CN107941586A - 一种粘性土抗拉强度实验圆柱形土样的制样方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种粘性土抗拉强度实验圆柱形土样的制样方法，在模具内沿圆柱形土样的轴向分三层填装粘性土，每填好一层进行压实，同时通过在每一层土样端部插入加强筋的方法来加强该层端部强度，使土样分层接触面和施加拉力的方向平行。本发明方法通过加强试样端部强度和消除试样在受拉方向的强度缺陷，达到试样在拉应力分布区破坏从而获得土样抗拉强度真实值的目标。

Description

一种粘性土抗拉强度实验圆柱形土样的制样方法
技术领域
本发明公开了一种粘性土抗拉强度实验圆柱形土样的制样方法。
背景技术
常规三轴抗拉试验制作粘土试样的方法是平行分层装填(5层)，即施加拉力方向和土体分层接触面垂直（如图1）。不足有三，其一，各层间接触面粘结力弱，易拉开；其二，装填时分层击实，下层受击实功大、压实度大，导致土体强度分布不均；其三，试样两端部附近在拉力作用下试样的缩径趋势受到限制，除受拉力作用外，还受到剪力作用，是应力复杂区，不是严格受拉状态。因此，试样在受拉时首先在端部破坏，由于试样自重的影响，试样破坏面大都在上端部。因此，这种方法下测得的数据不能代表试样的真实抗拉强度。
发明内容
针对上述技术问题，本发明提出一种粘性土抗拉强度实验圆柱形土样的制样方法，可以使试样在三轴抗拉强度实验时破坏面发生试样中部，处于试样拉应力分布区，获得具有代表性的粘性土抗拉强度值。
为了实现上述技术目的，本发明采用如下技术方案：
一种粘性土抗拉强度实验圆柱形土样的制样方法，在模具内沿圆柱形土样的轴向分3层填装粘性土，每填好1层进行压实，使土样分层接触面和施加拉力的方向平行；包括以下几个步骤：
第1步、制样时全部试样控制土重分三次加入，每次加三分之一，第一次加土后将第一层土的上表面在水平向刮平，然后将第一层土的上表面培成上凸的弧形断面，然后在模具内沿第一层土的上部依次加入大半圆柱模和活塞，用活塞将第一层土压实；
第2步、将第一层土的水平表面刮毛后加第二层土，第二层土的上表面刮成水平面，然后在模具内沿第二层土的上部依次加入小半圆柱模和活塞，用活塞将第二层土压实；
第3步、将第二层土的上表面刮毛后加入第三层土，第三层土的上表面培成上凸的弧形表面，最后用活塞压实。
第一层土上凸的弧形断面的弧度与模具内腔的底部凹弧的弧度一致。
第三层土上表面的上凸的弧形表面的弧度与活塞的内凹圆柱面的弧度一致。
所述第1步中，先把圆柱形土样模具放平，在模具中加入一层土后，在第一层土上依次放置大半圆柱模、活塞上盖，进行第一次压实，然后将模具直立放置，打开模具两盖板，在第一层土的两端插加强筋，具体是在第一层土两端的端面上沿垂直于端面的方向插入若干根加强筋，若干根加强筋沿第一层土端面均匀分布，再把模具放平，在第一层土上依次放置大半圆柱模、活塞上盖，进行第二次压实；
第二层土和第三层土的插加强筋方法同第一层土。
所述加强筋选择弹性模量大于粘土的材料。
所述加强筋为竹筋。
有益效果：
相较于传统制作粘土试样的方法，本发明公开的一种粘性土抗拉强度实验圆柱形土样的制样方法具有以下两个优点，
第一：改变试样的制作工艺，消除试样水平分层击实形成的薄弱面，使得试样受拉时无原生强度缺陷。
第二、将试样的端部加强，大于试样中部强度，使得试样的破坏位置发生在试样中部,处于试样拉应力分布区，从而使得用改进后试样得到的三轴拉伸试验数值更接近真实值。
附图说明
图1为现有试样填装法示意图；
图2为本发明土样填装法示意图；
图3为试样端部配筋结构示意图；
图4为第一层土端部插筋前水平放置被第一次压实时的结构示意图；
图5为第一层土竖直放置端部插筋后的结构示意图；
图6为大半圆柱模结构示意图；
图7为小半圆柱模结构示意图；
图8为模具侧盖板的结构示意图；
图9为模具圆柱形土样模具的结构示意图；
图10为模具的加压盖板；
图11为填装第一层土示意图；
其中，A为应力复杂区，B为土层接触薄弱面；D为活塞压力；E为竹筋插入方向；1为大半圆柱模；2为模具外壳；3为第一层土；4为活塞。
具体实施方式
下面结合说明书附图以及具体实施例对本发明方法的技术方案作进一步详细说明。
本发明提出的制样方法，可以使试样在进行三轴抗拉强度实验时破坏面发生在试样中部，处于试样拉应力分布区，获得具有代表性的粘性土抗拉强度值。
本发明采取的措施有两点：
一是改变试样的制作工艺，消除试样水平分层击实形成的薄弱面，使得试样受拉时无原生强度缺陷；
二是将试样的端部加强，大于试样中部强度，使得试样的破坏位置发生在试样中部，处于试样拉应力分布区。
试样制作具体方法
本发明采用沿圆柱形土样的轴向进行分层，即竖向分层填装粘性土法，每填好一层进行压实，表面刮毛，使土样分层接触面和施加拉力的方向平行。这种装填方法保证粘土试样受拉方向上土体强度分布均匀，更能反映真实值。
本实施例一种粘性土抗拉强度实验圆柱形土样的制样方法，将圆柱形土样在轴向分三层，制样时全部试样控制土重分三次加入，每次加三分之一，
包括以下几个步骤：
第一步、第一次加土后要将土在水平向刮平，在断面上培成如图2所示形状，使第一层土样具有上凸的弧形断面，然后在模具内沿第一层土的上部依次加入大半圆柱模和活塞，用千斤顶将第一层土压实。将土样培成有上凸的弧形断面的好处是：能够克服模具内腔底圆柱面产生的影响，使第一层土样断面轴对称线两侧受到相同程度的压实。
第二步、拔出活塞、取出大半圆柱模，将第一层土上表面刮毛后加入三分之一土量，第二层土的上表面刮成水平面，然后在模具内沿第二层土的上部依次加入小半圆柱模和活塞，压实。将土样刮成水平面的原因是：第一层土上表面为平面，第二层土上要放置的小半圆柱模下面也是平面，因此第二层土上表面刮成水平面。
第三步、拔出活塞、取出小半圆柱模，将第二层土上表面刮毛后加入三分之一土量，第三层土表面培成上凸的弧形表面，然后在上部直接加活塞，压实到控制体积。将土样表面培成上凸的弧形的原因是：由于活塞的下表面是凹向上的圆柱面，因此第三层土上面要培成和第一层上面相类似的形状(上凸的弧形表面)，克服活塞圆柱面产生的不均匀压实的影响。
最后，拔出活塞，打开两侧模板，用取土器顶出土样。
作为本发明一种粘性土抗拉强度实验圆柱形土样的制样方法的一个优选步骤，将试样的端部加强，大于试样中部强度，使得试样的破坏位置发生在试样中部。具体步骤是：
先把圆柱形土样模具放平，加第一层土样后放置好大半圆柱模(图6）、活塞上盖（图10），进行第一次压实，然后将模具直立放置，打开模具两盖板（图8），在第一层土的两端垂直插入七根竹筋，再把模具放平，在第一层土上依次放置大半圆柱模、活塞上盖，进行第二次压实。第二层和第三层装样方法与第一次大致相同，其中，第二层，即中间层端面插入竹筋数为八根，第三层为七根，试样端部配筋示意图见图3。
本实施例中圆柱土样直径6.18cm，长度11.5cm。增加竹筋的尺寸——直径2mm，长度30mm。
在圆柱形粘土试样端部，与试样帽连接处加竹筋进行强度加固。
本发明利用竹筋弹性模量大于粘土的特点，在试样受到拉伸时可以起到加强端部的作用。为确保竹筋发挥作用，所加竹筋须尺寸一致，在土样端面上均匀分布，垂直端面插入即与土样长度方向平行，目的在于保证土样端部加强效果及不同土样试验数据的可比性。
图6和图7分别是大半圆柱模和小半圆柱模，他们是两个弧面有机玻璃柱模，两者合在一起是一个完整的圆柱，他的体积和模具的容积相同，刚好完全充满模具内腔空间。作用是能使试样垂直分三层，大半圆柱模的体积是小半圆柱模的两倍。

