本發(fā)明專利技術的目的是提供一種模擬土體飽水-疏干循環(huán)過程，并研究土體飽水-疏干循環(huán)作用下靜止側壓力系數(shù)的方法。即一種土體飽水-疏干循環(huán)靜止側壓力系數(shù)測試方法，包括以下步驟：1）制備靜止側壓力系數(shù)測試所需要的試樣；2）使步驟1）中的試樣飽和；3）疏干；4）飽水；5）重復步驟3）、4）若干次；6）進行靜止側壓力系數(shù)測試。實現(xiàn)上述方法的裝置主要包括軸向加荷系統(tǒng)、土壓力傳感系統(tǒng)、水壓力傳感系統(tǒng)和壓力室。試驗時，試樣安放在所述陶土板和環(huán)形透水石上，所述試樣上安放試樣加載板，所述軸向加荷系統(tǒng)的傳力裝置穿過所述頂蓋后與試樣加載板相接觸。
【技術實現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術涉及土體基本力學特性的測試， 具體是一種在實驗室條件下模擬經(jīng)過飽水-疏干循環(huán)的土體，并對所述土體進行靜止側壓力系數(shù)測試。
技術介紹
土體的靜止側壓力系數(shù)是計算靜止土壓力、研究土與結構相互作用的關鍵參數(shù)，其是指土體在無側向變形條件(即側限條件)下側向有效應力與豎向有效應力之比。靜止側壓力系數(shù)能夠反映地基土體在其自重及上部荷載作用下引起的水平向應力大小，可用于計算土體作用于擋土結構物上的靜止土壓力大小及分布、評價擋土結構的穩(wěn)定性等，已被廣泛應用于水利工程、土木工程、交通工程等中各類擋土結構的設計計算之中。靜止側壓力系數(shù)的確定方法有試驗測試法、理論計算法和經(jīng)驗公式法等，其中試驗測試法的結果最可靠。在《土工試驗規(guī)程》(SL237—1999)中介紹了室內(nèi)試驗測定靜止側壓力系數(shù)的方法用環(huán)刀將試驗制備后，將帶有試樣的環(huán)刀裝入框式飽和器內(nèi)，按照《土工試驗規(guī)程》規(guī)定的真空飽和法對試樣進行飽和，飽和度要求達到95%以上。在測試容器的內(nèi)壁上涂一薄層硅油，然后將試樣從環(huán)刀中推入側壓儀容器內(nèi)，放上透水板、防護圈、傳壓板、鋼珠，將容器置于加壓框架正中，施加IkPa預壓力，安裝軸向位移計，并調(diào)至零位。打開接側壓力量測裝置的閥，調(diào)平電測儀表，測記受壓室中水壓力為零時的壓力傳感器讀數(shù)Re。按壓力等級施加每級軸向壓力后，隨時調(diào)平電測儀表，測記不同時刻儀表讀數(shù)R和軸向變形直至變形穩(wěn)定為止。試驗結束后，取出試樣稱重并測定含水率。根據(jù)公式計算獲得側向壓力，以軸向有效應力為橫坐標，有效側壓力為縱坐標，繪制關系曲線，所得斜率即為土體靜止側壓力系數(shù)。大型水庫蓄水運行后，庫水位隨水庫調(diào)度呈周期性的上升、下降變化，并且?guī)焖坏淖兎艽?。例如長江三峽水庫，按其調(diào)度計劃，正常蓄水后壩前庫水位每年在175m — 145m之間變化，庫水位最大變幅達30m。在庫水位的周期性上升、下降變化中，庫岸地下水位及攔河土石壩浸潤線也呈周期性的上升、下降變化，且變幅往往也很大。庫水位和地下水位的周期性上升、下降變化，必然使得其變化范圍內(nèi)的庫岸土體及攔河土石壩土體經(jīng)受周期性的飽水-疏干循環(huán)作用。在飽水-疏干循環(huán)作用下，土體的靜止側壓力系數(shù)可能發(fā)生變化，這可能引起作用于沿岸擋土結構物及樞紐結構物上的土壓力發(fā)生變化，進而可能影響結構的安全與穩(wěn)定，因此，有必要對飽水-疏干循環(huán)作用下的土體靜止側壓力系數(shù)變化特征進行研究。