本發(fā)明專利技術(shù)是一種土體的快速三軸固結(jié)剪切試驗方法，屬于土工試驗技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明專利技術(shù)主要對常規(guī)三軸試驗的制樣方法進行了改進，采取在圓柱形試樣中心設(shè)置圓柱形砂芯的方法來加快試樣的排水，試驗的剪切速率根據(jù)試驗固結(jié)成果采用理論公式確定，并采用一種修正方法對固結(jié)及剪切過程的試驗數(shù)據(jù)進行了修正，試驗所得應(yīng)力應(yīng)變曲線及模型參數(shù)與常規(guī)方法基本一致。本發(fā)明專利技術(shù)方法克服了常規(guī)三軸剪切試驗方法試驗周期長的缺陷，試驗所需時間大大縮短，僅是常規(guī)方法的１／４～１／２，且試驗成果真實、可靠，發(fā)明專利技術(shù)方法具有非常明顯的優(yōu)勢，可在土工試驗技術(shù)領(lǐng)域廣泛推廣。
【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)涉及的是一種適于粘性土、摻礫石粘土等透水性較差土體三軸固結(jié) 剪切試驗的方法，屬于土工試驗
技術(shù)介紹
對于粘性土、摻礫石粘土的三軸固結(jié)剪切試驗，由于粘性土滲透系數(shù)很低、排水極慢，按常規(guī)試驗方法完成一個中三軸(直徑O^01mm)的固結(jié)排水剪試 驗常需要超過7天的時間；而對于大三軸(直徑O:300mm)， 一個試驗甚至需 要l個多月的時間，完成一組(4~5個樣)試驗需要幾個月的時間，效率極低。 這不僅趕不上工程需要，而且長期加壓對試驗設(shè)備也是個難以實現(xiàn)的難點。近 年來，我國高土石壩建設(shè)正在迅猛發(fā)展，而眾多土石壩的心墻料都采用粘土或 摻礫石粘土，測定其強度變形需進行三軸試驗；對摻礫石粘土，既含有一定量 的礫石，又含有相當大比例的粘性土，滲透系數(shù)很低，需要進行大型或中型三 軸試驗。常規(guī)三軸試驗方法下進行的固結(jié)排水試驗周期長，難以滿足要求，因 而，迫切需要一種新的、快速的試驗方法解決此問題。
技術(shù)實現(xiàn)思路
本專利技術(shù)的目的在于克服上述常規(guī)三軸剪切試驗方法試驗周期長的缺陷，提 出一種適用于粘性土及摻礫石粘土三軸同結(jié)不排水剪、固結(jié)排水剪的快速試驗 方法，其特點在于采用砂芯圓柱樣進行試驗，使試驗得以快速完成，試驗的剪 切速率根據(jù)固結(jié)成果采用理論公式確定，并采用一種修正方法對固結(jié)及剪切過 程的試驗數(shù)據(jù)進行了修正。這種快速試驗方法宜適用于大型或中型人工擊實試 樣的三軸固結(jié)或剪切試驗。
技術(shù)實現(xiàn)思路
主要為(1)對常規(guī)三軸試驗的制樣方法進行了改進，采取在圓 柱形試樣中心設(shè)置圓柱砂芯的方法來加快試樣的排水，砂芯柱體的半徑小于試樣半徑的1/5，砂芯柱體的砂粒成分為細砂 粗砂，即砂粒粒徑為0.075mm 2mm，其填筑干密度比周圍土體小或接近；(2)試驗的剪切速率v (單位cm/s) 由公式v^/f,確定，式中，/為試樣的剪切距離(單位cm)， z,為試驗剪切歷 時(單位s)， ？/按照公式,,=2(^/(0取值，其中，//為試樣排水距離(單位: cm)，；;為取決于排水條件的系數(shù)，當試樣為一端排水r0.75，兩端排水。=3.0， q為試樣消散系數(shù)(單位cm2/s); (3)在三軸試驗的數(shù)據(jù)整理中，對試樣高度、面積及排水量進行了修正，修正按照等應(yīng)變方法且只針對試樣的土體部分進行， 其中，土體高度為土體體積與土體面積之比，土體面積為試樣總橫截面面積減 去中心砂柱橫截面面積后的面積，土體體積為總體積減去中心砂柱體積后的體 積，土體部分的排水量為總排水量與砂芯部分排水量之差，試驗過程認為土體 與砂芯兩者的排水量與各自的體積成正比。