[實用新型]一種土體有荷膨脹試驗用環刀

有效

• 申請號: 201720078658.3
• 申請日: 2017-01-20
• 公開（公告）號: CN206557205U
• 公開（公告）日: 2017-10-13
• 發明（設計）人: 張銳;鄭健龍;劉正楠;張博亞
• 申請（專利權）人: 長沙理工大學
• 主分類號: G01N33/24
• 分類號: G01N33/24
• 代理公司: 長沙市融智專利事務所43114
• 代理人: 顏勇

技術領域

本實用新型公開了一種土體有荷膨脹試驗用環刀；特別是指一種具有開合功能的環刀，以消除土樣靜壓制樣產生的超固結水平應力。屬于公路膨脹土土工試驗技術領域。

背景技術

膨脹土富含膨脹性粘土礦物，具有顯著的遇水膨脹軟化、失水收縮開裂特性。隨著我國經濟的高速發展，對基礎設施的投入比重越來越大，越來越多的公路將穿越膨脹土分布區。膨脹土地區公路建設中，支擋結構物后的膨脹土體在降雨入滲和大氣作用下含水率會逐漸升高發生增濕膨脹，膨脹潛勢的釋放將產生一定的膨脹力。膨脹力包括豎向膨脹力和側向膨脹力，其中側向膨脹力對支擋結構的穩定性有著顯著影響。

公路土工試驗規程(JTG E40-2007)中膨脹力的試驗方法，是采用環刀取原狀土或靜壓制備重塑土環刀樣，然后進行膨脹力的試驗，在試樣浸水產生一定膨脹量后，采用增加筒中砂的質量的方法將試樣壓回原高度，膨脹一點就加砂壓回去一點，以試樣不再產生膨脹量時的筒中砂質量作為膨脹力。該方法測得的實際是豎向膨脹力而未考慮側向膨脹力。造成在邊坡支擋結構設計中，以豎向膨脹力等同于側向膨脹力進行設計，造成與實際工況受力情況存在巨大誤差，增加了工程的造價。

為解決現有膨脹力的試驗方法存在的不足，國內外學者對膨脹力的測試方法開展了一些研究，歸結起來有膨脹反壓法、加壓膨脹法、平衡加壓法及等體積加壓法4種。

膨脹反壓法是使試樣充分吸水自由膨脹穩定后再施加荷載使其恢復到初始體積。加壓膨脹法是通過一系列壓力-膨脹量對應關系曲線確定膨脹力，分為多試樣法和單試樣法。平衡加壓法是在試樣吸水開始膨脹時，逐步施加荷載維持體積不變。等體積法是將膨脹土放置在剛性容器內，通過測試容器壁受力確定膨脹力，多用于模型試驗，要求模型有足夠剛度在膨脹力作用下不產生變形。

其中前三種都是使試樣先發生濕化膨脹變形，再施加荷載將試樣壓回原始體積或高度，該荷載即為膨脹力。但是施荷壓縮土體是一種固結過程，固結是土體壓縮、去水而逐漸密實的物理過程，而膨脹是晶格擴張的化學過程和粒間結合水膜增厚的過程，因此該膨脹力實際為固結力而非膨脹力，且是豎向作用力而非側向。

等體積法完全限定了試樣的體積，加水使其膨脹進行膨脹力的測定，而對于實際膨脹土邊坡來說，它的吸水膨脹是一個無側限的過程，因此該方法并不符合實際工況。

此外還有一些模型裝置，通過在模型箱的箱壁上設有多個壓力傳感器，分設于不同深度位置的用于測量膨脹土側向膨脹力；以及采用伺服加載裝置，當土樣發生膨脹時，伺服裝置自動加壓使土樣壓回原始體積。但是模型箱存在模型制作困難、試驗耗時費力等問題，伺服裝置同樣對土樣施加了側限，不符合實際工況，還存在著造價昂貴的問題。

造成上述問題的原因主要是現有土體有荷膨脹試驗用環刀是固定結構，而靜壓制樣的過程中，試樣內部土體在壓制過程中，必然會產生超固結效應，而形成超固結水平應力，這部分應力蓄積在試樣中，而現有技術所涉及的測試膨脹力的裝置和方法均未考慮消除制樣過程中產生的超固結水平應力，導致測得的側向膨脹力與實際工況受力情況存在巨大誤差。

實用新型內容

本實用新型的目的在于克服現有技術的不足和缺陷，而提供一種結構簡單合理、操作方便、可以完全消除試樣初始超固結水平應力的土體有荷膨脹試驗用環刀。

發明人經過研究，發現采用公路土工試驗規程(JTG E40-2007)中膨脹力的試驗方法進行膨脹力試驗，在靜壓制樣的過程中，試樣內部會產生超固結效應，在試驗的過程中，通過在土樣和環刀內壁間貼合薄膜壓力傳感器，監測到試樣(ω₀＝22％,ρ_d＝1.60g/cm³)成型后的側向力達到了287.24kPa，隨著試樣吸水膨脹，側向膨脹力將逐漸增大，超固結效應將緩慢釋放，監測的側向力為兩者的合力，無法實現剝離。因此本實用新型設計了帶凹槽和可釋放超固結效應的帶箍環的環刀，一方面在貼合薄膜壓力傳感器時，確保貼合了傳感器一側土樣整體密度的均勻性；另一方面可釋放制樣過程產生的超固結效應，確保試驗時傳感器所測壓力增量即為側向膨脹力。此外，本實用新型還可得到在不同上覆荷載作用下的側向膨脹力，進一步可得到沿深度的側向膨脹力變化情況，為支擋結構設計提供有力的數據。

本實用新型一種土體有荷膨脹試驗用環刀，所述環刀為開口環，在環刀開口位置的外壁上設有開口調節裝置，所述開口調節裝置用于調節開口的大小；在環刀的內壁設有供容置壓力傳感器的凹槽；

本實用新型一種土體有荷膨脹試驗用環刀，環刀的開口處為搭接結構；