本發(fā)明屬于無(wú)粘性地基土工程領(lǐng)域，更具體地，涉及一種無(wú)粘性地基土內(nèi)摩擦角和變形模量的預(yù)測(cè)方法。

背景技術(shù)：

有效內(nèi)摩擦角是無(wú)粘性土的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)，變形模量是無(wú)粘性土的壓縮性指標(biāo)，它們是無(wú)粘性土上地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的兩個(gè)重要參數(shù)。

根據(jù)我國(guó)建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范，無(wú)粘性土的有效內(nèi)摩擦角主要采用原狀土室內(nèi)剪切試驗(yàn)獲得，或者應(yīng)用原位標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)結(jié)果與內(nèi)摩擦角的經(jīng)驗(yàn)公式估計(jì)得到。土的壓縮性指標(biāo)確定主要采用原狀土室內(nèi)壓縮試驗(yàn)、原位淺層或深層平板載荷試驗(yàn)、或旁壓試驗(yàn)等方法獲取。上述室內(nèi)試驗(yàn)方法由于會(huì)破壞土的原狀性，對(duì)土層相關(guān)參數(shù)的真實(shí)值會(huì)有影響；同時(shí)，土工試驗(yàn)需要相關(guān)的高精密專(zhuān)業(yè)儀器設(shè)備，試驗(yàn)操作過(guò)程復(fù)雜。而以原位試驗(yàn)為基礎(chǔ)的方法難以同時(shí)得到這兩個(gè)重要參數(shù)。因此，如何在不進(jìn)行室內(nèi)土工試驗(yàn)的條件下，獲取土層的有效內(nèi)摩擦角和變形模量以指導(dǎo)初步的地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)，有著高效、低成本等重要意義。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的以上缺陷或改進(jìn)需求，本發(fā)明提供了一種無(wú)粘性地基土內(nèi)摩擦角和變形模量的預(yù)測(cè)方法，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)獲取的土層剪切波波速、壓縮波波速以及土層深度，結(jié)合已有的土力學(xué)基本原理及經(jīng)驗(yàn)公式，由此解決無(wú)室內(nèi)土工試驗(yàn)下內(nèi)摩擦角和變形模量計(jì)算的技術(shù)問(wèn)題。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，按照本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種無(wú)粘性地基土內(nèi)摩擦角和變形模量的預(yù)測(cè)方法，其特征在于，該預(yù)測(cè)方法包括下列步驟:

(a)測(cè)定待預(yù)測(cè)地基土的土層壓縮波波速剪切波波速和中間深度Z_i；

(b)根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算所述土層密度ρ_i，通過(guò)該土層密度與所述土層的中間深度Z_i計(jì)算所述土層的豎向有效應(yīng)力σ′_voi，該豎向有效應(yīng)力結(jié)合無(wú)限彈性介質(zhì)內(nèi)波的傳播特性以及彈性理論計(jì)算出所述土層的泊松比v_i和變形模量E_i；

(c)根據(jù)廣義胡克定律計(jì)算無(wú)粘性土靜止土壓力系數(shù)K_0i，然后通過(guò)該K_0i和待預(yù)測(cè)的內(nèi)摩擦角的關(guān)系式計(jì)算所述

(d)根據(jù)無(wú)粘性土的初始變形模量E_i和有效圍壓應(yīng)力σ′_ci的關(guān)系式，得到所述土層模量數(shù)K_i的表達(dá)式，將所述泊松比v_i、初始變形模量E_i和豎向有效應(yīng)力σ′_voi代入該表達(dá)式中計(jì)算出所述土層模量數(shù)K_i；

(e)在所述待預(yù)測(cè)地基土上附加預(yù)設(shè)應(yīng)力Δσ_i，根據(jù)待計(jì)算變形量與所述土層模量數(shù)K_i，所述泊松比v_i和豎向有效應(yīng)力σ′_voi的關(guān)系式計(jì)算該待預(yù)測(cè)變形模量E_i^*。

優(yōu)選地，在步驟(a)中，測(cè)定所述和優(yōu)選采用單孔法、跨孔法或面波法中的一種。

優(yōu)選地，在步驟(b)中，所述經(jīng)驗(yàn)公式優(yōu)選采用下列表達(dá)式(一)，

所述泊松比v_i和變形模量E_i優(yōu)選采用下列表達(dá)式(二)和(三)，

優(yōu)選地，在步驟(c)中，所述廣義胡克定律計(jì)算K_0i優(yōu)選采用下列表達(dá)式(四)，

所述該K_0i和待預(yù)測(cè)的內(nèi)摩擦角的關(guān)系式優(yōu)選采用下列表達(dá)式(五)計(jì)算，

優(yōu)選地，在步驟(d)中，所述土層模量數(shù)K_i的表達(dá)式優(yōu)選按照下列表達(dá)式(六)，其中，p_a為標(biāo)準(zhǔn)大氣壓強(qiáng)，

優(yōu)選地，在步驟(e)中，待預(yù)測(cè)變形模量與所述土層模量數(shù)K_i，所述泊松比v_i和豎向有效應(yīng)力σ′_voi的關(guān)系式優(yōu)選按照下列表達(dá)式(七)進(jìn)行，

總體而言，通過(guò)本發(fā)明所構(gòu)思的以上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，夠取得下列有益效果：

