CN113970493A - 现场粗粒土大型直剪下剪应力-应变曲线试验试样的测试装置及其测试方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了现场粗粒土大型直剪下剪应力‑应变曲线试验试样的测试装置及其测试方法，在试验场地挖设直剪试验试坑(1)，直剪试验试坑(1)的底部铺设防渗层并回填粗粒土，直剪试验试坑(1)内设置多组粗粒土试样(10)，直剪试验试坑(1)内设置注水区(5)和未注水区(32)，未注水区(32)内设置有试样准备区(33)，所述注水区(5)和未注水区(32)内均设置有多组粗粒土试样(10)。本发明可在野外现场直接进行试样的制作，并通过模拟不同工程现场岩土体的实际情况，得出干湿循环作用对现场抗剪强度影响的试验分析数据。
Description
技术领域
本发明涉及土力学试验技术领域，具体涉及现场粗粒土大型直剪下剪应力-应变曲线试验试样的测试装置及其测试方法。
背景技术
粗粒土是指粒径为0.075～60mm的颗粒含量(质量比)大于50％的土石混合料。粗粒土的成因一般比较复杂，其颗粒大小不一，物质成分复杂，结构分布不规则，不均匀系数较大，而且渗透系数相差悬殊。组成粗粒土的各种组分在外荷载作用下的力学性质有很大差异，同时它们之间又存在着极其复杂的相互作用，是非常复杂的不连续介质材料。粗粒土的这些特性决定了它的工程性质十分复杂，给粗粒土的研究带来了很多困难。随着岩土力学的发展和大规模岩体工程的建设，尤其是道路和水利水电工程建设的发展，土石混合料经常作为一种填料应用在工程建设中，它作为一种特殊的岩土介质，越来越受到国内外学者的重视，这种岩土材料的力学特性与其内部结构、尺寸效应、颗粒形状和粒度组成都有很大的关系。雨水降渗和蒸发、地下水位上升和下降等水环境的变化是较为常见的自然现象，水的反复浸润导致颗粒之间原有的摩擦平衡状态被打破以及颗粒强度的降低，从而在一定范围内出现颗粒棱角的破碎和颗粒位置的迁移，使粗粒土的强度和应力应变特性等力学性质发生改变。因此，干湿循环作为一种影响粗粒土长期力学性质变化的重要因素是不能忽视的，尤其对于消落带高填方工程。
然而，目前粗粒土在干湿循环条件下的力学性质变化并没有得到足够的重视，主要表现为很多干湿循环试验中的研究对象根本没有粗粒土，或者只是采用简易的干湿循环方法进行研究。另外，许多学者采用室内试验的方法来研究干湿循环作用对粗粒土抗剪强度的影响。室内试验粗粒土试样为重塑试样，原来的胶结作用已经遭到破坏，干湿循环作用所产生的裂隙的发育受到尺寸、试验条件的限制，难以完全反应对抗剪强度的影响。实际工程中，受现场条件的限制，关于干湿循环作用对现场抗剪强度影响的研究尚不多见。
现阶段，粗粒土的干湿循环主要在室内采用浸水湿化和自然晾干的方法。其中自然凉干所需时间长，脱水效果差，严重限制了对此类问题的研究。
发明内容
针对现有技术中存在的不足，本发明的第一个目的在于提供现场粗粒土大型直剪下剪应力-应变曲线试样的测试装置。本发明可在野外现场直接进行试样的制作，并通过模拟不同工程现场岩土体的实际情况，得出干湿循环作用对现场抗剪强度影响的试验分析数据。
为解决上述技术问题，本发明通过下述技术方案实现：
现场粗粒土大型直剪下剪应力-应变曲线试样的测试装置，其特征在于：在试验场地挖设直剪试验试坑，直剪试验试坑的底部铺设防渗层并回填粗粒土，直剪试验试坑内设置多组粗粒土试样，直剪试验试坑内设置注水区和未注水区，未注水区内设置有试样准备区，所述注水区和未注水区内均设置有多组粗粒土试样，粗粒土试样外侧套设剪切盒，直剪试验试坑内设置试验框架***，试验框架***与粗粒土试样之间设置竖向压力装置和水平剪切装置。
进一步的：所述防渗层包括依次铺设在直剪试验试坑底部的第一层粘土、土工膜和第二层粘土；注水区和试样准备区内的多组粗粒土试样按区设置。
进一步的：所述试验框架***包括门字型框架，门字型框架底部的两侧对应设置第一支架，第一支架与门字型框架之间设置斜支架作为加固，斜支架上放置有配重块；所述直剪试验试坑内在回填粗粒土后挖设多个试验槽，注水区、未注水区以及试样准备区(33)沿着试验槽长度方向设置。
进一步的：所述注水区内的粗粒土试样顶部插设有加热棒和温度传感器，加热棒和温度传感器均与自动跳闸装置连接，所述加热棒在粗粒土试样上所处的位置能够保证粗粒土试样顺利完成干湿循环处理。
