(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202211009128.5 (22)申请日 2022.08.22 (71)申请人 清华大学 地址 100084 北京市海淀区清华园1号 申请人 贵州正业工程技术投资有限公司 (72)发明人 徐明　沈志平　宋二祥　孙洪　 付君宜　刘欢　许飞洲　杨欣　 (74)专利代理 机构 北京安瑞克专利代理事务所 (特殊普通 合伙) 11902 专利代理师 焦丽 (51)Int.Cl. G06F 30/20(2020.01) G06F 119/02(2020.01) G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 一种块石填料长期剪 应变的预测方法 (57)摘要 本发明提供了一种块石填料长期剪应变的 预测方法， 属于土体蠕变分析领域。 所述预测方 法首先进行现场大型剪切蠕变试验， 在块石填料 施工现场， 直接对含有大粒径 块碎石的填料进行 实验， 在试验中对填料施加法向的竖向应力和切 向的剪应力， 模拟高填方内潜在滑裂面的实际受 力状态， 确定不同竖向应力和剪应力组合应力状 态下的剪应变 ‑时间曲线； 再根据剪应变 ‑时间曲 线， 分别求解不同应力条件下的非线性弹性单元 剪切模量、 修正牛顿单元粘滞系数、 修正开尔文 单元剪切模量和修正开尔文单元粘滞系数值， 代 入块石填料剪应变随时间发展的计算模型， 预测 对应的长期剪应变。 本发明准确反映了应力状态 对块石填料蠕变特性的影 响， 为地基长期工后沉 降预测提供了指导。 权利要求书3页 说明书7页 附图1页 CN 115186513 A 2022.10.14 CN 115186513 A 1.一种块石填料长期剪应 变的预测方法， 其特 征在于， 所述预测方法包括如下步骤： 步骤S1， 进行现场大型剪切蠕变试验， 确 定不同竖向应力σv和剪应力τ组合应力状态下 的剪应变γ(t)_时间t曲线； 所述现场大型剪切蠕变试验， 在块石填料施工现场进行， 直接对含有大粒径块碎石的 填料进行实验， 在试验过程中对填料施加法向的竖向应力σv和切向的剪应力 τ， 模拟高填方 内潜在滑裂面的实际受力状态； 步骤S2， 根据γ(t)_时间t曲线， 求解当前竖 向应力σv条件下的第一求解公式的公式参 数， 将公式参数代入非线性弹性单元剪切模量的第一求解公式， 求得当前竖向应力σv条件 下非线性弹性单元剪切模量的以剪应力为自变量的函数； 再对应不同的剪应力值， 求解非 线性弹性单 元剪切模量 值； 步骤S3， 根据γ(t)_ 时间t曲线， 求解当前应力状态(σv， τ )条件下的第二求解公式的公 式参数， 将公式参数代入修正牛顿单元粘滞系数的第二求解公式， 计算出当前应力状态 ( σv， τ )条件下的修 正牛顿单元粘滞系数值； 步骤S4， 根据γ(t)_ 时间t曲线， 求解当前应力状态(σv， τ )条件下的第三求解公式的公 式参数， 将公式参数代入修正开尔文单元剪切模量的第三求解公式， 计算出当前应力状态 ( σv， τ )条件下的修 正开尔文单 元剪切模量 值； 步骤S5， 根据γ(t)_ 时间t曲线， 求解当前应力状态(σv， τ )条件下的第四求解公式的公 式参数， 将公式参数代入修正开尔文单元粘滞系 数的第四求解公式， 计算得到当前应力状 态( σv， τ )条件下的修 正开尔文单 元粘滞系数值； 步骤S6， 基于现场大型剪切蠕变试验， 构建以非线性弹性单元剪切模量、 修正牛顿单元 粘滞系数、 修正开尔文单元剪切模量和修正开尔文单元粘滞系数为模型参数的块石填料剪 应变随时间发展的计算模型； 步骤S7， 对应于不同的应力状态(σv， τ )条件， 分别将所计算的非线性弹性单元剪切模 量、 修正牛顿单元粘滞系数、 修正开尔文 单元剪切模量和修正开尔文 单元粘滞系数的值， 代 入块石填料剪应变随时间发展的计算模型， 预测出对应于每个应力状态( σv， τ )条件下的块 石填料长期剪应 变。 