[發(fā)明專利]一種土體崩解性狀和水下休止角聯(lián)合測試方法及試驗裝置

有效

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• 申請日: 2016-02-16
• 公開（公告）號: CN105738595B
• 公開（公告）日: 2018-01-19
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王俊杰;姬雪竹;趙迪;張宏偉
• 申請（專利權(quán)）人: 重慶交通大學(xué)
• 主分類號: G01N33/24
• 分類號: G01N33/24;G01N15/00;G01N11/00
• 代理公司: 重慶大學(xué)專利中心50201
• 代理人: 王翔

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及土體水理性能試驗技術(shù)領(lǐng)域，具體是一種土體崩解性狀和水下休止角聯(lián)合測試方法及試驗裝置。

背景技術(shù)

土的濕化是土體在水中發(fā)生崩解的現(xiàn)象，土體崩解性是指一定體積的土體在靜水中發(fā)生吸水分散、崩裂成碎塊和碎粒的現(xiàn)象。土壤的崩解性按照土壤崩解率來定量，崩解率愈低，土壤抗沖性愈弱。隨著國民經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，國家加大了基礎(chǔ)設(shè)施的發(fā)展力度。土石料在壓實作用下，使土的工程性質(zhì)得到改善。其中土體的抗沖性能與工程安全密切先關(guān)，崩解特性對確保工程建設(shè)質(zhì)量具有重要意義，同時也是工程設(shè)計、建設(shè)人員關(guān)心關(guān)鍵問題之一。

水下休止角是土體的一個重要特性，研究水下休止角，不僅對推移質(zhì)運(yùn)動、沙波運(yùn)動等理論問題的研究有重要的作用，而且對于水庫淤積、水庫壩前沖刷漏斗、水庫淤積形態(tài)及護(hù)岸工程的岸坡穩(wěn)定等生產(chǎn)性課題也有著重要的實際意義。

土體崩解是近幾十年來研究的熱門課題，國內(nèi)外學(xué)者對土體的崩解機(jī)理并未達(dá)成共識。有些學(xué)者從溫度、濕度等入手，探究外部環(huán)境因素對崩解的影響，證明濕度變化對巖土體崩解影響很大，含水量是崩解的主要原因，而溫度變化對崩解作用的影響很小。有些學(xué)者從土體組成、礦物成分性質(zhì)、土體內(nèi)部結(jié)構(gòu)分析，通過這些因素與水反應(yīng)后的土體現(xiàn)象分析土體崩解機(jī)理，他們認(rèn)為崩解的破壞機(jī)理主要有由于被封閉的孔隙或裂隙中氣體的壓縮導(dǎo)致了張應(yīng)力的產(chǎn)生、由于差異膨脹而產(chǎn)生張應(yīng)力或剪應(yīng)力導(dǎo)致應(yīng)力集中、由于顆粒間膠結(jié)物遇水溶蝕而導(dǎo)致強(qiáng)度降低，裂隙、片理等結(jié)構(gòu)性缺陷是崩解的重要因素。還有些學(xué)者針對土體不同的種類進(jìn)行室內(nèi)崩解試驗，以崩解量和崩解速率為指標(biāo)，控制不同的影響因素進(jìn)行總結(jié)分析，研究對象主要包括粉砂巖、膨脹巖、泥質(zhì)軟巖、黃土、花崗巖殘積土等，影響因素主要包括含水量、顆粒級配、顆粒大小、基質(zhì)吸力等，指出土體崩解速度隨著含水量的增大而增大，崩解量隨粗顆粒含量的增大而增大，級配良好的土體有顯著的抗崩解性，失水后的土體更容易發(fā)生崩解，即基質(zhì)吸力較強(qiáng)的土體更易發(fā)生崩解。

水下休止角是在靜水狀態(tài)下砂類土在堆積時其天然坡面和水平面所形成的最大傾角，與顆粒的形狀、大小、密度等因素密切相關(guān)。許多學(xué)者通過試驗，綜合各類影響因素提出了水下休止角計算公式。在崩解試驗中，主要考慮崩解量的測定，本發(fā)明能準(zhǔn)確測定崩解量的變化，而且可以將土體由飽和崩解至水下松散堆積的過程演示記錄。

現(xiàn)有技術(shù)中介紹了傳統(tǒng)的濕化試驗方法和確定休止角的試驗方法。規(guī)范規(guī)定濕化試驗方法為將已測定含水率和密度的土樣置于網(wǎng)板中央，網(wǎng)板掛在浮筒下，然后手持浮筒頸端迅速地將試樣浸入水筒中開動秒表，立即測記開始時浮筒齊水面處刻度的瞬間穩(wěn)定讀數(shù)及開始時間。每隔一段時間測記浮筒齊水面處的刻度讀數(shù)并描述各該時試樣的崩解情況。

傳統(tǒng)的方法依托于排開水的體積來測定土體的崩解量，以此可得知其缺陷為隨著崩解進(jìn)行，浮筒上下浮動難以穩(wěn)定讀出準(zhǔn)確的刻度，導(dǎo)致讀數(shù)誤差大；土樣有吸水性和內(nèi)部有空隙，崩解初期土體吸水，隨著崩解進(jìn)行，內(nèi)部空隙氣體逸出，造成體積測量不準(zhǔn)確，精確度下降。

確定水下休止角的試驗方法為使用小勺將土體沿著鐵桿四周傾倒試樣，小勺始終保持在離試樣表面高度1cm左右，直至圓盤外緣完全蓋滿為止。然后慢慢轉(zhuǎn)動制動器，使圓盤平穩(wěn)升起，直至離開底盤試樣為止，然后測量錐體高度H，根據(jù)公式計算獲得土體的休止角。

傳統(tǒng)方法的缺陷是，利用小勺將土體傾倒的方法，對于土體顆粒粒徑差別較大時在顆粒下落過程中會產(chǎn)生一定的分選性，因此只適用于顆粒粒徑差別不大，即窄級配的土體；試驗過程中土體由干態(tài)進(jìn)入水中，此時未達(dá)到飽和狀態(tài)，與實際情況有所差異，因此傳統(tǒng)的試驗方法較難準(zhǔn)確測出土體的水下休止角。

綜合兩個試驗方法，通過對傳統(tǒng)試驗方法缺陷的改進(jìn)，提出能夠準(zhǔn)確對土體崩解性狀和土體水下休止角測試方法和試驗裝置。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是解決現(xiàn)有技術(shù)中，崩解過程排開水體積測量不準(zhǔn)確、精確度下降、不能廣泛適用于各種土體、不能同時測定崩解量和休止角等問題。

為實現(xiàn)本發(fā)明目的而采用的技術(shù)方案是這樣的，一種土體崩解性狀和水下休止角聯(lián)合測試的試驗裝置，其特征在于：包括荷重傳感器、水平支桿、兩根螺桿、底盤、墊高底座、透明水箱、圓盤、量桿、漏斗、圓形網(wǎng)板和試樣。

所述底盤和水平支桿通過兩根螺桿支撐相連。所述底盤、水平支桿和兩根螺桿構(gòu)成矩形框架。

所述透明水箱置于底盤上。