进一步的：所述竖向压力装置包括竖向力传感器、竖向千斤顶和竖向位移传感器，门字型框架顶部的横梁上设置可滑动的承压板，承压板通过竖向力传感器与竖向千斤顶连接，竖向千斤顶下方设置盖板，盖板设置在粗粒土试样的上方，竖向位移传感器与剪切盒侧壁相连接。
进一步的：所述水平剪切装置包括水平千斤顶、水平位移传感器和水平力传感器，水平千斤顶固定设置在门字型框架侧边的支撑杆上，水平千斤顶的伸出端通过水平力传感器与剪切盒侧壁相顶，水平位移传感器与水平千斤顶相连接。
本发明的第二个目的在于：提供一种现场粗粒土大型直剪下剪应力-应变曲线试验试样测试装置的测试方法，所述测试方法包括如下步骤：
S1、在直剪试验试坑内开挖多个并排设置的试验槽，在直剪试验试坑内划分出未注水区和注水区，注水区内划分出试样准备区；
S2、在试样准备区内采用整体试样饱和法进行一次干湿循环处理，然后采用自然晾干法晾干；整体试样在自然晾干期间内，进行以下步骤：
S2-1、在未注水区进行干性粗粒土试样的制作，并进行直剪试验；
S2-2、在注水区内的试样准备区以外区域采用单个试样饱和法进行一次干湿循环处理，然后进行直剪试验；
S2-3、在注水区内的试样准备区以外区域采用单个试样饱和法和加热棒加热法进行二次干湿循环处理，然后进行直剪试验；
S3、晾干完成后，在试样准备区划分出第一试验区，并对试样准备区内第一试验区以外的区域采用整体试样饱和法进行二次干湿循环处理，然后采用自然晾干法晾干；
S3-1、自然晾干期间内，在第一试验区采用单个试样饱和法和加热棒加热法进行三次干湿循环处理，然后进行直剪试验；
S4、晾干完成后，在试样准备区划分出第二试验区，并对第二试验区以外的区域采用整体试样饱和法进行二次干湿循环处理，然后采用自然晾干法晾干；
S4-1、自然晾干期间内，在第二试验区采用单个试样饱和法和加热棒加热法进行四次干湿循环处理，然后进行直剪试验；
S5、重复步骤S4，直至完成所有直剪试验。
进一步的：整体试样饱和法的操作步骤为：对试样准备区内的试验槽两端进行封堵处理后在试验槽内注水，水在24小时内对试验槽周围的粗粒土进行渗透；自然晾干法的操作步骤为：将渗透完毕的粗粒土放置一周。
进一步的：单个试样饱和法的操作步骤为：
T1：在相邻两个试验槽之间确定粗粒土试样点的位置后进行手动制样，以盖板的直径为粗粒土试样的取用直径，将盖板周围土体用小铲铲出，形成注水坑，注水坑内剩余的粗粒土为试验所用的粗粒土试样，粗粒土试样至注水坑坑壁之间的空间为注水空间；
T2、在粗粒土试样外侧套上剪切盒，用细料将剪切盒与粗粒土试样之间的空缺处填满并进行击实；
T3、往注水空间和粗粒土试样的顶部注水，并在注水空间内维持一定的水面高度，使得粗粒土试样能够完成饱和处理，此时，粗粒土试样完成了一次干湿循环处理；
加热棒加热法的操作步骤为：
采用手钻在粗粒土试样顶面均匀施工多个钻孔，在钻孔内放置加热棒和温度传感器，加热棒和温度传感器连接自动跳闸装置，加热棒进行持续加热，直至粗粒土试样四周和顶部的注水被蒸发。
进一步的：直剪试验的操作步骤为：
R1、在需测试的粗粒土试样周边放置试验框架***，门字型框架的两个第一支架分别放置在相邻两个不同试验槽内，同时确保门字型框架能够水平放置，清理粗粒土试样周边的粗粒土，保证水平千斤顶能够正常工作；
R2、进行直剪试验，通过竖向千斤顶对需测试的粗粒土试样施加相应的竖向荷载，此时竖向力传感器有相应读数；
R3、竖向荷载施加到指定的数值后，通过水平千斤顶对需测试的粗粒土试样施加水平荷载，直至将粗粒土试样剪破坏，记录数值，拆除试验框架***。
本发明与现有技术相比，具有以下优点及有益效果：
本发明采用的试样体积较大，因而试验结果比传统小试样直剪试验所得结果更准确，本发明的试验土样是原状土，扰动较小，可以真实反应试样在干湿循环作用下由胶结作用产生的的黏结强度的劣化情况；本发明可以反应干湿循环作用下试样由于水的渗透其力学性质的变化，有效地模拟水库岸坡消落带岩石所处的环境条件。
附图说明
图1是本发明的试验场地直剪试验试坑的示意图；
图2是本发明的结构示意图；
图3是试验框架***的结构示意图；
图4是加热棒进行干湿循环处理的结构示意图；
图5是水平管的结构示意图；
图6是配重的结构示意图；
图7是四次干湿循环后粗粒土试样的剪应力与水平位移的关系曲线图；
图8是四次干湿循环后粗粒土试样的剪应力与法向应力的关系曲线图；
