CN205228856U - 一种软弱夹层原状样的取样及试验装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种软弱夹层原状样的取样及试验装置，包括取样管，以及位于取样管两端管口中的顶部水泥封面和底部水泥封面，顶部水泥封面和底部水泥封面封闭取样管两端的开口构成软弱夹层原状样封装区，软弱夹层原状样封装区外设有垫块，所述垫块包括顶部垫块和底部垫块，顶部垫块位于顶部水泥封面外表面上、底部垫块位于底部水泥封面外表面上，顶部垫块与顶部水泥封面的接触面积不大于顶部水泥封面的表面积，顶部垫块的厚度为软弱夹层原状样高度的1/7～2/7倍；该装置携带方便，室内试验操作简单，在尽可能少的扰动软弱夹层的情况下，能够保证取得野外软弱夹层是原状样。

Description

一种软弱夹层原状样的取样及试验装置

技术领域

本实用新型涉及一种软弱夹层原状样的取样及试验装置，属于土工试验装置技术领域。

背景技术

软弱夹层是具有一定厚度、力学强度低、压缩变形大、遇水易软化的岩层，通常作为地质薄弱面，软弱夹层的存在对工程的影响不言而喻，许多大型边坡都是沿着软弱夹层破坏。大多数软弱夹层在宏观结构和物质组成上均与上下岩层存在较大差异，导致其工程地质性质与上下岩层显著不同。若边坡岩体中存在软弱夹层，很容易发生层间错动变形、扭曲变形或者塑性挤出变形，形成潜在的滑移面，往往控制着边坡的破坏模式。因此，选取合理的软弱夹层力学参数进行边坡的稳定性评价具有重要的意义。

在含软弱夹层边坡的稳定性分析中，确定软弱夹层的抗剪强度参数非常重要。获取软弱夹层抗剪强度参数的方法有多种，常用的有现场原位抗剪断试验和室内抗剪断试验，然而，现实情况是这两种方法均存在不足之处。

现场原位剪切试验不足之处：(1)试验设备笨重、操作复杂、工期长、费用高；(2)原位测试的试件的性质也仅代表某一范围内的岩体结构面性质，需要进行多次不同地方的试验，才能了解大范围区域内结构面的性质。基于上述不足，一般通过室内结构面抗剪断试验进行边坡结构的稳定性分析，但室内结构面抗剪断试验也存在很多问题，由于软弱夹层一般比较破碎，室内试验获取软弱夹层的抗剪强度参数主要是通过重塑样，进行抗剪断试验，试样由于受到扰动，其结果有一定的偏差。因此需要一种对软弱夹层原状样进行取样和试验的装置。

发明内容

本实用新型的目的在于克服现有技术中室内结构面抗剪断试验需要重塑样的问题，而提供一种对软弱夹层原状样的进行取样和室内原位试验的装置。

实现本实用新型目的所采用的技术方案为，一种软弱夹层原状样的取样及试验装置，包括取样管，以及位于取样管两端管口中的顶部水泥封面和底部水泥封面，顶部水泥封面和底部水泥封面封闭取样管两端的开口构成软弱夹层原状样封装区，软弱夹层原状样封装区外设有垫块，所述垫块包括顶部垫块和底部垫块，顶部垫块位于顶部水泥封面外表面上、底部垫块位于底部水泥封面外表面上，顶部垫块与顶部水泥封面的接触面积不大于顶部水泥封面的表面积，顶部垫块的厚度为软弱夹层原状样高度的1/7～2/7倍。

所述垫块包括顶部垫块、底部垫块和侧向垫块，侧向垫块位于取样管的外表面上。

所述取样管为钢管，顶部垫块、底部垫块和侧向垫块均为垫块。

所述取样管管口处的管壁外缘设有倒角。

由上述技术方案可知，本实用新型提供的软弱夹层原状样的取样及试验装置，顶部水泥封面和底部水泥封面封闭取样管两端的开口构成软弱夹层原状样封装区，切割后的岩样封装于软弱夹层原状样封装区中，确保内部岩样为原状样；为保证软弱夹层原状样受力均匀，顶部水泥封面和底部水泥封面上分别设有顶部垫块和底部垫块，顶部垫块和底部垫块均为混凝土垫块，其自身的结构强度大于水泥封面，通过混凝土垫块施加法向力，确保软弱夹层原状样在法向受力均匀，保证试验结果的准确性；取样管的外表面上设有侧向垫块，当软弱夹层原状样的尺寸小于直剪仪的剪切盒尺寸时，侧向垫块置于剪切盒中用于抵紧剪切盒和取样管，侧向垫块为混凝土垫块，其自身的结构强度大于取样管，通过混凝土垫块施加切向力，确保软弱夹层原状样在切向受力均匀，保证试验结果的准确性；抗剪断试验中，由于法向力通过顶部垫块均匀施加于软弱夹层原状样，设计顶部垫块的厚度为软弱夹层原状样高度的1/7～2/7倍，使得顶部垫块具有一定厚度以满足试验需要，同时厚度适当确保法向力加载装置可施加竖直向下的法向力，并且顶部垫块的自重会不会影响实验结果。

取样时，岩样切割成型后在其上套设取样管，为保证试验结果准确性，切割岩样时切割的岩样的尺寸略大于取样管内腔尺寸，使得取样管紧密套于岩样上，因此安装取样管即取样管取样时需克服超出取样管内腔的岩体所造成的阻力，取样管管口处的管壁外缘设置倒角，使得取样管管口处的管壁构成切割刃，切割刃切割超出取样管内腔的岩体，便于取样管进行取样。