值得說明的是，這里“飽水”與現(xiàn)有技術中所稱的“濕化”都是使土體由非飽和狀態(tài)轉變?yōu)轱柡蜖顟B(tài)，但兩者是不同的?！帮査笔菐焖幌陆岛笤俅紊仙^程中使土體由非飽和狀態(tài)變?yōu)轱柡蜖顟B(tài)的過程?！帮査卑l(fā)生前，雖然土體因重力水已經(jīng)排出而處于非飽和狀態(tài)，但土體中仍存在大量的毛細水、結合水等，含水率通常較高。而“濕化”發(fā)生前，土體沒有經(jīng)歷因庫水位和地下水位上升引起的由非飽和狀態(tài)向飽和狀態(tài)轉變的過程，土體通常處于半干燥狀態(tài)甚至干燥狀態(tài)，含水率通常較低。在實驗室條件下研究土體在飽水-疏干循環(huán)條件下的靜止側壓力系數(shù)變化特性，需要盡可能真實地模擬庫岸及攔河大壩土體經(jīng)歷的飽水-疏干循環(huán)條件，但為了節(jié)約試驗時間，試驗的歷時又不能很長。傳統(tǒng)試驗方法及其系統(tǒng)是土體在飽和狀態(tài)下進行固結，無法對試樣進行飽水-疏干循環(huán)作用，因此無法用于研究飽水-疏干循環(huán)作用對靜止側壓力系數(shù)的影響問題。另外，傳統(tǒng)試驗中需先對環(huán)刀中試樣進行飽和，再將飽和試樣從環(huán)刀推入側壓儀容器內(nèi)，這種操作方法對土樣的擾動較大。
技術實現(xiàn)思路
本專利技術的目的是提供一種模擬土體飽水-疏干循環(huán)過程，并研究土體飽水-疏干循環(huán)作用下靜止側壓力系數(shù)的方法。為實現(xiàn)本專利技術目的而采用的技術方案是這樣的，一種土體飽水-疏干循環(huán)靜止側壓力系數(shù)測試方法，包括以下步驟 1)制備靜止側壓力系數(shù)測試所需要的試樣； 2)使步驟I)中的試樣飽和； 3)疏干向試樣的頂端施加具有壓力的氣體；所述氣體從試樣的頂端緩慢向試樣的底端滲透，以驅動試樣內(nèi)部的重力水自上而下滲透并從試樣底端排出；在本步驟的過程中，試樣頂端僅進氣、不排氣、不進水、不排水，試樣底端僅排水、不進水、不進氣、不排氣； 4)飽水從試樣的底端向試樣施加具有壓力的無氣水,或同時從試樣的底端和頂端向試樣施加具有壓力的無氣水；所述無氣水在試樣內(nèi)滲透的過程中，試樣內(nèi)部的氣體從試樣頂端排出；在本步驟的過程中，試樣頂端排氣、不排水、不進氣，試樣頂端進水或不進水，試樣底端僅進水、不排水、不進氣、不排氣； 5)重復步驟3)、4)若干次； 6)進行靜止側壓力系數(shù)測試。本專利技術的另一目的是公開一種實現(xiàn)上述土體飽水-疏干循環(huán)靜止側壓力系數(shù)測試方法的裝置。即一種土體飽水-疏干循環(huán)靜止側壓力系數(shù)測試裝置，主要包括軸向加荷系統(tǒng)、土壓力傳感系統(tǒng)、水壓力傳感系統(tǒng)和壓力室。所述壓力室包括壓力室圓筒、頂蓋和底座，所述頂蓋和底座的內(nèi)部均安裝有若干管道系統(tǒng)，所述壓力室圓筒、頂蓋和底座相結合處具有氣密性。所述底座的上方安放陶土板和環(huán)形透水石，所述底座內(nèi)部的管道系統(tǒng)包括透水石底側進出水系統(tǒng)、陶土板底側進出水系統(tǒng)和陶土板氣壓力控制調(diào)節(jié)系統(tǒng)。所述頂蓋內(nèi)部的管道系統(tǒng)包括壓力室頂部進出氣系統(tǒng)和壓力室頂部進水系統(tǒng)。試驗時，試樣安放在所述陶土板和環(huán)形透水石上，所述試樣上安放試樣加載板，所述軸向加荷系統(tǒng)的傳力裝置穿過所述頂蓋后與試樣加載板相接觸。