图9是五次干湿循环粗粒土试样的剪应力与水平位移的关系曲线图；
图10是五次干湿循环粗粒土试样的剪应力与法向应力的关系曲线图；
图11是本发明的施工流程图。
附图标记：1-试验试坑；2-第一层粘土；3-土工膜；4-第二层粘土；5-注水区；6-试验槽；7-粘土堵体；8-盖板；9-水平管；10-粗粒土试样；11-剪切盒；12-水平力传感器；13-加热棒；14-温度传感器；15-自动跳闸装置；16-试验框架***；17-配重块；18-斜支架；19-竖向力传感器；20-竖向位移传感器；22-水平尺；23-透明管；24-软管；25-通气孔；26-伸缩支架；27-第一支架；28-水平千斤顶；29-竖向千斤顶；30-承压板；31-水平位移传感器；32-未注水区；33-试样准备区；34-第一试验区；35-第二试验区；36-注水坑。
具体实施方式
为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合具体实施例对本发明的优选实施方案进行描述，但是应当理解，附图仅用于示例性说明，不能理解为对本发明的限制；为了更好说明本实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。附图中描述位置关系仅用于示例性说明，不能理解为对本发明的限制。
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明，但并不作为对本发明限制的依据。
如图1至11所示，现场粗粒土大型直剪下剪应力-应变曲线试样的测试装置，在试验场地挖设直剪试验试坑1，直剪试验试坑1的底部铺设防渗层并回填粗粒土，直剪试验试坑1内设置多组粗粒土试样10(在本实施例中，粗粒土试样10高度为300mm，直径为500mm)，直剪试验试坑1内设置注水区5和未注水区32，未注水区32内设置有试样准备区33，所述注水区5和未注水区32内均设置有多组粗粒土试样10，粗粒土试样10外侧套设剪切盒11，直剪试验试坑1内设置试验框架***16，试验框架***16与粗粒土试样10之间设置竖向压力装置和水平剪切装置。
所述防渗层包括依次铺设在直剪试验试坑1底部的第一层粘土2、土工膜3和第二层粘土4；注水区5和试样准备区33内的多组粗粒土试样10按区设置。
所述试验框架***16包括门字型框架，门字型框架底部的两侧对应设置第一支架27，第一支架27与门字型框架之间设置斜支架18作为加固，斜支架18上放置有配重块17；所述直剪试验试坑1内在回填粗粒土后挖设多个试验槽6，注水区5、未注水区32以及试样准备区33沿着试验槽6长度方向设置；配重块17有编织袋和内部的粗粒土5构成，在本实施例中，每根斜支架18上放置两个配重块17。设置配重块17可保证门字型框架的稳定，防止竖向千斤顶29工作时将门字型框架顶离地面。
所述注水区5内的粗粒土试样10顶部插设有加热棒13和温度传感器14，加热棒13和温度传感器14均与自动跳闸装置15连接，所述加热棒13在粗粒土试样10上所处的位置能够保证粗粒土试样10顺利完成干湿循环处理，自动跳闸装置15设定温度为50℃。
优选的，采用三根或四根加热棒13，并在粗粒土试样10上呈等边三角型或平行四边形布置，所述加热棒13在粗粒土试样10上距剪切盒11边缘100mm处布置。加热棒13在粗粒土试样10上的***深度为50mm左右，并且深度可根据剪切盒11的高度进行延长，加热棒13的直径为粗粒土试样10直径的1/50，其形状为圆柱体或棱柱体。
所述竖向压力装置包括竖向力传感器19、竖向千斤顶29和竖向位移传感器20，门字型框架顶部的横梁上设置可滑动的承压板30，承压板30通过竖向力传感器19与竖向千斤顶29连接，竖向千斤顶29下方设置盖板8，盖板8设置在粗粒土试样10的上方，竖向位移传感器20与剪切盒11侧壁相连接。
所述水平剪切装置包括水平千斤顶28、水平位移传感器31和水平力传感器12，水平千斤顶28固定设置在门字型框架侧边的支撑杆上，水平千斤顶28的伸出端通过水平力传感器12与剪切盒11侧壁相顶，水平位移传感器31与水平千斤顶28相连接。竖向压力装置和水平剪切装置均与数据采集设备相连接。
本发明还提供一种现场粗粒土大型直剪下剪应力-应变曲线试验试样测试装置的测试方法，所述测试方法包括如下步骤：
