专利名称：一种土体应力应变曲线临塑点和初始弹性模量的测定方法
技术领域：
本发明属于岩土工程中土体的基本特性测试领域，涉及一种土体应力应变曲线临塑点和初始弹性模量的测定方法。
背景技术：
土体的偏应力-轴向应变曲线(以下简称“应力应变曲线”)测试是确定其相关工程力学参数的前提，是岩土工程设计和数值模拟的必要条件。实验室三轴试验是目前测得土体应力应变曲线的一个使用且可靠的方法。试验结果表明，土体的应力应变曲线大致分为两种类型，即硬化型曲线和软化型曲线。无论哪种曲线，土体在初始加压阶段总会有一个线弹性变形范围，而后逐渐进入弹塑性变形状态，直至破坏，这一点在结构性较强的土中尤为明显。应力应变曲线的临塑点即为弹性状态结束、即将进入弹塑性变形状态时的分界点。该临塑点的坐标位置随土体颗粒组成、含水率、加荷条件、边界条件等因素而变化。理论上，线弹性阶段的应力应变曲线为直线段，而弹塑性阶段的曲线段将偏离线弹性阶段的直线段；线弹性直线段的斜率即为初始弹性模量，直线段上最后一个点即为临塑点。临塑点和初始弹性模量的确定对土体本构模型建立、工程数值模拟、地基基础稳定评价、土体沉降，尤其是小变形引起的沉降等研究有着重要的意义。实际上，由于测得的应力应变曲线是相对光滑的离散点，在初始阶段只是近似呈直线状态而非标准的直线段，很难直接判定其初始弹性模量的数值和临塑点的位置。
发明内容
本发明的目的在于提供一种试验简单、测量便捷的土体应力应变曲线临塑点和初始弹性模量的测定方法。为了达到上述目的，本发明的技术方案主要包括土体三轴试验、临塑点和初始弹性模量确定共三部分，其中
土体三轴试验在常规三轴仪上进行，土体为原状土或重塑土。先把土体制成圆柱形土样；待土样静置规定时间后，设定不同的周围压力，对其进行三轴试验，测得土体的应力应变数据曲线。原状土的应力应变曲线为软化型，而重塑土的应力应变曲线为硬化型。临塑点和初始弹性模量的确定通过直线拟合分析获得。对应力应变曲线的数据点进行线性拟合，便可得到拟合直线方程和一个介于0与1之间的线性相关系数。相关系数越接近1，说明所用的数据点越接近在同一条直线上，土体处于弹性变形阶段；相关系数越小，说明所用的数据点相对于直线的离散型越大，土体处于塑变形阶段。严格的说，两点肯定在一条直线上，3个以上的点则不一定；可以设定一个线性相关系数的界限值(如0. 95)， 当拟合得到的相关系数大于界限值时，认为其在同一直线上，处在弹性阶段；当拟合得到相关系数小于界限值时，认为数据点偏离直线，处在塑性阶段。由于应力应变曲线的固有特征，可以首先选前面的3个点进行直线拟合并设定拟合直线的截距为零，求得直线方程并把其线性相关系数与界限值比较。若大于界限值，则继续增加一个点即用前4个点进行线性拟合，依次类推，直到增加至(k+Ι)个点所得的相关系数小于界限值，则认为第(k+Ι)个点偏离了直线属于塑性阶段，测得的应力应变曲线上第k个点即为临塑点，前k个点拟合所得直线方程的斜率即为土体初始弹性模量。更进一步地
本发明的一种土体应力应变曲线临塑点和初始弹性模量的测定方法，包括以下步骤 第一步，制作软土标准试样；
第二步，在三轴仪上进行加载试验，测得应力应变曲线数据点； 第三步，设定线性相关系数的界限值；
第四步，初步线性拟合。选取应力应变曲线上前3个点进行线性拟合，并设定拟合直线方程的截距为零，求得线性相关系数和拟合方程；
第五步，拟合判定。若求得的相关系数大于第三步设定的界限值，则向后增加一个点继续进行截距为零的线性拟合，并求得新的线性相关系数和拟合方程，比较相关系数和界限值的大小，直至用前(k+Ι)点求得的相关系数小于界限值时停止；
