CN110940794A - 一种测试边坡稳定特性的综合试验方法 - Google Patents

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    • G01N2203/0256—Triaxial, i.e. the forces being applied along three normal axes of the specimen

Abstract

本发明旨在提供一种测试边坡稳定特性的综合试验方法，通过该原位和室内试验结合的方法，利用本发明提出的技术方法可以对通过原位测试和室内试验的综合测试方法，对边坡岩土体的物理性质、力学性质以及水理性质等进行精确测试，其结果能够更加真实的反应边坡岩土体承受荷载的历程。本发明可以对常规渗透试验试样、三轴试验试样、直剪试验试样、以及固结试验试样等各种不同尺寸的试样施加预先振动荷载，通过数据拟合分析，获得土层的参数。

Description

一种测试边坡稳定特性的综合试验方法
技术领域
本发明涉及边坡岩土体物理学特性测试技术领域，特别是涉及了一种测试测试边坡稳定特性的综合试验方法。
背景技术
岩土工程勘察中，边坡岩土体的物理力学性质以及化学性质等对于岩土工程的设计施工起至关重要的作用。目前边坡岩土体的物理力学性质测试方法包括现场测试方法和室内测试方法，现场测试主要通过一些现场监测仪器或者现场试验设备进行物理力学性质的直接测试。室内测试方法包括物理性质测试、静力学特征测试以及动力学特征测试等。物理性质试主要通过仪器获取边坡岩土体基本的物理性质，而静力学测试则通过专门的设备对边坡岩土体的静力学特征进行测试，动力学测试则是通过专门的设备对边坡岩土体的动力特性进行测试。静力测试与边坡岩土体在静力荷载条件下的变形特性相对应，主要解决边坡岩土体在不同应力路径条件下的变形问题，例如基坑施工和边坡稳定性等方面的变形问题。动力学测试主要解决地震荷载以及机械振动荷载作用下，边坡岩土体的变形特性方面的问题，例如地震引起的液化和列车荷载作用下路基边坡岩土体稳定性方面问题。
当前的静力学测试和动力学测试是分开进行的，静力学和动力学方面的对比研究主要集中于静力学测试结果与动力学测试结果直接进行对比分析，而由于动力测试和静力测试是分开进行的，往往对比之后得出的结论有限，对于边坡岩土体的变形以及失稳方面的解释深度有限。
现实工程中，一些地方往往在发生地震后一段时间会发生降雨等情况。降雨发生后，表水富集会在边坡岩土体表面产生坡面流动，同时产生下渗现象。而此时边坡岩土体的力学性质既不属于简单的静力学问题，也不能够用动力学方面的理论进行解释说明。为对地震作用后边坡岩土体后续的物理力学性质有更加深入的了解，一种动静耦合的试验方法急需要补充，通过一种方法能够对边坡岩土体在经历地震或者机械振动荷载作用后，经历降雨或者灌溉等引起的边坡岩土体失稳问题进行更加深入的了解和认识。
发明内容
本发明旨在提供一种测试边坡稳定特性的综合试验方法，包括原位试验步骤、室内试验步骤以及拟合分析阶段，其特征在于：
步骤一：原位试验步骤，先确定需要测试的工程边坡，沿着边坡斜面3米深度均匀钻若干安装孔并在孔底部埋设激振器，测试时，激振器激发振动，通过拾振器和示波装置储存和收集波形数据，通过波形鉴别和数据分析获取该边坡的地层数据，且在测试周期内，每周更新一次原位波形数据，获得波速曲线以及覆盖层厚度、以及边坡土层回弹模量，根据经验公式：
E0=6.97×10-5V2.7
E0为回弹模量；
V为地层平均剪切波速度；