S1、在直剪试验试坑1内开挖多个并排设置的试验槽6，在直剪试验试坑1内划分出未注水区32和注水区5，注水区5内划分出试样准备区33；
S2、在试样准备区33内采用整体试样饱和法进行一次干湿循环处理，然后采用自然晾干法晾干；整体试样在自然晾干期间内，进行以下步骤：
S2-1、在未注水区32进行干性粗粒土试样的制作，并进行直剪试验；
S2-2、在注水区5内的试样准备区33以外区域采用单个试样饱和法进行一次干湿循环处理，然后进行直剪试验；
S2-3、在注水区5内的试样准备区33以外区域采用单个试样饱和法和加热棒加热法进行二次干湿循环处理，然后进行直剪试验；
S3、晾干完成后，在试样准备区33划分出第一试验区34，并对试样准备区33内第一试验区34以外的区域采用整体试样饱和法进行二次干湿循环处理，然后采用自然晾干法晾干；
S3-1、自然晾干期间内，在第一试验区34采用单个试样饱和法和加热棒加热法进行三次干湿循环处理，然后进行直剪试验；
S4、晾干完成后，在试样准备区33划分出第二试验区35，并对第二试验区35以外的区域采用整体试样饱和法进行二次干湿循环处理，然后采用自然晾干法晾干；
S4-1、自然晾干期间内，在第二试验区35采用单个试样饱和法和加热棒加热法进行四次干湿循环处理，然后进行直剪试验；
S5、重复步骤S4，直至完成所有直剪试验。
整体试样饱和法的操作步骤为：对试样准备区33内的试验槽6两端进行封堵处理(在本实施例中，采用粘土堵体7进行封堵)后在试验槽6内注水，水在24小时内对试验槽6周围的粗粒土进行渗透；自然晾干法的操作步骤为：将渗透完毕的粗粒土放置一周。
单个试样饱和法的操作步骤为：
T1：在相邻两个试验槽6之间确定粗粒土试样点的位置后进行手动制样，以盖板8的直径为粗粒土试样10的取用直径，将盖板8周围土体用小铲铲出，形成注水坑36，注水坑36内剩余的粗粒土为试验所用的粗粒土试样10，粗粒土试样10至注水坑36坑壁之间的空间为注水空间；
T2、在粗粒土试样10外侧套上剪切盒11，用细料将剪切盒11与粗粒土试样10之间的空缺处填满并进行击实；
T3、往注水空间和粗粒土试样2的顶部注水，并在注水空间内维持一定的水面高度(在本实施例中，水面高度维持在10cm)，使得粗粒土试样10能够完成饱和处理，此时，粗粒土试样10完成了一次干湿循环处理；
加热棒加热法的操作步骤为：
采用手钻在粗粒土试样10顶面均匀施工多个钻孔，在钻孔内放置加热棒13和温度传感器14，加热棒13和温度传感器14连接自动跳闸装置15，加热棒13进行持续加热(在本实施例中，温度传感器14与加热棒13的距离在50mm左右，加热棒13进行持续加热8h)，直至粗粒土试样10四周和顶部的注水被蒸发。
直剪试验的操作步骤为：
R1、在需测试的粗粒土试样10周边放置试验框架***16，门字型框架的两个第一支架27分别放置在相邻两个不同试验槽6内，同时确保门字型框架能够水平放置，清理粗粒土试样10周边的粗粒土，保证水平千斤顶28能够正常工作；
R2、进行直剪试验，通过竖向千斤顶29对需测试的粗粒土试样10施加相应的竖向荷载，此时竖向力传感器19有相应读数；
R3、竖向荷载施加到指定的数值后，通过水平千斤顶28对需测试的粗粒土试样10施加水平荷载，直至将粗粒土试样10剪破坏，记录数值，拆除试验框架***16。
在步骤S1中，先在选定的试验场地开挖直剪试验试坑1(本实施例中，直剪试验试坑1的长度为20m，底宽为2m，上宽为5m，深度为1.2m)，然后在直剪试验试坑1的底部依次铺设第一层粘土2、土工膜3和第二层粘土4(在本实施例中，第二层粘土4的厚度为10cm)，再然后按照场平区填筑技术要求，在第二层粘土4上分层回填碾压粗粒土，共填筑两层，即先单层虚铺80cm，并振动碾压6遍，压实后粗粒土厚度为50cm，在已压实好的粗粒土上再虚铺80cm，并振动碾压6遍，压实后粗粒土厚度一共为100cm。
在本实施例中，干性粗粒土试样试验、一次干湿循环处理的粗粒土试样试验、二次干湿循环处理的粗粒土试样试验以及后期多次干湿循环处理的粗粒土试样试验均设置有一组4个粗粒土试样进行直剪试验；即分别在相邻两个试验槽6内设置4个粗粒土试样进行试验，如图11所示。
所述步骤R1中，当门字型框架的两个第一支架27需要分别放置在相邻两个不同试验槽6内时，先用水平管9测量两个试验槽6的深度，确保两个试验槽6的深度一致，再将配重块17放置在斜支架18上，对门字型框架进行稳定。
