[发明专利]一种基于离心模型试验的填方沉降预测方法

权利要求书

1.基于离心模型试验的填方沉降预测方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤S1，设置填方工程沉降试验专用模型箱，模型箱内部为分隔模型空间；

步骤S2，将实际工程的典型填方断面进行模型概化与抽象，并确定实际工程的最大、最小和平均填方厚度，利用相似准则，通过换算，制作工程关键节点的离心模型试样，另外制作多参数影响的普遍规律性研究的离心模型试样，所述工程关键节点的离心模型即为个性化模型，所述多参数影响的普遍规律性研究的离心模型即为共性化模型；

个性化模型是对工程关键节点沉降的模拟，三个土柱高度分别对应实际工程最大、最小、平均填方厚度，且其各自含水量应与实际工程响应区域相同，且土柱样本数量不小于6个；

步骤S3，模型箱内与离心机数据传输，启动离心机加载到预设离心加速度，保持该加速度稳定运行直至地表沉降稳定，且持续采集模型箱内填土顶面的沉降数据，分别逐个完成个性化模型试验和共性化模型试验，所有试验的最终沉降稳定判定标准均应相同；

其中，地表沉降稳定标准，包括如下步骤：

S301，离心机快速运行至目标加速度后，保持离心加速度不变，继续运行Tmin；

S302，若激光位移传感器测值波动范围小于且等于±0.2mm，则为模型变形稳定；

S303，若激光位移传感器测值波动范围大于±0.2mm，则为模型变形不稳定，则保持离心加速度不变，继续运行Tmin，直至满足步骤S302；

步骤S4，分别将所有模型的参数以及沉降数据换算为原型对应的参数与实际沉降量，并以填土含水率、填方厚度和填方沉降量为三维坐标，绘制空间散点集群，拟合、平滑和生成三维空间曲面，以此三维曲面为基础，在任意两项参数已知的条件下，快速插值计算第三项参数。

2.根据权利要求1所述的基于离心模型试验的填方沉降预测方法，其特征在于，其离心加速度为Ng，则相似率为n，且满足n＝N，时间为T，沉降量为S，填筑高度为H，含水量为ω，且模型尺寸为原型的1/n。

3.根据权利要求1所述的基于离心模型试验的填方沉降预测方法，其特征在于，步骤S1中，模型各分隔槽内的长度、宽度均不小于30cm；各分隔槽内的填土高度采用下覆水泥混凝土块予以实现对模拟高度的自由调节，且当所需模拟土柱条数较多时，可以多次重复制样，并采用不同的离心加速度予以模拟。

4.根据权利要求1所述的基于离心模型试验的填方沉降预测方法，其特征在于，步骤S4，包括如下换算方式：

模型换算原型时间，表现式为：

T_原型＝n²·T_模型′

模型换算原型沉降量，表现式为：

S_原型＝n·S_模型′

模型换算原型含水量，两者相等，表现式为：

ω_原型＝ω_模型

模型换算原型含填方高度，表现式为：

H_原型＝n·H_模型

其中，离心加速度为ng，相似率为n。

5.根据权利要求1所述的基于离心模型试验的填方沉降预测方法，其特征在于，步骤S4换算后，各分隔区内土柱均可获得两条S沉降-T时程关系曲线；取各自最终稳定沉降量S，与原型含水量ω、原型厚度H相对应，可在三维空间获得ω-H-S的空间散点；若干组试验获得的试验散点集成后，可拟合、平滑、生成空间三维本构曲面。

6.根据权利要求1所述的基于离心模型试验的填方沉降预测方法，其特征在于，步骤S4中生成的三维空间曲面，以ω、H为自变量，S为因变量；如果两个自变量ω、H均为已知，则可通过在空间曲面上插值正向计算因变量S，即最终沉降值；如果ω、S为已知，则可通过插值，反向推算自变量H值，即沉降量为S时所处的场地位置和填方厚度；如果填方厚度H、填方体沉降S为已知，则可通过插值，反向推演自变含水量ω，即所需满足的水、土配合比。