过程中整个试样中孔隙水压力的均匀分布；

10、步骤s7，试验数据处理，根据三轴固结不排水剪切试验数据绘制土样的q/p–εa、q-p关系曲线，获取主要的参数；

11、步骤s8，根据修正剑桥模型屈服函数，推导出超固结关系公式，再结合试验所获取主要的参数，计算出土样的超固结比ocr。

12、优选的，所述步骤s1中，计算土样的对应深度的有效自重应力σ'z的公式如下：

13、

14、其中，γ'i为第i层土的有效重度，hi为第i层土的厚度。

15、优选的，所述步骤s4中，在围压σ3为120kpa，反压σb为110kpa，且反压σb与孔隙水压力u相等的基础上，将围压σ3线性增加至200kpa，同时测试该过程中的孔隙水压力值u，计算孔隙压力系数b值，其计算公式为：

16、b＝δu+δσ3；

17、式中，δσ3为围压σ3从120kpa到200kpa的变化值，即80kpa，δu为围压σ3从120kpa到200kpa的过程中，孔隙水压力u的变化值；

18、在此期间需关闭排水阀门，维持围压恒定3-5小时，使孔隙水压力与相应的b值达到稳定。

19、优选的，所述步骤s5中，以围压σ3＝σ'z+σb情况下进行有效围压为σ'z的主固结。

20、优选的，所述步骤s5中，根据土工试验规范，主固结结束判定要同时满足两个条件：

21、排水速率小于5mm3/min；

22、孔隙水压力与反压相等。

23、优选的，所述步骤s6中，剪切过程中围压σ3保持不变。

24、优选的，所述步骤s7中，从q/p–εa曲线中确定土样屈服点，即q/pmax时的p'、q'、σ'1、σ'2、σ'3、p'0和u值，从q-p曲线中确定mf值，其中，p'为平均主应力，q'为偏应力，σ'1、σ'2、σ'3分别为土体单元空间x、y、z三个方向的有效应力，p'0为先期固结有效应力，u为孔隙水压力值，mf为临界状态应力比。

25、优选的，所述步骤s8中，修正剑桥模型的屈服函数公式为：

26、

27、p'＝1/3(σ'1+σ'2+σ'3)；

28、

29、其中，三轴固结不排水剪切过程中土试样σ'2＝σ'3；

30、则

31、

32、其中，σ'z为有效自重应力。

33、本发明的有益效果是：本发明通过根据土样所在土层的深度和重度计算土样的的有效自重应力，并在设定围压σ3＝σ'z+σb情况下进行有效围压为σ'z的主固结，设定恒定的轴向应变加载速率低至0.001％/min，使剪切过程中整个试样中孔隙水压力的均匀分布，且剪切过程中围压保持不变，根据修正剑桥模型屈服函数，推演得到超固结关系公式，再结合剪切试验所获取主要的参数，计算出土样的超固结比ocr，此方法能够精确获取土样从固结到屈服全过程的应力、应变及孔隙水压力数据，全面反应土体剪切过程的应力路径变化，更精确的获取土样的超固结比，精度高、确定性强。

技术特征：

1.基于三轴固结不排水剪切试验确定土的超固结比的方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的基于三轴固结不排水剪切试验确定土的超固结比的方法，其特征在于，所述步骤s1中，计算土样的对应深度的有效自重应力σ'z的公式如下：

3.根据权利要求1所述的基于三轴固结不排水剪切试验确定土的超固结比的方法，其特征在于，所述步骤s4中，在围压σ3为120kpa，反压σb为110kpa，且反压σb与孔隙水压力u相等的基础上，将围压σ3线性增加至200kpa，同时测试该过程中的孔隙水压力值u，计算孔隙压力系数b值，其计算公式为：

4.根据权利要求1所述的基于三轴固结不排水剪切试验确定土的超固结比的方法，其特征在于，所述步骤s5中，以围压σ3＝σ'z+σb情况下进行有效围压为σ'z的主固结。

5.根据权利要求4所述的基于三轴固结不排水剪切试验确定土的超固结比的方法，其特征在于，所述步骤s5中，根据土工试验规范，主固结结束判定要同时满足两个条件：

6.根据权利要求1所述的基于三轴固结不排水剪切试验确定土的超固结比的方法，其特征在于，所述步骤s6中，剪切过程中围压σ3保持不变。

7.根据权利要求1所述的基于三轴固结不排水剪切试验确定土的超固结比的方法，其特征在于，所述步骤s7中，从q/p–εa曲线中确定土样屈服点，即q/pmax时的p'、q'、σ'1、σ'2、σ'3、p'0和u值，从q-p曲线中确定mf值，其中，p'为平均主应力，q'为偏应力，σ'1、σ'2、σ'3分别为土体单元空间x、y、z三个方向的有效应力，p'0为先期固结有效应力，u为孔隙水压力值，mf为临界状态应力比。

8.根据权利要求7所述的基于三轴固结不排水剪切试验确定土的超固结比的方法，其特征在于，所述步骤s8中，修正剑桥模型的屈服函数公式为：

技术总结本发明公开了基于三轴固结不排水剪切试验确定土的超固结比的方法，包括：步骤S1，根据土样所在土层的深度和重度，计算土样的对应深度的有效自重应力；步骤S2，制作试样，根据三轴仪确定试样的尺寸，选取土样中心扰动较小区域进行制作；步骤S3，饱和与预固结，通过对土样采取加反压使其孔隙水压力系数B≥0.95，根据土工试验方法标准采用20kPa的有效围压进行预固结；步骤S4，检测孔隙水压力系数B；步骤S5，在孔隙水压力系数B检测完成后，进行主固结；步骤S6，主固结完成后进行不排水剪切，根据土工试验规范使用恒定的轴向应变加载速率且低至0.001％/min，使剪切过程中整个试样中孔隙水压力的均匀分布。本发明可以更快速、精确的获取土样的超固结比，确定性强，同时有效的利用现有实验室资源。技术研发人员：刘丽斌,冷建,谢锦波,张曦,谢李钊受保护的技术使用者：中交第三航务工程局有限公司技术研发日：技术公布日：2024/9/2