本發(fā)明涉及土體動(dòng)強(qiáng)度確定方法的
技術(shù)領(lǐng)域：
，特別是涉及一種考慮原位結(jié)構(gòu)效應(yīng)確定深厚覆蓋層土體的動(dòng)強(qiáng)度參數(shù)的方法。
背景技術(shù)：
：我國西部水電工程建設(shè)中，將會(huì)越來越多地遇到覆蓋層上建高土石壩的問題，壩址區(qū)地震基本烈度較高和常有深厚覆蓋層是面臨的突出外部條件。5.12汶川大地震中，眾多的水利水電工程經(jīng)受了強(qiáng)震考驗(yàn)，有的發(fā)生嚴(yán)重震損，強(qiáng)震區(qū)高壩的抗震安全問題倍受社會(huì)各界關(guān)注。尤其是對(duì)地處高烈度區(qū)、且建于深厚覆蓋層上的高土石壩，由于覆蓋層中常有對(duì)地震荷載比較敏感的深埋飽和砂層，在強(qiáng)烈地震作用下容易發(fā)生液化導(dǎo)致地基失效或產(chǎn)生工程不允許的變形。因此覆蓋層中深埋飽和砂層的抗震穩(wěn)定性往往成為決定工程可行性和高土石壩壩體和地基系統(tǒng)抗震安全性最為關(guān)鍵的問題。由于深厚覆蓋層砂土的埋深較大，超過常規(guī)的抗震穩(wěn)定性評(píng)價(jià)經(jīng)驗(yàn)方法的適用范圍，可行的方法是采用地震動(dòng)力反應(yīng)分析對(duì)覆蓋層抗震穩(wěn)定性進(jìn)行評(píng)價(jià)。其中動(dòng)力變形參數(shù)和動(dòng)強(qiáng)度參數(shù)的可靠確定是其中的關(guān)鍵問題。土的結(jié)構(gòu)性是影響土力學(xué)特性的諸要素中一個(gè)最為重要的要素。深厚覆蓋層土體成層年代長，應(yīng)力應(yīng)變歷史復(fù)雜，具有顯著的原位結(jié)構(gòu)效應(yīng)。已有研究證實(shí)了原位結(jié)構(gòu)性對(duì)砂土動(dòng)力特性參數(shù)有重要的影響，也探索了包括鉆孔取原狀樣試驗(yàn)、室內(nèi)重塑樣試驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)等考慮原位結(jié)構(gòu)效應(yīng)確定砂土動(dòng)力特性參數(shù)的方法。但由于深厚覆蓋層深埋砂土原狀取樣十分困難，實(shí)際上也難以取得真正意義上的原狀樣，室內(nèi)試驗(yàn)制樣控制的干密度(相對(duì)密度)的準(zhǔn)確確定是尚未解決的難題，且現(xiàn)場(chǎng)采取散裝樣的代表性也存在疑慮。因此，基于干密度制樣控制的室內(nèi)重塑樣試驗(yàn)難以反映原位結(jié)構(gòu)性的影響。原位試驗(yàn)對(duì)覆蓋層土體的擾動(dòng)小，能夠較真實(shí)的反映覆蓋層土體的原位結(jié)構(gòu)效應(yīng)和原位應(yīng)力狀態(tài)，目前學(xué)術(shù)界和工程界已越來越多地傾向于的依靠原位試驗(yàn)確定覆蓋層土體的工程力學(xué)性質(zhì)。但原位試驗(yàn)的試驗(yàn)條件難以控制，應(yīng)力條件單一，難以進(jìn)行不同固結(jié)應(yīng)力狀態(tài)的試驗(yàn)，不能研究各種因素的影響。不能直接提供可供動(dòng)力反應(yīng)分析應(yīng)用的系列參數(shù)。因此，探索考慮原位結(jié)構(gòu)效應(yīng)確定可用于動(dòng)力反應(yīng)分析的深埋砂土動(dòng)力特性參數(shù)是十分必要的。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：本發(fā)明提供一種安全性評(píng)價(jià)的準(zhǔn)確性高、使室內(nèi)試驗(yàn)結(jié)果可以更接近實(shí)際情況的考慮原位結(jié)構(gòu)效應(yīng)確定深厚覆蓋層土體的動(dòng)強(qiáng)度參數(shù)的方法。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明考慮原位結(jié)構(gòu)效應(yīng)確定深厚覆蓋層土體的動(dòng)強(qiáng)度參數(shù)的方法，具體包括以下步驟：步驟一、基于現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)確定原位土體的動(dòng)強(qiáng)度基準(zhǔn)值根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)深厚覆蓋層土體的不同特點(diǎn)，選用不同類型的原位現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)方法，當(dāng)覆蓋層土體為砂土?xí)r，采用靜力觸探試驗(yàn)、標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)或波速試驗(yàn)，當(dāng)覆蓋層土體為砂礫料時(shí)，采用波速試驗(yàn)或貝克貫入試驗(yàn)。