專利名稱：一種模擬試驗(yàn)用土的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種海洋平臺(tái)具體場(chǎng)地的室內(nèi)桶形基礎(chǔ)小模型試驗(yàn)和離心機(jī)試驗(yàn)用土的制備方法。
背景技術(shù)：
室內(nèi)桶形基礎(chǔ)小模型試驗(yàn)和離心機(jī)試驗(yàn)用土量大(約需要1.5噸)，因此，選擇和確定試驗(yàn)用土是桶形基礎(chǔ)試驗(yàn)研究要解決的首要和關(guān)鍵問(wèn)題之一，試驗(yàn)用土的確定具有一定難度。一方面，因?yàn)楹Ｉ香@孔取樣費(fèi)用高，取土數(shù)量少，工程部門實(shí)際上無(wú)法提供這么多的試驗(yàn)用土。另一方面，石油公司又要求桶形基礎(chǔ)承載力研究的最終結(jié)果能用于海洋平臺(tái)具體場(chǎng)地的桶形基礎(chǔ)設(shè)計(jì)。從已有的研究成果來(lái)看，對(duì)于不同的地基土，桶形基礎(chǔ)的承載力特性不同。桶基承載力和變形與土的參數(shù)密切有關(guān)，因此對(duì)不同的土，承載力的計(jì)算公式和分析方法也會(huì)不同。因此，在目前我們尚無(wú)桶形基礎(chǔ)模型試驗(yàn)研究經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，如果簡(jiǎn)單而任意地選擇一種砂或粘土做為試驗(yàn)用土是不合適的。桶形基礎(chǔ)模型試驗(yàn)用土的特性最好與實(shí)際平臺(tái)場(chǎng)地地基土接近，這樣做不僅可以更好地滿足實(shí)際工程設(shè)計(jì)的需要，而且可以大大縮短研究工作進(jìn)程，減少模型試驗(yàn)工作量和計(jì)算分析工作量。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)上述存在的問(wèn)題，本發(fā)明的目的在于提供一種模擬試驗(yàn)用土的制備方法，配制的粉細(xì)砂與原狀粉砂質(zhì)細(xì)砂的靜力學(xué)性質(zhì)很接近，能夠做為桶形基礎(chǔ)模型試驗(yàn)用土。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明一種模擬試驗(yàn)用土的制備方法包括如下步驟1)取適量原狀土進(jìn)行物理性質(zhì)分析，包括顆分、比重、密度、容重和滲透系數(shù)的物性實(shí)驗(yàn)；2)通過(guò)上述實(shí)驗(yàn)，得到原狀土的顆粒級(jí)配曲線、密度、滲透系數(shù)；3)配取樣土，先使其與步驟2)中的顆粒級(jí)配曲線相接近；4)對(duì)步驟3的樣土，按照原狀土的密度，進(jìn)行三軸壓縮剪切的力學(xué)性質(zhì)實(shí)驗(yàn)和分析，如果應(yīng)力大、滲透系數(shù)大，則重新配取樣土，并且適量增加細(xì)顆粒的土，如果應(yīng)力小、滲透系數(shù)小，則重新配取樣土，并且適量增加粗顆粒的土；5)當(dāng)配取的樣土的應(yīng)力～應(yīng)變、體變～應(yīng)變關(guān)系和滲透系數(shù)與原狀土相當(dāng)時(shí)，根據(jù)該樣土的顆粒級(jí)配比例進(jìn)行大量復(fù)配。
本發(fā)明配制的粉細(xì)砂與原狀粉砂質(zhì)細(xì)砂的靜力學(xué)性質(zhì)很接近，因此不僅能夠做為桶形基礎(chǔ)模型試驗(yàn)用土，滿足實(shí)際工程設(shè)計(jì)的需要，而且大大節(jié)約了研究經(jīng)費(fèi)，并縮短研究工作進(jìn)程。


圖1為原狀土和經(jīng)過(guò)反復(fù)復(fù)配后的樣土的的顆粒級(jí)配曲線。
圖2(a)、(b)為原狀、重塑和配制粉細(xì)砂的CD試驗(yàn)結(jié)果比較。
