[发明专利]一种考虑粒径尺寸效应的岩堆主动土压力作用点修正方法

说明书

本发明公开了一种考虑粒径尺寸效应的岩堆主动土压力作用点修正方法：首先论证PFC^2D数值模型的有效性，然后找到模拟岩堆的边界相对粒径，之后建立相对粒径与主动土压力之间的变化趋势，最后由变化趋势总结得到岩堆主动土压力作用点修正公式，用于计算岩堆主动土压力作用点，解决了目前尚无土压力理论在计算主动土压力时考虑粒径尺寸效应导致计算主动土压力作用点不准确的问题。

技术领域

本发明涉及一种主动土压力计算方法，尤其涉及考虑粒径尺寸效应的岩堆主动土压力作用点修正公式。

背景技术

根据《岩土工程勘察规范》(GB50021-2001)(2009年版)3.3条规定：粒径大于2mm的颗粒质量超过总质量50％的土，应定名为碎石土，岩堆应归为碎石土一类。但是考虑到岩堆中多为含有大块石，有的直径甚至超过1m，其局部物理力学性能和岩体密切相关，不能完全用岩石或者土体来解释，这就决定了岩堆的主动土压力与碎石土有很大区别。在有关规范和相应的手册及文献中鲜有涉及块岩堆的规定用来评价、解决岩堆的工程问题。

发明内容

本发明要解决的问题是：提供一种考虑粒径尺寸效应的岩堆主动土压力作用点修正方法，以解决目前计算岩堆主动土压力作用点高度不准确的问题。

本发明的技术方案是：一种考虑粒径尺寸效应的岩堆主动土压力作用点修正方法，其实施过程如下：

步骤一：定义相对粒径ψ为土体最大颗粒直径与墙高的比，采用离散元程序PFC^2D建立细粒土数值模型，离散元程序PFC^2D模拟细粒土时采用相对粒径ψ≤1:40的颗粒来模拟，模型建立完成后计算主动土压力E_ah和作用点高度h，并与库伦主动土压力的计算结果进行比较以验证离散元程序PFC^2D计算主动土压力的可靠性；

步骤二：通过离散元程序PFC^2D建立至少5个不同相对粒径的岩堆数值模型，且这至少5个不同相对粒径在1:40≤ψ≤1:5之间，每个岩堆数值模型中的颗粒其相对粒径均相等，模型建立完成后计算不同相对粒径下岩堆的主动土压力作用点相对高度h/H，并得到岩堆主动土压力作用点相对高度h/H随着相对粒径ψ的变化曲线；

步骤三：根据步骤二得到的变化曲线，总结得到岩堆主动土压力作用点修正公式如下：

h＝αH/3

式中：H为挡墙高度，α为主动土压力作用点高度的修正系数，h为作用点高度；

步骤四：根据步骤三得到的岩堆主动土压力作用点修正公式，进行岩堆的主动土压力作用点高度计算。

步骤一中的主动土压力E_ah，指每延米作用在挡墙上的主动土压力合力的水平分量。

步骤二计算岩堆主动土压力作用点相对高度h/H，每个相对粒径至少取6个随机试样，将计算得到的平均值作为岩堆主动土压力作用点相对高度h/H的值。

步骤三中α的平均值标准差σ_α与相对粒径ψ存在如下关系：

σ_α＝1.05ψ，0≤ψ≤0.2

基于上述规律，得到α的计算公式：

α＝1+(3.92+0.591β)ψ，0≤ψ≤0.2，其中β为可靠性指标。

步骤三中β的取值为：安全等级为一级的结构取3.7，二级取3.2，三级取2.7。