一種土石混合體基覆面抗剪強(qiáng)度量測(cè)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明是一種土工測(cè)試方法，屬于土木工程或地質(zhì)工程測(cè)試領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]土石混合體(碎石土、粗粒土 )是一種由作為骨料的礫石或塊石與作為充填料的粘土和砂組成的地質(zhì)體。土石混合體作為一種填料被廣泛應(yīng)用于土石壩、公路、鐵路、機(jī)場(chǎng)、房屋地基等建筑工程，應(yīng)用范圍相當(dāng)廣泛。由于土石混合體由塊石和土組成，且兩者在力學(xué)性質(zhì)上呈現(xiàn)“極強(qiáng)”(塊石)和“極弱”(土體)兩個(gè)極端的差異性。這種差異性使土石混合體在物理力學(xué)性質(zhì)上呈現(xiàn)極端的不均勻性與極端的非線性特征，其宏觀物理力學(xué)性質(zhì)不能由塊石或土簡(jiǎn)單疊加而成。土石混合體與基覆面間的相互作用受基覆面產(chǎn)狀、形狀、膠結(jié)特性、水力學(xué)特性等影響，對(duì)于土石混合體基覆面力學(xué)強(qiáng)度的測(cè)試不能由傳統(tǒng)的土力學(xué)剪切裝置或者巖石試驗(yàn)機(jī)來(lái)完成，需要研制適合土石混合體自身特點(diǎn)的新型儀器，量測(cè)其力學(xué)強(qiáng)度，尤其是針對(duì)滑坡穩(wěn)定性評(píng)價(jià)，需要考慮土石混合體與斜坡基巖面間的摩擦強(qiáng)度的影響。本發(fā)明就是一種土石混合體基覆面抗剪強(qiáng)度量測(cè)方法，用于測(cè)試大尺度土石混合體與滑坡基巖面間的抗剪強(qiáng)度參數(shù)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明目的是提供一種用于量測(cè)土石混合體基覆面抗剪強(qiáng)度的量測(cè)方法，用于解決土石混合體在不同固結(jié)應(yīng)力狀態(tài)下考慮基覆面形狀、膠結(jié)特性、水力學(xué)特性的強(qiáng)度測(cè)試，為邊坡穩(wěn)定性分析提供技術(shù)參數(shù)。
[0004]本發(fā)明的技術(shù)解決方案，其特征是采用一種試驗(yàn)裝置，進(jìn)行土石混合體基覆面抗剪強(qiáng)度參數(shù)獲取，該試驗(yàn)裝置包括反力架1，加載框架2，第一伺服電機(jī)3，第二伺服電機(jī)4，載樣臺(tái)5，上剪切盒6，下剪切盒7，軌道車8，垂直位移計(jì)9，第一垂直滑軌10，上盒試樣11，滾珠軸排12，下盒擴(kuò)展板13，下盒試樣14，第一千斤頂15，第一支撐底座16，水平滑軌17，第二支撐底座18，第二千斤頂19，傳力桿20，連接端頭21，水平加載軸22，水平位移計(jì)23，第一側(cè)限柱24，垂直加載軸25，加壓板26，第二側(cè)限柱27，伸縮臂28，第三側(cè)限柱29，第二垂直滑軌30。第一伺服電機(jī)3連接垂直加載軸25，垂直加載軸25提供垂直壓力，位于加壓板26上面，加壓板26連接垂直位移計(jì)9，加壓板26位于上盒試樣11的頂面，上剪切盒6由第一側(cè)限柱24和第二側(cè)限柱27固定，第一側(cè)限柱24連接第一垂直滑軌10，第二側(cè)限柱27通過(guò)伸縮臂28與第三側(cè)限柱29相連，第三側(cè)限柱29連接第二垂直滑軌30，上剪切盒6通過(guò)滾珠軸排12對(duì)準(zhǔn)下剪切盒7，上剪切盒6內(nèi)安裝上盒試樣11，下剪切盒7內(nèi)安裝下盒試樣14，下剪切盒7連接下盒擴(kuò)展板13，下剪切盒7連接軌道車8，軌道車8可沿水平滑軌17移動(dòng)到載樣臺(tái)5之上，水平滑軌17與加載框架2連接，第一千斤頂15連接第一支撐底座16，第二千斤頂19連接第二支撐底座18，下剪切盒7連接傳力桿20和水平位移計(jì)23，連接端頭21與水平加載軸22對(duì)準(zhǔn)，水平加載軸22連接第二伺服電機(jī)4。