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1、(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201410605860.8(22)申请日 2014.10.30G06F 17/30(2006.01)(71)申请人 水利部交通运输部国家能源局南京水利科学研究院地址 210029 江苏省南京市广州路 223 号(72)发明人 章为民 王年香 顾行文 王芳曹培 任国峰(74)专利代理机构 江苏致邦律师事务所 32230代理人 樊文红(54) 发明名称一种土的固结系数模型及建立方法(57) 摘要一种土的固结系数模型建立方法，包括下列步骤 ：采集需要确定固结系数的土样 ；用采集的土样开展加荷固结试验；根据固结试验的结果，得到各时刻的固结度Ut。
2、，Ut为t时刻的固结沉降与最终固结沉降之比 ；根据固结度Ut，计算各时刻的固结系数 Cv(t) ；绘制 Cv(t)-t 曲线，剔除 Cv(t)0和Cv(t) 曲线上升段的数据，保留 Cv(t) 稳定下降段作为符合固结机理的有效试验点 ；根据有效试验点，拟合 Cv(t)-t 的关系，确定式 (3) 中的参数a 、b 、t0、n 的值，获得 t 时刻固结系数模型表达式。采用本发明的固结系数模型能够剔除固结试验的误差点，逆推得到完整的土体固结过程，真实地反映土体的实际固结过程。(51)Int.Cl.(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请权利要求书1页 说明书3页 附图2页(10)申。
3、请公布号 CN 104462202 A(43)申请公布日 2015.03.25CN 104462202 A1/1 页21.一种土的固结系数模型，表达式为 ：其中，参数 a、b、t0、n 通过试验得到，a 代表 t 0 时的初始 Cv(0)，b 是 t 时的最终Cv()，t0是曲线的转折点，n 是系数。2.一种土的固结系数模型建立方法，包括下列步骤 ：步骤 1 采集需要确定固结系数的土样 ；步骤 2 用采集的土样开展加荷固结试验 ；步骤3根据固结试验的结果，得到各时刻的固结度Ut，Ut为t时刻的固结沉降与最终固结沉降之比 ；步骤 4 根据固结度 Ut，用式 (4) 计算各时刻的固结系数 Cv(t。
4、) ；步骤5绘制Cv(t)-t 曲线，剔除 Cv(t)0 和 Cv(t) 曲线上升段的数据，保留 Cv(t) 稳定下降段作为符合固结机理的有效试验点 ；步骤 6 根据有效试验点，用式 (3) 拟合 Cv(t)-t 的关系，确定式 (3) 中的参数 a、b、t0、n 的值，获得 t 时刻固结系数模型表达式 ：其中，参数 a、b、t0、n 通过试验得到，a 代表 t 0 时的初始 Cv(0)，b 是 t 时的最终Cv()，t0是曲线的转折点，n 是系数。权 利 要 求 书CN 104462202 A1/3 页3一种土的固结系数模型及建立方法技术领域0001 本发明涉及一种确定饱和土的固结系数的模型。
5、及建立方法，属于土力学理论技术及应用领域。该模型可以有效确定土体在固结过程中的固结系数数值及其变化规律，模拟出土体固结沉降变形的固结系数。背景技术0002 饱和土的固结问题是土力学中的经典课题之一。自从 1924 年 Terzaghi 发表了基于有效应力原理和渗透理论的饱和土单向固结理论，因该理论得出的偏微分方程易于求解，在一系列假定的基础上，只有固结系数 Cv一个参数，便于工程应用，几十年来 Terzaghi固结理论一直在工程界得到广泛应用，在沉降量预测方面，该理论的准确性是可以为工程实践所接受的。0003 然而，在国内外长期的工程实践中也发现一些问题，如 Terzaghi 固结理论无法准确。
6、合理地再现固结试验的时间过程，现场实测的沉降速率与 Terzaghi 理论预测结果的相差过大，土的固结系数分散性很大难以确定，依据钻孔取样取得的固结系数也常常难以得到合理可靠的固结沉降计算结果等等，而以压缩固结试验为原型而建立的固结模型理论却难以合理地还原固结试验的时间过程，成为该理论的一个短板。多数的研究者认为，造成这一问试验的结果是初始固结、主固结和次固结等多因素的综合叠加，而 Terzaghi 固结理论描述的是主固结过程，因此理论与试验的差异是可以接受的。0004 Terzaghi 固结理论有以下假定 ：(1) 土体是均质、完全饱和的 ；(2) 土粒与水不可压缩 ；(3) 外荷载一次瞬时。
7、施加到土体上，在固结过程中保持不变 ；(4) 土体的应力应变之间存在线性关系，压缩系数为常数 ；(5)土体中只发生单向(竖向)的渗流与压缩 ；(6)渗流服从达西定律，渗透系数保持不变 ；(7) 土体变形完全由孔隙水排出和超静水压力消散所引起。Terzaghi 固结方程的最终求解结果为 ：0005 0006 式 中 ：Ut是时刻 t 的固结度，m 为正奇数，e 为自然对数的底，Cv为固结系数，H 为排 水距离。其中 Cv k(1+e)/(avw)，式中 ：k 为渗透系数，e 为土体孔隙比，av为压缩系数 ，w为水的容重。0007 由于 Terzaghi 固结方程的最终求解结果是快速收敛级数，通常。