本发明采用整体试样饱和法和单个试样饱和法相结合进行试样的制作，加快试样的准备时间，提高效率。
所述水平管9包括刻度尺、透明管23、软管24以及可伸缩支架26，刻度尺具有两根，刻度尺上均设置有透明管23，两根透明管23在底部通过软管24相连，在透明管23内具有测量液，透明管23的顶部预留有通气孔25，在使用时打开，保证其与大气相连，并且可以通过该通气孔25向透明管23内注入测量液，刻度尺的底面设置一可伸缩支架26，使用时可以提升刻度尺的高度。
将两根刻度尺分别放在不同的两个试验槽6内，两根可伸缩支架26的高度保持一致，当两根透明管23内的测量液高度一致时，放置门字型框架，刻度尺上的数值由下至上逐渐增大，若两根透明管23内的测量液高度不一致时，通过对刻度尺数值小的试验槽6进行抛挖，使得两个试验槽6的测量液高度达到一致。
以图7和图8的试验结果可得出四次干湿循环下粗粒土试样10的内摩擦角φ为25.454°，粘聚力c为45kpa；以图9和图10的试验结果可得出五次干湿循环下粗粒土试样10的内摩擦角φ为24.986°，粘聚力c为32kpa；综上可见，粗粒土试样10经过干湿循环后内摩擦角和粘聚力均减小，其中粘聚力减小的幅度要大于内摩擦角，粗粒土试样10强度出现衰减劣化。
依据本发明的描述及附图，本领域技术人员很容易制造或使用本发明的现场粗粒土大型直剪下剪应力-应变曲线试验试样的测试装置及其测试方法，并且能够产生本发明所记载的积极效果。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明做任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化，均落入本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.现场粗粒土大型直剪下剪应力-应变曲线试样的测试装置，其特征在于：在试验场地挖设直剪试验试坑(1)，直剪试验试坑(1)的底部铺设防渗层并回填粗粒土，直剪试验试坑(1)内设置多组粗粒土试样(10)，直剪试验试坑(1)内设置注水区(5)和未注水区(32)，未注水区(32)内设置有试样准备区(33)，所述注水区(5)和未注水区(32)内均设置有多组粗粒土试样(10)，粗粒土试样(10)外侧套设剪切盒(11)，直剪试验试坑(1)内设置试验框架***(16)，试验框架***(16)与粗粒土试样(10)之间设置竖向压力装置和水平剪切装置。
2.根据权利要求1所述的现场粗粒土大型直剪下剪应力-应变曲线试样的测试装置，其特征在于：所述防渗层包括依次铺设在直剪试验试坑(1)底部的第一层粘土(2)、土工膜(3)和第二层粘土(4)；注水区(5)和试样准备区(33)内的多组粗粒土试样(10)按区设置。
3.根据权利要求1所述的现场粗粒土大型直剪下剪应力-应变曲线试样的测试装置，其特征在于：所述试验框架***(16)包括门字型框架，门字型框架底部的两侧对应设置第一支架(27)，第一支架(27)与门字型框架之间设置斜支架(18)作为加固，斜支架(18)上放置有配重块(17)；所述直剪试验试坑(1)内在回填粗粒土后挖设多个试验槽(6)，注水区(5)、未注水区(32)以及试样准备区(33)沿着试验槽(6)长度方向设置。
4.根据权利要求1所述的现场粗粒土大型直剪下剪应力-应变曲线试样的测试装置，其特征在于：所述注水区(5)内的粗粒土试样(10)顶部插设有加热棒(13)和温度传感器(14)，加热棒(13)和温度传感器(14)均与自动跳闸装置(15)连接，所述加热棒(13)在粗粒土试样(10)上所处的位置能够保证粗粒土试样(10)顺利完成干湿循环处理。
5.根据权利要求3所述的现场粗粒土大型直剪下剪应力-应变曲线试样的测试装置，其特征在于：所述竖向压力装置包括竖向力传感器(19)、竖向千斤顶(29)和竖向位移传感器(20)，门字型框架顶部设置可滑动的承压板(30)，承压板(30)通过竖向力传感器(19)与竖向千斤顶(29)连接，竖向千斤顶(29)下方设置盖板(8)，盖板(8)设置在粗粒土试样(10)的上方，竖向位移传感器(20)与剪切盒(11)侧壁相连接。
