覆盖层原位胶结度测定方法与流程

本发明涉及岩土工程原位参数识别与室内试验，尤其是涉及一种覆盖层原位胶结度测定方法。

背景技术：

1、深厚覆盖层在经历长期沉积与压密后，颗粒间常形成不同程度的天然胶结结构。上述弱胶结结构会改变土体骨架的初始刚度、变形模量和动力特性，是评估覆盖层工程性状、坝基稳定性和地震动力响应的关键力学指标。因此，准确获取覆盖层土体的原位胶结程度，对于岩土工程的精细化设计和结构安全评价具有重要的技术意义。

2、目前，工程勘察中主要通过钻探取样结合室内力学试验的方式获取地层参数。深厚覆盖层埋深较大且颗粒组成复杂，在钻探、原状取样、运输及室内制样等环节中，土体易受到机械扰动，导致其原有的微弱胶结结构发生不可逆的破坏，使得室内测得的参数往往退化为完全重塑土的响应。另一方面，虽然现场原位测试能够在较小扰动下获取地层的宏观波速响应，但原位测试的应力水平与室内常规试验的应力范围通常存在差异，导致直接对比两者的绝对模量数值会产生严重的量纲与尺度偏差。

3、综上，现有勘察测试手段在处理深厚地层时，难以兼顾原位弱结构的无损保留与宏观响应的定量解耦。如何克服取样扰动带来的结构破坏，并降低了原位与室内测试在应力状态上的偏差，有利于提升对地层天然状态的客观定量评估，是当前岩土参数识别领域亟待解决的技术难题。

技术实现思路

1、发明目的：提供一种覆盖层原位胶结度测定方法，以解决现有技术存在的上述问题。

2、技术方案：一种覆盖层原位胶结度测定方法，包括：

3、获取待测覆盖层区域不同深度处的现场剪切波速和土体密度，并采集代表性覆盖层土料；

4、根据现场剪切波速和土体密度计算现场剪切模量，确定对应深度的现场平均有效应力；

5、按照原位密实状态利用代表性覆盖层土料制备重塑试样，向重塑试样中加入不同含量的胶结模拟材料，得到多组人工胶结试样；

6、在预设的平均有效应力条件下，对各组人工胶结试样开展室内波速试验，获得不同胶结物含量对应的室内剪切模量，并建立所述室内剪切模量与对应的室内平均有效应力的关系曲线族；

7、基于土体剪切模量与平均有效应力之间的函数关系获取压力指数，利用压力指数分别对现场剪切模量和室内剪切模量进行应力归一化处理，得到现场归一化响应和各组胶结物含量对应的室内归一化响应；

8、根据现场归一化响应与各组胶结物含量对应的室内归一化响应的匹配关系，确定等效胶结物含量；其中，等效胶结物含量为在室内标定体系下与原位归一化响应相匹配的人工胶结模拟材料含量指标，用于表征待测覆盖层区域的原位胶结程度。

9、根据本申请的一个方面，在对各组人工胶结试样开展室内波速试验时，采用各向等压固结条件对原位静止土压力固结条件进行等效简化，并以平均有效应力作为主要控制变量；当试验或工程资料表明固结应力比对小应变剪切模量影响不可忽略时，引入各向异性修正系数或采用固结对比试验进行校核；

10、其中，胶结模拟材料的特征粒径小于代表性覆盖层土料的土颗粒特征粒径的预设比例。

11、根据本申请的一个方面，在确定等效胶结物含量之后，还包括：

12、基于预先建立的胶结物含量与土体强度参数、变形参数或动力参数之间的标定修正关系，将等效胶结物含量作为修正参数，对待测覆盖层区域的工程设计参数初始值进行修正，得到修正后的工程设计参数。

13、根据本申请的一个方面，确定对应深度的现场平均有效应力，包括：

14、获取对应深度的有效上覆土压力以及侧压力系数；

15、基于有效上覆土压力和侧压力系数，计算现场平均有效应力。

16、根据本申请的一个方面，对各组人工胶结试样开展室内波速试验，采用的测试方式包括共振柱试验、压电弯曲元试验或超声波脉冲试验中的至少一种。

17、根据本申请的一个方面，在确定等效胶结物含量之后，还包括：

18、基于预先建立的胶结物含量与土体强度参数、变形参数或动力参数之间的标定修正关系，将等效胶结物含量作为修正参数，对待测覆盖层区域的工程设计参数初始值进行修正，得到修正后的工程设计参数。

19、有益效果：本发明通过现场原位波速测试获取目标响应，并在室内制备同密度的重塑试样以掺入梯度变化的胶结模拟材料，避开了深厚地层高质量原状取样的工程瓶颈。该手段将难以直接测量的原位弱胶结结构，转化为可反演的等效人工胶结物含量，从源头上排除了机械取样扰动对参数识别的破坏。

20、针对原位与室内测试应力范围不一致引发的对比偏差，本发明利用土体压力指数对剪切模量进行应力归一化处理。特别是采用基于无胶结参考态的自校正归一化机制，剥离了土体纯骨架的应力敏感性与胶结效应的耦合，使得归一化残差中能够保留胶结贡献，降低了应力水平差异带来的系统对比误差。

21、此外，在数据匹配与结果评估阶段，通过构建应力相关权重分配机制，赋予室内应力覆盖范围内的现场数据更高权重，减小了数据外推带来的匹配失真；同时，引入统计学标准误差与特征分位数映射，将传统的单一确定性点估计升级为概率性的置信区间与空间变异范围评估，为覆盖层工程参数的可靠度设计与风险量化提供了直观的数据支撑。

1.一种覆盖层原位胶结度测定方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在对各组人工胶结试样开展室内波速试验时，采用各向等压固结条件对原位静止土压力固结条件进行等效简化，并以平均有效应力作为主要控制变量；当试验或工程资料表明固结应力比对小应变剪切模量影响不可忽略时，引入各向异性修正系数或采用固结对比试验进行校核；

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，利用压力指数分别对现场剪切模量和室内剪切模量进行应力归一化处理，包括：

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，压力指数的获取方式为：

5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，压力指数的获取方式为：

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据现场归一化响应与各组胶结物含量对应的室内归一化响应的匹配关系，确定等效胶结物含量，包括：

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据现场归一化响应与各组胶结物含量对应的室内归一化响应的匹配关系，确定等效胶结物含量，包括：

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，权重系数的确定方式包括：

9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在确定等效胶结物含量之后，还包括：

10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在确定等效胶结物含量之后，还包括：