上剪切盒6尺寸為長(zhǎng)500mm寬500mm，連接第一側(cè)限柱24 —側(cè)的上剪切盒6的盒壁高為445mm，連接第二側(cè)限柱27一側(cè)的上剪切盒6的盒壁高為155mm，下剪切盒7尺寸為長(zhǎng)500mm寬500mm，連接下盒擴(kuò)展板13 —側(cè)的下剪切盒7的盒壁高為155mm，連接傳力桿20 —側(cè)的下剪切盒7的盒壁高為445mm，滾珠軸排12傾角為30°，上剪切盒6和下剪切盒7均采用質(zhì)量輕強(qiáng)度高的合金材料，且進(jìn)行陽(yáng)極電鍍防腐處理，上剪切盒6和下剪切盒7的內(nèi)壁四個(gè)角為圓形設(shè)計(jì)，圓角半徑為30mm?60mm，上剪切盒6可以沿下盒擴(kuò)展板13滑動(dòng)，第一側(cè)限柱24可以沿第一垂直滑軌10垂直滑動(dòng)，第三側(cè)限柱29可以沿第二垂直滑軌30垂直滑動(dòng)，第一伺服電機(jī)3和第二伺服電機(jī)4通過(guò)反力架I施加力，反力架I和加載框架2以及加壓板26均采用高強(qiáng)度不銹鋼材料，加壓板26與上剪切盒6間的縫隙間隔為2mm?4mm，滾珠軸排12、下盒擴(kuò)展板13和水平滑軌17均為高強(qiáng)度不銹鋼材料，且表面均涂有特富龍材料。第一伺服電機(jī)3和第二伺服電機(jī)4均可以進(jìn)行快進(jìn)快退操作，也可以進(jìn)行勻速應(yīng)變加載和應(yīng)力加載，應(yīng)變剪切速率為0.02?5.00mm/min，最大出力可達(dá)lOOOkN，出力測(cè)量精度可達(dá)0.5% FS，應(yīng)力剪切速率為100?600kN/min。垂直位移計(jì)9的最大量程為150mm，測(cè)量精度可達(dá)1mm，水平位移計(jì)23的最大量程為170_，測(cè)量精度可達(dá)1_。下盒試樣14是用于模擬基覆面的模型材料，可以選取混凝土材料、石膏材料、水泥材料和粘土材料，下盒試樣14表層形狀可以制作成平直狀、鋸齒狀和波浪狀，下盒試樣14表層可以選擇飽和狀態(tài)、非飽和狀態(tài)和干燥狀態(tài)。
[0005]采用該試驗(yàn)裝置進(jìn)行土石混合體基覆面抗剪強(qiáng)度量測(cè)的方法如下:
[0006](I)按照一定含水量、含石量與密度要求，稱取相應(yīng)質(zhì)量的土體、碎石和水，將土體、碎石、水三者混合均勻，作為混合料備用；
[0007](2)將軌道車8移至載樣臺(tái)5上，將下盒試樣14置于下剪切盒7內(nèi)，將上剪切盒6經(jīng)由滾珠軸排12對(duì)齊下剪切盒7，將混合料裝入上剪切盒6中，將加壓板26置于混合料上，將軌道車8移至垂直加載軸25正下方，啟動(dòng)第一千斤頂15和第二千斤頂19，將第一支撐底座16和第二支撐底座18分別與加載框架2接觸，使軌道車8懸空，開動(dòng)第一伺服電機(jī)3，使垂直加載軸25接觸加壓板26頂帽，按要求施加垂直壓力F，待垂直位移計(jì)9顯示達(dá)到要求的密度時(shí)對(duì)應(yīng)的位移值，保持垂直壓力F不變；
[0008](3)將第一側(cè)限柱24和第二側(cè)限柱27分別與上剪切盒6連接，將第二側(cè)限柱27通過(guò)伸縮臂28與第三側(cè)限柱29連接，使上剪切盒6固定，啟動(dòng)第二伺服電機(jī)4，使水平加載軸22與連接端頭21相連，按要求的等應(yīng)變速率通過(guò)傳力桿20施加拉力T，使下剪切盒7向第二伺服電機(jī)4方向移動(dòng)，同時(shí)采用水平位移計(jì)23測(cè)量水平位移S，保持上剪切盒6水平方向固定，上剪切盒6通過(guò)第一垂直滑軌10和第二垂直滑軌30向下滑動(dòng)，使垂直加載軸25輸出壓力按照P = F-Ttg30°變化，并采用垂直位移計(jì)9測(cè)量加壓板26的垂直位移V，滾珠軸排12沿下盒擴(kuò)展板13滑動(dòng)，以避免上剪切盒6內(nèi)部的上盒試樣11漏出；
[0009](4)待水平位移S增大到75mm時(shí)停止試驗(yàn)，獲得上盒試樣11與下盒試樣14接觸面處正壓力f = P cos30° +Tsin30°，取f的最大值^axl，獲得接觸面處剪切力Iw =Tcos30° -Fr sin30°，取 T'的最大值 T' naxl；