針對(duì)不同的原位現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)方法，采用已經(jīng)建立的經(jīng)震害資料檢驗(yàn)過的動(dòng)強(qiáng)度確定公式來確定深厚覆蓋層土體在震級(jí)M為7.5級(jí)，上覆有效應(yīng)力為100kPa應(yīng)力條件下的動(dòng)強(qiáng)度基準(zhǔn)值，具體的確定方法如下：(1)靜力觸探試驗(yàn)若qc1N<50，采用公式(1)確定深厚覆蓋層土體原位條件下的動(dòng)強(qiáng)度基準(zhǔn)值CRR，若50≤qc1N<160，采用公式(2)確定深厚覆蓋層土體原位條件下的動(dòng)強(qiáng)度基準(zhǔn)值CRR，式中：qc1N為校正到100kPa的錐尖貫入阻力；qc為錐尖貫入阻力；pa為大氣壓力；n為與級(jí)配特征有關(guān)的指數(shù)，n＝0.5～1.0；(2)標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)采用公式(3)確定深厚覆蓋層土體原位條件下的動(dòng)強(qiáng)度基準(zhǔn)值CRR，式中：(N1)60為校正到100kPa下的標(biāo)準(zhǔn)貫入錘擊數(shù)；其中(N1)60采用公式(4)確定：式中：Nm為實(shí)測(cè)標(biāo)準(zhǔn)貫入錘擊數(shù)；pa為大氣壓力；σ′v0為鉆孔試驗(yàn)時(shí)的上覆有效應(yīng)力；(3)波速試驗(yàn)采用公式(5)確定深厚覆蓋層土體原位條件下的動(dòng)強(qiáng)度基準(zhǔn)值CRR，式中：為發(fā)生液化的上限剪切波速，假定上限剪切波速與粘粒的含量呈線性變化，當(dāng)粘粒含量為35％時(shí)，為200m/s；當(dāng)粘粒含量為5％時(shí)，為215m/s；Vs1為校正到100kPa應(yīng)力條件下的剪切波速；其中，Vs1采用公式(6)確定：式中：Vs為剪切波速；pa為大氣壓力；σ′v0為上覆有效應(yīng)力；(4)貝克貫入試驗(yàn)采用公式(7)將貝克貫入錘擊數(shù)轉(zhuǎn)化為標(biāo)準(zhǔn)貫入錘擊數(shù)，Nm＝1.404(NBT)0.8504(7)式中：Nm為實(shí)測(cè)標(biāo)準(zhǔn)貫入錘擊數(shù)；NBT為實(shí)測(cè)貝克貫入錘擊數(shù)；然后再采用公式(4)將實(shí)測(cè)的標(biāo)準(zhǔn)貫入錘擊數(shù)校正到100kPa下的標(biāo)準(zhǔn)貫入錘擊數(shù)(N1)60，再按照公式(3)確定土體的動(dòng)強(qiáng)度基準(zhǔn)值。步驟二、基于室內(nèi)試驗(yàn)確定動(dòng)強(qiáng)度參數(shù)的各影響因素的修正參數(shù)，具體包括以下步驟：A)、進(jìn)行室內(nèi)動(dòng)三軸試驗(yàn)在試驗(yàn)室模擬現(xiàn)場(chǎng)土體的原位物理狀態(tài)和初始應(yīng)力條件，采用日本產(chǎn)的S3D中型液壓振動(dòng)三軸試驗(yàn)儀，按照相關(guān)規(guī)程進(jìn)行動(dòng)三軸試驗(yàn)，具體的試驗(yàn)方法如下：a)、確定砂層的原位干密度和相對(duì)密度進(jìn)行鉆孔原狀取樣，在不同深度、多個(gè)部位取原狀樣，確定原位砂層的干密度ρd和相對(duì)密度Dr。b)、確定試驗(yàn)控制條件模擬還原現(xiàn)場(chǎng)土體的原位物理狀態(tài)和初始應(yīng)力條件，結(jié)合試驗(yàn)設(shè)備的性能和現(xiàn)場(chǎng)施工土體的動(dòng)力分析的要求，綜合確定土體動(dòng)力特性試驗(yàn)的應(yīng)力條件。c)、動(dòng)三軸試驗(yàn)按照《土工試驗(yàn)規(guī)程》(SL237-1999)進(jìn)行動(dòng)三軸試驗(yàn)，根據(jù)步驟a)測(cè)量得到的干密度，嚴(yán)格控制室內(nèi)試驗(yàn)的試樣干密度，采用干裝法分三層在儀器底座上制樣，成樣后測(cè)量試樣實(shí)際直徑和高度。在三軸壓力室內(nèi)聯(lián)合使用抽真空和反壓飽和，當(dāng)試樣飽和度滿足要求，進(jìn)入固結(jié)階段，待固結(jié)穩(wěn)定后，施加循環(huán)荷載進(jìn)行試驗(yàn)。試驗(yàn)的激振波形采用正弦波，激振頻率為1Hz。對(duì)于每一個(gè)圍壓力，至少進(jìn)行3個(gè)試樣的平行試驗(yàn)，使之在不同的動(dòng)應(yīng)力作用下達(dá)到破壞，以確定不同的振動(dòng)破壞周次。對(duì)于固結(jié)比Kc為1.0的等壓試驗(yàn)，取雙幅軸向動(dòng)應(yīng)變等于5％為破壞標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)于固結(jié)比Kc為2.0的偏壓試驗(yàn)，則以包括殘余應(yīng)變和動(dòng)應(yīng)變的軸向總應(yīng)變等于5％作為破壞標(biāo)準(zhǔn)。