与现有技术相比，本实用新型的装置携带方便，室内试验操作简单，在尽可能少的扰动软弱夹层的情况下，能够保证取得野外软弱夹层是原状样。

附图说明

图1为本实用新型提供的软弱夹层原状样的取样及试验装置的结构示意图。

图2为本实用新型提供的软弱夹层原状样的取样及试验装置的使用示意图。

其中，1-取样管，2-顶部水泥封面，3-底部水泥封面，4-顶部垫块，5-底部垫块，6-侧向垫块，7-上剪切盒，8-下剪切盒，9-法向力加载装置，10-正向切向力加载装置，11-反向切向力加载装置，12-切割缝。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本实用新型进行详细具体说明。

本实用新型提供的软弱夹层原状样的取样及试验装置，其结构如图1所示，包括取样管1，以及位于取样管两端管口中的顶部水泥封面2和底部水泥封面3，顶部水泥封面和底部水泥封面封闭取样管两端的开口构成软弱夹层原状样封装区，软弱夹层原状样封装区外设有垫块，所述垫块包括顶部垫块4、底部垫块5和侧向垫块6，顶部垫块4位于顶部水泥封面2外表面上，底部垫块5位于底部水泥封面3外表面上，侧向垫块6位于取样管1的外表面上，顶部垫块与顶部水泥封面的接触面积不大于顶部水泥封面的表面积，顶部垫块的厚度为软弱夹层原状样高度的1/7～2/7倍，所述取样管优选钢管，取样管1管口处的管壁外缘设有倒角形成切割刃，顶部垫块、底部垫块和侧向垫块均为垫块。

将上述装置用于软弱夹层原状样的取样及室内原位试验，参见图2，具体步骤如下：

(1)选定取样点，以厚度较大、露头较好的软弱夹层为取样点，对取样点处软弱夹层岩体按设计尺寸进行切割，形成底部与岩体固连的立方体岩样，将钢质取样管1套于立方体岩样上，首先将钢质取样管前端套于立方体岩样顶部，随后通过橡胶软质锤敲打钢质取样管尾端使之套于立方体岩样上，切割立方体岩样的底部使之与岩体分离；

(2)将水泥涂覆于立方体岩样的两端形成水泥封面，顶部水泥封面2、底部水泥封面3和钢质取样管封闭立方体岩样，得到软弱夹层原状样；

(3)在钢质取样管的中部沿周向对钢质取样管管壁进行截断切割，切割缝12将钢质取样管1分割为上下两部分形成抗剪断试验的上盘和下盘；

(4)在软弱夹层原状样的顶部水泥封面2和底部水泥封面3上分别放置顶部垫块4和底部垫块5并将切割后的软弱夹层原状样置于直剪仪的剪切盒中，使得上盘位于上剪切盒7中同时下盘位于下剪切盒8中；

(5)进行抗剪断试验的法向力、正向切向力和反向切向力的加载，在顶部垫块的对称中心上通过法向力加载装置9施加法向力，同时在上剪切盒和下剪切盒的两相对表面上通过正向切向力加载装置10和反向切向力加载装置11分别施加正向切向力和反向切向力，记录软弱夹层原状样被剪断时加载的法向力、正向切向力和反向切向力的矢量参数。

(6)在剪断后分离的上盘和下盘的剪切面上涂覆水泥形成二次水泥封面，涂覆二次水泥封面的上盘和下盘形成两个二次软弱夹层原状样，重复步骤(3)，对上盘和下盘分别加载正向切向力和反向切向力，对二次软弱夹层原状样进行不同轴压下(切向力不同)的直剪试验。

本方法中选用1000KN的大型直剪仪(轴向及水平向最大出力为1000KN，轴向变形测量范围为0～50mm，水平向变形测量范围为0～100mm)，1000KN的大型直剪仪上剪切盒与下剪切盒的内腔尺寸均为50cm*50cm*20cm，立方体岩样的尺寸为35.3cm*35.3cm*35.3cm，钢质取样管的内腔尺寸为35cm*35cm*35cm、壁厚为5mm，试样尺寸小于剪切盒，可向剪切盒中放置侧向垫块抵紧剪切盒和取样管，顶部垫块、底部垫块和侧向垫块的尺寸分别为34cm*34cm*5cm35cm*50cm*3cm、50cm*15cm*20cm。

上述实施例仅为本实用新型的较佳的实施方式，除此之外，本实用新型还可以有其他实现方式。需要说明的是，在没有脱离本实用新型构思的前提下，任何显而易见的改进和修饰均应落入本实用新型的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种软弱夹层原状样的取样及试验装置，其特征在于：包括取样管，以及位于取样管两端管口中的顶部水泥封面和底部水泥封面，顶部水泥封面和底部水泥封面封闭取样管两端的开口构成软弱夹层原状样封装区，软弱夹层原状样封装区外设有垫块，所述垫块包括顶部垫块和底部垫块，顶部垫块位于顶部水泥封面外表面上、底部垫块位于底部水泥封面外表面上，顶部垫块与顶部水泥封面的接触面积不大于顶部水泥封面的表面积，顶部垫块的厚度为软弱夹层原状样高度的1/7～2/7倍。

2.根据权利要求1所述的软弱夹层原状样的取样及试验装置，其特征在于：所述垫块包括顶部垫块、底部垫块和侧向垫块，侧向垫块位于取样管的外表面上。

3.根据权利要求2所述的软弱夹层原状样的取样及试验装置，其特征在于：所述取样管为钢管，顶部垫块、底部垫块和侧向垫块均为混凝土垫块。

4.根据权利要求1或2或3所述的软弱夹层原状样的取样及试验装置，其特征在于：所述取样管管口处的管壁外缘设有倒角。