[0010](5)通過(guò)垂直加載軸25使第一伺服電機(jī)3卸載，第二伺服電機(jī)4通過(guò)水平加載軸22施加推力推動(dòng)下剪切盒7移動(dòng)，使得上剪切盒6與下剪切盒7重合，卸除上剪切盒6與第一側(cè)限柱24及第二側(cè)限柱27的連接，啟動(dòng)第一千斤頂15和第二千斤頂19，將第一支撐底座16和第二支撐底座18分別與加載框架2脫離，使軌道車8與水平滑軌17接觸，將軌道車8通過(guò)水平滑軌17移動(dòng)至載樣臺(tái)5上，卸除全部混合料；[0011 ] (6)改變垂直壓力F的值，重復(fù)步驟⑵-(5)，獲得f_2與T' _2;
[0012] (7)再次改變垂直壓力F的值，重復(fù)步驟(2)-(5)，獲得f_3與T' _3;
[00? 3] (8)將 ^^丨與 T _l、fmaX2與 T maX2、fmaX3與 T max3通過(guò)上J§i試樣 11 與下J§i試樣14的接觸面積換算成應(yīng)力，繪制摩爾庫(kù)倫線，獲取土石混合體基覆面抗剪強(qiáng)度指標(biāo)。
[0014]本發(fā)明優(yōu)點(diǎn):
[0015]該方法采用的測(cè)試裝置制造簡(jiǎn)單，測(cè)量精度高，滿足不同垂直應(yīng)力加載條件下考慮基覆面形狀、膠結(jié)特性、水力學(xué)特性斜剪試驗(yàn)要求，可以進(jìn)行應(yīng)變控制式或應(yīng)力控制式加載，可以量測(cè)大尺度土石混合體(包括碎石土、土石混合體及土體等)基覆面抗剪強(qiáng)度參數(shù)。
[0016]本發(fā)明適用范圍:
[0017]適用于土木工程或地質(zhì)工程中遇到的各種巖土體包括堆積體、粗粒土、土石混合體、土體等多種地質(zhì)體基覆面室內(nèi)抗剪強(qiáng)度特性試驗(yàn)等。
【附圖說(shuō)明】
:
[0018]圖1是用于測(cè)試土石混合體基覆面抗剪強(qiáng)度的試驗(yàn)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。其中有:反力架1，加載框架2，第一伺服電機(jī)3，第二伺服電機(jī)4，上剪切盒6，下剪切盒7，軌道車8，垂直位移計(jì)9，第一垂直滑軌10，上盒試樣11，滾珠軸排12，下盒擴(kuò)展板13，下盒試樣14，第一千斤頂15，第一支撐底座16，水平滑軌17，第二支撐底座18，第二千斤頂19，傳力桿20，連接端頭21，水平加載軸22，水平位移計(jì)23，第一側(cè)限柱24，垂直加載軸25，加壓板26，第二側(cè)限柱27，伸縮臂28，第三側(cè)限柱29，第二垂直滑軌30。
[0019]圖2是用于測(cè)試土石混合體基覆面抗剪強(qiáng)度的試驗(yàn)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖的AA左視圖。其中有:第一伺服電機(jī)3，載樣臺(tái)5，上剪切盒6，下剪切盒7，軌道車8，上盒試樣11，下盒試樣14，加壓板26。
[0020]圖3是用于測(cè)試土石混合體基覆面抗剪強(qiáng)度的試驗(yàn)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖中的上剪切盒6的俯視圖。其中有上剪切盒6。
[0021]圖4是用于測(cè)試土石混合體基覆面抗剪強(qiáng)度的試驗(yàn)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖中的下剪切盒7的俯視圖。其中有下剪切盒7，下盒擴(kuò)展板13。
【具體實(shí)施方式】
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[0022]實(shí)施例:土石混合體基覆面抗剪強(qiáng)度量測(cè)方法如下所示，
[0023]①按照含水量15%、含石量20%與密度1.9g/cm3要求，稱取相應(yīng)質(zhì)量的土體、碎石和水，將土體、碎石、水三者混合均勻，作為混合料備用；
[0024]②將軌道車8移至載樣臺(tái)5上，將表層干燥鋸齒狀石膏材料作為下盒試樣14置于下剪切盒7內(nèi)，將上剪切盒6經(jīng)由滾珠軸排12對(duì)齊下剪切盒7，將混合料裝入上剪切盒6中，將加壓板26置于混合料上，將軌道車8移至垂直加載軸25正下方，啟動(dòng)第一千斤頂15和第二千斤頂19，將第一支撐底座16和第二支撐底座18分別與加載框架2接觸，使軌道車8懸空，開動(dòng)第一伺服電機(jī)3，使垂直加載軸25接觸加壓板26頂帽，按要求施加垂直壓力F=