专利名称：一种模拟试验用土的制备方法
技术领域：
本发明涉及一种海洋平台具体场地的室内桶形基础小模型试验和离心机试验用土的制备方法。
背景技术：
室内桶形基础小模型试验和离心机试验用土量大(约需要1.5吨)，因此，选择和确定试验用土是桶形基础试验研究要解决的首要和关键问题之一，试验用土的确定具有一定难度。一方面，因为海上钻孔取样费用高，取土数量少，工程部门实际上无法提供这么多的试验用土。另一方面，石油公司又要求桶形基础承载力研究的最终结果能用于海洋平台具体场地的桶形基础设计。从已有的研究成果来看，对于不同的地基土，桶形基础的承载力特性不同。桶基承载力和变形与土的参数密切有关，因此对不同的土，承载力的计算公式和分析方法也会不同。因此，在目前我们尚无桶形基础模型试验研究经验的基础上，如果简单而任意地选择一种砂或粘土做为试验用土是不合适的。桶形基础模型试验用土的特性最好与实际平台场地地基土接近，这样做不仅可以更好地满足实际工程设计的需要，而且可以大大缩短研究工作进程，减少模型试验工作量和计算分析工作量。
发明内容
针对上述存在的问题，本发明的目的在于提供一种模拟试验用土的制备方法，配制的粉细砂与原状粉砂质细砂的静力学性质很接近，能够做为桶形基础模型试验用土。
为实现上述目的，本发明一种模拟试验用土的制备方法包括如下步骤1)取适量原状土进行物理性质分析，包括颗分、比重、密度、容重和渗透系数的物性实验；2)通过上述实验，得到原状土的颗粒级配曲线、密度、渗透系数；3)配取样土，先使其与步骤2)中的颗粒级配曲线相接近；4)对步骤3的样土，按照原状土的密度，进行三轴压缩剪切的力学性质实验和分析，如果应力大、渗透系数大，则重新配取样土，并且适量增加细颗粒的土，如果应力小、渗透系数小，则重新配取样土，并且适量增加粗颗粒的土；5)当配取的样土的应力～应变、体变～应变关系和渗透系数与原状土相当时，根据该样土的颗粒级配比例进行大量复配。
本发明配制的粉细砂与原状粉砂质细砂的静力学性质很接近，因此不仅能够做为桶形基础模型试验用土，满足实际工程设计的需要，而且大大节约了研究经费，并缩短研究工作进程。
图1为原状土和经过反复复配后的样土的的颗粒级配曲线。
图2(a)、(b)为原状、重塑和配制粉细砂的CD试验结果比较。
具体实施例方式
制备的步骤1)取适量原状土进行物性实验和分析，以获得颗粒级配、密度、渗透系数。
2)通过上述得到原状土的颗粒级配曲线；3)配取样土(漳州的细砂、北京某工地的粉质粘土、混和粉细砂)，使其与步骤2)中的颗粒级配曲线相接近；4)对步骤3的样土，按照原状土的密度，进行三轴压缩剪切的力学性质实验和分析，如果应力大、渗透系数大，则重新配取样土，并且适量增加细颗粒的土，如果应力小、渗透系数小，则重新配取样土，并且适量增加粗颗粒的土；5)当配取的样土的应力～应变、体变～应变关系和渗透系数与原状土相当，且颗分曲线也很接近时，根据该样土的颗粒级配比例进行大量复配。
具体是选取深度为12.25米的原状土样为代表性土样，它属于中密的粉砂质细砂。经过分析后，基本物性参数为含水量22％，湿容重2.0g/cm3；比重的参考指标为2.66；有效抗剪强度参考指标为c‘＝0，φ′＝36.5°；渗透系数量级10-5～10-6m/s；颗粒级配曲线如图1所示。
配制的粉质细砂的基本物性参数为比重2.69，干容重1.6g/cm3，相对密度为54％，属于中密的粉细砂；渗透系数量级为10-5m/s；颗粒级配曲线如图1所示。
原状土样经烘干、揉碎和搅拌均匀后，按照原状土样的容重和含水量，重新制成的土样为重塑土样。其颗粒级配曲线与原状土相同，参见图1。