步骤二：室内试验步骤，根据原位试验试验结果选取不同地层深度的原位样品；削制不同尺寸的边坡原状边坡岩土体试样或者通过模具预制一定尺寸的试样；不同地层至少取样2件，其中至少一件预震后可进行三轴试验，另外至少一件预震后可以进行渗透试验，研究土样预震后渗透系数的变化情况；试验安装样品时，将削制好的边坡岩土体试样安装到动三轴仪上，根据试样的尺寸选择不同的试样底座，安装底座后，将试样安装至对应尺寸底座上，保证橡皮膜的密封性，预振试验中不允许试样中进水；后进行预振，参考原位试验中激振器施加的震动所产生的动荷载，施加动荷载前先对试样进行固结，固结过程中，根据土样埋深情况计算土样在自然界的土压力和围压，根据土层容重和深度计算土压力，P＝γ×h，P为土压力，γ为土体容重，h为土的埋深；确定土压力后，根据K0固结试验确定该土层的侧压力系数，侧压力系数结合土压力可以确定围压；待试样固结稳定后方可施加动荷载；再进行渗透试验，将预振后的试样从动三轴上取下，将试样安装至渗透仪上进行渗透试验，获得预振后边坡岩土体的渗透系数；
步骤三：数据拟合，将原位试验和室内试验的数据绘制在一张图表上，通过对波速曲线以及边坡土层回弹模量在时间轴上的不同土层曲线进行拟合分析，对应绘制不同土层的土压力和围压、渗透系数。
所述原位试验步骤还包括：在现场埋设激振器时，并记录操作的详细时间，记录边坡每开挖循环作业面距埋设激振器位置的垂直距离；多次重复测试，以提高精度，达到动态调整的目的。
所述每个激振器安装孔之间的距离等于边坡斜面长度。
所述室内试验步骤还包括动三轴仪的轴向动态加载频率设置为1-5HZ。
所述测试周期包括测试前期、测试中后期，测试前期的数据作为测试初值，时间在5-20天之间，测试中后期的数据作为测试稳定值，时间在20-90天之间，对不同时间段波形数据的记录，绘制最接近实际土层的波速曲线。
利用本发明提出的技术方法可以对通过原位测试和室内试验的综合测试方法，对边坡岩土体的物理性质、力学性质以及水理性质等进行精确测试，其结果能够更加真实的反应边坡岩土体承受荷载的历程。本发明可以对常规渗透试验试样、三轴试验试样、直剪试验试样、以及固结试验试样等各种不同尺寸的试样施加预先振动荷载，通过数据拟合分析，获得土层的参数。
具体实施方案
下面对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
实施例1
一种测试边坡稳定特性的综合试验方法，包括原位试验步骤、室内试验步骤以及拟合分析阶段，其特征在于：
步骤一：原位试验步骤，先确定需要测试的工程边坡，沿着边坡斜面3米深度均匀钻若干安装孔并在孔底部埋设激振器，测试时，激振器激发振动，通过拾振器和示波装置储存和收集波形数据，通过波形鉴别和数据分析获取该边坡的地层数据，且在测试周期内，每周更新一次原位波形数据，获得波速曲线以及覆盖层厚度、以及边坡土层回弹模量，根据经验公式：
E0=6.97×10-5V2.7
E0为回弹模量；
V为地层平均剪切波速度；
步骤二：室内试验步骤，根据原位试验试验结果选取不同地层深度的原位样品；削制不同尺寸的边坡原状边坡岩土体试样或者通过模具预制一定尺寸的试样；不同地层至少取样2件，其中至少一件预震后可进行三轴试验，另外至少一件预震后可以进行渗透试验，研究土样预震后渗透系数的变化情况；
通过切土器预制直径为40mm，高度为70mm或者直径为60mm，高度为100mm的试样预震后可进行三轴试验，三轴试验中控制高径比为1.0～2.5即可。预制直径为80mm，高度为20mm试样预震后可进行固结试验和直剪试验。也可以预制成直径为60mm，高度40mm的试样，预震后可以进行渗透试验，研究土样预震后渗透系数的变化情况；
试验安装样品时，将削制好的边坡岩土体试样安装到动三轴仪上，根据试样的尺寸选择不同的试样底座，安装底座后，将试样安装至对应尺寸底座上，保证橡皮膜的密封性，预振试验中不允许试样中进水；后进行预振，参考原位试验中激振器施加的震动所产生的动荷载，施加动荷载前先对试样进行固结，固结过程中，根据土样埋深情况计算土样在自然界的土压力和围压，根据土层容重和深度计算土压力，P＝γ×h，P为土压力，γ为土体容重，h为土的埋深；确定土压力后，根据K0固结试验确定该土层的侧压力系数，侧压力系数结合土压力可以确定围压；待试样固结稳定后方可施加动荷载；再进行渗透试验，将预振后的试样从动三轴上取下，将试样安装至渗透仪上进行渗透试验，获得预振后边坡岩土体的渗透系数；
