[发明专利]一种基于分形理论的粗粒料缩尺方法

说明书

1技术领域

本发明针对水利、土木工程中具备分形特性的粗粒料的缩尺问题，特别涉及一种基于分形理论的粗粒料缩尺方法，属于水利、土木工程领域。

2背景技术

随着大型振动碾压机械的广泛使用，工程使用粗粒料的级配范围变得更为宽泛，如堆石坝料的最大控制粒径已达到0.8～1.0m，远远超过室内试验仪器的允许尺寸(目前国内普遍使用直径30cm的大三轴仪，最大控制粒径5～6cm)，无法直接进行室内试验，需要对原级配粗粒料进行缩尺处理，使之缩小至室内试验仪器能承载的范围之内。原级配粗粒料经过缩尺后，出现缩尺效应，主要体现在缩尺料的物理性质（如密实度）与原级配粗粒料存在差异（朱晟等，2011）以及力学性质与原级配粗粒料存在一定的差异（A.W.Bishopetc，1948；孟宪麒等，1983）。缩尺效应与缩尺方法有密切关系，合理的缩尺方法可明显减小粗粒料的缩尺效应。

目前，相关规范对粗粒料的缩尺方法已有规定。对于水利水电工程，《土工试验规程SL237-1999》和《水电水利粗粒土试验规程DL/T5356-2006》建议采用剔除法、等量替代法、相似级配法和混合法。由于堆石等粗粒料的最大粒径可能远大于缩尺料最大粒径（二者比值可达15～20），采用剔除法和相似级配法得到的缩尺料，细粒含量会大大增加；使用等量替代法时，由于超径料含量较大，使得缩尺料的颗粒趋于均匀化，较大程度改变了原级配的结构特征。因此，上述三种缩尺方法在实际应用中采用较少。而混合法结合相似级配法和等量替代法，在控制细粒含量的同时，一定程度上保留了原级配的结构特性，密实度更接近于原级配，被认为是更合理的缩尺方法而广泛应用。现有规范建议采用P₅含量等于15%来划分相似级配法和混合法的适用范围，采用P₅含量等于30%的固定指标作为缩尺料的最大细粒含量，也即采用P₅含量这个固定的经验指标控制缩尺料的级配，而与缩尺比或缩尺料的最大粒径无关，其合理性尚未见相关研究资料佐证。可见，混合法虽然是一种相对比较合理的缩尺方法，但由于规范对细粒含量并没有准确而合理的规定，实质上属于经验的方法，准确性难以保证。如何对现有缩尺方法进行改进，或者从一个全新的角度去研究提出一种新的缩尺方法，对减弱粗粒料的缩尺效应而言，是非常必要的。

3发明内容

技术问题：本发明针对现有缩尺方法存在的缺陷，提供了一种基于分形理论的粗粒料的缩尺方法，可有效减弱粗粒料的缩尺效应。

技术方案：为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案;

一种基于分形理论的粗粒料的缩尺方法，具体步骤为：

（1）具有分形特性粗粒料的确定：以原级配粗粒料级配曲线为依据，选取级配曲线上的代表性点Z（d_i,p_i），其中：d_i为筛孔直径，p_i为原级配小于某筛孔直径d_i的质量分数，验证原级配粗粒料是否具有分形特性，若计算相关系数R大于相关系数检验表中对应的值，则粗粒料具有分形特性，确定相关系数R的值；