第六步，确定临塑点和初始弹性模量。测得的应力应变曲线上第k个点即为临塑点，前 k个点拟合所得直线方程的斜率即为土体初始弹性模量。本发明的有益效果为利用传统土体三轴试验所得的应力应变曲线，就可得出土体在不同周围压力下的应力应变曲线临塑点和初始弹性模量。本发明的测定方法试验简单，计算简洁，操作方便。
图1是本发明中土体应力应变曲线的示意图。图1中A点是临塑点(xk，yk)，B点是第一个塑性点(xk+1，yk+1)，y=Ex是前k个点拟合的直线方程，E是初始弹性模量。
具体实施例方式
如图1所示，图1为本实施例的一种土体应力应变曲线临塑点和初始弹性模量的测定方法的示意图。所述的测定方法包括如下步骤 第一步，制作软土标准试样。第二步，在三轴仪上进行加载试验，测得应力应变曲线数据点。第三步，设定线性相关系数的界限值。第四步，初步线性拟合。选取应力应变曲线上前3个点进行线性拟合，并设定拟合直线方程的截距为零，求得线性相关系数和拟合方程。第五步，拟合判定。若求得的相关系数大于第三步设定的界限值，则向后增加一个点继续进行截距为零的线性拟合，并求得新的线性相关系数和拟合方程，比较相关系数和界限值的大小，直至用前(k+Ι)点求得的相关系数小于界限值时停止。第六步，确定临塑点和初始弹性模量。测得的应力应变曲线上第k个点A (xk，yk) 即为临塑点，前k个点拟合所得直线方程y=Ex的斜率E即为土体初始弹性模量。本实施例中，取某滨海软土制成重塑土试样，试样为底面直径39. 1mm、高度80mm 的圆柱形。在三轴仪上对该试样作三轴试验，设定围压为300kPa。测得的应力应变曲线数据点如表1。表1:
权利要求
1.一种土体应力应变曲线临塑点和初始弹性模量的测定方法，其特征在于所述的测定方法包括土体三轴试验、临塑点和初始弹性模量确定。
2.如权利要求1所述的一种土体应力应变曲线临塑点和初始弹性模量的测定方法，其特征在于土体三轴试验测得的应力应变曲线为软化型或硬化型。
3.如权利要求1所述的一种土体应力应变曲线临塑点和初始弹性模量的测定方法，其特征在于土体三轴试验的试样为圆柱形。
4.如权利要求1所述的一种土体应力应变曲线临塑点和初始弹性模量的测定方法，其特征在于采用直线拟合的方式确定临塑点和初始弹性模量，拟合直线的截距为零。
5.一种如权利要求1所述的土体应力应变曲线临塑点和初始弹性模量的测定方法，其特征在于，包括如下步骤第一步，制作软土标准试样；第二步，在三轴仪上进行加载试验，测得应力应变曲线数据点；第三步，设定线性相关系数的界限值；第四步，初步线性拟合选取应力应变曲线上前3个点进行线性拟合，并设定拟合直线方程的截距为零，求得线性相关系数和拟合方程；第五步，拟合判定若求得的相关系数大于第三步设定的界限值，则向后增加一个点继续进行截距为零的线性拟合，并求得新的线性相关系数和拟合方程，比较相关系数和界限值的大小，直至用前(k+Ι)点求得的相关系数小于界限值时停止；第六步，确定临塑点和初始弹性模量测得的应力应变曲线上第k个点即为临塑点，前 k个点拟合所得直线方程的斜率即为土体初始弹性模量。
全文摘要
本发明公开了一种土体应力应变曲线临塑点和初始弹性模量的测定方法，所述的测定方法包括土体三轴试验、临塑点和初始弹性模量确定共三部分；所述的三轴试验为传统三轴试验，试样为圆柱形；所述的临塑点确定通过拟合直线的线性相关系数判定；所述的初始弹性模量通过拟合直线的斜率获得。本发明的测定方法试验简单，计算简洁，操作方便，对土体本构模型建立、工程数值模拟、地基基础稳定评价、土体沉降，尤其是小变形引起的沉降等研究有着重要的意义。
文档编号G01N3/08GK102359910SQ20111021134
公开日2012年2月22日 申请日期2011年7月27日 优先权日2011年7月27日
发明者冯丽, 刘琦, 周爱兆, 李娜, 王伟 申请人:绍兴文理学院