CN105424430A - 一种胶结状土石混合体试样制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种胶结状土石混合体试样制作方法，首先获得现场胶结状土石混合体的地质结构特征和宏观力学性质，以及基本物理力学参数，然后根据模型相似原理确定试样及其骨料的尺寸，配置相应骨料并按比例混合均匀，最后将配制好的岩土样，放入预先制作树脂模具中养护成型。与现有技术相比，本发明的具有如下优点：本发明提供的上述试样制作步骤，可以获得与原状试样具有一致性质（包括胶结种类，骨料的几何形态及尺寸，颗粒级配等）的岩土混合体试样，并可以按照适合于室内相应试验所需标准试样尺寸制作成型。克服了现有室内试验试样不能保证与原状试样具有一致性质的缺点，减少了试验结果的离散性，并且可以重复制样与试验。
Description
技术领域
本发明是涉及岩土工程试验领域，具体地说是涉及一种胶结状土石混合体试样的制作方法。
背景技术
在自然界中，胶结状土石混合体分布广泛，是滑坡和泥石流等地质灾害发生和孕育的最主要地质体。这些胶结状土石混合体均赋存于复杂的水文和地质环境中，达到临界失稳状态后，会呈现出较明显的加速流变破坏特征，失稳破坏所经历的时间短暂，具有危害大、随机性强和治理难的特点，给工程建设造成较大的损失。因此，胶结状土石混合体是土木工程建设重点关注的不良地质体之一。
土石混合体是由颗粒细小的土体与尺寸较大的块石或砾石骨架组成的地质材料，具有离散性强、以及明显的非均匀、非连续、非线性和一定程度的各向异性特征。因此，土石混合体表现出明显区别于单纯土体和岩石的地质、工程和力学特性。由于土石混合体地质结构的复杂性，土石混合体的现场原位试验是最受重视的研究手段。原位试验在现场的合适位置预先制作出合适尺寸的土石混合体试样，然后开展大型原位试验。但现场原位试验成本高昂，不便于长时间开展试验研究。因此，为较好地研究土石混合体的力学特性，很有必要发展胶结状土石混合体的室内试验测试技术。而现有室内试验尺寸较小，不能保证与原状试样具有一致的性质，从而使得试验结果具有很大的离散性和随机性。
本发明正是针对胶结状土石混合体的室内试验测试而提出的一种胶结状土石混合体试样的制作方法。
发明内容
发明目的：本发明的目的在于提供一种胶结状土石混合体试样的制作方法。
技术方案：一种胶结状土石混合体试样的制作方法，包括如下步骤：
（1）获得现场胶结状土石混合体的地质结构特征和宏观力学性质。在现场开展地质调研，研究胶结状土石混合体的地质结构特征和宏观力学性质，包括：土体与块石的胶结状态（泥质胶结、钙质胶结和硅质胶结）、块石尺寸、岩性、土性、土石混合体赋存的地质和水文环境、以及地应力条件等。
（2）获得基本物理力学参数。在现场采集典型胶结状土石混合体的岩土样，开展含水率、密度等土力学试验，测定胶结状土石混合体的基本物理力学参数。将岩土样分散晒干，采用标准筛对其进行筛分处理，分出不同粒径尺寸的土体颗粒、砾石和块石颗粒。
（3）确定试样及其骨料的尺寸。分析胶结状土石混合体的尺寸效应，获得RVE尺寸。将现场胶结状土石混合体的RVE尺寸，与室内相应试验的标准试样的几何尺寸进行比照。根据物理模型试验的相似性原理，确定室内试验胶结状土石混合体试样内部的砾石和块石的几何尺寸和缩小的比例、以及级配情况。
（4）骨料配置。按照确定的RVE尺寸相似关系、以及现场砾石和块石的几何形态（尖棱形、椭圆形、方形等）配置用于制作室内试样的砂石骨料（满足几何形态、以及相似条件的几何尺寸要求）。
（5）岩土样制备。以现场胶结状土石混合体的土料作为基体，以水泥作为胶结粘结剂模拟土石之间的胶结状态，以泡沫材料作为填充物模拟孔隙状态。将这些材料加入适量的水混合均匀，配制出满足现实条件的岩土样。
（6）入模养护。将配制好的岩土样，放入预先制作好的适合于相应室内试验的标准试样尺寸树脂模具中，均匀地压实，并保证两个端面的光滑平整，以减小试验加载时与试验机刚性压头的摩擦效应。按照设定的温度和湿度条件，养护不少于28天。
其中，步骤（2）中所涉及的试验及方法具体包括：
（2.1）密度测试试验。采用称重法，用以确定现场胶结状土石混合体的密度；测定室内试样的密度。
（2.2）含水率测定试验。采用烘干称重法，用以确定现场胶结状土石混合体的含水率；为试样制作提供含水量配比。
（2.3）岩土体筛分试验。使用土工标准筛，用以分析胶结状土石混合体的骨料级配情况；分析碎石、砾石和砂石骨料的几何尺寸和形态。
步骤（3）中确定试样及其骨料的尺寸的方法及步骤包括：
（3.1）分析胶结状土石混合体的尺寸效应，获得RVE尺寸。
（3.2）将现场胶结状土石混合体的RVE尺寸，与室内相应试验的标准试样的几何尺寸进行比照。根据物理模型试验的相似性原理，确定室内试验胶结状土石混合体试样内部的砾石和块石的几何尺寸和缩小的比例、以及级配情况。
