基于MATLAB 一元线性回归分析的库坝土体抗剪强度测定

2020-06-22张峰

科学技术创新 2020年12期

张峰

（山西工程技术学院矿业工程系，山西阳泉045000）

库坝下煤层开采过程中，坝体受地下煤层采动、库水压力和自重等多因素影响下，坝体结构将会出现移动变形，严重时将会造成溃坝事故的发生。衡量坝体变形破坏的主要形式为拉伸破坏和剪切破坏，但土体抗拉强度极低，现有的仪器无法测定其破坏程度和破坏过程，因此，只有通过土体的抗剪强度衡量坝体的变形破坏过程，为坝体变形破坏机理研究和坝体维修方案设计等提供基础参数。

由于衡量抗剪强度的指标主要为内摩擦角和内聚力，因此需要对大坝土体的两个参数进行测试，通过现场土样采集、实验室测试，将测试结果利用MATLAB 一元线性回归分析，根据摩尔- 库伦准则，抗剪强度τ 与内摩擦角φ 和粘聚力c 之间的一元线性关系，得出坝体的抗剪强度指标。

库坝土体抗剪强度的测定共分为四个步骤：①现场土样采集；②实验室测定；③MATLAB 一元线性回归计算；④依据摩尔库伦准则，抗剪强度指标求取。

1 土样采集

库坝为均质粘土坝，坝体各个部位的土质基本相同。为了保证测试结果的客观性，分别在坝体不同位置进行取样。共计挖取8 组试样，其中坝顶3 组、中部2 组、下部3 组。取样地点如图1 所示。

取样前在不锈钢环刀（环刀圆环的横截面积30cm2，高度20cm）内沿部位涂抹少量凡士林，方便土样更容易从环刀中取出。取样时，先将取样点周围的浮土清理干净，再将环刀扣入库坝土体内部，将环刀周围土体掏空；然后沿环刀底面用壁纸刀对土样进行切割，把环刀和土体样品整体取出。最后将取出的土样放置入样品盒中，并对其进行编号。

为了防止土体水分挥发、影响测试结果，将采集完的土样放在保温箱内，并尽早运至实验室进行试验。运输过程中对保温箱进行防震动处理。

2 试验测试

将取回的样品按照实验室密度测量标准要求进行称量，测得土样中各个试件的质量和体积。利用南京土壤仪器厂生产的ZLB-1 三联流变直剪测试仪测定库坝土体的抗剪强度[1，2]。分别在8 组试件上依次施加50kPa、100kPa、150kPa、200kPa、250kPa、300kPa、350kPa 和400kPa 的垂直压力，然后逐一在水平方向上施加水平剪切力，测得各试样破坏时的剪应力τ。

具体操作步骤为：将盛有试件的环刀平口朝下，刀口向上，放入剪切盒内，利用指压板将土样压入剪切盒内，取出环刀，顺次加上传压板和加压框架，按顺时针方向转动手轮，使盒上两端的钢珠恰好与量力环接触（测微表指针指向0），顺次加上相应的砝码，缓慢转动手轮施加水平剪切应力，直至量力环中的测微表指针不再前进或后退，说明试件已经被剪破，此时的水平剪切应力即为该试件的抗剪强度指标[3]，试验如图2 所示。