依據(jù)往返加荷三軸試驗(yàn)過程中所得的試樣動(dòng)應(yīng)變與振動(dòng)次數(shù)的關(guān)系，按照試樣軸向應(yīng)變5％作為破壞標(biāo)準(zhǔn)，可得到在不同圍壓力和固結(jié)比下動(dòng)強(qiáng)度CRR與破壞振次Nf的關(guān)系曲線，依據(jù)此關(guān)系曲線，可得到對(duì)應(yīng)于一定震級(jí)(等效破壞振次)的動(dòng)強(qiáng)度。B)、依據(jù)動(dòng)三軸試驗(yàn)確定動(dòng)強(qiáng)度相關(guān)系數(shù)Ⅰ)、震級(jí)比例系數(shù)采用公式(8)確定震級(jí)比例系數(shù)。式中：MSF為震級(jí)比例系數(shù)；CRRM≠7.5為震級(jí)M≠7.5時(shí)的動(dòng)強(qiáng)度；CRRM＝7.5為震級(jí)M＝7.5時(shí)的動(dòng)強(qiáng)度；結(jié)合動(dòng)三軸試驗(yàn)所得數(shù)據(jù)和公式(8)，得到不同震級(jí)對(duì)應(yīng)的震級(jí)比例系數(shù)。Ⅱ)、上覆有效應(yīng)力校正系數(shù)對(duì)于室內(nèi)動(dòng)三軸試驗(yàn)，采用公式(9)確定上覆有效應(yīng)力校正系數(shù)Kσ。式中：Kσ為上覆有效應(yīng)力校正系數(shù)；為有效固結(jié)圍壓力為σc′時(shí)土體的動(dòng)強(qiáng)度；為有效固結(jié)圍壓力為100kPa時(shí)土體的動(dòng)強(qiáng)度；依據(jù)動(dòng)三軸試驗(yàn)獲得砂土在不同有效固結(jié)圍壓力下的動(dòng)強(qiáng)度，據(jù)此，得到Kσ與σ′v0的關(guān)系曲線。Ⅲ)、初始剪應(yīng)力校正系數(shù)采用公式(10)確定初始剪應(yīng)力校正系數(shù)Kα，Kα＝CRRα/CRRα＝0(10)式中：Kα為初始剪應(yīng)力校正系數(shù)；CRRα為初始剪應(yīng)力比為α?xí)r土體的動(dòng)強(qiáng)度；CRRα＝0為初始剪應(yīng)力比α＝0即無初始剪應(yīng)力狀態(tài)時(shí)的抗液化動(dòng)剪應(yīng)力；依據(jù)相同圍壓力、不同固結(jié)比條件下的室內(nèi)動(dòng)三軸試驗(yàn)結(jié)果，得到一定有效固結(jié)圍壓力下、不同固結(jié)比時(shí)的初始剪應(yīng)力校正系數(shù)Kα。步驟三、考慮原位結(jié)構(gòu)效應(yīng)確定覆蓋層土體的動(dòng)強(qiáng)度參數(shù)基于由現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)確定砂土的動(dòng)強(qiáng)度基準(zhǔn)值CRR，和由室內(nèi)動(dòng)三軸試驗(yàn)確定的震級(jí)比例系數(shù)MSF、上覆有效應(yīng)力校正系數(shù)Kσ和初始剪應(yīng)力校正系數(shù)Kα，考慮原位結(jié)構(gòu)效應(yīng)確定深厚覆蓋層土體的動(dòng)強(qiáng)度參數(shù)，具體包括以下步驟：(一)、將現(xiàn)場(chǎng)砂土的動(dòng)強(qiáng)度基準(zhǔn)值CRR修正至室內(nèi)試驗(yàn)條件下的動(dòng)強(qiáng)度由于水平地基條件下，其原位應(yīng)力狀態(tài)與室內(nèi)等壓動(dòng)三軸試驗(yàn)的應(yīng)力條件不同，現(xiàn)場(chǎng)測(cè)得的原位動(dòng)強(qiáng)度與室內(nèi)試驗(yàn)動(dòng)強(qiáng)度含義不同，通過公式(15)確定室內(nèi)等壓條件下的動(dòng)強(qiáng)度與現(xiàn)場(chǎng)原位動(dòng)強(qiáng)度參數(shù)基準(zhǔn)值CRR之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系，然后將現(xiàn)場(chǎng)砂土的動(dòng)強(qiáng)度基準(zhǔn)值CRR修正至室內(nèi)等壓動(dòng)三軸試驗(yàn)條件下，有效圍壓為100kPa，等效震動(dòng)周次為20周(對(duì)應(yīng)于7.5級(jí)地震)時(shí)的動(dòng)強(qiáng)度。