CN105865938A - 一种模拟土体承受荷载下进行干湿循环及直剪试验的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种模拟土体承受荷载下进行干湿循环及直剪试验的方法。设置一种装置，由干湿循环装置和剪切盒组成，干湿循环装置包括螺母、固定环、立杆、下底板、下底板排水孔、环刀、环刀卡扣、十字交叉棱、上盖板、上盖板排水孔、上剪切盒、下剪切盒、剪切盒底座，立杆全长附有螺纹并与下底板固定相连；上盖板上十字交叉棱的上端比固定环外径大1厘米；上盖板直径略小于环刀内径；处于对角位置立杆之间直线距离略大于实验环刀直径；剪切盒由底座、下剪切盒、上剪切盒组成，循环装置可直接装剪切盒中，调节直剪仪百分表，进行直接剪切试验。本发明方法从制样到干湿循环再到剪切破坏整个过程中不出现卸载，并且能够较精确控制试验含水率变化。

Description

一种模拟土体承受荷载下进行干湿循环及直剪试验的方法
技术领域
本发明属于岩土工程试验及工程运用技术领域，特别涉及一种模拟土体承受荷载下进行干湿循环及直剪试验的方法。
背景技术
干湿循环作用对土体的强度、模量等性质具有显著影响，土体干湿循环也是岩土工程广泛关注的问题之一。目前针对土体干湿循环过程的研究主要通过大体积模型实验和实验室小体积试样实验进行。而目前的实验装置所模拟的土体受力情况与工程实际相差较大，主要存在以下局限性：(1)试样干湿循环过程在直剪仪剪切盒中进行，含水率通过剪切破坏后的试样测量，不能实时精确控制试样含水率；且试样包裹严实，干湿循环过程缓慢；(2)试样在无约束状态下进行干湿循环过程，先制作较大试样，干湿循环完成后再制作环刀试样，对试样形成多次扰动，影响实验结果；(3)利用环刀和竖向砝码加压模拟实际荷载，但循环过程中卸掉竖向荷载称重以控制含水率，循环过程中存在卸荷，且循环完成后安装到直剪仪上时对试样扰动较大。
发明内容
本发明的目的是提供一种模拟土体承受荷载下进行干湿循环及直剪试验的方法，以解决上述背景技术中提出的问题。
具体步骤为：
(1)设置一种模拟土体承受荷载情况下进行干湿循环及直剪试验的装置，由干湿循环装置和剪切盒组成，干湿循环装置包括螺母、固定环、立杆、下底板、下底板排水孔、环刀、环刀卡扣、十字交叉棱、上盖板、上盖板排水孔；环刀平均分为上下两半，下半底部有螺纹，环刀的上下两半能用环刀卡扣固定为一个整体；下底板设有凹槽和下底板排水孔，凹槽内壁有螺纹，能与环刀下半底部螺纹拧合；立杆与下底板固定相连且立杆全长附有螺纹；上盖板上设置有十字交叉棱和上盖板排水孔，十字交叉棱的上端比固定环外径大1厘米；上盖板直径略小于环刀内径；位于对角位置的立杆之间的直线距离略大于环刀直径；剪切盒由剪切盒底座、下剪切盒和上剪切盒三部分组成；干湿循环装置能够直接装入剪切盒中进行直剪试验，无需拆样。
所述干湿循环装置采用强度高、密度小的材料制作，剪切盒采用铝材制作。
所述干湿循环装置优先采用PEEK塑料或铝材制作。
(2)根据实验计划制作所要求含水率的试样，试样上下两面各放两层与试样等大的丝质纱布，以防止土粒流失，将试样连同环刀一起放于下底板上，将环刀与下底板拧紧。
(3)将上盖板对准盖到试样上，固定环穿过立杆放到上盖板上，螺母拧到立杆顶端位置，称量整个装置的重量记为M0。
(4)将百分表的测试头设置在上盖板的十字交叉棱上，并设置初始值，以此测量试样的竖向应变。
(5)根据实验计划的荷载等级要求，用砝码在上盖板的十字交叉棱上堆载施加压力，当试样被竖向荷载压缩，固定环随上盖板向下滑动，此时试样即受到环向约束力，又受到竖向压力，较好模拟出工程实际受力情况。
(6)模拟土体失水过程通过控制土体含水率来实现，将装置置于恒温恒湿箱内让试样的水分蒸发，每隔一定时间记录百分表的数值并测量试样的重量以计算此时试样的含水率。
(7)称重时，移开百分表，将螺母沿立杆拧到与固定环紧密接触，以防止卸去砝码竖向荷载后试样回弹；卸下上盖板上的荷载，将整个装置放在天平上称量质量M1，两次称重之差是M0-M1，即为土体水分变化量，从而计算出试样的含水率变化情况；由于固定环的约束，上盖板不能回弹，称重时试样仍处于受压状态，整个过程不存在卸载。