8、取第一项已经足够，因此，式 (1) 可近似写成 ：0008 0009 由于 Terzaghi 固结方程中只有一个参数固结系数，为提高计算的准确性，固说 明 书CN 104462202 A2/3 页4结系数很自然地成为主要的研究目标。为了准确确定土的固结系数 Cv，国内外学者提出了许多确定 Cv的方法，如时间对数法、时间平方根法、试算法、反弯点法、三点计算法、司各脱法等。尽管如此，上述各种方法所计算出的 Cv却存在一定的差异，目前尚没有一种能够准确确定土体固结系数的方法。0010 实际上在固结过程中，土体的压缩系数和渗透系数都在变化，固结系数也应该是变化的，传统的求解 Cv的方法均遵循了 Ter。
9、zaghi 固结理论的假定，认为固结系数在固结过程中是一固定值，而因而不能从根本上解决固结系数难以确定的问题。发明内容0011 本发明的目的在于克服现有技术的缺陷，给出一种固结系数模型，得到随固结过程中变化的固结系数。并进一步提供该固结系数模型的建立方法，通过固结试验结果拟合确定模型参数。0012 实现本发明一个目的的技术方案是 ：一种土的固结系数模型，表达式为 ：0013 0014 其中，参数 a、b、t0、n 通过试验得到，a 代表 t 0 时的初始 Cv(0)，b 是 t 时的最终 Cv()，t0是曲线的转折点，n 是系数。0015 实现本发明另一个目的的技术方案是 ：一种土的固结系数模。
10、型建立方法，包括下列步骤 ：0016 步骤 1 采集需要确定固结系数的土样 ；0017 步骤 2 用采集的土样开展加荷固结试验 ；0018 步骤3根据固结试验的结果，得到各时刻的固结度Ut，Ut为t时刻的固结沉降与最终固结沉降之比 ；0019 步骤 4 根据固结度 Ut，用式 (4) 计算各时刻的固结系数 Cv(t) ；0020 0021 步骤5绘制Cv(t)-t 曲线，剔除 Cv(t)0 和 Cv(t) 曲线上升段的数据，保留 Cv(t) 稳定下降段作为符合固结机理的有效试验点 ；0022 步骤 6 根据有效试验点，用式 (3) 拟合 Cv(t)-t 的关系，确定式 (3) 中的参数 a、b。
11、、t0、n 的值，获得 t 时刻固结系数模型表达式 ：0023 0024 其中，参数 a、b、t0、n 通过试验得到，a 代表 t 0 时的初始 Cv(0)，b 是 t 时说 明 书CN 104462202 A3/3 页5的最终 Cv()，t0是曲线的转折点，n 是系数。0025 本发明的有益效果如下 ：0026 采用本发明方法拟合得出的固结系数模型能够剔除固结试验的误差点，逆推得到完整的土体固结过程，真实地反映土体的实际固结过程。附图说明图 1 是本发明实施例 1 对数坐标方式的试验过程线对比图 ；图 2 是本发明实施例 1 对数坐标方式的前 3000s 试验过程线对比图。具体实施方式002。
12、7 实施例 10028 数据为某土样的固结试验结果。土样为钻孔获取的原状土样。0029 一种土的固结系数模型的建立方法，包括下列步骤 ：0030 步骤 1 采集需要确定固结系数的土样 ；0031 步骤 2 用采集的土样开展加荷固结试验 ；0032 步骤3根据固结试验的结果，得到各时刻的固结度Ut，Ut为t时刻的固结沉降与最终固结沉降之比 ；0033 步骤 4 根据固结度 Ut，用式 (4) 计算各时刻的固结系数 Cv(t) ；0034 0035 步骤5绘制Cv(t)-t 曲线，剔除 Cv(t)0 和 Cv(t) 曲线上升段的数据，保留 Cv(t) 稳定下降段作为符合固结机理的有效试验点 ；00。
13、36 步骤 6 根据有效试验点，用式 (3) 拟合 Cv(t)-t 的关系，确定式 (3) 中的参数 a、b、t0、n 的值，获得 t 时刻固结系数模型表达式。0037 本方法建立的固结系数模型表达式为 ：0038 0039 其中，参数 a、b、t0、n 通过试验得到，a 代表 t 0 时的初始 Cv(0)，b 是 t 时的最终 Cv()，t0是曲线的转折点，n 是系数。0040 Cv的拟合结果参见附图 1，附图 1 以对数坐标方式给出了试验的完整过程线，附图2 为前 3000s 的试验过程。分析结果显示 ：固结过程中固结系数 Cv的最大最小值之间相差17 倍 ；Terzaghi 方法与试验过程差异较大，本发明的固结系数模型准确地再现了试验的过程，几乎与试验重合。说 明 书CN 104462202 A1/2 页6图1说 明 书 附 图CN 104462202 A2/2 页7图2说 明 书 附 图CN 104462202 A。