對(duì)于現(xiàn)場(chǎng)原位應(yīng)力條件，水平地基動(dòng)強(qiáng)度采用公式(11)表示，式中：Δτmax為試樣內(nèi)所有面上的最大動(dòng)剪應(yīng)力；σ′0為試樣上的平均有效主應(yīng)力；τav為等效地震剪應(yīng)力；K0為側(cè)壓力系數(shù)；σ′v0為上覆有效應(yīng)力；對(duì)于室內(nèi)等壓動(dòng)三軸試驗(yàn)，動(dòng)強(qiáng)度采用公式(12)表示，式中：Δτ為動(dòng)剪應(yīng)力；σc為有效圍壓力；σd為動(dòng)應(yīng)力；結(jié)合公式(11)和(12)可得公式(13)，式中：CRR為深厚覆蓋層土體原位條件下的動(dòng)強(qiáng)度基準(zhǔn)值；正常固結(jié)砂土的側(cè)壓力系數(shù)大致為K0＝0.45～0.50，則有公式(14)，出于安全考慮，得到公式(15)，即為室內(nèi)等壓動(dòng)三軸試驗(yàn)條件下，有效圍壓為100kPa，等效震動(dòng)周次為20周(對(duì)應(yīng)于7.5級(jí)地震)時(shí)的動(dòng)強(qiáng)度與現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)確定的動(dòng)強(qiáng)度參數(shù)基準(zhǔn)值CRR之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系。(二)、依次依據(jù)震級(jí)比例系數(shù)MSF、上覆有效應(yīng)力校正系數(shù)Kσ和初始剪應(yīng)力校正系數(shù)Kα修正動(dòng)強(qiáng)度參數(shù)，得到考慮原位結(jié)構(gòu)效應(yīng)的覆蓋層土體的動(dòng)強(qiáng)度，具體的修正過程如下：首先，依據(jù)震級(jí)比例系數(shù)MSF修正動(dòng)強(qiáng)度依據(jù)步驟二中的Ⅰ)所得到的震級(jí)比例系數(shù)MSF，將(一)中得到的等壓條件、有效圍壓為100kPa，等效振動(dòng)周次為20周(對(duì)應(yīng)于7.5級(jí)地震)時(shí)的動(dòng)強(qiáng)度，修正至等壓條件、有效圍壓為100kPa，不同等效振動(dòng)周次(震級(jí))對(duì)應(yīng)的動(dòng)強(qiáng)度。其次，依據(jù)上覆有效應(yīng)力校正系數(shù)Kσ修正動(dòng)強(qiáng)度依據(jù)步驟二中的Ⅱ)所得的上覆有效應(yīng)力校正系數(shù)Kσ，將(二)中得到的等壓條件、有效圍壓為100kPa，各不同等效振動(dòng)周次(震級(jí))對(duì)應(yīng)的動(dòng)強(qiáng)度，修正至等壓條件相應(yīng)振動(dòng)周次(震級(jí))時(shí)的其他圍壓力。最后，依據(jù)初始剪應(yīng)力校正系數(shù)Kα修正動(dòng)強(qiáng)度依據(jù)步驟二中的Ⅲ)所得的初始剪應(yīng)力校正系數(shù)Kα，將(三)中得到的等壓條件下的動(dòng)強(qiáng)度，修正至固結(jié)比為2.0時(shí)的動(dòng)強(qiáng)度，即為考慮原位結(jié)構(gòu)效應(yīng)的覆蓋層土體的動(dòng)強(qiáng)度。本發(fā)明考慮原位結(jié)構(gòu)效應(yīng)確定深厚覆蓋層土體的動(dòng)強(qiáng)度參數(shù)的方法與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下有益效果：本發(fā)明考慮原位結(jié)構(gòu)效應(yīng)確定深厚覆蓋層土體的動(dòng)強(qiáng)度參數(shù)的方法結(jié)合了原位試驗(yàn)?zāi)軌蚩紤]原位結(jié)構(gòu)效應(yīng)和室內(nèi)試驗(yàn)?zāi)軌蜻M(jìn)行多種應(yīng)力條件控制的優(yōu)點(diǎn)，綜合考慮多種因素的影響，包括震級(jí)比例系數(shù)MSF、上覆有效應(yīng)力校正系數(shù)Kσ和初始剪應(yīng)力校正系數(shù)Kα，對(duì)動(dòng)強(qiáng)度參數(shù)進(jìn)行重重修正，得到考慮深厚覆蓋層土體原位結(jié)構(gòu)效應(yīng)的動(dòng)強(qiáng)度參數(shù)，并與室內(nèi)試驗(yàn)參數(shù)進(jìn)行了對(duì)比，得到考慮深厚覆蓋層土體原位結(jié)構(gòu)效應(yīng)的動(dòng)強(qiáng)度參數(shù)，修正后的動(dòng)強(qiáng)度參數(shù)更加貼緊實(shí)際情況，可為深厚覆蓋層地基抗震的安全評(píng)價(jià)提供依據(jù)，提高安全性評(píng)價(jià)的準(zhǔn)確性和精確度。下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的考慮原位結(jié)構(gòu)效應(yīng)確定深厚覆蓋層土體的動(dòng)強(qiáng)度參數(shù)的方法作進(jìn)一步說明。