(8)模拟土体吸水过程时，将受荷载作用下的试样浸入水中，使水分充分渗入试样；每隔一定时间记录百分表的数值并以步骤(7)所述方法称重计算试样的含水率，从而达到在精确控制含水率情况下进行土体干湿实验。
(9)完成计划的干湿循环过程后，移开百分表，将螺母沿立杆拧到与固定环紧密接触，以防止卸去砝码竖向荷载后试样回弹；卸下上盖板上的荷载，将循环装置装入特制剪切盒底座里，下底板与下底板限位槽接触严密。
(10)根据试验荷载要求，在上盖板的十字交叉棱上施加相应荷载；拆除环刀的环刀卡扣，安装下剪切盒和上剪切盒。
(11)调节直剪仪百分表，进行直接剪切试验。
本发明方法从制样到干湿循环再到剪切破坏整个过程中不出现卸载，并且能够较精确控制试验含水率变化，同时所使用装置的材质简单廉价、操作简便、模拟受力情况接近工程实际、易掌握、便于工程运用。
附图说明
图1为本发明实施例中装置的固定环主视图。
图2为本发明实施例中装置的固定环俯视图。
图3为本发明实施例中装置的上盖板及十字交叉棱主视图。
图4为本发明实施例中装置的上盖板及十字交叉棱俯视图。
图5为本发明实施例中用于竖向应变测试的装置示意图。
图6为本发明实施例中环刀与下底板的装置示意图。
图7为本发明实施例中剪切盒底座的装置示意图。
图8为本发明实施例中上下剪切盒的装置示意图。
图中标记：1-螺母；2-固定环；3-立杆；4-下底板；5-下底板排水孔；6-环刀；7-十字交叉棱；8-上盖板；9-上盖板排水孔；10-百分表；11-磁性表座；12-试样；13-环刀卡扣；14-剪切盒底座；15-下剪切盒槽；16-下底板限位槽；17-下剪切盒；18-上剪切盒。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。
实施例：
(1)设置一种模拟土体承受荷载情况下进行干湿循环及直剪试验的装置，由干湿循环装置和剪切盒组成，干湿循环装置包括螺母1、固定环2、立杆3、下底板4、下底板排水孔5、环刀6、环刀卡扣13、十字交叉棱7、上盖板8和上盖板排水孔9；环刀6平均分为上下两半，下半底部有螺纹，环刀6的上下两半能用环刀卡扣13固定为一个整体；下底板4设有凹槽和下底板排水孔5，凹槽内壁有螺纹，能与环刀6下半底部螺纹拧合；立杆3与下底板4固定相连且立杆3全长附有螺纹；上盖板8上设置有十字交叉棱7和上盖板排水孔，十字交叉棱的上端比固定环2外径大1厘米；上盖板8直径略小于环刀6内径；位于对角位置的立杆3之间的直线距离略大于环刀6直径；剪切盒由剪切盒底座14、下剪切盒17和上剪切盒18三部分组成；干湿循环装置能够直接装入剪切盒中进行直剪试验，无需拆样。
所述干湿循环装置采用PEEK塑料制作，剪切盒采用铝材制作。
(2)根据实验计划制作所要求含水率的试样12，试样12上下两面各放两层与试样12等大的丝质纱布，以防止土粒流失，将试样12连同环刀6一起放于下底板4上，将环刀6与下底板4拧紧。
(3)将上盖板8对准盖到试样12上，固定环2穿过立杆3放到上盖板8上，螺母1拧到立杆3顶端位置，称量整个装置的重量记为M0。
(4)将百分表10的测试头设置在上盖板8的十字交叉棱7上，并设置初始值，以此测量试样12的竖向应变。
(5)根据实验计划的荷载等级要求，用砝码在上盖板8的十字交叉棱7上堆载施加压力，当试样12被竖向荷载压缩，固定环2随上盖板8向下滑动，此时试样12即受到环向约束力，又受到竖向压力，较好模拟出工程实际受力情况。
(6)模拟土体失水过程通过控制土体含水率来实现，将装置置于恒温恒湿箱内让试样12的水分蒸发，每隔一定时间记录百分表10的数值并测量试样12的重量以计算此时试样12的含水率。