6.根据权利要求3所述的现场粗粒土大型直剪下剪应力-应变曲线试样的测试装置，其特征在于：所述水平剪切装置包括水平千斤顶(28)、水平位移传感器(31)和水平力传感器(12)，水平千斤顶(28)固定设置在门字型框架侧边的支撑杆上，水平千斤顶(28)的伸出端通过水平力传感器(12)与剪切盒(11)侧壁相顶，水平位移传感器(31)与水平千斤顶(28)相连接。
7.现场粗粒土大型直剪下剪应力-应变曲线试验试样测试装置的测试方法，其特征在于，所述测试方法包括如下步骤：
S1、在直剪试验试坑(1)内开挖多个并排设置的试验槽(6)，在直剪试验试坑(1)内划分出未注水区(32)和注水区(5)，注水区(5)内划分出试样准备区(33)；
S2、在试样准备区(33)内采用整体试样饱和法进行一次干湿循环处理，然后采用自然晾干法晾干；整体试样在自然晾干期间内，进行以下步骤：
S2-1、在未注水区(32)进行干性粗粒土试样的制作，并进行直剪试验；
S2-2、在注水区(5)内的试样准备区(33)以外区域采用单个试样饱和法进行一次干湿循环处理，然后进行直剪试验；
S2-3、在注水区(5)内的试样准备区(33)以外区域采用单个试样饱和法和加热棒加热法进行二次干湿循环处理，然后进行直剪试验；
S3、晾干完成后，在试样准备区(33)划分出第一试验区(34)，并对试样准备区(33)内第一试验区(34)以外的区域采用整体试样饱和法进行二次干湿循环处理，然后采用自然晾干法晾干；
S3-1、自然晾干期间内，在第一试验区(34)采用单个试样饱和法和加热棒加热法进行三次干湿循环处理，然后进行直剪试验；
S4、晾干完成后，在试样准备区(33)划分出第二试验区(35)，并对第二试验区(35)以外的区域采用整体试样饱和法进行三次干湿循环处理，然后采用自然晾干法晾干；
S4-1、自然晾干期间内，在第二试验区(35)采用单个试样饱和法和加热棒加热法进行四次干湿循环处理，然后进行直剪试验；
S5、重复步骤S4，直至完成所有直剪试验。
8.根据权利要求7所述的现场粗粒土大型直剪下剪应力-应变曲线试验试样测试装置的测试方法，其特征在于：整体试样饱和法的操作步骤为：对试样准备区(33)内的试验槽(6)两端进行封堵处理后在试验槽(6)内注水，水在24小时内对试验槽(6)周围的粗粒土进行渗透；自然晾干法的操作步骤为：将渗透完毕的粗粒土放置一周。
9.根据权利要求7所述的现场粗粒土大型直剪下剪应力-应变曲线试验试样测试装置的测试方法，其特征在于：单个试样饱和法的操作步骤为：
T1：在相邻两个试验槽(6)之间确定粗粒土试样点的位置后进行手动制样，以盖板(8)的直径为粗粒土试样(10)的取用直径，将盖板(8)周围土体用小铲铲出，形成注水坑(36)，注水坑(36)内剩余的粗粒土为试验所用的粗粒土试样(10)，粗粒土试样(10)至注水坑(36)坑壁之间的空间为注水空间；
T2、在粗粒土试样(10)外侧套上剪切盒(11)，用细料将剪切盒(11)与粗粒土试样(10)之间的空缺处填满并进行击实；
T3、往注水空间和粗粒土试样(2)的顶部注水，并在注水空间内维持一定的水面高度，使得粗粒土试样(10)能够完成饱和处理，此时，粗粒土试样(10)完成了一次干湿循环处理；
加热棒加热法的操作步骤为：
采用手钻在粗粒土试样(10)顶面均匀施工多个钻孔，在钻孔内放置加热棒(13)和温度传感器(14)，加热棒(13)和温度传感器(14)连接自动跳闸装置(15)，加热棒(13)进行持续加热，直至粗粒土试样(10)四周和顶部的注水被蒸发。
10.根据权利要求7所述的现场粗粒土大型直剪下剪应力-应变曲线试验试样测试装置的测试方法，其特征在于：直剪试验的操作步骤为：
R1、在需测试的粗粒土试样(10)周边放置试验框架***(16)，门字型框架的两个第一支架(27)分别放置在相邻两个不同试验槽(6)内，同时确保门字型框架能够水平放置，清理粗粒土试样(10)周边的粗粒土，保证水平千斤顶(28)能够正常工作；
R2、进行直剪试验，通过竖向千斤顶(29)对需测试的粗粒土试样(10)施加相应的竖向荷载，此时竖向力传感器(19)有相应读数；
R3、竖向荷载施加到指定的数值后，通过水平千斤顶(28)对需测试的粗粒土试样(10)施加水平荷载，直至将粗粒土试样(10)剪破坏，记录数值，拆除试验框架***(16)。
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN116735379A (zh) * | 2023-06-25 | 2023-09-12 | 福建省地质工程勘察院 | 实现大粒径岩土体现场干湿循环的试验结构及其试验方法 |