附圖說明圖1為①層砂土在不同圍壓力和固結(jié)比Kc為1.0的條件下動(dòng)強(qiáng)度CRR與破壞振次Nf的關(guān)系；圖2為①層砂土在不同圍壓力和固結(jié)比Kc為2.0的條件下動(dòng)強(qiáng)度CRR與破壞振次Nf的關(guān)系；圖3為②層砂土在不同圍壓力和固結(jié)比Kc為1.0的條件下動(dòng)強(qiáng)度CRR與破壞振次Nf的關(guān)系；圖4為②層砂土在不同圍壓力和固結(jié)比Kc為2.0的條件下動(dòng)強(qiáng)度CRR與破壞振次Nf的關(guān)系；圖5為①層砂土在固結(jié)比Kc為1.0的條件下不同震級(jí)對(duì)應(yīng)的震級(jí)比例系數(shù)；圖6為②層砂土在固結(jié)比Kc為1.0的條件下不同震級(jí)對(duì)應(yīng)的震級(jí)比例系數(shù)；圖7為上覆有效應(yīng)力校正系數(shù)與有效固結(jié)圍壓力的關(guān)系曲線；圖8為①層砂土在固結(jié)比Kc為1.0的條件下考慮原位結(jié)構(gòu)效應(yīng)確定的動(dòng)強(qiáng)度參數(shù)與室內(nèi)試驗(yàn)確定的動(dòng)強(qiáng)度參數(shù)對(duì)比；圖9為①層砂土在固結(jié)比Kc為2.0的條件下考慮原位結(jié)構(gòu)效應(yīng)確定的動(dòng)強(qiáng)度參數(shù)與室內(nèi)試驗(yàn)確定的動(dòng)強(qiáng)度參數(shù)對(duì)比；圖10為②層砂土在固結(jié)比Kc為1.0的條件下考慮原位結(jié)構(gòu)效應(yīng)確定的動(dòng)強(qiáng)度參數(shù)與室內(nèi)試驗(yàn)確定的動(dòng)強(qiáng)度參數(shù)對(duì)比；圖11為②層砂土在固結(jié)比Kc為2.0的條件下考慮原位結(jié)構(gòu)效應(yīng)確定的動(dòng)強(qiáng)度參數(shù)與室內(nèi)試驗(yàn)確定的動(dòng)強(qiáng)度參數(shù)對(duì)比。具體實(shí)施方式現(xiàn)以某大型土石壩工程為例，對(duì)本發(fā)明考慮原位結(jié)構(gòu)效應(yīng)確定深厚覆蓋層土體的動(dòng)強(qiáng)度參數(shù)的方法進(jìn)行詳細(xì)說明。某大型土石壩工程擬建于厚度超過500m的超深厚覆蓋層上，該工程地處高地震烈度區(qū)，壩址區(qū)100年超越概率2％基巖水平向峰值加速度超過0.5g。據(jù)鉆孔揭示，河床覆蓋層物質(zhì)組成和層次結(jié)構(gòu)復(fù)雜，覆蓋層中埋藏有厚度較大的砂土層，其中夾雜有中細(xì)砂層透鏡體。現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)和室內(nèi)物理性質(zhì)試驗(yàn)成果表明，該砂層具有天然密度小、承載力低和壓縮性低的特點(diǎn)，并且在設(shè)計(jì)地震作用下可能發(fā)生液化。現(xiàn)以該實(shí)際深厚覆蓋層深埋砂土為研究對(duì)象，聯(lián)合現(xiàn)場(chǎng)原位試驗(yàn)和室內(nèi)模擬試驗(yàn)，考慮原位結(jié)構(gòu)效應(yīng)，確定深厚覆蓋層土體動(dòng)強(qiáng)度參數(shù)，具體步驟如下所示。步驟一、基于現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)確定原位土體的動(dòng)強(qiáng)度基準(zhǔn)值由于覆蓋層中埋藏有厚度較大的砂土層，其中夾雜有中細(xì)砂層透鏡體，故選用現(xiàn)場(chǎng)標(biāo)貫試驗(yàn)來確定原位土體的動(dòng)強(qiáng)度基準(zhǔn)值，具體包括以下步驟：(X)確定原位砂土的標(biāo)準(zhǔn)貫入錘擊數(shù)(N1)60：根據(jù)規(guī)范進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)標(biāo)貫試驗(yàn)，在深厚覆蓋層深埋砂土的兩個(gè)不同深度區(qū)——①層和②層的不同部位處進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)；其中①層和②層的測(cè)試深度范圍分別為14.6-66.1m和70.85-104.85m，對(duì)應(yīng)的上覆有效應(yīng)力的范圍分別為239-848kPa和790-1150kPa，①層和②層的測(cè)試點(diǎn)數(shù)量分別為241個(gè)和71個(gè)。具體的試驗(yàn)方法如下：采用常規(guī)鉆具將試驗(yàn)深埋飽和砂土層鉆孔至試驗(yàn)土層標(biāo)高以上15cm處，清除孔內(nèi)殘土，并根據(jù)需要進(jìn)行護(hù)壁；貫入前，連接好標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)裝置，擰緊鉆桿接頭，將貫入器放入孔內(nèi)至孔底，并避免沖擊孔底，測(cè)量得到鉆孔深度，注意保持貫入器、鉆桿、導(dǎo)向桿聯(lián)接后的垂直度；貫入時(shí)，采用63.5kg的穿心錘，以76cm的自由落距，采用自動(dòng)落錘法，將貫入器以每分鐘15～30擊打入土中15cm后，再開始記錄每打入10cm的錘擊數(shù)，獲得累計(jì)30cm的錘擊數(shù)—實(shí)測(cè)的標(biāo)準(zhǔn)貫入錘擊數(shù)Nm?？