值得說明的是，傳統(tǒng)的側壓力儀(參見SL237-028-1999靜止側壓力系數(shù)試驗)是將通過環(huán)刀制取的土體飽和后，推入儀器中進行測試。而本專利技術所公開的技術方案中，可以先將土體放入裝置中，再通入無氣水對土體進行飽和，避免對土體的擾動。進一步地，本專利技術還克服了傳統(tǒng)方法及其裝置不能模擬土體飽水-疏干循環(huán)的缺點。為了實現(xiàn)疏干，本專利技術采取了在試樣頂部通入氣體的方案，其目的是使得飽和或飽水試樣在氣體的作用下通過底部排水。相應地，向疏干后的試樣底部、或向底部和頂部灌注無氣水，同時從試樣頂部排氣，即實現(xiàn)了飽水。附圖說明本專利技術的裝置可以通過附圖給出的非限定性實施例進一步說明。圖I為本專利技術的裝置的結構示意 圖2為本專利技術的 裝置中壓力室部分的結構示意 圖3為底座部分的剖視 圖4為底座部分的俯視圖。圖中I-軸向加荷系統(tǒng)，2-壓力室，5-頂蓋，6-壓力室頂部進出氣系統(tǒng)，7-壓力室頂部進水系統(tǒng)，8-壓力室圓筒，9-試樣加載板，10-試樣頂部透水石，11- 土壓力傳感系統(tǒng)，12-水壓力傳感系統(tǒng)，13-陶土板，14-環(huán)形透水石，15-透水石底側進出水系統(tǒng)，16-陶土板氣壓力控制調(diào)節(jié)系統(tǒng)，17-陶土板底側進出水系統(tǒng)，18-底座，19-試樣，21-隔離帶。具體實施例方式下面結合附圖和實施例對本專利技術作進一步說明，但不應該理解為本專利技術上述主題范圍僅限于下述實施例。在不脫離本專利技術上述技術思想的情況下，根據(jù)本領域普通技術知識和慣用手段，做出各種替換和變更，均應包括在本專利技術范圍內(nèi)。一種土體飽水-疏干循環(huán)靜止側壓力系數(shù)測試方法，包括以下步驟 O制備靜止側壓力系數(shù)測試所需要的試樣； 2)使步驟I)中的試樣飽和； 3)疏干向試樣的頂端施加具有壓力的氣體；所述氣體從試樣的頂端緩慢向試樣的底端滲透，以驅動試樣內(nèi)部的重力水自上而下滲透并從試樣底端排出；在本步驟的過程中，試樣頂端僅進氣、不排氣、不進水、不排水，試樣底端僅排水、不進水、不進氣、不排氣； 4)本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術保護點】
一種土體飽水?疏干循環(huán)靜止側壓力系數(shù)測試方法，其特征在于，包括以下步驟：1）制備靜止側壓力系數(shù)測試所需要的試樣；2）使步驟1）中的試樣飽和；3）疏干：向試樣的頂端施加具有壓力的氣體；所述氣體從試樣的頂端緩慢向試樣的底端滲透，以驅動試樣內(nèi)部的重力水自上而下滲透并從試樣底端排出；在本步驟的過程中，試樣頂端僅進氣、不排氣、不進水、不排水，試樣底端僅排水、不進水、不進氣、不排氣；4）飽水：從試樣的底端向試樣施加具有壓力的無氣水，或同時從試樣的底端和頂端向試樣施加具有壓力的無氣水；所述無氣水在試樣內(nèi)滲透的過程中，試樣內(nèi)部的氣體從試樣頂端排出；在本步驟的過程中，試樣頂端排氣、不排水、不進氣，試樣頂端進水或不進水，試樣底端僅進水、不排水、不進氣、不排氣；5）重復步驟3）、4）若干次；6）進行靜止側壓力系數(shù)測試。
【技術特征摘要】
【專利技術屬性】
技術研發(fā)人員：王俊杰，趙迪，梁越，劉明維，
申請(專利權)人：重慶交通大學，
類型：發(fā)明
國別省市：
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