Citations (16)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH1164202A (ja) * | 1997-08-21 | 1999-03-05 | Fujita Corp | せん断強度試験装置およびせん断強度試験方法 |
| KR200277103Y1 (ko) * | 2002-02-25 | 2002-06-01 | 이경재 | 소방호스 건조타워 |
| JP2007198027A (ja) * | 2006-01-27 | 2007-08-09 | Jdc Corp | 原位置透水試験方法及びその装置 |
| CN103884607A (zh) * | 2014-03-28 | 2014-06-25 | 黄斌 | 一种粗粒土现场大型直剪试验设备 |
| CN105865938A (zh) * | 2016-04-01 | 2016-08-17 | 桂林理工大学 | 一种模拟土体承受荷载下进行干湿循环及直剪试验的方法 |
| CN106092773A (zh) * | 2016-06-12 | 2016-11-09 | 三峡大学 | 一种模拟浸泡‑风干循环作用的土体直剪试验装置及方法 |
| CN106124341A (zh) * | 2016-06-20 | 2016-11-16 | 三峡大学 | 一种土岩界面现场直剪试验试样制备及试验装置 |
| CN106771079A (zh) * | 2017-01-10 | 2017-05-31 | 中国地质大学（武汉） | 一种实现干湿循环和动力扰动的软岩剪切流变仪 |
| CN107817175A (zh) * | 2017-12-01 | 2018-03-20 | 河南省文物建筑保护研究院 | 一种渐进式干湿循环的试验装置与使用方法 |
| CN207717541U (zh) * | 2018-01-03 | 2018-08-10 | 中国电建集团华东勘测设计研究院有限公司 | 考虑干湿循环的岩土体剪切蠕变仪 |
| US20180252830A1 (en) * | 2015-08-27 | 2018-09-06 | Freie Universitaet Berlin | A method for determining the hydraulic permeability of rocks in a subsurface region |
| CN109946213A (zh) * | 2019-04-02 | 2019-06-28 | 东通岩土科技股份有限公司 | 水泥土渗透设备及渗透试验方法 |
| CN111044389A (zh) * | 2019-12-31 | 2020-04-21 | 浙江工业大学 | 模拟竖向荷载下干湿循环作用的直剪试验装置及试验方法 |
| US20210190672A1 (en) * | 2019-03-28 | 2021-06-24 | Qingdao university of technology | Device and method for dry-wet cycle simulation test of concrete in tidal zone and splash zone |
| CN113029752A (zh) * | 2021-03-15 | 2021-06-25 | 孟舒然 | 一种岩土力学试验用干湿循环装置 |
| CN216718072U (zh) * | 2021-09-23 | 2022-06-10 | 中国电建集团华东勘测设计研究院有限公司 | 现场粗粒土大型直剪下剪应力-应变曲线试验试样的测试装置 |
-
2021
- 2021-09-23 CN CN202111113652.2A patent/CN113970493B/zh active Active
Patent Citations (16)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH1164202A (ja) * | 1997-08-21 | 1999-03-05 | Fujita Corp | せん断強度試験装置およびせん断強度試験方法 |