紤]上覆有效應(yīng)力的影響，利用公式(4)將實(shí)際測(cè)得的標(biāo)準(zhǔn)貫入錘擊數(shù)Nm校正到100kPa應(yīng)力條件下，得到①層和②層的砂土的標(biāo)準(zhǔn)貫入錘擊數(shù)(N1)60，具體結(jié)果如表1所示。表1原位土體砂土(N1)60的統(tǒng)計(jì)結(jié)果(N1)60平均值小值平均值大值平均值砂層①層19.515.723.0砂層②層23.019.026.9(Y)確定原位砂土的動(dòng)強(qiáng)度基準(zhǔn)值CRR：根據(jù)標(biāo)貫試驗(yàn)得到的標(biāo)準(zhǔn)貫入錘擊數(shù)(N1)60，采用公式(3)確定砂土的動(dòng)強(qiáng)度基準(zhǔn)值CRR如表2所示。表2原位砂土的動(dòng)強(qiáng)度基準(zhǔn)值CRR砂層Ave小值ave大值ave①層0.2090.1670.257②層0.2570.2030.336步驟二、基于室內(nèi)試驗(yàn)確定動(dòng)強(qiáng)度參數(shù)的各影響因素的修正參數(shù)，具體包括以下步驟：A)、進(jìn)行室內(nèi)動(dòng)三軸試驗(yàn)：在實(shí)驗(yàn)室模擬現(xiàn)場(chǎng)土體的原位物理狀態(tài)和初始應(yīng)力條件，采用日本產(chǎn)的S3D中型液壓振動(dòng)三軸試驗(yàn)儀，按照相關(guān)規(guī)程進(jìn)行動(dòng)三軸試驗(yàn)，具體的試驗(yàn)方法如下：a)、確定砂層的原位干密度和相對(duì)密度進(jìn)行鉆孔原狀取樣，在①層和②層分別取10個(gè)鉆孔，取原狀樣，確定原位砂層的干密度ρd和相對(duì)密度Dr，具體的測(cè)定結(jié)果如表3所示。表3砂層原位的干密度與相對(duì)密度測(cè)定結(jié)果按照原位相對(duì)密度的小值平均值確定①層、②層砂樣的室內(nèi)試驗(yàn)制樣控制干密度分別為1.75g/cm3(相對(duì)密度Dr＝0.72)和1.78g/cm3(相對(duì)密度Dr＝0.78)。b)、確定試驗(yàn)控制條件：砂層①埋深為12-20m，厚度為36-54m，建壩前其上覆有效應(yīng)力范圍為100-900kPa。砂層②埋深為70-95m，厚度為150-170m，擬建壩高為150m?？紤]①層和②層建壩前上覆有效應(yīng)力(有效側(cè)向應(yīng)力)和建壩后壩基下①層和②層的上覆有效應(yīng)力(有效側(cè)向應(yīng)力)范圍，結(jié)合試驗(yàn)設(shè)備的性能和大壩-覆蓋層系統(tǒng)動(dòng)力分析的要求，綜合確定土體動(dòng)力特性試驗(yàn)的應(yīng)力條件：①層和②層砂土的試驗(yàn)有效圍壓力范圍分別為300kPa～800kPa和300kPa～2500kPa，固結(jié)比為1.0和2.0。具體的試驗(yàn)控制條件如表4所示。表4動(dòng)三軸試驗(yàn)的控制條件PS：每一個(gè)圍壓力對(duì)應(yīng)于兩個(gè)固結(jié)比Kc＝1.0和Kc＝2.0。c)、動(dòng)三軸試驗(yàn)按照《土工試驗(yàn)規(guī)程》(SL237-1999)進(jìn)行動(dòng)三軸試驗(yàn)，根據(jù)步驟a)測(cè)量得到的干密度，嚴(yán)格控制室內(nèi)試驗(yàn)的試樣干密度，采用干裝法分三層在儀器底座上制樣，試樣直徑為50mm，高度h為110mm，成樣后測(cè)量試樣實(shí)際直徑和高度。在三軸壓力室內(nèi)聯(lián)合使用抽真空和反壓飽和，當(dāng)孔隙壓力系數(shù)達(dá)到0.95以上時(shí)，認(rèn)為試樣飽和度滿足要求，進(jìn)入固結(jié)階段，待固結(jié)穩(wěn)定后，施加循環(huán)荷載進(jìn)行試驗(yàn)。試驗(yàn)的激振波形采用正弦波，激振頻率為1Hz。對(duì)于每一個(gè)圍壓力，至少進(jìn)行3個(gè)試樣的平行試驗(yàn)，使之在不同的動(dòng)應(yīng)力作用下達(dá)到破壞，以確定不同的振動(dòng)破壞周次。對(duì)于固結(jié)比Kc為1.0的等壓試驗(yàn)，取雙幅軸向動(dòng)應(yīng)變等于5％為破壞標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)于固結(jié)比Kc為2.0的偏壓試驗(yàn)，則以包括殘余應(yīng)變和動(dòng)應(yīng)變的軸向總應(yīng)變等于5％作為破壞標(biāo)準(zhǔn)。