具體實(shí)施例方式
制備的步驟1)取適量原狀土進(jìn)行物性實(shí)驗(yàn)和分析，以獲得顆粒級(jí)配、密度、滲透系數(shù)。
2)通過(guò)上述得到原狀土的顆粒級(jí)配曲線；3)配取樣土(漳州的細(xì)砂、北京某工地的粉質(zhì)粘土、混和粉細(xì)砂)，使其與步驟2)中的顆粒級(jí)配曲線相接近；4)對(duì)步驟3的樣土，按照原狀土的密度，進(jìn)行三軸壓縮剪切的力學(xué)性質(zhì)實(shí)驗(yàn)和分析，如果應(yīng)力大、滲透系數(shù)大，則重新配取樣土，并且適量增加細(xì)顆粒的土，如果應(yīng)力小、滲透系數(shù)小，則重新配取樣土，并且適量增加粗顆粒的土；5)當(dāng)配取的樣土的應(yīng)力～應(yīng)變、體變～應(yīng)變關(guān)系和滲透系數(shù)與原狀土相當(dāng)，且顆分曲線也很接近時(shí)，根據(jù)該樣土的顆粒級(jí)配比例進(jìn)行大量復(fù)配。
具體是選取深度為12.25米的原狀土樣為代表性土樣，它屬于中密的粉砂質(zhì)細(xì)砂。經(jīng)過(guò)分析后，基本物性參數(shù)為含水量22％，濕容重2.0g/cm3；比重的參考指標(biāo)為2.66；有效抗剪強(qiáng)度參考指標(biāo)為c‘＝0，φ′＝36.5°；滲透系數(shù)量級(jí)10-5～10-6m/s；顆粒級(jí)配曲線如圖1所示。
配制的粉質(zhì)細(xì)砂的基本物性參數(shù)為比重2.69，干容重1.6g/cm3，相對(duì)密度為54％，屬于中密的粉細(xì)砂；滲透系數(shù)量級(jí)為10-5m/s；顆粒級(jí)配曲線如圖1所示。
原狀土樣經(jīng)烘干、揉碎和攪拌均勻后，按照原狀土樣的容重和含水量，重新制成的土樣為重塑土樣。其顆粒級(jí)配曲線與原狀土相同，參見(jiàn)圖1。
如圖2(a)、(b)所示，比較三種土樣的應(yīng)力～應(yīng)變、體變～應(yīng)變關(guān)系，可以很明顯地看到原狀土與配制的粉細(xì)砂靜力學(xué)特性更為接近，而與重塑土則相差較大。因此，配制的粉細(xì)砂能夠代替原狀粉細(xì)砂做為桶形基礎(chǔ)模型試驗(yàn)用土。
具體的比較和分析如下(1)原狀土與重塑土的應(yīng)力～應(yīng)變、體變～應(yīng)變關(guān)系明顯不同，這主要是由于土的結(jié)構(gòu)性引起的。原狀土歷經(jīng)了遷移、沉積和固結(jié)等自然過(guò)程，土顆粒之間、土與孔隙水之間形成了其特有的聯(lián)接形式，產(chǎn)生了與周圍環(huán)境相適應(yīng)的結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)性使得土體具有一定的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，在應(yīng)力水平較低，土的結(jié)構(gòu)得以保持完整的條件下，土體表現(xiàn)出較高的強(qiáng)度。而重塑土則破壞了土體的這種結(jié)構(gòu)性，因此其強(qiáng)度會(huì)大大降低；土的結(jié)構(gòu)性越強(qiáng)，重塑土強(qiáng)度降低得越多。此原狀土的土體結(jié)構(gòu)性主要是由于土中粉粒和粘土的夾層和夾塊造成的，它使得原狀中密的粉質(zhì)細(xì)砂不僅呈現(xiàn)較明顯的剪脹行為，而且其抗剪強(qiáng)度較重塑土高30％。重塑土樣在剪切過(guò)程中剪脹不明顯，而土體在外載作用下是否具有剪脹行為對(duì)桶形基礎(chǔ)模型試驗(yàn)和分析是非常重要的，它將影響到動(dòng)載下的桶基的承載力和變形計(jì)算結(jié)果。因此，從土樣的應(yīng)力和體變?cè)囼?yàn)結(jié)果來(lái)分析，重塑土在強(qiáng)度和剪脹性方面不能模擬和反映原狀土的性質(zhì)，因此，用平臺(tái)場(chǎng)地的重塑土做為模型試驗(yàn)用土是不合適的。
