CN114383950B - 一种半固结松散体原位实验方法 - Google Patents

一种半固结松散体原位实验方法 Download PDF

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Abstract

本发明一种半固结松散体原位实验方法，在实验场地原位开挖一个“回”字形坑，内“口”字为原位试样；原位载荷实验时：在原位试样的四个侧面分别设置试样围压装置，在原位试样的顶面设置法向荷载装置；原位剪切实验时：在原位试样的两个相对的侧面设置试样围压装置，原位试样剩下的两个侧面中有一个侧面设置剪切装置；原位渗流实验时：在原位试样的两个相对的侧面设置试样围压装置，在原位试样的顶面设置法向荷载装置，原位试样剩下的两个侧面设置渗流试验装置；本发明在现场开挖加工原位试样，通过原位实验装置施加到原位试样上，可以模拟不同的堆载固结压力条件，并在相应条件下进行大型剪切和渗流等实验，实验条件多样化、功能多参数化。

Description

一种半固结松散体原位实验方法
技术领域
本发明涉及一种实验方法，具体涉及一种半固结松散体原位实验方法。
背景技术
‌采矿作业或者大型土建工程会产生大量的剥离废弃物，这些物理集中在特定的场地进行堆载，形成了大型的人工构筑岩土体。松散的物料经历一段时间堆载作业，在自然因素的影响下开始出现不同程度的重塑胶结。对于这种半固结、半松散的堆积体，其物理力学参数的准确测定属于土工试验的一项关键技术难题。受到散体颗粒大小的影响，试样的尺寸不宜过小，块体强度差异还会造成半固结松散体试验的个体强度离散性差异较大。对于大型的半固结松散体来说，缺少行之有效的测定渗透特性的实验方法和技术手段，这些技术和设备的缺失给堆载体边坡稳定性的准确评价带来了巨大的困难。因此，迫切需要一种实验装置与技术用于半固结松散体的物理力学性质及渗透特性的研究。
发明内容
针对上述现有技术存在的问题，本发明提供一种半固结松散体原位实验方法，规避了室内实验设备的局限性，能够准确测出半固结松散体在不同荷载和条件下的物理力学参数和渗透性。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种半固结松散体原位实验方法，在实验场地原位开挖一个“回”字形坑，内“口”字为原位试样；原位载荷实验时：在原位试样的四个侧面分别设置试样围压装置，在原位试样的顶面设置法向荷载装置；原位剪切实验时：在原位试样的两个相对的侧面设置试样围压装置，原位试样剩下的两个侧面中有一个侧面设置剪切装置；原位渗流实验时：在原位试样的两个相对的侧面设置试样围压装置，在原位试样的顶面设置法向荷载装置，原位试样剩下的两个侧面设置渗流试验装置。
进一步的，所述法向荷载装置包括肋板、轴向液压千斤顶、两块承压钢板和滚动钢柱；两块承压钢板层叠设置，两块承压钢板之间设有滚动钢柱，下层承压钢板的下表面与原位试样顶面贴合，上层承压钢板上表面设有肋板，轴向液压千斤顶位于肋板的上方。
进一步的，所述上层承压钢板上表面设置的肋板为交叉设置，交叉点为承压钢板的中点，轴向液压千斤顶位于肋板的交叉点上。
进一步的，所述剪切装置包括剪切千斤顶、承压钢板、位移引伸计、数据采集器和计算机；剪切千斤顶一端固定在外“口”字侧壁上，另一端抵住承压钢板的外侧面，承压钢板的内侧面与原位试样的侧面贴合，位移引伸计安装于承压钢板与剪切千斤顶接触的面，位移引伸计的方向与接触面的法向平行，位于接触面的中心，位移引伸计通过数据采集器与计算机连接。
进一步的，所述试样围压装置包括围压千斤顶、两块承压钢板和滚动钢柱；两块承压钢板层叠设置，两块承压钢板之间设有滚动钢柱，围压千斤顶一端固定在外“口”字侧壁上，另一端抵住外层承压钢板的外侧面，内层承压钢板的内侧面与原位试样的侧面贴合。
进一步的，所述渗流试验装置包括加压泵、加压水管、加压水箱和渗流水槽；加压水箱设置在原位试样一侧的外部，加压泵通过加压水管与加压水箱连接，加压水箱通过加压水管与渗流水槽连接，渗流水槽与原位试样的一个侧面贴合，与设置渗流水槽相对的一侧紧贴原位试样侧面向下开挖槽，并在槽中由上至下等距离安装十个集水槽。
进一步的，所述围压千斤顶一端通过承压钢板后固定在外“口”字侧壁上。
进一步的，所述剪切千斤顶一端通过承压钢板后固定在外“口”字侧壁上。
进一步的，所述原位试样外侧包裹柔性封装袋。
与现有技术相比，本发明在现场开挖加工原位试样，通过原位实验装置施加到原位试样上，可以模拟不同的堆载固结压力条件，并在相应的条件下分别进行大型剪切和渗流等实验，实验条件多样化、试样大型化，功能多参数化；能够准确测试半固结松散体的力学和渗透特性。