依據(jù)往返加荷三軸試驗(yàn)過程中所得的試樣動(dòng)應(yīng)變與振動(dòng)次數(shù)的關(guān)系，按照試樣軸向應(yīng)變5％作為破壞標(biāo)準(zhǔn)，整理得到了①層砂土和②層砂土在不同圍壓力和固結(jié)比下動(dòng)強(qiáng)度CRR與破壞振次Nf的關(guān)系，如圖1-圖4所示。由圖1-圖4可知，有效固結(jié)圍壓力對(duì)①層砂土和②層砂土的動(dòng)強(qiáng)度參數(shù)有明顯影響。有效固結(jié)圍壓力越增大，動(dòng)強(qiáng)度越減小，特別是偏壓狀態(tài)下，動(dòng)強(qiáng)度對(duì)有效固結(jié)圍壓力十分敏感，隨有效固結(jié)圍壓力增大，動(dòng)強(qiáng)度減小較快。依據(jù)圖1-圖4得到的動(dòng)強(qiáng)度CRR與等效破壞振次Nf的關(guān)系曲線，可得到對(duì)應(yīng)于一定震級(jí)(等效破壞振次)的動(dòng)強(qiáng)度，見表5所示。表5不同固結(jié)應(yīng)力條件下的動(dòng)強(qiáng)度B)、依據(jù)動(dòng)三軸試驗(yàn)確定動(dòng)強(qiáng)度相關(guān)系數(shù)Ⅰ)、震級(jí)比例系數(shù)結(jié)合動(dòng)三軸試驗(yàn)所得數(shù)據(jù)和公式(8)，得到不同震級(jí)對(duì)應(yīng)的震級(jí)比例系數(shù)，如圖5和圖6所示。Ⅱ)、上覆有效應(yīng)力校正系數(shù)依據(jù)動(dòng)三軸試驗(yàn)獲得的①層砂土和②層砂土在不同有效固結(jié)圍壓力下的動(dòng)強(qiáng)度，按照公式(9)可確定不同上覆有效應(yīng)力下的校正系數(shù)，見圖7所示。Ⅲ)、初始剪應(yīng)力校正系數(shù)對(duì)于室內(nèi)動(dòng)三軸試驗(yàn)，依據(jù)相同圍壓力、不同固結(jié)比條件下的室內(nèi)動(dòng)三軸試驗(yàn)結(jié)果，按照公式(10)，可確定得到一定有效固結(jié)圍壓力下、不同固結(jié)比時(shí)的初始剪應(yīng)力校正系數(shù)Kα，見表6所示。表6初始剪應(yīng)力校正系數(shù)步驟三、考慮原位結(jié)構(gòu)效應(yīng)確定覆蓋層土體的動(dòng)強(qiáng)度參數(shù)基于由現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)確定砂土的動(dòng)強(qiáng)度基準(zhǔn)值CRR，和由室內(nèi)動(dòng)三軸試驗(yàn)確定的震級(jí)比例系數(shù)MSF、上覆有效應(yīng)力校正系數(shù)Kσ和初始剪應(yīng)力校正系數(shù)Kα，考慮原位結(jié)構(gòu)效應(yīng)確定深厚覆蓋層土體的動(dòng)強(qiáng)度參數(shù)，具體包括以下步驟：(一)、將現(xiàn)場(chǎng)砂土的動(dòng)強(qiáng)度基準(zhǔn)值CRR修正至室內(nèi)試驗(yàn)條件下的動(dòng)強(qiáng)度由于水平地基條件下，其原位應(yīng)力狀態(tài)與室內(nèi)等壓動(dòng)三軸試驗(yàn)的應(yīng)力條件不同，現(xiàn)場(chǎng)測(cè)得的原位動(dòng)強(qiáng)度與室內(nèi)試驗(yàn)動(dòng)強(qiáng)度含義不同，通過公式(15)確定室內(nèi)等壓條件下的動(dòng)強(qiáng)度與現(xiàn)場(chǎng)原位動(dòng)強(qiáng)度參數(shù)基準(zhǔn)值CRR之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系，然后將現(xiàn)場(chǎng)砂土的動(dòng)強(qiáng)度基準(zhǔn)值CRR修正至室內(nèi)等壓動(dòng)三軸試驗(yàn)條件下，有效圍壓為100kPa，等效震動(dòng)周次為20周(對(duì)應(yīng)于7.5級(jí)地震)時(shí)的動(dòng)強(qiáng)度。(二)、依據(jù)影響因素的修正系數(shù)對(duì)動(dòng)強(qiáng)度進(jìn)行修正首先，依據(jù)震級(jí)比例系數(shù)MSF修正動(dòng)強(qiáng)度；依據(jù)步驟二中的Ⅰ)所得到的震級(jí)比例系數(shù)MSF，將(一)中得到的等壓條件、有效圍壓為100kPa，等效振動(dòng)周次為20周(對(duì)應(yīng)于7.5級(jí)地震)時(shí)的動(dòng)強(qiáng)度，修正至等壓條件、有效圍壓為100kPa，不同等效振動(dòng)周次(震級(jí))對(duì)應(yīng)的動(dòng)強(qiáng)度。