CN112326458A - 一种囊压剪切试验方法与试验仪 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及岩土工程检测测试领域中的一种囊压剪切试验方法与试验仪，该囊压剪切试验仪主要包括密封囊袋(1)、流体通道(2)、流体输入输出装置(3)、流体压强计(4)、剪切板(5)、扭转轴(6)、扭矩测量装置(7)七部分，在试验过程中，通过向密封囊袋(1)内注入流体实现对原位土体试验点施加垂直于剪切面的正压力，从而测试不同正压力作用下原位土体的抗剪强度，计算原位土体多参数抗剪强度指标，可模拟工程活动加卸荷速度，测试相应的快剪、固结快剪与慢剪强度指标，本发明的试验方法操作简单，精度高，稳定性好，测试结果应用范围广。
Description
技术领域
本发明涉及岩土工程检测测试领域。
背景技术
土抗剪强度指标是岩土工程稳定计算的基本力学性参数，土体由土粒、空气和水三相组成，其抗剪强度与钢材、砼等人造材料不同，有鲜明的时间及原位物理力学状态相关性。在当前技术条件下，土体的抗剪强度指标根据加卸荷的快慢程度，可分为快剪、固结不排水剪与固结排水剪三种，工程应用时，选用的指标一般与加卸荷的速度相适应，分别选取。目前的土体抗剪强度指标一般由室内三轴试验或固结快剪试验提供，均为室内试验，实验条件与土体原位物理力学性状态有较大的差别。土体为松散结构，原位土体取土后再行固结，取样扰动、应力释放等因素往往造成较大的实验误差，对工程影响大。原位测试技术可以避免室内试验难以克服的上述土体物理力学性状态对测试结果的影响。现有技术中，能用以测定土体抗剪强度指标的原位测试技术主要为十字板剪切试验。但十字板剪切试验只能测定土体原位应力条件下的抗剪强度，指标单一，不能测定土体应力场变化后的抗剪强度，而在工程实践中，工程活动总会导致土体应力场的变化，因此应用受限极大。发展原位测试技术，测定土体多参数强度指标，是岩土工程检测测试领域迫切任务之一。
发明内容
本发明的第一个目的是提供一种囊压剪切试验方法，该囊压剪切试验方法，可测定原位土体多参数抗剪强度指标，能与工程实践中土体应力场变化相适应，可直接用于岩土工程稳定计算分析。
该囊压剪切试验方法包括以下步骤：
a)将带有密封囊袋与剪切板的试验仪置入土体；
b)向密封囊袋内输入或输出流体，通过调整密封囊袋内流体的压强调整作用于试验点土体剪切面的正压力；
c)旋转剪切板，记录旋转扭矩；
d)重复步骤a)至c)，做下一个试验点的试验；
e)整理不同密封囊袋内压强作用下的土体抗剪强度，计算土体抗剪强度指标。
本发明的第二个目的是提供上述囊压剪切试验方法所用的一种囊压剪切试验仪，该囊压剪切试验仪可以顺利实现上述囊压剪切试验，试验操作简单，速度快，精度高，稳定性好。
该囊压剪切试验仪包括密封囊袋、流体通道、流体输入输出装置、流体压强计、剪切板、扭转轴、扭矩测量装置七部分，其中的密封囊袋为具备承担一定压强且体积可变的袋状装置，流体通道是一端与密封囊袋连通，另一端设置于操作面的管状通道，流体输入输出装置是与流体通道连接且能够控制流体进出密封囊袋的装置，流体压强计是测量密封囊袋内流体压强的装置，剪切板为与扭转轴连接的能够垂直插入土体的板状构件，扭转轴是为旋转剪切板提供扭矩的杆状构件，扭矩测量装置是能够测量剪切板转动所需扭矩的装置，密封囊袋与扭转轴或剪切板相连。
