[發明專利]土體晴雨交替及直剪的模擬試驗方法

在審

• 申請號: 201710972015.8
• 申請日: 2017-10-18
• 公開（公告）號: CN107942031A
• 公開（公告）日: 2018-04-20
• 發明（設計）人: 董均貴;徐國元
• 申請（專利權）人: 華南理工大學
• 主分類號: G01N33/24
• 分類號: G01N33/24
• 代理公司: 廣州市華學知識產權代理有限公司44245
• 代理人: 黃磊

技術領域

本發明屬于巖土工程試驗及工程運用技術領域，具體涉及到一種土體晴雨交替及直剪的模擬試驗方法。

背景技術

自然界的降雨和蒸發交替作用(晴雨交替作用)對土體物理力學性能存在巨大影響，其中晴雨交替作用對土體抗剪強度的影響一直是巖土工程界廣泛關注的問題之一。當前對晴雨交替作用對土體抗剪強度的影響的相關試驗方法主要分為兩類：一類是對環刀試樣進行晴雨交替作用之后，再放到直剪儀上進行直剪試驗；另一類是制作大體積模型試樣，對大體積模型試樣完成晴雨交替作用后，再從大體積模型試樣切取環刀試樣進行直剪試驗。但是，這些研究仍存在一定局限性：(1)對于第一類，環刀試樣尺寸小，對工程實際情況模擬的代表性略顯不足，環刀試樣之間容易出現較大的差異性，易導致試驗結果偏差，且環刀試樣晴雨交替過程中容易出現加載或卸載現象，也與工程實際不符；(2)對于第二類，由于大體積模型試樣在晴雨交替過程中土體不能與外界溫度充分接觸，容易出現不同部位含水率變化幅度不同，且試驗過程特別緩慢，不僅耗費了大量的時間和人力，而且對完成晴雨交替作用后的試樣切取環刀試樣對土體擾動較大，加之取樣點的差異也會導致試驗結果的偏差；(3)當前未有能模擬真實荷載下的晴雨交替作用并同時可進行直剪試驗的方法。

發明內容

針對上述問題，本發明提供一種模擬試驗結果更精準的土體晴雨交替及直剪的模擬試驗方法，它能同時模擬土體試樣在真實荷載下的晴雨交替作用并進行直剪試驗。

土體晴雨交替及直剪的模擬試驗方法，包括以下步驟：

(1)設定土體晴雨交替及直剪的模擬試驗系統，土體晴雨交替及直剪的模擬試驗系統包括晴雨交替試驗裝置和直剪裝置，晴雨交替試驗裝置包括箍環和大尺寸環刀，相鄰大尺寸環刀在豎向方向依次排列，兩個大尺寸環刀之間用箍環固定；

(2)制取土體試樣，并將土體試樣安裝在晴雨交替試驗裝置內，并在土體試樣上施加豎向荷載；

(3)晴雨交替試驗，對土體試樣實行模擬降雨過程和模擬晴天蒸發過程；

(4)直剪試驗，用直剪裝置對土體試樣進行分層剪切，測量并記錄每土體試樣兩層被剪切時的剪切強度。采用此方法，能模擬真實荷載下的晴雨交替作用并同時可進行直剪試驗，設計合理的晴雨交替試驗裝置，采用合理的土體試樣，因此不但操作簡便，而且模擬試驗的結果更為精準。

大尺寸環刀的直徑為50厘米，高度為10厘米；大尺寸環刀的側壁上開設有排水孔。大尺寸環刀的數量為五個。采用此方法，采用直徑為50厘米，高度為10厘米的大尺寸環刀，因此可以利用多個大尺寸環刀豎向疊加就能模擬不同深度處的晴雨交替作用；能輕易制取和安裝土體試樣，而且用于模擬試驗結果也較為精準；排水孔方便安裝傳感器等零部件。采用五個大尺寸環刀在豎向方向疊加，制取合適高度和尺寸的土體試樣，不但制作較為簡便，而且也能保證模擬試驗結果。

晴雨交替試驗裝置還包括TDR傳感器和變形測量絲線，TDR傳感器安裝在尺寸環刀豎向的中部，變形測量絲線設于大尺寸環刀內。采用此方法，TDR傳感器能實時準確地測量土體試樣的含水率，變形測量絲線能準確地測量土體試樣的變形。

土體試樣為重塑土試樣；制取重塑土試樣時，先將晴雨交替試驗裝置組裝，再分層裝入重塑土并擊實。采用此方法，能將重塑土穩定地置入晴雨交替試驗裝置，完成重塑土試樣的制取和安裝，后續模擬試驗中，土體試樣穩定，土體試樣能較好地保持整體性，因此模擬試驗結果較為精準。

土體試樣為原狀土試樣；先制取預先設定的高度和直徑的柱狀體原狀土，再將大尺寸環刀在豎向方向依次套裝在柱狀體原狀土上，并用箍環將相鄰的大尺寸環刀固定相連。采用此方法，制作土體試樣較為簡單，且土體試樣安裝可靠，在后續模擬試驗中，土體試樣穩定，因此模擬試驗結果較為精準。

晴雨交替試驗裝置還包括控流噴頭、浴霸燈；調節控流噴頭的流速和時間以調節模擬雨天時的降水量；調節浴霸燈的照射強度以調節模擬晴天時的光照強度。采用此方法，能通過對控流噴頭和浴霸燈的控制，順利地模擬完成晴雨交替試驗。