| KR200277103Y1 (ko) * | 2002-02-25 | 2002-06-01 | 이경재 | 소방호스 건조타워 |
| JP2007198027A (ja) * | 2006-01-27 | 2007-08-09 | Jdc Corp | 原位置透水試験方法及びその装置 |
| CN103884607A (zh) * | 2014-03-28 | 2014-06-25 | 黄斌 | 一种粗粒土现场大型直剪试验设备 |
| US20180252830A1 (en) * | 2015-08-27 | 2018-09-06 | Freie Universitaet Berlin | A method for determining the hydraulic permeability of rocks in a subsurface region |
| CN105865938A (zh) * | 2016-04-01 | 2016-08-17 | 桂林理工大学 | 一种模拟土体承受荷载下进行干湿循环及直剪试验的方法 |
| CN106092773A (zh) * | 2016-06-12 | 2016-11-09 | 三峡大学 | 一种模拟浸泡‑风干循环作用的土体直剪试验装置及方法 |
| CN106124341A (zh) * | 2016-06-20 | 2016-11-16 | 三峡大学 | 一种土岩界面现场直剪试验试样制备及试验装置 |
| CN106771079A (zh) * | 2017-01-10 | 2017-05-31 | 中国地质大学（武汉） | 一种实现干湿循环和动力扰动的软岩剪切流变仪 |
| CN107817175A (zh) * | 2017-12-01 | 2018-03-20 | 河南省文物建筑保护研究院 | 一种渐进式干湿循环的试验装置与使用方法 |
| CN207717541U (zh) * | 2018-01-03 | 2018-08-10 | 中国电建集团华东勘测设计研究院有限公司 | 考虑干湿循环的岩土体剪切蠕变仪 |
| US20210190672A1 (en) * | 2019-03-28 | 2021-06-24 | Qingdao university of technology | Device and method for dry-wet cycle simulation test of concrete in tidal zone and splash zone |
| CN109946213A (zh) * | 2019-04-02 | 2019-06-28 | 东通岩土科技股份有限公司 | 水泥土渗透设备及渗透试验方法 |
| CN111044389A (zh) * | 2019-12-31 | 2020-04-21 | 浙江工业大学 | 模拟竖向荷载下干湿循环作用的直剪试验装置及试验方法 |
| CN113029752A (zh) * | 2021-03-15 | 2021-06-25 | 孟舒然 | 一种岩土力学试验用干湿循环装置 |
| CN216718072U (zh) * | 2021-09-23 | 2022-06-10 | 中国电建集团华东勘测设计研究院有限公司 | 现场粗粒土大型直剪下剪应力-应变曲线试验试样的测试装置 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 吴珺华、袁俊平: "干湿循环下膨胀土现场大型剪切试验研究", 岩土工程学报, vol. 35, no. 1, pages 103 - 107 * |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN116735379A (zh) * | 2023-06-25 | 2023-09-12 | 福建省地质工程勘察院 | 实现大粒径岩土体现场干湿循环的试验结构及其试验方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN113970493B (zh) | 2024-06-18 |
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