Claims (8)

1.一种粘性土抗拉强度实验圆柱形土样的制样方法，其特征在于，在模具内沿圆柱形土样的轴向分3层填装粘性土，每填好1层进行压实，使土样分层接触面和施加拉力的方向平行；包括以下几个步骤：
第1步、制样时全部试样控制土重分三次加入，每次加三分之一，第一次加土后将第一层土的上表面在水平向刮平，然后将第一层土的上表面培成上凸的弧形断面，然后在模具内沿第一层土的上部依次加入大半圆柱模和活塞，用活塞将第一层土压实；
第2步、将第一层土的水平表面刮毛后加第二层土，第二层土的上表面刮成水平面，然后在模具内沿第二层土的上部依次加入小半圆柱模和活塞，用活塞将第二层土压实；
第3步、将第二层土的上表面刮毛后加入第三层土，第三层土的上表面培成上凸的弧形表面，最后用活塞压实。
2.根据权利要求1所述的粘性土抗拉强度实验圆柱形土样的制样方法，其特征在于，第一层土上凸的弧形断面的弧度与模具内腔的底部凹弧的弧度一致。
3.根据权利要求1所述的粘性土抗拉强度实验圆柱形土样的制样方法，其特征在于，第三层土上表面的上凸的弧形表面的弧度与活塞的内凹圆柱面的弧度一致。
4.根据权利要求1所述的粘性土抗拉强度实验圆柱形土样的制样方法，其特征在于，所述第1步中，先把圆柱形土样模具放平，在模具中加入一层土后，在第一层土上依次放置大半圆柱模、活塞上盖，进行第一次压实，然后将模具直立放置，打开模具两盖板，在第一层土的两端插加强筋，具体是在第一层土两端的端面上沿垂直于端面的方向插入若干根加强筋，若干根加强筋沿第一层土端面均匀分布，再把模具放平，在第一层土上依次放置大半圆柱模、活塞上盖，进行第二次压实；
第二层土和第三层土的插加强筋方法同第一层土。
5.根据权利要求4所述的粘性土抗拉强度实验圆柱形土样的制样方法，其特征在于，所述加强筋选择弹性模量大于粘土的材料。
6.根据权利要求4所述的粘性土抗拉强度实验圆柱形土样的制样方法，其特征在于，所述加强筋为竹筋。
7.根据权利要求1所述的粘性土抗拉强度实验圆柱形土样的制样方法，其特征在于，所述大半圆柱模和小半圆柱模是两个弧面有机玻璃柱模，两者合在一起是一个完整的圆柱，圆柱的体积和模具的容积相同，刚好完全充满模具内腔空间。
8.根据权利要求1所述的粘性土抗拉强度实验圆柱形土样的制样方法，其特征在于，所述大半圆柱模的体积是小半圆柱模的两倍。
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