1、本發(fā)明通過(guò)采用地質(zhì)勘察的壓縮波和剪切波波速，并且不采用土工試驗(yàn)，能夠預(yù)測(cè)出非飽和無(wú)粘性土的強(qiáng)度和剛度參數(shù)，相對(duì)現(xiàn)有計(jì)算方法而言，更加經(jīng)濟(jì)高效；

2、本發(fā)明通過(guò)采用單孔法、跨孔法或面波法中的一種獲得壓縮波和剪切波波速，能夠保證壓縮波及剪切波速的準(zhǔn)確性，同時(shí)通過(guò)結(jié)合廣義胡克定律、無(wú)限彈性介質(zhì)內(nèi)波的傳播特性、以及無(wú)粘性地基土本身特性，實(shí)現(xiàn)預(yù)測(cè)內(nèi)摩擦角和變形量的準(zhǔn)確性；

3、本發(fā)明提供的計(jì)算方法步驟簡(jiǎn)單，成本低廉，計(jì)算過(guò)程便于控制，所計(jì)算的無(wú)粘性土的內(nèi)摩擦角和土層變形模量參數(shù)準(zhǔn)確度高，可應(yīng)用于結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)初步設(shè)計(jì)中，大大降低設(shè)計(jì)成本。

附圖說(shuō)明

圖1是按照本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例所構(gòu)建的內(nèi)摩擦角和變形量的計(jì)算方法流程圖。

具體實(shí)施方式

為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。此外，下面所描述的本發(fā)明各個(gè)實(shí)施方式中所涉及到的技術(shù)特征只要彼此之間未構(gòu)成沖突就可以相互組合。

圖1是本發(fā)明的估計(jì)非飽和無(wú)粘性地基土內(nèi)摩擦角和變形模量的方法的具體流程圖，其技術(shù)原理是根據(jù)當(dāng)前土層的壓縮波波速剪切波波速并考慮基礎(chǔ)施加的附加應(yīng)力，用以估算當(dāng)前土層的抗剪強(qiáng)度參數(shù)(有效內(nèi)摩擦角)和土層的變形模量，該方法主要包括如下步驟：

1)在巖土工程勘察中，采用單孔法、跨孔法或面波法測(cè)定土層的壓縮波波速剪切波波速計(jì)算出土層的中間深度Z_i

2)根據(jù)下述經(jīng)驗(yàn)公式求得土層的密度：

從而可得土層的豎向有效應(yīng)力：

根據(jù)無(wú)限彈性介質(zhì)內(nèi)波的傳播特性及彈性理論可得到：

聯(lián)立上面兩式既可以得到由壓縮波波速剪切波波速表示土的泊松比v_i和變形模量E_i的公式：

3)根據(jù)廣義胡克定律，結(jié)合無(wú)黏性土的的靜止土壓力系數(shù)的計(jì)算公式，可建立用泊松比v_i來(lái)表示有效內(nèi)摩擦角的公式，求得有效內(nèi)摩擦角的值：

4)根據(jù)無(wú)黏性土的變形模量公式和土層的有效圍壓應(yīng)力σ′_ci的計(jì)算公式：

可得土層的模量數(shù)K_i計(jì)算公式為：

將上述步驟2)求得的泊松比v_i、變形模量E_i值和土層中間深度的豎向有效應(yīng)力σ′_voi帶入上式可以求得模量數(shù)K_i。

5)根據(jù)步驟4)求得的土層的模量數(shù)，考慮在原地基上建設(shè)基礎(chǔ)的附加應(yīng)力Δσ_i，計(jì)算原土層在建立基礎(chǔ)后的地基變形模量E_i：

以下為本發(fā)明的實(shí)施例：

根據(jù)勘擦報(bào)告，當(dāng)前土層第一層的壓縮波波速為328m/s²，剪切波波速為167m/s²，土層厚度為14m，用測(cè)量工具測(cè)量土層第一層中間深度為7m。擬建造的基礎(chǔ)對(duì)土層的附加應(yīng)力為Δσ_i＝100KPa。

1)根據(jù)勘擦報(bào)告，獲取土層的壓縮波波速剪切波波速和計(jì)算出土層中間深度Z_i值分別為167m/s²、328m/s²和7m。

2)根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式求得土層的密度：

從而可得土層的豎向有效應(yīng)力：

根據(jù)無(wú)限彈性介質(zhì)內(nèi)波的傳播特性和彈性理論可得：

聯(lián)立上面兩式既可以得到由壓縮波波速剪切波波速表示土的泊松比v_i和變形模量E_i的值為：

3)根據(jù)廣義胡克定律，結(jié)合無(wú)黏性土的靜止土壓力系數(shù)的計(jì)算公式，可建立用泊松比v_i來(lái)表示有效內(nèi)摩擦角的公式，求得有效內(nèi)摩擦角的值：

4)根據(jù)無(wú)黏性土的變形模量公式和土層的有效圍壓應(yīng)力σ′_ci的計(jì)算公式：

將上述步驟2)求得的泊松比v_i、變形模量E_i值和土層中間深度的豎向有效應(yīng)力σ′_voi帶入上式可以求得模量數(shù)K_i為：

5)根據(jù)步驟4)求得的土層的模量數(shù)，考慮在原地基上建設(shè)基礎(chǔ)的附加應(yīng)力Δσ_i，計(jì)算原土層在建立基礎(chǔ)后的地基變形模量E_i：

本領(lǐng)域的技術(shù)人員容易理解，以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。