基于直剪试验确定土体抗剪强度的动态精确计算方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN108593460A(43)申请公布日2018.09.28(21)申请号201810401392.0(22)申请日2018.04.28(71)申请人长沙理工大学地址410114湖南省长沙市雨花区万家丽南路二段960号长沙理工大学交通运输工程学院(72)发明人张军辉张安顺彭俊辉李崛黎峰(74)专利代理机构西安知诚思迈知识产权代理事务所(普通合伙)61237代理人麦春明(51)Int.Cl.G01N3/24(2006.01)权利要求书2页说明书7页附图3页(54)发明名称基于直剪试验确定土体抗剪强度的动态精确计算方法(57)摘要本发明公开了一种基于直剪试验确定土体抗剪强度的动态精确计算方法。本发明包含以下步骤：1.试验前确定所用应变控制式直剪仪量力环的率定系数C、进行控制应变式快剪试验时手轮每分钟转动次数N、手轮所在圆盘的半径R；2.按规范要求制作供试验使用的标准试件；3.开展试验并记录开始剪切至试件发生破坏所需时间T；4.将所得C、N、R、T四值代入所建立的试件抗剪强度精确计算的表达式中，即得试件抗剪强度的精确值。本发明不仅能够有效消除试验时试件受剪面积逐渐减小但最终却按原面积计算而导致计算结果误差较大的问题，提高两表征土体抗剪强度指标的真实性；而且表达式计算简单、原理易懂，有利于广泛推广应用于实际工程。CN108593460ACN108593460A权利要求书1/2页1.基于直剪试验确定土体抗剪强度的动态精确计算方法，其特征在于，具体按照以下步骤进行：步骤S1、确定应变控制式直剪仪量力环的率定系数C、进行控制应变式快剪试验时手轮每分钟转动次数N、手轮所在圆盘的半径R；步骤S2、制作试验试件；步骤S3、开展试验并记录开始剪切至试件发生破坏所需时间T；步骤S4、确定试件抗剪强度τf动态变化的表达式，将C、N、R、T四值代入试件抗剪强度τf动态变化的表达式，计算得出试件抗剪强度的精确值。2.根据权利要求1所述的基于直剪试验确定土体抗剪强度的动态精确计算方法，其特征在于，所述步骤S1中，包括：步骤S11、选定供试验使用的应变控制式直剪仪，确定所用应变控制式直剪仪量力环的率定系数C，具体标定方法如下：一、将量力环从应变控制式直剪仪上取下安装在校验加荷架上，将百分表调整为零，校验时所施加的负荷应平稳，且沿量力环的轴线；二、将标称负荷施加于量力环之上反复预压三次，调整好百分表，按校验点逐级进行加荷；三、校验时从标称负荷的10％开始，校验点不少于8点，加、卸负荷不少于3次，百分表的读数必须在指针静止时测读；四、每次卸去负荷后，百分表的回零差不得大于0.3分度，每次加荷前应将百分表调回到零位；五、取各次校验中加/卸负荷时所得读数的算术平均值作为相应负荷的示值，在直角坐标中，以荷重为纵坐标，百分表读数为横坐标，将各实测点回归得到一条通过坐标原点的直线，直线斜率即为所标定的量力环的率定系数；步骤S12、确定进行控制应变式快剪试验时手轮每分钟转动次数N，其中每分钟控制在4至12转，确保试样在3至5分钟内剪破；步骤S13、使用游标卡尺量测手轮所在圆盘的半径R。3.根据权利要求1所述的基于直剪试验确定土体抗剪强度的动态精确计算方法，其特征在于，所述步骤S2中，包括：步骤S21、制备三组试样，每组四个进行平行试验，试样高20mm、内径为61.8mm，按照灌砂法操作要求测定试件密度，烘干法测定试件含水率，密度及含水率测定完成后，选取试件间密度差值不大于0.3kg/m3且含水率差值不大于2％的试件作为试验材料。4.根据权利要求1所述的基于直剪试验确定土体抗剪强度的动态精确计算方法，其特征在于，所述步骤S3中，包括：步骤S31、设进行控制应变式直剪试验时手轮每分钟转动N次，则手轮转动的角速度w为：w的单位为rad/s；手轮转动的线速度，即剪切盒对试样的剪切速度v为：2CN108593460A权利要求书2/2页式中，R为手轮所在圆盘的半径，v的单位为m/s；步骤S32、开始剪切即转动手轮至发生破坏即测力计示数稳定的时间T，单位为s，则单位为m的剪切位移L为：其中，剪切位移L＝上下盒圆心距离＝量力环变形量；步骤S33、在试样受剪过程中，应变控制式直剪仪上盒对试件的剪切面积为应变控制式直剪仪下盒对试件的剪切面积为在直角三角形△O1AC中，O1A之间的距离为手轮所在圆盘的半径R，O1O2之间的距离为剪切位移L，O1A与O1O2之间的夹角为β，应变控制式直剪仪的有效剪切面积S有效：其中，5.根据权利要求4所述的基于直剪试验确定土体抗剪强度的动态精确计算方法，其特征在于，所述步骤S4中，试件抗剪强度τf动态变化的表达式为：3CN108593460A说明书1/7页基于直剪试验确定土体抗剪强度的动态精