經(jīng)過修正，得到的應(yīng)力應(yīng)變曲線及 模型參數(shù)與常規(guī)試驗基本一致。本專利技術(shù)的優(yōu)點該方法避免了粘性土、摻礫粘土試樣固結(jié)慢、剪切時間長 的不利方面，保證了試驗過程試樣的充分固結(jié)及孔隙水壓力的充分消散，同時 也保證了測試精度和試驗結(jié)果的可靠性。而其試驗時間僅是傳統(tǒng)試驗的1/4~1/2。附圖說明附圖1是按本專利技術(shù)制樣后的試樣示意圖。附圖2是制樣干密度^二2.04g/cm3、中型三軸CD試驗下，本專利技術(shù)與常規(guī)方法的固結(jié)曲線r-log 成果對比圖。附圖3是制樣干密度^二2.08g/cm3、大型三軸CD試驗下，本專利技術(shù)與常規(guī)方法的固結(jié)曲線K-logZ成果對比圖。附圖4是制樣干密度^二2.04g/cm3、中型三軸CD試驗下，本專利技術(shù)與常規(guī) 方法的(A-cO-A成果對比圖。附圖5是制樣干密度A^2.04g/cm3、中型三軸CD試驗下，本專利技術(shù)與常規(guī) 方法的&、成果對比圖。附圖6是制樣干密度^二2.08g/cm3、大型三軸CD試驗下，本專利技術(shù)與常規(guī) 方法的^-A)-A成果對比圖。附圖7是制樣干密度^二2.08g/cm3、大型三軸CD試驗下，本專利技術(shù)與常規(guī) 方法的^-^成果對比圖。 具體實施例方式對照附圖1，圖中所示為按照本專利技術(shù)方法制成的一個中心部位含圓柱形砂芯 的試樣。圖中所示，試樣由圓柱形砂芯1和空心圓柱形的待試驗土體2組成。對照附圖2、附圖3，圖2、圖3分別為中三軸^ =2.04g/cm3、大三軸^ = 2.08g/cm3的CD試驗下本專利技術(shù)方法與常規(guī)方法的固結(jié)曲線F-logf成果對比圖。 圖示表明，本專利技術(shù)方法試樣的固結(jié)速度明顯比常規(guī)方法試樣快。取固結(jié)曲線發(fā) 生拐點時的時間進行對比，中三軸試驗下，常規(guī)方法試樣固結(jié)所需時間約為 100min，而本專利技術(shù)方法的試樣固結(jié)時間僅為10min,后者為前者的1/10;大三軸 試驗下，常規(guī)方法試樣固結(jié)所需時間約為4000min，而本專利技術(shù)方法的試樣固結(jié)時 間僅為300min，后者為前者的1/13;由此說明，本專利技術(shù)方法的試樣快速排水效 果明顯，試樣固結(jié)完成時間大大縮短。根據(jù)公式v-^^^^zo/^^),本專利技術(shù) 方法的剪切速率可達到常規(guī)方法的2 4倍，專利技術(shù)方法的試驗得以快速完成。對照附圖4、附圖5，圖4、圖5分別為中三軸CD試驗(制樣干密度2.04g/cm3) 下本專利技術(shù)方法與常規(guī)方法的(^-c^-A和、-q成果對比圖(圖中數(shù)據(jù)均已經(jīng)過修 正方法修正)。圖示表明，在4個圍壓(^二200kPa、 500kPa、 800kPa、 1200kPa)下，本專利技術(shù)方法試樣的(q- )-q和-s,曲線與常規(guī)方法基本一致。對照附圖6、附圖7，圖中所示分別為大三軸CD試驗(制樣干密度2.08g/cm3) 下本專利技術(shù)方法與常規(guī)方法的(A-&)-&和、-&成果對比圖(圖中數(shù)據(jù)均已經(jīng)過修 正方法修正)。