步骤三：数据拟合，将原位试验和室内试验的数据绘制在一张图表上，通过对波速曲线以及边坡土层回弹模量在时间轴上的不同土层曲线进行拟合分析，对应绘制不同土层的土压力和围压、渗透系数。
所述原位试验步骤还包括：在现场埋设激振器时，并记录操作的详细时间，记录边坡每开挖循环作业面距埋设激振器位置的垂直距离；多次重复测试，以提高精度，达到动态调整的目的。
所述每个激振器安装孔之间的距离等于边坡斜面长度。
所述室内试验步骤还包括动三轴仪的轴向动态加载频率设置为1-5HZ。
所述测试周期包括测试前期、测试中后期，测试前期的数据作为测试初值，时间在5-20天之间，测试中后期的数据作为测试稳定值，时间在20-90天之间，对不同时间段波形数据的记录，绘制最接近实际土层的波速曲线。
土层对应通过对波速曲线以及边坡土层回弹模量在时间轴上的不同土层曲线进行拟合分析，对应绘制不同土层的土压力和围压、渗透系数。
剪切波和对应土层的参数值表1：
Figure 650662DEST_PATH_IMAGE001
表1
测试数据表2：
Figure 771064DEST_PATH_IMAGE002
表2
渗透系数(10-5cm×s-1）表3：
Figure 816381DEST_PATH_IMAGE003
表3
实施例2
以下实施例均为对照参考试验，其试验结果表明实施例1方法完全正确且更加精准。
实施例1
一种测试边坡稳定特性的综合试验方法，包括原位试验步骤、室内试验步骤以及拟合分析阶段，其特征在于：
步骤一：原位试验步骤，先确定需要测试的工程边坡，沿着边坡斜面3米深度均匀钻若干安装孔并在孔底部埋设激振器，测试时，激振器激发振动，通过拾振器和示波装置储存和收集波形数据，通过波形鉴别和数据分析获取该边坡的地层数据，且在测试周期内，每周更新一次原位波形数据，获得波速曲线以及覆盖层厚度、以及边坡土层回弹模量，根据经验公式：
E0=6.97×10-5V2.7
E0为回弹模量；
V为地层平均剪切波速度；
步骤二：室内试验步骤，根据原位试验试验结果选取不同地层深度的原位样品；削制不同尺寸的边坡原状边坡岩土体试样或者通过模具预制一定尺寸的试样；不同地层至少取样2件，其中至少一件预震后可进行三轴试验，另外至少一件预震后可以进行渗透试验，研究土样预震后渗透系数的变化情况；
通过切土器预制直径为40mm，高度为70mm或者直径为60mm，高度为100mm的试样预震后可进行三轴试验，三轴试验中控制高径比为1.0～2.5即可。预制直径为80mm，高度为20mm试样预震后可进行固结试验和直剪试验。也可以预制成直径为60mm，高度40mm的试样，预震后可以进行渗透试验，研究土样预震后渗透系数的变化情况；
试验安装样品时，将削制好的边坡岩土体试样安装到动三轴仪上，根据试样的尺寸选择不同的试样底座，安装底座后，将试样安装至对应尺寸底座上，保证橡皮膜的密封性，预振试验中不允许试样中进水；后进行预振，参考原位试验中激振器施加的震动所产生的动荷载，施加动荷载前先对试样进行固结，固结过程中，根据土样埋深情况计算土样在自然界的土压力和围压，根据土层容重和深度计算土压力，P＝γ×h，P为土压力，γ为土体容重，h为土的埋深；确定土压力后，根据K0固结试验确定该土层的侧压力系数，侧压力系数结合土压力可以确定围压；待试样固结稳定后方可施加动荷载；再进行渗透试验，将预振后的试样从动三轴上取下，将试样安装至渗透仪上进行渗透试验，获得预振后边坡岩土体的渗透系数；
