CN108593462A - 一种结合干湿膨胀法和完全软化法测试膨胀土的强度 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种结合干湿膨胀法和完全软化法测试膨胀土的强度，先后分别采用干湿膨胀法和完全软化法处理膨胀土样，之后在不同的法向应力的作用下获得对应的抗剪强度τ1和τ2；并以τ1和τ2的平均值或者τ2为该法向应力条件下膨胀土的强度。本发明中采用了两种方法测试膨胀土的强度。在干湿膨胀法过程中，不限制膨胀土体使其自由变形，在2～3次干湿循环后膨胀土强度基本衰减稳定，工作量小且试验周期较短，而完全软化法则可对部分失稳膨胀土边坡反演强度远低于几千帕的现象进行试验说明。相比于单一的测量方法，同时使用干湿膨胀法和完全软化法更为精准。

Description

一种结合干湿膨胀法和完全软化法测试膨胀土的强度
技术领域
本发明属于膨胀土强度测试方法领域，具体涉及一种结合干湿膨胀法和完全软化法测试膨胀土的强度。
背景技术
膨胀土是一种特殊的高塑性黏性土，其具有吸水膨胀、失水收缩的工程特性。膨胀土对气候变化敏感，处于膨胀土地区的土坡，如路堤、路堑、渠道边坡等常产生失稳破坏，给工程建设带来巨大的灾害。调查研究发现，膨胀土的强度表现出明显的“变动”特性，即膨胀土的强度随时间推移而衰减。正是由于这种变动性，使得如何确定膨胀土的强度成为困扰工程师的难题。
目前关于膨胀土强度的测定虽多采用干湿循环试验法，但仅使用干湿循环试验法存在以下不足：一、部分失稳膨胀土边坡反演出的强度指标甚至低至几kPa，远小于其干湿循环强度，仅利用干湿循环试验不足以解释上述现象；二、干湿循环试验缺乏相应规范，试验控制条件如循环次数，脱湿温度等没有明确标准，不但会对试验结果造成离散，某些试验条件(如50℃、70℃的脱湿温度)还与工程实际差别较大。
发明内容
针对上述问题，本发明提出一种结合干湿膨胀法和完全软化法测试膨胀土的强度。
实现上述技术目的，达到上述技术效果，本发明通过以下技术方案实现：
一种结合干湿膨胀法和完全软化法测试膨胀土的强度，其特征在于：包括以下步骤：
步骤一：采用干湿膨胀法处理膨胀土样，在不同的法向应力的作用下获得对应的法向应力条件下剪切应力随剪切位移的变化曲线，取所获得的曲线平台的平均值τ1；
步骤二：采用完全软化法处理膨胀土样，在不同的法向应力的作用下获得对应的法向应力条件下剪切应力随剪切位移的变化曲线，取所获得的曲线平台的平均值τ2；
步骤三：在任意相同的法向应力的条件下，以τ1和τ2的平均值或者τ2为该法向应力条件下膨胀土的强度。
作为本发明的进一步改进，所述的步骤一中，包括以下步骤：
1-1：制备若干个相同的环形试样，首先将试样放入烘干箱中进行脱湿，待试样含水率降至目标含水率后再放入真空缸中，进行抽气饱和及养护，获得内外含水率均匀分布的试样；
1-2：采用直剪仪以0.8mm/min的剪切速率对试样进行剪切，并记录测量值；
1-3：绘制膨胀土在不同干湿循环次数下的抗剪强度线，测得其抗剪强度指标c1、
作为本发明的进一步改进，步骤1-1中，所述的环形试样至少经过3次干湿膨胀循环处理。
作为本发明的进一步改进，步骤1-1中，使用直径可调节型环箍通过静压法制成试样后，将所述的环箍直径调节至略大于环形试样直径2mm左右。
作为本发明的进一步改进，步骤1-1中，烘干箱内脱湿温度设置为38-42℃，土样含水率降至3.8-4.2％时取出放入真空缸中，抽气饱和及养护时间分别为1.0-2.0h和10-14h。
作为本发明的进一步改进，所述的步骤二，包括以下步骤：
2-1：将一定细度膨胀土配置成不同的含水率，静止待测土样充分吸收饱和；
2-2：施加不同的法向应力进行固结排水，并使直剪仪以0.8mm/min的剪切速率对试样进行剪切，并记录测量值；
2-3：绘制膨胀土在不同干湿循环次数下的抗剪强度线，测得其抗剪强度指标c2、
作为本发明的进一步改进，所述的步骤2-2中，所述的直剪仪包括盛放待测土样的具有凹槽的剪盒底，固结排水过程中，盛放在所述的剪盒底中水的水平面与待测土样的剪切面保持齐平。
