[發明專利]不同水力梯度作用下粗粒土抗剪強度測試方法

有效

• 申請號: 201510361821.2
• 申請日: 2015-06-26
• 公開（公告）號: CN105115831B
• 公開（公告）日: 2017-09-29
• 發明（設計）人: 李志清;周應新;汪永林;樊思林;陳武;錢坤;張曉鋒;錢正富;楊俊宏
• 申請（專利權）人: 中國科學院地質與地球物理研究所
• 主分類號: G01N3/24
• 分類號: G01N3/24
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明是一種土工測試方法，屬于土木工程或地質工程測試領域。

背景技術

粗粒土(碎石土、土石混合體)是一種由作為骨料的礫石或塊石與作為充填料的粘土和砂組成的地質體。粗粒土作為一種填料被廣泛應用于土石壩、公路、鐵路、機場、房屋地基等建筑工程，應用范圍相當廣泛。由于粗粒土由塊石和土組成，且兩者在力學性質上呈現“極強”(塊石)和“極弱”(土體)兩個極端的差異性。這種差異性使粗粒土在物理力學性質上呈現極端的不均勻性與極端的非線性特征，其宏觀物理力學性質不能由塊石或土簡單疊加而成。受降雨影響，粗粒土斜坡可能會發生滑坡風險，因此考慮降雨滲流對邊坡穩定性的影響至關重要，目前考慮滲流影響下的粗粒土強度的測試不能由傳統的土力學剪切裝置或者巖石試驗機來完成，需要研制適合粗粒土自身特點的新型儀器，量測其力學強度，尤其是要考慮滲流和尺寸效應對粗粒土強度的影響。本發明就是一種量測不同水力梯度作用下粗粒土抗剪強度的測試方法。

發明內容

本發明目的是提供一種不同水力梯度作用下粗粒土抗剪強度測試方法，用于解決粗粒土在不同固結應力狀態和滲流作用下的強度指標獲取難題，為工程實踐提供技術參數。

本發明的技術解決方案，其特征是采用一種試驗裝置進行不同水力梯度作用下粗粒土的抗剪強度測試，該試驗裝置包括反力架1，加載框架2，第一伺服電機3，第二伺服電機4，載樣臺5，上剪切盒6，下剪切盒7，軌道車8，垂直位移計9，第一垂直滑軌10，上盒試樣11，滾珠軸排12，下盒擴展板13，下盒試樣14，第一千斤頂15，第一支撐底座16，水平滑軌17，第二支撐底座18，第二千斤頂19，傳力桿20，連接端頭21，水平加載軸22，水平位移計23，第一側限柱24，垂直加載軸25，加壓板26，第二側限柱27，伸縮臂28，第三側限柱29，第二垂直滑軌30，排水孔31，進水孔32，透水板33。第一伺服電機3連接垂直加載軸25，垂直加載軸25提供垂直壓力，位于加壓板26上面，加壓板26連接垂直位移計9，加壓板26內部有排水孔31，加壓板26位于上盒試樣11的頂面，上剪切盒6由第一側限柱24和第二側限柱27固定，第一側限柱24連接第一垂直滑軌10，第二側限柱27通過伸縮臂28與第三側限柱29相連，第三側限柱29連接第二垂直滑軌30，上剪切盒6通過滾珠軸排12對準下剪切盒7，上剪切盒6內安裝上盒試樣11，下剪切盒7內安裝下盒試樣14，下盒試樣14下部安裝透水板33，透水板33下部連接進水孔32，下剪切盒7連接下盒擴展板13，下剪切盒7連接軌道車8，軌道車8可沿水平滑軌17移動到載樣臺5之上，水平滑軌17與加載框架2連接，第一千斤頂15連接第一支撐底座16，第二千斤頂19連接第二支撐底座18，下剪切盒7連接傳力桿20和水平位移計23，連接端頭21與水平加載軸22對準，水平加載軸22連接第二伺服電機4。上剪切盒6尺寸為長500mm寬500mm，連接第一側限柱24一側的上剪切盒6的盒壁高為445mm，連接第二側限柱27一側的上剪切盒6的盒壁高為155mm，下剪切盒7尺寸為長500mm寬500mm，連接下盒擴展板13一側的下剪切盒7的盒壁高為155mm，連接傳力桿20一側的下剪切盒7的盒壁高為445mm，滾珠軸排12傾角為30°，上剪切盒6和下剪切盒7均采用質量輕強度高的合金材料，且進行陽極電鍍防腐處理，上剪切盒6和下剪切盒7的內壁四個角為圓形設計，圓角半徑為30mm～60mm，上剪切盒6可以沿下盒擴展板13滑動，第一側限柱24可以沿第一垂直滑軌10垂直滑動，第三側限柱29可以沿第二垂直滑軌30垂直滑動，第一伺服電機3和第二伺服電機4通過反力架1施加力，反力架1和加載框架2以及加壓板26均采用高強度不銹鋼材料，加壓板26與上剪切盒6間采用橡膠囊密封處理，上剪切盒6與下剪切盒7采用橡膠囊密封處理，滾珠軸排12、下盒擴展板13和水平滑軌17均為高強度不銹鋼材料，且表面均涂有特富龍材料。第一伺服電機3和第二伺服電機4均可以進行快進快退操作，也可以進行應變加載和應力加載，應變剪切速率為0.02～5.00mm/min，最大出力可達1000kN，出力測量精度可達0.5％FS，應力剪切速率為100～600kN/min。垂直位移計9的最大量程為150mm，測量精度可達1mm，水平位移計23的最大量程為170mm，測量精度可達1mm。

量測粗粒土在不同水力梯度作用下的抗剪強度測試的方法如下：

(1)按照一定含水量、含石量與密度要求，稱取相應質量的土體、碎石和水，將土體、碎石、水三者混合均勻，成為混合料，分成均勻的三份備用；