步骤三：数据拟合，将原位试验和室内试验的数据绘制在一张图表上，通过对波速曲线以及边坡土层回弹模量在时间轴上的不同土层曲线进行拟合分析，对应绘制不同土层的土压力和围压、渗透系数。
所述原位试验步骤还包括：在现场埋设激振器时，并记录操作的详细时间，记录边坡每开挖循环作业面距埋设激振器位置的垂直距离；多次重复测试，以提高精度，达到动态调整的目的。
所述每个激振器安装孔之间的距离等于边坡斜面长度。
所述室内试验步骤还包括动三轴仪的轴向动态加载频率设置为1-5HZ。
所述测试周期包括测试前期、测试中后期，测试前期的数据作为测试初值，时间为5天之间，测试中后期的数据作为测试稳定值，时间为90天，对不同时间段波形数据的记录，绘制最接近实际土层的波速曲线。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的内容和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种测试边坡稳定特性的综合试验方法，包括原位试验步骤、室内试验步骤以及拟合分析阶段，其特征在于：
步骤一：原位试验步骤，先确定需要测试的工程边坡，沿着边坡斜面3米深度均匀钻若干安装孔并在孔底部埋设激振器，测试时，激振器激发振动，通过拾振器和示波装置储存和收集波形数据，通过波形鉴别和数据分析获取该边坡的地层数据，且在测试周期内，每周更新一次原位波形数据，获得波速曲线以及覆盖层厚度、以及边坡土层回弹模量，根据经验公式：
E0=6.97×10-5V2.7
E0为回弹模量；
V为地层平均剪切波速度；
步骤二：室内试验步骤，根据原位试验试验结果选取不同地层深度的原位样品；削制不同尺寸的边坡原状边坡岩土体试样或者通过模具预制一定尺寸的试样；不同地层至少取样2件，其中至少一件预震后可进行三轴试验，另外至少一件预震后可以进行渗透试验，研究土样预震后渗透系数的变化情况；试验安装样品时，将削制好的边坡岩土体试样安装到动三轴仪上，根据试样的尺寸选择不同的试样底座，安装底座后，将试样安装至对应尺寸底座上，保证橡皮膜的密封性，预振试验中不允许试样中进水；后进行预振，参考原位试验中激振器施加的震动所产生的动荷载，施加动荷载前先对试样进行固结，固结过程中，根据土样埋深情况计算土样在自然界的土压力和围压，根据土层容重和深度计算土压力，P＝γ×h，P为土压力，γ为土体容重，h为土的埋深；确定土压力后，根据K0固结试验确定该土层的侧压力系数，侧压力系数结合土压力可以确定围压；待试样固结稳定后方可施加动荷载；再进行渗透试验，将预振后的试样从动三轴上取下，将试样安装至渗透仪上进行渗透试验，获得预振后边坡岩土体的渗透系数；
步骤三：数据拟合，将原位试验和室内试验的数据绘制在一张图表上，通过对波速曲线以及边坡土层回弹模量在时间轴上的不同土层曲线进行拟合分析，对应绘制不同土层的土压力和围压、渗透系数。
2.根据权利要求1所述的一种测试边坡稳定特性的综合试验方法，其特征在于，所述原位试验步骤还包括：在现场埋设激振器时，并记录操作的详细时间，记录边坡每开挖循环作业面距埋设激振器位置的垂直距离；多次重复测试，以提高精度，达到动态调整的目的。
3.根据权利要求2所述的一种测试边坡稳定特性的综合试验方法，其特征在于，所述每个激振器安装孔之间的距离等于边坡斜面长度。
4.根据权利要求2所述的一种测试边坡稳定特性的综合试验方法，其特征在于，所述室内试验步骤还包括动三轴仪的轴向动态加载频率设置为1-5HZ。
5.根据权利要求1所述的一种测试边坡稳定特性的综合试验方法，其特征在于，所述测试周期包括测试前期、测试中后期，测试前期的数据作为测试初值，时间在5-20天之间，测试中后期的数据作为测试稳定值，时间在20-90天之间，对不同时间段波形数据的记录，绘制最接近实际土层的波速曲线。
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