本发明的囊压剪切试验方法与试验仪，可以测试原位土体在不同加载或卸载条件下的抗剪强度，可提供土体原位测试多参数抗剪强度指标，可模拟土体加卸荷的速度，测试原位土体在不同的加卸荷速度情况下的抗剪强度指标，既消除了室内试验土体抗剪强度指标因应力释放、土样扰动等土体物理力学性状态改变影响及人为影响因素多的实质性缺陷，也克服了现有原位测试土体强度指标参数单一而难以适应土体应力场变化的根本问题，为建立基于土体原位测试的强度理论奠定了试验基础，也为将土体原位测试抗剪强度指标直接应用于工程开辟了新天地，测试操作简单，测试结果稳定性好。
附图说明
图1为本发明的一个实施例所用的一种囊压剪切试验仪剖面构造示意图；
图2为本发明的一个实施例所用的一种囊压剪切试验仪剪切板横截面构造示意图。
具体实施方式
作为本发明的一个实施例，下面结合图1与图2介绍本发明的一种囊压剪切试验仪结构构造与工作原理以及囊压剪切试验方法。首先，结合图1与图2，介绍本发明的囊压剪切试验仪结构构造与工作原理。本发明的囊剪实验仪包括密封囊袋(1)、流体通道(2)、流体输入输出装置(3)、流体压强计(4)、剪切板(5)、扭转轴(6)、扭矩测量装置(7)七部分，其中的密封囊袋(1)为具备承担一定压强且体积可变的袋状装置，流体通道(2)是一端与密封囊袋(1)连通，另一端设置于操作面的管状通道，流体输入输出装置(3)是与流体通道(2)连接且能够控制流体进出密封囊袋(1)的装置，流体压强计(4)是测量密封囊袋(1)内流体压强的装置，剪切板(5)为与扭转轴(6)连接的能够垂直插入土体的板状构件，扭转轴(6)是为旋转剪切板(5)提供扭矩的杆状构件，扭矩测量装置(7)是能够测量剪切板(5)转动所需扭矩的装置，密封囊袋(1)与扭转轴(6)或剪切板(5)相连。在本实施例中，剪切板(5)采用两块十字交叉的刚性薄板制作，如图1与图2所示。在本实施例中，将密封囊袋(1)设置于相交叉剪切板(5)之间的扭转轴(6)的侧表面，对称设置，共分成4个区域。密封囊袋(1)用弹性的薄膜制作，在试验前，将密封囊袋(1)内的流体抽出，使得密封囊袋(1)与扭转轴(6)表面紧贴，将剪切板(5)插入土体试验点位置后，通过流体通道(2)向密封囊袋(1)内充入或抽出流体，对位于剪切板(5)之间的土体加载或卸载，并根据试验要求，可在土体加载或卸载后等待特定的土体固结时间后再通过扭转轴(6)扭转剪切板(5)，实现特定压力下、特定固结时间时的原位土体剪切试验，为了提供土体抗剪强度包络线，可在同一层土体的不同试验点进行不同压力下的囊压剪切试验，从而获得土体抗剪能力与剪切面正压力的关系，计算土体抗剪强度指标。在本实施例中，可以将剪切板(5)设置在扭转轴(6)的底部，但对于需要引孔的试验，可将剪切板(5)的下部留出一段扭转轴(6)，以避免在试验仪插入土体的过程中，因剪切板(5)的挤压将引孔及孔周的土体破坏。本实施例以下部分，主要介绍本发明的囊压剪切试验的实施方法与步骤。第一步，将带有密封囊袋(1)与剪切板(5)的试验仪置入土体，在插入土体前，宜抽出密封囊袋(1)内的流体，以便于插入，并减小对土体的扰动。在本步骤中，考虑到密封囊袋(1)需要一定大小的接触面，可将扭转轴设置为一定直径的中空杆件，为了减少试验仪压入土体对土体的扰动，可在插入试验仪前，在土体中钻孔，使得钻孔直径与扭转轴(6)的直径相近。完成第一步，进入第二步。本步骤中，向密封囊袋(1)内输入或输出流体，调整密封囊袋(1)内流体的压强，通过流体压强的调整，调整施加在土体剪切面的正压力。在本步骤中，首先应通过向密封囊袋(1)内充入一定量的流体，使得密封囊袋(1)与土体表面紧密接触，然后，根据试验需要，通过向密封囊袋(1)充入流体对密封囊袋(1)外侧的土体进行加压。