一种非饱和膨胀土抗剪强度区间本构模型的构建及计算方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种非饱和膨胀土抗剪强度区间本构模型的构建及计算方法。
【背景技术】
[0002] 由于岩土力学性质的复杂性，土工试验成为岩土力学的一个重要内容。但是，由于 现场非饱和膨胀土原状土的结构性及土工参数的诸多影响因素，使得现场原位测试和工程 原型监测成为工程实践中不可缺少的一部分。土力学的研宄和土工实践从来不能脱离土工 实验工作。错误的，不准确的岩土参数取值，较岩土本构模型本身的误差更大。
[0003] 目前在非饱和膨胀土本构模型的计算与分析中，往往采用点变量来表达本构模型 中的力学参数，这与土工试验存在一定范围或误差的实际情况不相符合。
【发明内容】
[0004] 本发明提出的一种非饱和膨胀土抗剪强度区间本构模型的构建及计算方法，其目 的在于，为了解决目前采用点变量来表达非饱和膨胀土抗剪强度本构模型中的力学参数， 与土工试验存在一定范围或误差的实际情况不相符合而导致本构模型计算结果受到影响 的技术问题。
[0005] 非饱和膨胀土的土工试验数据，呈概率性分布，是位于一定范围内的数值。而区间 变量可以充分体现土工参数的复杂性和多值性等特点。所以，提出用区间变量来表达非饱 和膨胀土抗剪强度模型中的力学参数，建立基于区间变量及区间数学的非饱和膨胀土抗剪 强度区间模型，并根据该模型计算计算非饱和膨胀土的抗剪强度有利于实际操作。
[0006] -种非饱和膨胀土抗剪强度区间本构模型的构建及计算方法，包括以下几个步 骤：
[0007] 步骤1 :首先根据现有土工试验规范要求，采集至少6组非饱和膨胀土参数实测 值，并获取每个参数的平均值；
[0008] 其中，所述非饱和膨胀土参数包括有效黏聚力W、任一截面上的法向应力〇、有 效内摩擦角#、超孔隙水压力U a、基质吸力Uw及内摩擦角
[0009] 步骤2 :采用概率论中的标准差计算公式，求取步骤1中所述非饱和膨胀土参数的 标准差；
[0010] 步骤3 :按照公式X = [ρ-3 θ，ρ+3 Θ ]构建所述非饱和膨胀土参数区间取值范围 X，其中，P表示待构建区间取值范围非饱和膨胀土参数的平均值，Θ表示待构建区间取值 范围非饱和膨胀土参数的标准差，具体如下：
[0011] C'的区间取值范围为[c' p_3c' 0，夕p+3c' 0] 的区间取值范围为
[σ ρ-3 σ θ, σ ρ+3 σ θ ]；
[0012] (6/的区间取值范围为
【主权项】
1. 一种非饱和膨胀土抗剪强度区间本构模型的构建及计算方法，其特征在于，包括以 下几个步骤： 步骤1 :首先根据现有土工试验规范要求，采集至少6组非饱和膨胀土参数实测值，并 获取每个参数的平均值； 其中，所述非饱和膨胀土参数包括有效黏聚力c'、任一截面上的法向应力〇、有效内 摩擦角 <、超孔隙水压力Ua、基质吸力Uw及内摩擦角Z ; 步骤2 :采用概率论中的标准差计算公式，求取步骤1中所述非饱和膨胀土参数的标准 差； 步骤3 :按照公式X = [ρ-3 θ，ρ+3 Θ ]构建所述非饱和膨胀土参数区间取值范围X，其 中，P表示待构建区间取值范围非饱和膨胀土参数的平均值，Θ表示待构建区间取值范围 非饱和膨胀土参数的标准差，具体如下： d的区间取值范围为[d p-3d 0，d p+3d 0 ] ; σ的区间取值范围为 [σ ρ-3 σ θ, σ ρ+3 σ θ ]； V的区间取值范围为+ 3W]; Ua的区间取值范围为 yw的区间取值范围为[μ wp-3yw0, μ￥Ρ+3μ￥0] ; Z的区间取值范围为 [<-3? + 3<]; 其中，c' ρ、σρ、<、依次为 c'、〇、供'、的平均值； c' 0、〇0、<、ya0、yw0 及依次为 c'、σ、<、ya、yw、供6 的标准差； 步骤4 :基于步骤3获取的非饱和膨胀土参数区间取值范围X确定非饱和膨胀土抗剪 强度计算公式中吸附强度^的区间取值范围： 当 = ?< tan < 时，τ s的区间取值范围为 X tan(<-3<)，7< tan(<+3〇]; 当[=-/OtaiV时，τ s的区间取值范围为 -^μ,β ])tail(^,-3Ψ"h χ([μ?ψ+^μΜ]-[/^Ρ +3//,"])lan(^；, +3φ0)]； 当八=(/(, -A、)tanZ时，τs的区间取值范围为 [([Μ,ρ -3/A,λ)^(φΙ -3φ'α I ([//；1|1 +3//,,,]-[αμ, +3/Α·.〇 +3φ〇)]； 其中，m为膨胀力的有效系数;PS为膨胀力；μ 3为孔隙气压力，μ ￥为孔隙水压力， Ua-Uw为基质吸力；X为与饱和度相关的修正参数； 步骤5 :非饱和膨胀土抗剪强度区间本构模型如下： [I, f ]=[￡',?]十([Z 司-[^,，/飞])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.根据权利要求1所述的一种非饱和膨胀土抗剪强度区间本构模型的构建及计算方 法，其特征在于，依据选取的τ 3代入步骤5所获得的非饱和膨胀土抗剪强度区间本构模型 中，获得非饱和膨胀土抗剪强度的取值范围。
【专利摘要】本发明公开了一种非饱和膨胀土抗剪强度区间本构模型的构建及计算方法，该方法基于概率论及土工试验原理，得出非饱和膨胀土抗剪强度区间分析模型中的参数区间取值范围，利用区间数学的计算方法，求解出非饱和膨胀土抗剪强度取值的区间范围；运用该方法计算出的非饱和膨胀土抗剪强度参数，既能保证抗剪强度参数取值的正确性，也能提高非饱和膨胀土抗剪强度模型应用的广泛性。利用该方法计算非饱和膨胀土抗剪强度，既能保证所求解的非饱和膨胀土抗剪强度参数的准确性，也能充分体现非饱和膨胀土抗剪强度参数的复杂性，解决了点变量不能充分表达非饱和膨胀土抗剪强度参数的准确性和复杂性问题，大大提高了非饱和膨胀土抗剪强度模型的广泛性及适用性。
【IPC分类】G06F19-00, G06F17-50
【公开号】CN104657600
【申请号】CN201510051980
【发明人】唐利民, 郑健龙
【申请人】长沙理工大学
【公开日】2015年5月27日
【申请日】2015年2月2日