圖示表明，在4個圍壓(fj3二500kPa、 1200kPa、 1800kPa、 2500kPa) 下，本專利技術(shù)方法試樣的(q -^-s^P^-e,曲線與常規(guī)方法基本一致。 實施例1對于中三軸Ouu (試樣直徑為101mm、高度為200mm)固結(jié)排水剪試驗， 分別按照常規(guī)方法和本專利技術(shù)方法各自制作了一組(4個樣)摻礫粘土的試樣，試 驗所用土料采用粘土料與礫石料按1 : l混合而成的摻礫料，其中，粘土料是對 某土料篩去〉5mm顆粒后的土料，礫石料級配為10~20mm的顆粒占52%， 5~10mm的顆粒占31%， <5mm的顆粒占17%。 4個試樣的制樣干密度均為 2.04g/cm3，含水率均為8.5%，試驗圍壓分別為200kPa、 500kPa、 800kPa和 1200kPa。其中，本專利技術(shù)方法的試樣屮心填充一條直徑為13.2mm、高度為200mm 的圓柱形砂芯，所填砂粒粒徑為1 2mm，砂芯密度為1.6g/cm3。由附圖2，本專利技術(shù)方法試樣排水固結(jié)達到穩(wěn)定所需時間約是常規(guī)方法的 1/10，根據(jù)公式v-^和公式,^2(^/(/7C;)計算可得，本專利技術(shù)方法的試驗剪切速率約為常規(guī)方法的3倍，試驗時間大大縮短。由附圖4和附圖5可知，本專利技術(shù)方法試驗所得(q -^)-￡1和 、曲線與常規(guī) 方法基本一致，相對誤差最大不超過7%。兩種方法得到的Duncan-Chang模型參數(shù)示于表1，由表1可見，兩種方法 試驗得到的內(nèi)摩擦角p值基本相等，其它模型參數(shù)也相差不大。比較分析說明，與常規(guī)方法相比，本專利技術(shù)方法具有比較明顯的優(yōu)勢，其試 驗過程固結(jié)排水快、試驗完成時間短，所得成果與常規(guī)方法基本一致。實施例2對于大三軸O，(試樣直徑為300mm、高度為600mm)固結(jié)排水剪試驗， 分別按照常規(guī)方法和本專利技術(shù)方法各自制作了一個摻礫粘本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護點】
一種土體的快速三軸固結(jié)剪切試驗方法，其特征是：采用砂芯圓柱樣進行試驗，砂芯圓柱樣中心設(shè)置由砂粒填充而成的砂芯圓柱體，砂芯圓柱體以外為待試驗土體，砂芯圓柱體的半徑小于試樣半徑的１／５，砂芯圓柱體的砂粒成分為細砂～粗砂，即砂粒粒徑為０．０７５ｍｍ～２ｍｍ，其填筑干密度比周圍土體小或接近；試驗的剪切速率根據(jù)試驗固結(jié)成果采用理論公式確定，剪切速率ｖ（單位：ｃｍ／ｓ）由公式ｖ＝ｌ／ｔ↓［ｆ］確定，式中，ｌ為試樣的剪切距離（單位：ｃｍ），ｔ↓［ｆ］為試驗剪切歷時（單位：ｓ），ｔ↓［ｆ］按照公式ｔ↓［ｆ］＝２０ｈ↑［２］／（ηＣ↓［ｖ］）取值，其中，ｈ為試樣排水距離（單位：ｃｍ），η為取決于排水條件的系數(shù)，Ｃ↓［ｖ］為試樣消散系數(shù)（單位：ｃｍ↑［２］／ｓ）；采用一種修正方法對試樣高度、面積和排水量進行了修正，修正按照等應(yīng)變方法且只針對試樣的土體部分進行，其中，土體高度為土體體積與土體面積之比，土體面積為試樣總橫截面面積減去中心砂柱橫截面面積后的面積，土體體積為總體積減去中心砂柱體積后的體積，土體部分的排水量為總排水量與砂芯部分排水量之差。
【技術(shù)特征摘要】
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：朱俊高，陳志波，
申請(專利權(quán))人：河海大學(xué)，
類型：發(fā)明
國別省市：84[中國|南京]
還沒有人留言評論。發(fā)表了對其他瀏覽者有用的留言會獲得科技券。