一般情况下，可通过计算土体静止土压力，将土体加压到静止土压力状态，即土体原位应力状态下，做一个剪切试验点，然后，移至下一试验点，针对工程活动是对土体加荷还是卸荷分类，在一个试验点通过密封囊袋(1)对其外侧的土体在静止土压力的基础上增加荷载模拟加荷作用或减小荷载模拟卸荷作用进行试验。完成第二步，进入第三步。本步骤中，通过在操作面对扭转轴(6)施加扭矩，将剪切板(5)位置处的土体剪切破坏，通过扭矩测量装置(7)，测量剪切板(5)处的扭矩。在本步骤中，密封囊袋(1)在剪切板(5)扭转过程中，其内的压强与体积可能因为土体的剪切破坏而产生变化，可通过维持密封囊袋(1)内压强不变或体积不变的方式，进一步测量原位土体在剪切破坏过程中的力学性特征，如剪胀特性或剪缩特性等。具体扭转速度对于试验结果的影响，与试验点的土性相关，可以通过多组试验，建立控制扭转速度的标准。完成第三步，进入第四步。本步骤是重复步骤，重复第一步至第三步。因土体在剪切板(5)扭转后发生剪切破坏，破坏后的土体物理力学特性较原状土有很大的差别，不宜在同一试验点进行不同压力下的剪切试验，因此需至下一试验点，采用不同土体加压大小进行试验，以获得不同正压力下的土体抗剪强度。考虑到土体的抗剪强度与土体固结度相关，也可在本步骤中，选用不同的加压时间进行剪切试验。完成第四步，进入第五步。整理不同密封囊袋(1)内压强作用下的土体抗剪强度，计算土体抗剪强度指标。可通过同一土层不同试验点的密封囊袋(1)内的压强计算试验时加载土体剪切面的正压力，并将剪切板(5)试验时的扭矩除以土体剪切面面积，转化为试验点土体抗剪强度，因为同一层土体有多个试验点，且正压力不同，故可建立试验点抗剪强度与正压力间的相关性，进而计算出土体的抗剪强度指标。从而完成本实施例的土体囊压剪切试验方法。
本专利包括但不限于本领域内专业人士可替代使用的其他试验方法与试验仪器。
Claims (2)
1.一种囊压剪切试验方法，包括以下步骤：
a)将带有密封囊袋(1)与剪切板(5)的试验仪置入土体；
b)向密封囊袋(1)内输入或输出流体，通过调整密封囊袋(1)内流体的压强调整作用于试验点土体剪切面的正压力；
c)旋转剪切板(5)，记录旋转扭矩；
d)重复步骤a)至c)，做下一个试验点的试验；
e)整理不同密封囊袋(1)内压强作用下的土体抗剪强度，计算土体抗剪强度指标。
2.一种如权利要求1所述的囊压剪切试验方法所用的囊压剪切试验仪，其特征是包括密封囊袋(1)、流体通道(2)、流体输入输出装置(3)、流体压强计(4)、剪切板(5)、扭转轴(6)、扭矩测量装置(7)七部分，其中的密封囊袋(1)为具备承担一定压强且体积可变的袋状装置，流体通道(2)是一端与密封囊袋(1)连通，另一端设置于操作面的管状通道，流体输入输出装置(3)是与流体通道(2)连接且能够控制流体进出密封囊袋(1)的装置，流体压强计(4)是测量密封囊袋(1)内流体压强的装置，剪切板(5)为与扭转轴(6)连接的能够垂直插入土体的板状构件，扭转轴(6)是为旋转剪切板(5)提供扭矩的杆状构件，扭矩测量装置(7)是能够测量剪切板(5)转动所需扭矩的装置，密封囊袋(1)与扭转轴(6)或剪切板(5)相连。
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- 2019-08-05 CN CN201910752301.2A patent/CN112326458A/zh active Pending
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