如图2(a)、(b)所示，比较三种土样的应力～应变、体变～应变关系，可以很明显地看到原状土与配制的粉细砂静力学特性更为接近，而与重塑土则相差较大。因此，配制的粉细砂能够代替原状粉细砂做为桶形基础模型试验用土。
具体的比较和分析如下(1)原状土与重塑土的应力～应变、体变～应变关系明显不同，这主要是由于土的结构性引起的。原状土历经了迁移、沉积和固结等自然过程，土颗粒之间、土与孔隙水之间形成了其特有的联接形式，产生了与周围环境相适应的结构。这种结构性使得土体具有一定的结构强度，在应力水平较低，土的结构得以保持完整的条件下，土体表现出较高的强度。而重塑土则破坏了土体的这种结构性，因此其强度会大大降低；土的结构性越强，重塑土强度降低得越多。此原状土的土体结构性主要是由于土中粉粒和粘土的夹层和夹块造成的，它使得原状中密的粉质细砂不仅呈现较明显的剪胀行为，而且其抗剪强度较重塑土高30％。重塑土样在剪切过程中剪胀不明显，而土体在外载作用下是否具有剪胀行为对桶形基础模型试验和分析是非常重要的，它将影响到动载下的桶基的承载力和变形计算结果。因此，从土样的应力和体变试验结果来分析，重塑土在强度和剪胀性方面不能模拟和反映原状土的性质，因此，用平台场地的重塑土做为模型试验用土是不合适的。
(2)配制的粉细砂与原状土的应力～应变、体变～应变关系很接近，这主要是配制土综合考虑了土的颗粒特性及级配对土性的影响。由于在配制的粉细砂中所用的漳州细砂强度较高(φ′＝40°)、粉质粘土强度较低(φ′＝36°)，而原状土的强度为φ′＝38°，所以在土的配制过程中，将两种土以1∶1.2比例混和。由于配制土中砂粒含量比原状土的多约20％，这样可使配制土在强度方面比重塑土有所提高，从而弥补由于配制土的非结构性造成的土强度的降低。总之，配制的粉细砂不但在强度方面接近原状土，而且在剪胀性方面也很接近。
(3)原状土样属于中密的粉砂质细砂，渗透系数量级10-5～10-6m/s；配制的粉质细砂也属于中密的粉细砂，渗透系数量级为10-5m/s。两者的密度和渗透系数非常接近。
权利要求
1.一种模拟试验用土的制备方法，包括如下步骤1)取适量原状土进行物理性质分析，包括颗分、比重、密度、容重和渗透系数的物性实验；2)通过上述实验，得到原状土的颗粒级配曲线、密度、渗透系数；3)配取样土，先使其与步骤2)中的颗粒级配曲线相接近；4)对步骤3的样土，按照原状土的密度，进行三轴压缩剪切的力学性质实验和分析，如果应力大、渗透系数大，则重新配取样土，并且适量增加细颗粒的土，如果应力小、渗透系数小，则重新配取样土，并且适量增加粗颗粒的土；5)当配取的样土的应力～应变、体变～应变关系和渗透系数与原状土相当时，根据该样土的颗粒级配比例进行大量复配。
全文摘要
本发明公开了一种模拟试验用土的制备方法包括如下步骤1)取适量原状土进行物理性质分析，包括颗分、比重、密度、容重和渗透系数的物性实验；2)通过上述实验，得到原状土的颗粒级配曲线、密度、渗透系数；3)配取样土，先使其与步骤2)中的颗粒级配曲线相接近；4)对步骤3的样土，按照原状土的密度，进行三轴压缩剪切的力学性质实验和分析；5)当配取的样土的应力～应变、体变～应变关系和渗透系数与原状土相当时，根据该样土的颗粒级配比例进行大量复配。本发明配制的粉细砂与原状粉砂质细砂的静力学性质很接近，因此不仅能够做为桶形基础模型试验用土，满足实际工程设计的需要，而且大大节约了研究经费，并缩短研究工作进程。
文档编号G01N33/24GK1851443SQ200610078958
公开日2006年10月25日 申请日期2006年4月28日 优先权日2006年4月28日
发明者王淑云, 鲁晓兵 申请人:中国科学院力学研究所