(2)配制的粉細(xì)砂與原狀土的應(yīng)力～應(yīng)變、體變～應(yīng)變關(guān)系很接近，這主要是配制土綜合考慮了土的顆粒特性及級(jí)配對(duì)土性的影響。由于在配制的粉細(xì)砂中所用的漳州細(xì)砂強(qiáng)度較高(φ′＝40°)、粉質(zhì)粘土強(qiáng)度較低(φ′＝36°)，而原狀土的強(qiáng)度為φ′＝38°，所以在土的配制過(guò)程中，將兩種土以1∶1.2比例混和。由于配制土中砂粒含量比原狀土的多約20％，這樣可使配制土在強(qiáng)度方面比重塑土有所提高，從而彌補(bǔ)由于配制土的非結(jié)構(gòu)性造成的土強(qiáng)度的降低。總之，配制的粉細(xì)砂不但在強(qiáng)度方面接近原狀土，而且在剪脹性方面也很接近。
(3)原狀土樣屬于中密的粉砂質(zhì)細(xì)砂，滲透系數(shù)量級(jí)10-5～10-6m/s；配制的粉質(zhì)細(xì)砂也屬于中密的粉細(xì)砂，滲透系數(shù)量級(jí)為10-5m/s。兩者的密度和滲透系數(shù)非常接近。
權(quán)利要求
1.一種模擬試驗(yàn)用土的制備方法，包括如下步驟1)取適量原狀土進(jìn)行物理性質(zhì)分析，包括顆分、比重、密度、容重和滲透系數(shù)的物性實(shí)驗(yàn)；2)通過(guò)上述實(shí)驗(yàn)，得到原狀土的顆粒級(jí)配曲線、密度、滲透系數(shù)；3)配取樣土，先使其與步驟2)中的顆粒級(jí)配曲線相接近；4)對(duì)步驟3的樣土，按照原狀土的密度，進(jìn)行三軸壓縮剪切的力學(xué)性質(zhì)實(shí)驗(yàn)和分析，如果應(yīng)力大、滲透系數(shù)大，則重新配取樣土，并且適量增加細(xì)顆粒的土，如果應(yīng)力小、滲透系數(shù)小，則重新配取樣土，并且適量增加粗顆粒的土；5)當(dāng)配取的樣土的應(yīng)力～應(yīng)變、體變～應(yīng)變關(guān)系和滲透系數(shù)與原狀土相當(dāng)時(shí)，根據(jù)該樣土的顆粒級(jí)配比例進(jìn)行大量復(fù)配。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種模擬試驗(yàn)用土的制備方法包括如下步驟1)取適量原狀土進(jìn)行物理性質(zhì)分析，包括顆分、比重、密度、容重和滲透系數(shù)的物性實(shí)驗(yàn)；2)通過(guò)上述實(shí)驗(yàn)，得到原狀土的顆粒級(jí)配曲線、密度、滲透系數(shù)；3)配取樣土，先使其與步驟2)中的顆粒級(jí)配曲線相接近；4)對(duì)步驟3的樣土，按照原狀土的密度，進(jìn)行三軸壓縮剪切的力學(xué)性質(zhì)實(shí)驗(yàn)和分析；5)當(dāng)配取的樣土的應(yīng)力～應(yīng)變、體變～應(yīng)變關(guān)系和滲透系數(shù)與原狀土相當(dāng)時(shí)，根據(jù)該樣土的顆粒級(jí)配比例進(jìn)行大量復(fù)配。本發(fā)明配制的粉細(xì)砂與原狀粉砂質(zhì)細(xì)砂的靜力學(xué)性質(zhì)很接近，因此不僅能夠做為桶形基礎(chǔ)模型試驗(yàn)用土，滿足實(shí)際工程設(shè)計(jì)的需要，而且大大節(jié)約了研究經(jīng)費(fèi)，并縮短研究工作進(jìn)程。
文檔編號(hào)G01N33/24GK1851443SQ200610078958
公開(kāi)日2006年10月25日 申請(qǐng)日期2006年4月28日 優(yōu)先權(quán)日2006年4月28日
發(fā)明者王淑云, 魯曉兵 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院力學(xué)研究所