高围压下粗粒土大三轴试验数据临界状态参数确定方法
【专利摘要】一种高围压下粗粒土大三轴试验数据临界状态参数确定方法，包括以下步骤：一、将粗粒土试样放入三轴固结排水剪试验装置中进行试验；二、在试验中获得数据；三、由公式：计算得到固结排水剪中的剪应力。通过增加了水压力在试样的轴向上的分力参数，更正了现有技术的规程未考虑水压力影响的疏忽，本发明的公式改正规程(SL-237-017-1999)公式【14】中剪应力-轴应变曲线(q-εa)在高围压试验工况下提前弯曲的错误。根据本发明的新公式对计算机自动记录的试验数据进行计算处理，按剪应力-轴变曲线(q-εa)和按体变-轴变曲线εv-εa得到的临界状态点（破坏点）一致性好，适于工程应用。
【专利说明】高围压下粗粒土大三轴试验数据临界状态参数确定方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及土木工程中的粗粒土固结排水剪试验领域，特别是一种高围压下粗粒土大三轴试验数据临界状态参数确定方法。
【背景技术】
[0002]目前，世界上许多国家将要或正在修建坝高在300m级面板堆石坝。例如，菲律宾正在修建234m高的Abula面板堆石坝；巴基斯坦正在修建270m高的Basha面板堆石坝，建成后它们的坝高都将高于中国坝高233m的水布垭面板堆石坝(已建成的世界最高面板堆石坝)。而我国澜沧江、金沙江、怒江、雅砻江、大渡河和黄河上游以及西藏的雅鲁藏布江等，有许多适宜建设超高面板堆石坝的坝址。例如坝高在250m?350m的茨哈峡、马吉、古水、如美、坝高352m的金沙江其宗水电站。
[0003]由于世界上还没有300m级面板坝的工程先例建成，也就缺乏可供参照的建设经验和实测数据。通常坝体变形量与坝高平方成比例，随着坝高的大幅度增加，在自重、高水压力作用下，300m高面板坝的坝体最大沉降，并不等于高150m坝的2倍，也不等于200m高面板坝的1.5倍，其应力变形性状有别于150m?200m高面板坝，无法根据150m级或200m高面板坝的经验外推。因此，马洪琪院士在“300m级高面板堆石坝适应性及对策研究”启动会议上提出:“300m级面板坝坝体变形大，因此应对筑坝材料的强度和变形特征深入研究”，也就是说要研究适用于300m级堆石坝的本构模型。
[0004]目前，基于临界状态理论的本构模型成为本构模型家族中有很大发展前影且独具特色的一员。由于对土体破坏、剪胀剪缩分界点等特性都有明确清晰的定义，且已经成功应用于土、和砂，临界状态本构模型体现了良好的实用优越性和理论上的严密性。对于象堆石料这样包含较大粒径的粗粒土，也已经发展了几个临界状态本构模型。但困扰大家的是，由于室内试验的围压需取得较高，因此大三轴试验中粗料土的临界状态参数确定的问题变得非常重要。
[0005]《高等土力学》指出:当达到临界状态时，塑性剪应变无限增大，塑性体积应变增量和有效应力增量为0，土体处于完全塑性状态，此时所有的有效应力终点均位于同一条直线(应力比等于M)上,该直线称为临界状态线。也就是说大三轴试验中的碌石(gravel)处在临界状态时，体变％不再变化，偏应力q、平均主应力P也不再增加。可是，根据规程整理出的粗粒土的三轴固结排水剪试验结果中的应力应变曲线(q-ε曲线)的形状常常是驼峰型即到了最高点后q就下降了，见图1。而通常都取偏应力q的最高点作为临界状态点，也就是说，土一但达到临界状态点，随后偏应力q就开始下降。而按照《高等土力学》定义，偏应力q应该不变或基本不变。但按规程整理出的三轴试验曲线，与《高等土力学》中定义的偏应力q不变明显不相符合。这是为什么呢？
[0006]另外，根据体变ε v不变得到的临界状态点，明显偏后于根据应驼峰型应力应变曲线(q_ ε )的峰值点q得到临界状态点。即由应力应变曲线和体变一应变曲线得到的临界状态点位置不一样。[0007]如图1中所示，由现有规程中技术由剪应力-轴变曲线q_ ε 3确定的破坏点，明显和由体变-轴变曲线ε ν- ε a确定的破坏点位置不一致，从而导致在实际工程中无所适从。
【发明内容】
[0008]本发明所要解决的技术问题是提供一种高围压下粗粒土大三轴试验数据临界状态参数确定方法，可以确保由剪应力-轴变曲线q_ ε a和体变-轴变曲线ε ν_ ε 3获得的土样破坏点位置相一致。
[0009]为了解决上述存在的技术问题，本发明采用下述的技术方案:一种高围压下粗粒土大三轴试验数据临界状态参数确定方法，包括以下步骤:
[0010]一、将粗粒土试样放入三轴固结排水剪试验装置中进行试验；
[0011]二、在试验中获得数据；
[0012]三、由 申请人:推导出的新公式:
[0013]
【权利要求】
1.一种高围压下粗粒土大三轴试验数据临界状态参数确定方法，其特征是包括以下步骤: 一、将粗粒土试样放入三轴固结排水剪试验装置中进行试验； 二、在试验中获得数据； 三、由公式:
2.根据权利要求1所述的一种高围压下粗粒土大三轴试验数据临界状态参数确定方法，其特征是: 轴应力由原规程中以下公式【I】~【6】计算得到:
【文档编号】G01N3/24GK103528897SQ201310487521
【公开日】2014年1月22日 申请日期:2013年10月17日 优先权日:2013年10月17日
【发明者】孙大伟, 徐志华, 张国栋, 姚惠芹, 王康平, 华裴, 叶朗, 李哲群, 程润喜 申请人:三峡大学