附图说明
图1为本发明原位载荷实验结构示意图；
图2为图1中A-A’剖面示意图；
图3为本发明原位剪切实验结构示意图；
图4为图3中B-B’剖面示意图；
图5为图3中C-C’剖面示意图；
图6为本发明原位渗流实验结构示意图；
图7为图6中D-D’剖面示意图；
图8为图6中E-E’剖面示意图；
图中：1、原位试样，2、法向荷载装置，3、剪切装置，4、围压装置，5、渗流试验系统，6、肋板，7、轴向液压千斤顶，8、承压钢板，9、滚动钢柱，10、剪切千斤顶，11、集水槽，12、位移引伸计，13、数据采集器，14、计算机，15、柔性封装袋，16、围压千斤顶，17、加压泵，18、加压水管，19、加压水箱，20、渗流水槽。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明。
下面将结合本发明实施例中的附图，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。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1至图8所示，本发明提供一种技术方案：
半固结松散体原位实验时，在实验场地原位开挖一个“回”字形坑，内“口”字即为原位试样1，原位试样1加工完成后采用柔性袋15封装，避免风化和物料垮落；外“口”字坑壁即为安装放置原位实验装置的支撑面或者空间，原位实验装置包括法向荷载装置2、剪切装置3、试样围压装置4和渗流试验装置5；内“口”字表面为1000mm×1000mm的正方形，当原位试样1用于抗压试件和抗剪试件时，其高度分别为1000mm和100mm。
原位载荷实验时：在原位试样1的四个侧面分别设置试样围压装置4，在原位试样1的顶面设置法向荷载装置2；法向荷载装置2包括肋板6、轴向液压千斤顶7、两块承压钢板8和滚动钢柱9；两块承压钢板8层叠设置，两块承压钢板8之间设有滚动钢柱9，这种结构能够降低原位试样1发生水平位移时上顶面的摩擦力；下层承压钢板8的下表面与原位试样1顶面贴合，上层承压钢板8上表面设有交叉布置的肋板6，交叉点为承压钢板8的中点，轴向液压千斤顶7位于肋板6交叉点的上方，通过肋板6使压力在原位试样1上表面分布均匀；围压装置4包括围压千斤顶16、两块承压钢板8、滚动钢柱9；两块承压钢板8层叠设置，两块承压钢板8之间设有滚动钢柱9，从而保证原位试样1发生水平位移时侧面的摩擦力最小，围压千斤顶16一端固定在外“口”字侧壁上，另一端抵住外层承压钢板8的外侧面，内层承压钢板8的内侧面与原位试样1的侧面贴合。
原位载荷实验通过围压千斤顶16与承压钢板8共同作用给原位试样1加载一定量的初始围压，然后启动法向载荷装置2，通过轴向液压千斤顶7为原位试样1施加顶部的法向载荷，依据实验要求，调节围压与法向载荷之间的约束关系，测试在不同围压下，原位试样1承载能力大小。
原位剪切实验时：在原位试样1的两个相对的侧面设置围压装置4，原位试样1剩下的两个侧面中有一个侧面设置剪切装置3，剩下的一个面不做任何处理；剪切装置3包括剪切千斤顶10、承压钢板8、位移引伸计12、数据采集器13和计算机14；剪切千斤顶10一端固定在外“口”字侧壁上，另一端抵住承压钢板8的外侧面，承压钢板8的内侧面与原位试样1的侧面贴合，位移引伸计12安装于承压钢板8与剪切千斤顶10接触的面，位移引伸计12的方向与接触面的法向平行，位于接触面的中心，位移引伸计12通过数据采集器13与计算机14连接；位移引伸计12测定原位试样1的剪切位移，并将测得的数据传递至数据采集器13上，然后在计算机14绘制剪切应力应变曲线。
原位剪切实验通过围压千斤顶16与承压钢板8共同作用给原位试样1加载一定量的初始围压，然后启动剪切装置3，通过剪切千斤顶10为原位试样1施加侧向压力，实现对原位试样1的剪切，依据实验要求，调节围压千斤顶16与剪切千斤顶10压力之间的约束关系，测试在不同围压下，原位试样1抗剪切能力大小。
原位渗流实验时：在原位试样1的两个相对的侧面设置试样围压装置4，在原位试样1的顶面设置法向荷载装置2，原位试样1剩下的两个侧面设置渗流试验装置5；设置围压装置4的两个侧面和设置法向荷载装置2的顶面均进行隔水密封；渗流试验装置5包括加压泵17、加压水管18、加压水箱19和渗流水槽20，加压水箱19设置在原位试样1临空面高度为100mm的一侧的外部，加压泵17通过加压水管18与加压水箱19连接，加压水箱19通过加压水管18与渗流水槽20连接，渗流水槽20与原位试样1的一个侧面贴合，与设置渗流水槽20相对的一侧紧贴原位试样1侧面向下开挖深度为1000mm的槽，并在槽中由上至下等距离安装十个集水槽11；渗流水槽20向原位试验1内部注水，集水槽11收集通过原位试样1渗出的水流量；法向荷载装置2对原位试样1顶部进行加载，可模拟不同堆载深度层位的渗流规律；原位试样1进行渗流试验之后，进一步采用剪切装置4进行充水原位试样1的抗剪强度试验，测定不同饱和、渗透状态下的抗剪强度。