(7)称重时，移开百分表10，将螺母1沿立杆3拧到与固定环2紧密接触，以防止卸去砝码竖向荷载后试样12回弹；卸下上盖板8上的荷载，将整个装置放在天平上称量质量M1，两次称重之差是M0-M1，即为土体水分变化量，从而计算出试样12的含水率变化情况；由于固定环2的约束，上盖板8不能回弹，称重时试样12仍处于受压状态，整个过程不存在卸载。
(8)模拟土体吸水过程时，将受荷载作用下的试样浸入水中，使水分充分渗入试样12；每隔一定时间记录百分表10的数值并以步骤(7)所述方法称重计算试样12的含水率，从而达到在精确控制含水率情况下进行土体干湿实验。
(9)完成计划的干湿循环过程后，移开百分表10，将螺母1沿立杆3拧到与固定环2紧密接触，以防止卸去砝码竖向荷载后试样12回弹；卸下上盖板8上的荷载，将循环装置装入特制剪切盒底座14里，下底板4与下底板限位槽16接触严密。
(10)根据试验荷载要求，在上盖板8的十字交叉棱7上施加相应荷载；拆除环刀6的环刀卡扣13，安装下剪切盒17和上剪切盒18。
(11)调节直剪仪百分表，进行直接剪切试验。

Claims (2)

1.一种模拟土体承受荷载下进行干湿循环及直剪试验的方法，其特征在于具体步骤为：
(1)设置一种模拟土体承受荷载情况下进行干湿循环及直剪试验的装置，由干湿循环装置和剪切盒组成，干湿循环装置包括螺母、固定环、立杆、下底板、下底板排水孔、环刀、环刀卡扣、十字交叉棱、上盖板、上盖板排水孔；环刀平均分为上下两半，下半底部有螺纹，环刀的上下两半能用环刀卡扣固定为一个整体；下底板设有凹槽和下底板排水孔，凹槽内壁有螺纹，能与环刀下半底部螺纹拧合；立杆与下底板固定相连且立杆全长附有螺纹；上盖板上设置有十字交叉棱和上盖板排水孔，十字交叉棱的上端比固定环外径大1厘米；上盖板直径略小于环刀内径；位于对角位置的立杆之间的直线距离略大于环刀直径；剪切盒由剪切盒底座、下剪切盒和上剪切盒三部分组成；干湿循环装置能够直接装入剪切盒中进行直剪试验，无需拆样；
所述干湿循环装置采用强度高、密度小的材料制作，剪切盒采用铝材制作；
(2)根据实验计划制作所要求含水率的试样，试样上下两面各放两层与试样等大的丝质纱布，以防止土粒流失，将试样连同环刀一起放于下底板上，将环刀与下底板拧紧；
(3)将上盖板对准盖到试样上，固定环穿过立杆放到上盖板上，螺母拧到立杆顶端位置，称量整个装置的重量记为M0；
(4)将百分表的测试头设置在上盖板的十字交叉棱上，并设置初始值，以此测量试样的竖向应变；
(5)根据实验计划的荷载等级要求，用砝码在上盖板的十字交叉棱上堆载施加压力，当试样被竖向荷载压缩，固定环随上盖板向下滑动，此时试样即受到环向约束力，又受到竖向压力，较好模拟出工程实际受力情况；
(6)模拟土体失水过程通过控制土体含水率来实现，将装置置于恒温恒湿箱内让试样的水分蒸发，每隔一定时间记录百分表的数值并测量试样的重量以计算此时试样的含水率；
(7)称重时，移开百分表，将螺母沿立杆拧到与固定环紧密接触，以防止卸去砝码竖向荷载后试样回弹；卸下上盖板上的荷载，将整个装置放在天平上称量质量M1，两次称重之差是M0-M1，即为土体水分变化量，从而计算出试样的含水率变化情况；由于固定环的约束，上盖板不能回弹，称重时试样仍处于受压状态，整个过程不存在卸载；
(8)模拟土体吸水过程时，将受荷载作用下的试样浸入水中，使水分充分渗入试样；每隔一定时间记录百分表的数值并以步骤(7)所述方法称重计算试样的含水率，从而达到在精确控制含水率情况下进行土体干湿实验；
(9)完成计划的干湿循环过程后，移开百分表，将螺母沿立杆拧到与固定环紧密接触，以防止卸去砝码竖向荷载后试样回弹；卸下上盖板上的荷载，将循环装置装入特制剪切盒底座里，下底板与下底板限位槽接触严密；
(10)根据试验荷载要求，在上盖板的十字交叉棱上施加相应荷载；拆除环刀的环刀卡扣，安装下剪切盒和上剪切盒；
(11)调节直剪仪百分表，进行直接剪切试验。
2.如权利要求1所述的模拟土体承受荷载下进行干湿循环及直剪试验的方法，其特征在于所述干湿循环装置采用PEEK塑料或铝材制作。
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