[發明專利]一種無粘性土最優粘聚冷凍含水率的測定方法

有效

• 申請號: 201510071964.X
• 申請日: 2015-02-11
• 公開（公告）號: CN104634734B
• 公開（公告）日: 2017-08-22
• 發明（設計）人: 李娜;王偉;張芳;吳剛;張陳;雷璐璐;張旻玉
• 申請（專利權）人: 紹興文理學院
• 主分類號: G01N19/10
• 分類號: G01N19/10
• 代理公司: 紹興市越興專利事務所(普通合伙)33220
• 代理人: 王余糧

技術領域：

本發明涉及一種無粘性土最優粘聚冷凍含水率的測定方法，屬于巖土工程學科的土體力學性能測試領域。

背景技術：

以砂土為代表的無粘性土，是建筑物、構筑物等工程的地基主要組成成分之一。目前，無粘性土的力學特性測試通常通過常規三軸試驗完成，該試驗將土體做成圓柱形標準三軸試樣，進行加載測試。所以，制作高質量的重塑無粘性土試樣是進行該測試的前提條件。

但是，由于無粘性土不具有粘聚力且摩擦角大，采用傳統的制樣方法，三軸試樣成形后易散落、易傾斜，甚至無法制作成形，不易操作。可以通過對具有一定含水率的無粘性土進行冷凍，增加其粘聚力同時減小其摩擦角，使三軸試樣順利制作。

加水拌合冷凍后，無粘性土的摩擦角、粘聚力均隨加水量的變化而非線性變化。為了能更加高效的制作無粘性土三軸試樣，在制作三軸試樣之前，需要對無粘性土的最優粘聚冷凍含水率進行測定，以確定冷凍后無粘性土的摩擦角和粘聚力達到最優值。

發明內容：

本發明的目的在于提供一種無粘性土最優粘聚冷凍含水率的測定方法，以解決現有技術中的三軸試樣成形后易散落、易傾斜，甚至無法制作成形的缺陷。

為了達到上述目的，本發明采取的解決方案是：

一種無粘性土最優粘聚冷凍含水率的測定方法，其特征在于，包括如下步驟：(1)將散粒狀無粘性土烘干粉碎；(2)按照設計要求，將不同的拌合水加入到無粘性土中并拌制均勻，獲得不同含水率的無粘性土；(3)將不同含水率的無粘性土冷凍，使其顆粒表層形成冰晶和水的冰水混合物，該冰水混合物能夠有效增加無粘性土顆粒之間的粘聚力，且同時減小了其摩擦角；(4)在冷凍狀態下制作直剪試樣，并按初始含水率的不同分成對稱兩份；一份直接進行冷凍狀態的直剪試驗，另一份靜停一段時間，待試樣內部冰晶融化回復常溫后，進行常溫狀態下的直剪試驗；(5)根據兩種狀態的實驗結果，分別計算各初始含水率下無粘性土的摩擦角和粘聚力；選擇冷凍狀態下粘聚力較大、摩擦角較小的初始含水率為無粘性土最優粘聚冷凍含水率。

所述的最優粘聚冷凍含水率，是指冷凍狀態時無粘性土具有較大粘聚力、較小摩擦角時對應的初始加入拌合水的質量與干燥狀態無粘性土質量的比值。

所述的最優粘聚冷凍含水率，其通過直剪試驗測得。

所述的最優粘聚冷凍含水率，評價的優先順序依次是冷凍狀態粘聚力較大、冷凍狀態摩擦角較小、與常溫狀態相比冷凍狀態的摩擦角減小值較大；各自的允許誤差為0.15。

所述的直剪試驗，所有試樣的土料在制樣前均經歷冷凍過程。

所述的常溫狀態直剪試驗，是在常規直剪儀上且試樣內部冰晶完全融化狀態下進行的直剪試驗。

所述的冷凍狀態直剪試驗，是在常規直剪儀上且試樣在冷凍狀態下進行的直剪試驗。

本發明提供一種優選的無粘性土最優粘聚冷凍含水率的測定方法，其特征在于，包括如下步驟：

(1)、干土準備：

按照設計的直剪試樣的個數N₂、干密度R，計算直剪試驗所需無粘性土在干燥狀態下的質量M₂：

N₂＝2*n₁*n₂

M₂＝3.14*(D/2)²*h*R*N₂

式中：n₁是設計的含水率個數，n₂是每個含水率下考慮的法向應力個數，D為直剪試樣的直徑，h為直剪試樣的高度；

(2)、混合土料準備：

將干土等分成2n₁份，制備不同含水率的混合土料，每個含水率制作兩份土料，一份用于常溫狀態直剪試驗、一份用于冷凍狀態直剪試驗；

(3)、冷凍狀態直剪試樣制作：

將用于冷凍狀態直剪試驗和用于常溫狀態直剪試驗的混合土料分別進行冷凍，并按照含水率的不同，逐一制作成冷凍狀態的直剪試樣；

所述混合土料的冷凍，冷凍時間超過24小時，溫度為-10度。

(4)、冷凍狀態直剪試驗：

用于冷凍狀態直剪試驗的混合土料，經步驟(3)處理后制成的冷凍狀態的直剪試樣，在常溫下進行直剪試驗，檢測冷凍狀態下各含水率、各法向應力作用時對應的抗剪強度；

(5)、常溫狀態直剪試驗：