[發明專利]三軸不排水試驗中橡皮膜嵌入引起孔壓變化的校正方法

有效

• 申請號: 202110607611.2
• 申請日: 2021-06-01
• 公開（公告）號: CN113324866B
• 公開（公告）日: 2022-03-11
• 發明（設計）人: 徐衛衛;陳生水;石北嘯;傅中志;鐘啟明;陳澄昊;吉恩躍;韓華強;凌華;劉翀
• 申請（專利權）人: 水利部交通運輸部國家能源局南京水利科學研究院
• 主分類號: G01N3/62
• 分類號: G01N3/62
• 代理公司: 濟南領升專利代理事務所(普通合伙) 37246
• 代理人: 王吉勇

本發明公開了一種三軸不排水試驗中橡皮膜嵌入引起孔壓變化的校正方法，包括：將整套系統及試樣準備好，進行試樣周圍的注水以及內部試樣料的飽和試驗，開啟圍壓加載系統，加載到所要設定的圍壓；根據上部軸向加載桿進行加載到試樣要求的軸向應變；則此時孔壓上升，周邊橡皮膜被推出試樣孔隙，橡皮膜想外推出過程中，相應的可伸縮位移計會記錄測量值，并導入計算機計算；根據計算，隨實時對試樣內部進行注水與抽水，因嵌入量突變時孔壓的消耗進行校正。該方法操作簡單，使用方便，能夠較好的實現校正目的，消除橡皮膜嵌入量引起的不利影響。

技術領域

本發明涉及巖土工程測試領域，具體涉及一種三軸固結不排水試驗中橡皮膜嵌入引起的孔壓變化校正方法。

背景技術

粗粒(砂)土的強度參數試驗包括排水與不排水強度，其力學參數通常采取常規三軸排水試驗與不排水試驗獲取。在三軸試驗中，通過在試樣周圍套入橡皮膜，試樣形成不透水的界面，有助于在測試過程中施加邊界應力并控制排水條件。在試驗中，由于試樣周邊的粗粒土不平整，在側向壓力作用下，橡皮膜嵌入到顆粒間的孔隙中，導致測量結果高估試樣的體變(圖1a)；而在固結不排水試驗中，由于排水閥門關閉，試樣在軸向應力加載作用下孔壓增加，會使得橡皮膜被推出周圍孔隙而消耗一部分孔壓(孔隙水壓力)，使的孔隙水壓力減小，土體實際有效應力增加，形成了類似于排水試驗而產生額外體積變化的情況 (圖1b)，這與不排水試驗中不產生體變的假定相違背，而這些因素將影響孔隙水壓力值和強度參數的準確性。

粗粒土的常規三軸試驗中因橡皮膜的嵌入量會使得測量的結果失真，其中包括兩種情況：

(1)固結排水試驗中，實際的排水體積包括

ΔV_T(σ₃)＝ΔV_s(σ₃)+ΔV_m(σ₃)

其中σ₃為圍壓，ΔV_T(σ₃)為特定圍壓下的總排水量，ΔV_s(σ₃)為特定圍壓下試樣的體變量，ΔV_m(σ₃)為特定圍壓下橡皮膜的嵌入量。

(2)固結不排水試驗中，因為體變控制閥門關閉，室內試驗會假定試樣不產生體積變化，試樣在施加圍壓的作用下，會產生孔隙水壓力，根據太沙基有效應力原理，則實際土體受到的總應力包括兩個部分σ(總應力)＝σ′(有效應力)+u_P(孔隙水壓力)，室內不排水試驗在進行計算時，會取有效應力的值σ′來確定土體的變形參數。但在固結不排水試驗中，因為孔隙水壓力的作用，橡皮膜被推出孔隙，而這部分孔隙水壓力u_P1的變化往往被室內試驗人員忽略，則實際有效應力σ′＝σ-(u_P-u_P1)，忽略這部分孔隙水壓力的影響,則產生的孔隙水壓力小于真正不排水試驗時的孔隙水壓力。因此，橡皮膜被推出的這部分嵌入量- ΔV_m(σ₃)而消耗的孔壓對土的不排水強度影響需要進行校正，以獲得真正的不排水強度。通過對試樣內部注水與抽水的方法可有效解決這一部分孔壓消耗的影響，而現有的設備中沒有考慮這部分因素，無法進行該步驟的校正。

現有技術中，張丙印等，水利水電技術，第34卷，2003年第2期，公開了一種粗粒料大型三軸試驗中橡皮膜嵌入量對體變的影響及校正；但該論文是假定試樣各向同性計算，即等向固結試驗中土骨架的體積變化為

ΔV_s＝3ε₁V₀ (1)

橡皮膜的嵌入體積

ΔV_m＝ΔV-3ε₁V₀ (2)