作为本发明的进一步改进，所述的步骤2-1中选取的是粒径小于2mm的膨胀土。
作为本发明的进一步改进，所述的步骤2-1中将所述的土样配置为含水率45％-55％的饱和土样，优选的为50％。
本发明的有益效果：本发明中采用了两种方法测试膨胀土的强度。在干湿膨胀法过程中，不限制膨胀土体使其自由变形，在2～3次干湿循环后膨胀土强度基本衰减稳定，工作量小且试验周期较短，而完全软化法则可对部分失稳膨胀土边坡反演强度远低于几kPa的现象进行试验说明。相比于单一的测量方法，同时使用干湿膨胀法和完全软化法先分别测定膨胀土抗剪强度衰减稳定时的上限值和下限值，再划定膨胀土最终强度的变化范围，最后给出膨胀土强度稳定值取值办法更为精准。
附图说明
图1为本发明的干湿膨胀法制备环形试样所使用的环箍；
图2为本发明的干湿膨胀法中所制备的环形试样的过程；
图3为本发明中步骤二中完全软化的土样；
图4为在不同的法向应力条件下采用干湿膨胀法所获得的强度曲线；
图5为膨胀土完全软化样抗剪强度指标随土样含水率变化曲线；
图6为本发明的第一种实施例中采用两种强度指标计算得到的抗剪强度对比图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
下面结合附图对本发明的应用原理作详细的描述。
本发明的测试膨胀土的强度具体的包括以下的步骤：
步骤一：采用干湿膨胀法测量抗剪强度
(1-1)制备至少4个如图1、图2所示的环形试样，通过将含水率为26％且含水量均匀的土样，采用静压法将土样填入环箍中制备成直径个高度分别为9.5cm和2.5cm的小饼样，所制备的环形试样中的土样的干密度为1.54g/cm3。制样过程中，所述的环箍的直径略大于环形土样直径2mm，以确保环形土样在干湿膨胀的过程中有足够的自由空间。之后将所制备的环形试样放入40℃的烘干箱中烘干至其重量2h内稳定不变，最后采用增湿和抽气饱和循环养护至少12h以上，且至少循环处理3次以上，即确保试样内外含水率均匀分布，又要确保膨胀土衰减到稳定的强度。
(1-2)在每一个环形试样上，分别施加12.5kPa、25kPa、37.5kPa、50kPa的法向应力，并采用测力计以0.8mm/min的速度对试样进行剪切。在剪切的过程中，如果测力计的读数出现了峰值，在峰值回落的位置停止检测。如果剪切过程中测力计无峰值出现，测力计的剪切位移超过6.4mm时停机。
(1-3)计算抗剪强度，包括抗剪强度的计算和绘制与法向应力的关系曲线。
计算抗剪强度：
式中：τ—试样所受的抗剪强度(kPa)；R—测力计量表读数(0.01mm)；C—测力计率定系数(N/0.01mm)；A0—试样的初始断面积(cm2)。
之后根据所计算的抗剪强度τ1与对应的法向应力F绘制关系曲线，如图4所示，以所绘制的关系曲线在曲线平台处所对应的数值为该法向应力条件下所获得的膨胀土的最终的强度，并根据所绘制的关系曲线的倾角和直线与纵坐标的截距分别计算出内摩擦角和粘聚力c1。
步骤二：采用完全软化法测量抗剪强度
(2-1)如图3所示，取原状土样，碾碎，过2mm的筛子，加入适量的水，分别配置含水率为45％、47.5％、50％、52.5％、55％，用调土刀将土样搅拌均匀，然后存放在潮湿的环境中静置24h至土样充分饱和且内部水分分散均匀。
(2-2)将预制好的饱和样填入环刀中后装入直剪仪，施加法向应力进行固结排水。固结压力分别为12.5kPa、25kPa、37.5kPa、50kPa。固结过程中，为防止土样饱和度降低，给土样底座周边凹槽内注水至剪切面之上，最好保持两者齐平，直至垂直变形每小时不超过0.005mm。然后采用测力计以0.8mm/min的速度对试样进行剪切。在剪切的过程中，如果测力计的读数出现了峰值，在峰值回落的位置停止检测。如果剪切过程中测力计无峰值出现，测力计的剪切位移超过6.4mm时停机。
(2-3)采用与步骤一中的步骤(3)相同的方法处理数据得到抗剪强度τ2，并计算出采用完全软化法所处理的膨胀土的土样的内摩擦角和粘聚力c2。