有益效果：本发明的上述技术方案具有如下优点：本发明提供的上述试样制作步骤，可以获得与原状试样具有一致性质（包括胶结种类，骨料的几何形态及尺寸，颗粒级配等）的岩土混合体试样，并可以按照适合于室内相应试验所需标准试样尺寸制作成型。克服了现有室内试验试样不能保证与原状试样具有一致性质的缺点，减少了试验结果的离散性，并且可以重复制样与试验。
附图说明
图1是本发明实施例的总体流程图；
图2是本发明实施例中方形剪切试样的成型模具示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐明本发明，应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。
如图1所示，本发明公开了一种基于数字图像确定不均匀岩土材料渗透系数的方法，包括以下步骤：
（1）获得现场胶结状土石混合体的地质结构特征和宏观力学性质。在现场开展地质调研，研究胶结状土石混合体的地质结构特征和宏观力学性质，包括：土体与块石的胶结状态（属钙质胶结）、块石尺寸、岩性、土性、土石混合体赋存的地质和水文环境、以及地应力条件等。
（2）获得基本物理力学参数。在现场采集典型胶结状土石混合体的岩土样，开展含水率、密度等土力学试验，测定胶结状土石混合体的基本物理力学参数。将岩土样分散晒干，采用标准筛对其进行筛分处理，分出不同粒径尺寸的土体颗粒、砾石和块石颗粒。
（3）确定试样及其骨料的尺寸。分析胶结状土石混合体的尺寸效应，获得RVE尺寸。将现场胶结状土石混合体的RVE尺寸，与室内直剪试验的标准圆柱试样的几何尺寸（内长×宽×高=150mm×150mm×150mm）进行比照。根据物理模型试验的相似性原理，确定室内试验胶结状土石混合体试样内部的砾石和块石的几何尺寸和缩小的比例、以及级配情况。
（4）骨料配置。按照确定的RVE尺寸相似关系、以及现场砾石和块石的几何形态（尖棱形、椭圆形、方形等）配置用于制作室内试样的砂石骨料（满足几何形态、以及相似条件的几何尺寸要求）。
（5）岩土样制备。以现场胶结状土石混合体的土料作为基体，以水泥作为胶结粘结剂模拟土石之间的胶结状态，以泡沫材料作为填充物模拟孔隙状态。将这些材料加入适量的水混合均匀，配制出满足现实条件的岩土样。
（6）入模养护。将配制好的岩土样，放入预先制作好的方形剪切盒树脂模具（内长×宽×高=150mm×150mm×150mm）中，均匀地压实，并保证两个端面的光滑平整，以减小试验加载时与试验机刚性压头的摩擦效应。按照设定的温度和湿度条件，养护不少于28天。之后卸下模具上的固定螺栓，即完成胶结状土石混合体方形直剪试样的制作。方形直剪试样将用于直剪流变试验。
Claims (6)
1.一种胶结状土石混合体试样制作方法，其特征在于包括如下步骤：
步骤1，获得现场胶结状土石混合体的地质结构特征和宏观力学性质；
步骤2，获得基本物理力学参数；
步骤3，确定试样及其骨料的尺寸；
步骤4，骨料配置；
步骤5，岩土样制备；
步骤6，入模养护。
2.根据权利要求1所述的一种胶结状土石混合体试样制作方法，其特征在于，所述步骤2中获得基本物理力学参数涉及的试验及方法具体包括：
2.1）密度测试试验，采用称重法，用以确定现场胶结状土石混合体的密度；测定室内试样的密度；
2.2）含水率测定试验，采用烘干称重法，用以确定现场胶结状土石混合体的含水率；为试样制作提供含水量配比；
2.3）岩土体筛分试验，使用土工标准筛，用以分析胶结状土石混合体的骨料级配情况；分析碎石、砾石和砂石骨料的几何尺寸和形态。
3.根据权利要求1所述的一种胶结状土石混合体试样制作方法，其特征在于，所述步骤3中确定试样及其骨料的尺寸的方法及步骤包括：
3.1）分析胶结状土石混合体的尺寸效应，获得RVE尺寸；
3.2）将现场胶结状土石混合体的RVE尺寸，与室内相应试验的标准试样的几何尺寸进行比照；根据物理模型试验的相似性原理，确定室内试验胶结状土石混合体试样内部的砾石和块石的几何尺寸和缩小的比例、以及级配情况。
4.根据权利要求1所述的一种胶结状土石混合体试样制作方法，其特征在于，所述步骤4中骨料配置的具体内容包括按照确定的RVE尺寸相似关系、以及现场砾石和块石的几何形态配置用于制作室内试样的砂石骨料。
5.根据权利要求1所述的一种胶结状土石混合体试样制作方法，其特征在于，所述步骤5岩土样制备的具体内容包括为，以现场胶结状土石混合体的土料作为基体，以水泥作为胶结粘结剂模拟土石之间的胶结状态，以泡沫材料作为填充物模拟孔隙状态；将这些材料加入适量的水混合均匀，配制出满足现实条件的岩土样。
6.根据权利要求1所述的一种胶结状土石混合体试样制作方法，其特征在于，所述步骤6入模养护的具体内容包括为将配制好的岩土样，放入预先制作好的适合于相应室内试验的标准试样尺寸树脂模具中，均匀地压实，并保证两个端面的光滑平整，以减小试验加载时与试验机刚性压头的摩擦效应；按照设定的温度和湿度条件，养护不少于28天。
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