其次，依據(jù)上覆有效應(yīng)力校正系數(shù)Kσ修正動(dòng)強(qiáng)度；依據(jù)步驟二中的Ⅱ)所得的上覆有效應(yīng)力校正系數(shù)Kσ，將(二)中得到的等壓條件、有效圍壓為100kPa，各不同等效振動(dòng)周次(震級(jí))對(duì)應(yīng)的動(dòng)強(qiáng)度，修正至等壓條件相應(yīng)振動(dòng)周次(震級(jí))時(shí)的其他圍壓力。最后，依據(jù)初始剪應(yīng)力校正系數(shù)Kα修正動(dòng)強(qiáng)度；依據(jù)步驟二中的Ⅲ)所得的初始剪應(yīng)力校正系數(shù)Kα，將(三)中得到的等壓條件下的動(dòng)強(qiáng)度，修正至固結(jié)比為2.0時(shí)的動(dòng)強(qiáng)度，即為考慮原位結(jié)構(gòu)效應(yīng)的覆蓋層土體的動(dòng)強(qiáng)度參數(shù)CRRL。聯(lián)合①層和②層砂土現(xiàn)場(chǎng)標(biāo)貫試驗(yàn)和室內(nèi)動(dòng)三軸試驗(yàn)結(jié)果，按照上述步驟可推算考慮結(jié)構(gòu)效應(yīng)的動(dòng)強(qiáng)度參數(shù)，見表7和表8所示。表7考慮原位效應(yīng)的動(dòng)強(qiáng)度參數(shù)-①層砂土表8考慮原位效應(yīng)的動(dòng)強(qiáng)度參數(shù)-②層砂土①層、②層砂樣室內(nèi)試驗(yàn)制樣控制干密度是按照原位相對(duì)密度的小值平均值確定的，室內(nèi)試驗(yàn)確定參數(shù)及聯(lián)合室內(nèi)動(dòng)三軸和現(xiàn)場(chǎng)標(biāo)貫試驗(yàn)(標(biāo)準(zhǔn)貫入錘擊數(shù)取小值平均值)考慮原位結(jié)構(gòu)效應(yīng)確定參數(shù)的對(duì)比情況如圖8-圖11所示。由圖8-圖11可見，對(duì)于①層砂土，固結(jié)比為1.0、有效圍壓力為300kPa時(shí)，聯(lián)合室內(nèi)和現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)確定的動(dòng)強(qiáng)度參數(shù)與室內(nèi)試驗(yàn)確定參數(shù)基本一致；有效圍壓力增大到800kPa時(shí)，聯(lián)合室內(nèi)外試驗(yàn)考確定的動(dòng)強(qiáng)度參數(shù)比室內(nèi)試驗(yàn)確定的動(dòng)強(qiáng)度參數(shù)略高。固結(jié)比為2.0時(shí)，聯(lián)合室內(nèi)和現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)確定的動(dòng)強(qiáng)度參數(shù)與室內(nèi)試驗(yàn)確定的參數(shù)比較接近?？偟膩砜?，聯(lián)合室內(nèi)和現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)確定的動(dòng)強(qiáng)度與室內(nèi)試驗(yàn)確定的動(dòng)強(qiáng)度較接近，固結(jié)比為1.0時(shí)，相差約3％，固結(jié)比為2.0時(shí)，兩者相差最大約10％?？梢哉J(rèn)為①層砂土的原位結(jié)構(gòu)效應(yīng)較弱。室內(nèi)試驗(yàn)參數(shù)基本上能反映砂層的實(shí)際動(dòng)強(qiáng)度。對(duì)于②層砂土，聯(lián)合室內(nèi)和現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)確定的動(dòng)強(qiáng)度參數(shù)明顯高于室內(nèi)試驗(yàn)確定的動(dòng)強(qiáng)度參數(shù)，不同有效固結(jié)圍壓力和不同固結(jié)比下，聯(lián)合室內(nèi)和現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)確定的動(dòng)強(qiáng)度均比單純依靠室內(nèi)試驗(yàn)確定的動(dòng)強(qiáng)度高約30％。并且本文聯(lián)合現(xiàn)場(chǎng)標(biāo)貫試驗(yàn)和室內(nèi)動(dòng)三軸試驗(yàn)考慮原位結(jié)構(gòu)效應(yīng)確定的動(dòng)強(qiáng)度參數(shù)，與已有的重塑樣和原狀樣試驗(yàn)結(jié)果的相對(duì)關(guān)系具有可比性。以上所述的實(shí)施例僅僅是對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式進(jìn)行描述，并非對(duì)本發(fā)明的范圍進(jìn)行限定，在不脫離本發(fā)明設(shè)計(jì)精神的前提下，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案作出的各種變形和改進(jìn)，均應(yīng)落入本發(fā)明權(quán)利要求書確定的保護(hù)范圍內(nèi)。當(dāng)前第1頁1 2 3