图5显示的是不同含水率的膨胀土的强度性质，由数据可以看出，随着土样含水率的增加，测定的膨胀土粘聚力逐渐减小，当含水率超过50％时，趋近于0。完全软化强度大小主要由内摩擦角决定。将稳定后的膨胀土强度指标定为c2、
步骤三：计算膨胀土的强度
比较由步骤一和步骤二中当土样的含水率为50％时所绘制的抗剪强度与法向应力的关系曲线，可取τ1和τ2间的平均值作为膨胀土的抗剪强度，即：如果施工安全要求较高，将完全软化法测定的抗剪强度τ2作为膨胀土的抗剪强度，即：τ＝τ2
实施例一：如表1显示的是采用以上所述的两种方法所获得的膨胀土的抗剪强度，图5示根据表一中的数据所绘制的关系比较图。如表1和图6所示，膨胀土干湿循环强度要普遍大于完全软化强度，随着法向应力的增加，两种方法之间的差值逐渐的缩小，当计算正应力为50kPa时，两者间的差值为0.9kPa。
表1膨胀土抗剪强度
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (9)

1.一种结合干湿膨胀法和完全软化法测试膨胀土的强度，其特征在于：包括以下步骤：
步骤一：采用干湿膨胀法处理膨胀土样，在不同的法向应力的作用下获得对应的法向应力条件下剪切应力随剪切位移的变化曲线，取所获得的曲线平台的平均值τ1；
步骤二：采用完全软化法处理膨胀土样，在不同的法向应力的作用下获得对应的法向应力条件下剪切应力随剪切位移的变化曲线，取所获得的曲线平台的平均值τ2；
步骤三：在任意相同的法向应力的条件下，以τ1和τ2的平均值或者τ2为该法向应力条件下膨胀土的强度。
2.根据权利要求1所述的一种结合干湿膨胀法和完全软化法测试膨胀土的强度，其特征在于：所述的步骤一中，包括以下步骤：
1-1：制备若干个相同的环形试样，首先将试样放入烘干箱中进行脱湿，待试样含水率降至目标含水率后再放入真空缸中，进行抽气饱和及养护，获得内外含水率均匀分布的试样；
1-2：采用直剪仪以0.8mm/min的剪切速率对试样进行剪切，并记录测量值；
1-3：绘制膨胀土在不同干湿循环次数下的抗剪强度线，测得其抗剪强度指标c1、
3.根据权利要求2所述的一种结合干湿膨胀法和完全软化法测试膨胀土的强度，其特征在于：步骤1-1中，所述的环形试样至少经过3次干湿膨胀循环处理。
4.根据权利要求2所述的一种结合干湿膨胀法和完全软化法测试膨胀土的强度，其特征在于：步骤1-1中，使用直径可调节型环箍通过静压法制成试样后，将所述的环箍直径调节至略大于环形试样直径2mm左右。
5.根据权利要求2所述的一种结合干湿膨胀法和完全软化法测试膨胀土的强度，其特征在于：步骤1-1中，烘干箱内脱湿温度设置为38-42℃，土样含水率降至3.8-4.2％时取出放入真空缸中，抽气饱和及养护时间分别为1.0-2.0h和10-14h。
6.根据权利要求1所述的一种结合干湿膨胀法和完全软化法测试膨胀土的强度，其特征在于：所述的步骤二，包括以下步骤：
2-1：将一定细度膨胀土配置成不同的含水率，静止待测土样充分吸收饱和；
2-2：施加不同的法向应力进行固结排水，并使直剪仪以0.8mm/min的剪切速率对试样进行剪切，并记录测量值；
2-3：绘制膨胀土在不同干湿循环次数下的抗剪强度线，测得其抗剪强度指标c2、
7.根据权利要求6所述的一种结合干湿膨胀法和完全软化法测试膨胀土的强度，其特征在于：所述的步骤2-2中，所述的直剪仪包括盛放待测土样的具有凹槽的剪盒底，固结排水过程中，盛放在所述的剪盒底中水的水平面与待测土样的剪切面保持齐平。
8.根据权利要求6所述的一种结合干湿膨胀法和完全软化法测试膨胀土的强度，其特征在于：所述的步骤2-1中选取的是粒径小于2mm的膨胀土。
9.根据权利要求6所述的测试膨胀土强度法，其特征在于：所述的步骤2-1中将所述的土样配置为含水率45％-55％的饱和土样，优选的为50％。
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