原位渗流实验通过轴向液压千斤顶7、围压千斤顶16给原位试样1加载一定量的初始围压和法向载荷，然后启动渗流试验装置5，依据实验要求，调节围压、法向载荷与渗流压力之间的约束关系，测试在不同载荷、不同围压下，原位试样1渗流能力大小。
承压岩石力学性质测定依靠上述法向荷载装置2、剪切装置3、围压装置4和渗流试验装置5共同完成，根据需要测试的承压力学性质，在原位试样1上分别进行原位载荷、原位剪切、原位渗流实验中的一项或者多项，人工模拟原位试样所处的不同环境，取样测定岩石在该环境下的力学性质。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其它的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
以上所述，仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何细微修改、等同替换和改进，均应包含在本发明技术方案的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种半固结松散体原位实验方法，其特征在于：
在实验场地原位开挖一个“回”字形坑，内“口”字为原位试样（1）；
原位载荷实验时：在原位试样（1）的四个侧面分别设置试样围压装置（4），在原位试样（1）的顶面设置法向荷载装置（2）；
原位剪切实验时：在原位试样（1）的两个相对的侧面设置试样围压装置（4），原位试样（1）剩下的两个侧面中有一个侧面设置剪切装置（3）；
原位渗流实验时：在原位试样（1）的两个相对的侧面设置试样围压装置（4），在原位试样（1）的顶面设置法向荷载装置（2），原位试样（1）剩下的两个侧面设置渗流试验装置（5），设置围压装置（4）的两个侧面和设置法向荷载装置（2）的顶面均进行隔水密封；
所述渗流试验装置（5）包括加压泵（17）、加压水管（18）、加压水箱（19）和渗流水槽（20）；加压水箱（19）设置在原位试样（1）一侧的外部，加压泵（17）通过加压水管（18）与加压水箱（19）连接，加压水箱（19）通过加压水管（18）与渗流水槽（20）连接，渗流水槽（20）与原位试样（1）的一个侧面贴合，与设置渗流水槽（20）相对的一侧紧贴原位试样（1）侧面向下开挖槽，并在槽中由上至下等距离安装十个集水槽（11）。
2.根据权利要求1所述的一种半固结松散体原位实验方法，其特征在于：所述法向荷载装置（2）包括肋板（6）、轴向液压千斤顶（7）、两块承压钢板（8）和滚动钢柱（9）；两块承压钢板（8）层叠设置，两块承压钢板（8）之间设有滚动钢柱（9），下层承压钢板（8）的下表面与原位试样（1）顶面贴合，上层承压钢板（8）上表面设有肋板（6），轴向液压千斤顶（7）位于肋板（6）的上方。
3.根据权利要求2所述的一种半固结松散体原位实验方法，其特征在于：所述上层承压钢板（8）上表面设置的肋板（6）为交叉设置，交叉点为承压钢板（8）的中点，轴向液压千斤顶（7）位于肋板（6）的交叉点上。
4.根据权利要求1所述的一种半固结松散体原位实验方法，其特征在于：所述剪切装置（3）包括剪切千斤顶（10）、承压钢板（8）、位移引伸计（12）、数据采集器（13）和计算机（14）；剪切千斤顶（10）一端固定在外“口”字侧壁上，另一端抵住承压钢板（8）的外侧面，承压钢板（8）的内侧面与原位试样（1）的侧面贴合，位移引伸计（12）安装于承压钢板（8）与剪切千斤顶（10）接触的面，位移引伸计（12）的方向与接触面的法向平行，位于接触面的中心，位移引伸计（12）通过数据采集器（13）与计算机（14）连接。
5.根据权利要求1所述的一种半固结松散体原位实验方法，其特征在于：所述试样围压装置（4）包括围压千斤顶（16）、两块承压钢板（8）和滚动钢柱（9）；两块承压钢板（8）层叠设置，两块承压钢板（8）之间设有滚动钢柱（9），围压千斤顶（16）一端固定在外“口”字侧壁上，另一端抵住外层承压钢板（8）的外侧面，内层承压钢板（8）的内侧面与原位试样（1）的侧面贴合。
6.根据权利要求1所述的一种半固结松散体原位实验方法，其特征在于：所述原位试样（1）外侧包裹柔性封装袋（15）。
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