2.根据权利要求1所述的块石填料长期剪应变的预测方法， 其特征在于， 所述现场大型 剪切蠕变试验 满足以下要求： 现场大型试样边长不小于1米， 高度不小于1米； 在每个试验中， 首先施加竖向应力σv， 进而匀速施加水平剪应力直至目标值τ， 然后保持 剪应力 τ恒定， 维持至少10天； 在试验过程中， 在不同的时间t记录相应的剪应变γ(t)； 需要至少三个竖向应力σv； 每 个竖向应力σv下， 需要至少三个剪应力 τ； 对应每组应力状态( σv， τ )， 绘制γ(t)_t曲线。 3.根据权利要求1所述的块石填料长期剪应变的预测方法， 其特征在于， 步骤S2中求解 公式参数， 具体包括： 绘制不同竖向应力σv条件下的τ ‑γinstant曲线， 根据非线性弹性单元剪切模量的第一求 解公式与不同竖向应力σv条件下的τ‑γinstant曲线进行拟合， 求解当前竖向应力σv条件下的 第一求解公式的公式参数。权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 115186513 A 24.根据权利要求1所述的块石填料长期剪应变的预测方法， 其特征在于， 步骤S3 中求解 公式参数， 具体包括： 对于每组应力状态(σv， τ )条件下所得到的γ(t) ‑t曲线， 测量γ(t)渐进线的倾角β， 令 ηN＝τ/tanβ； 对于不同应力状态( σv， τ )条件下得到的ηN值， 绘制 曲线， 根 据修正牛顿单元粘滞系数的第二求解公式与 不同应力状态( σv， τ )条件下的 曲线进行拟合， 求 解当前应力状态( σv， τ )条件下的第二 求解公式的公式参数； 其中， tref设置为1小时， 大气压pa取100kPa。 5.根据权利要求1所述的块石填料长期剪应变的预测方法， 其特征在于， 步骤S4中求解 公式参数， 具体包括： 对于每组应力状态( σv， τ )条件下所得到的γ(t) ‑t曲线， 根据所求解的非线性弹性单元 剪切模量、 修正牛顿单元粘滞系数， 绘制γK‑t的曲线， 当t →∞时， 曲线趋近于水平， 此时γK 值趋近于 得到当前应力状态(σv， τ )条件下修正开尔文单元剪切模量的值 对于不同应力状态(σv， τ )条件下得到的GK值， 绘制 曲线， 根据修正开尔 文单元剪切 模量的第三求解公式与不同应力状态(σv， τ )条件下的 曲线 进行拟合， 拟合后的曲线斜率平均值作为当前应力状态( σv， τ )条件下的第三求解公式 的第 一公式参 数， 并将第一公式参 数代入第三求解公式中； 再 绘制以 曲线， 根据修正开尔文单元剪切模量的第三求解公式与不同应力状态(σv， τ)条件下的 曲线进行拟合， 求得当前应力状态( σv， τ )条件下的第三求解公式的其 余公式参数； 其中， τf为竖向应力σv对应的峰值剪应力， γK为非线性弹性单元剪切模量、 修正牛顿单 元粘滞系数修 正后的剪应 变。 6.根据权利要求1所述的块石填料长期剪应变的预测方法， 其特征在于， 步骤S5 中求解 公式参数， 具体包括： 对于每组应力状态( σv， τ )条件下所得到的γ(t) ‑t曲线， 绘制 曲 线， 其拟合直线的斜率即为该应力状态( σv， τ )条件下的修正开尔文单元粘滞系数 ηK； 对于不 同应力状态(σv， τ )条件下得到的ηK值， 绘制 曲线， 根据修正开尔文单权　利　要　求　书 2/3 页 3 CN 115186513 A 3