一種模擬土體承受荷載下進(jìn)行干濕循環(huán)及直剪試驗(yàn)的方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種模擬土體承受荷載下進(jìn)行干濕循環(huán)及直剪試驗(yàn)的方法。設(shè)置一種裝置，由干濕循環(huán)裝置和剪切盒組成，干濕循環(huán)裝置包括螺母、固定環(huán)、立桿、下底板、下底板排水孔、環(huán)刀、環(huán)刀卡扣、十字交叉棱、上蓋板、上蓋板排水孔、上剪切盒、下剪切盒、剪切盒底座，立桿全長(zhǎng)附有螺紋并與下底板固定相連；上蓋板上十字交叉棱的上端比固定環(huán)外徑大1厘米；上蓋板直徑略小于環(huán)刀內(nèi)徑；處于對(duì)角位置立桿之間直線距離略大于實(shí)驗(yàn)環(huán)刀直徑；剪切盒由底座、下剪切盒、上剪切盒組成，循環(huán)裝置可直接裝剪切盒中，調(diào)節(jié)直剪儀百分表，進(jìn)行直接剪切試驗(yàn)。本發(fā)明方法從制樣到干濕循環(huán)再到剪切破壞整個(gè)過(guò)程中不出現(xiàn)卸載，并且能夠較精確控制試驗(yàn)含水率變化。
【專利說(shuō)明】
一種模擬土體承受荷載下進(jìn)行干濕循環(huán)及直剪試驗(yàn)的方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明屬于巖土工程試驗(yàn)及工程運(yùn)用技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種模擬土體承受荷載下進(jìn)行干濕循環(huán)及直剪試驗(yàn)的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]干濕循環(huán)作用對(duì)土體的強(qiáng)度、模量等性質(zhì)具有顯著影響，土體干濕循環(huán)也是巖土工程廣泛關(guān)注的問(wèn)題之一。目前針對(duì)土體干濕循環(huán)過(guò)程的研究主要通過(guò)大體積模型實(shí)驗(yàn)和實(shí)驗(yàn)室小體積試樣實(shí)驗(yàn)進(jìn)行。而目前的實(shí)驗(yàn)裝置所模擬的土體受力情況與工程實(shí)際相差較大，主要存在以下局限性:(I)試樣干濕循環(huán)過(guò)程在直剪儀剪切盒中進(jìn)行，含水率通過(guò)剪切破壞后的試樣測(cè)量，不能實(shí)時(shí)精確控制試樣含水率;且試樣包裹嚴(yán)實(shí)，干濕循環(huán)過(guò)程緩慢；
[2]試樣在無(wú)約束狀態(tài)下進(jìn)行干濕循環(huán)過(guò)程，先制作較大試樣，干濕循環(huán)完成后再制作環(huán)刀試樣，對(duì)試樣形成多次擾動(dòng)，影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果；(3)利用環(huán)刀和豎向砝碼加壓模擬實(shí)際荷載，但循環(huán)過(guò)程中卸掉豎向荷載稱重以控制含水率，循環(huán)過(guò)程中存在卸荷，且循環(huán)完成后安裝到直剪儀上時(shí)對(duì)試樣擾動(dòng)較大。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的是提供一種模擬土體承受荷載下進(jìn)行干濕循環(huán)及直剪試驗(yàn)的方法，以解決上述【背景技術(shù)】中提出的問(wèn)題。
[0004]具體步驟為:
(I)設(shè)置一種模擬土體承受荷載情況下進(jìn)行干濕循環(huán)及直剪試驗(yàn)的裝置，由干濕循環(huán)裝置和剪切盒組成，干濕循環(huán)裝置包括螺母、固定環(huán)、立桿、下底板、下底板排水孔、環(huán)刀、環(huán)刀卡扣、十字交叉棱、上蓋板、上蓋板排水孔;環(huán)刀平均分為上下兩半，下半底部有螺紋，環(huán)刀的上下兩半能用環(huán)刀卡扣固定為一個(gè)整體；下底板設(shè)有凹槽和下底板排水孔，凹槽內(nèi)壁有螺紋，能與環(huán)刀下半底部螺紋擰合;立桿與下底板固定相連且立桿全長(zhǎng)附有螺紋;上蓋板上設(shè)置有十字交叉棱和上蓋板排水孔，十字交叉棱的上端比固定環(huán)外徑大I厘米;上蓋板直徑略小于環(huán)刀內(nèi)徑;位于對(duì)角位置的立桿之間的直線距離略大于環(huán)刀直徑;剪切盒由剪切盒底座、下剪切盒和上剪切盒三部分組成;干濕循環(huán)裝置能夠直接裝入剪切盒中進(jìn)行直剪試驗(yàn)，無(wú)需拆樣。
[0005]所述干濕循環(huán)裝置采用強(qiáng)度高、密度小的材料制作，剪切盒采用鋁材制作。
[0006]所述干濕循環(huán)裝置優(yōu)先采用PEEK塑料或鋁材制作。
[0007](2)根據(jù)實(shí)驗(yàn)計(jì)劃制作所要求含水率的試樣，試樣上下兩面各放兩層與試樣等大的絲質(zhì)紗布，以防止土粒流失，將試樣連同環(huán)刀一起放于下底板上，將環(huán)刀與下底板擰緊。
[0008](3)將上蓋板對(duì)準(zhǔn)蓋到試樣上，固定環(huán)穿過(guò)立桿放到上蓋板上，螺母擰到立桿頂端位置，稱量整個(gè)裝置的重量記為MO。
[0009](4)將百分表的測(cè)試頭設(shè)置在上蓋板的十字交叉棱上，并設(shè)置初始值，以此測(cè)量試樣的豎向應(yīng)變。
[0010](5)根據(jù)實(shí)驗(yàn)計(jì)劃的荷載等級(jí)要求，用砝碼在上蓋板的十字交叉棱上堆載施加壓力，當(dāng)試樣被豎向荷載壓縮，固定環(huán)隨上蓋板向下滑動(dòng)，此時(shí)試樣即受到環(huán)向約束力，又受到豎向壓力，較好模擬出工程實(shí)際受力情況。
[0011](6)模擬土體失水過(guò)程通過(guò)控制土體含水率來(lái)實(shí)現(xiàn)，將裝置置于恒溫恒濕箱內(nèi)讓試樣的水分蒸發(fā)，每隔一定時(shí)間記錄百分表的數(shù)值并測(cè)量試樣的重量以計(jì)算此時(shí)試樣的含水率。
[0012](7)稱重時(shí)，移開百分表，將螺母沿立桿擰到與固定環(huán)緊密接觸，以防止卸去砝碼豎向荷載后試樣回彈；卸下上蓋板上的荷載，將整個(gè)裝置放在天平上稱量質(zhì)量Ml，兩次稱重之差是MO-Ml，即為土體水分變化量，從而計(jì)算出試樣的含水率變化情況；由于固定環(huán)的約束，上蓋板不能回彈，稱重時(shí)試樣仍處于受壓狀態(tài)，整個(gè)過(guò)程不存在卸載。
[0013](8)模擬土體吸水過(guò)程時(shí)，將受荷載作用下的試樣浸入水中，使水分充分滲入試樣;每隔一定時(shí)間記錄百分表的數(shù)值并以步驟(7)所述方法稱重計(jì)算試樣的含水率，從而達(dá)到在精確控制含水率情況下進(jìn)行土體干濕實(shí)驗(yàn)。
[0014](9)完成計(jì)劃的干濕循環(huán)過(guò)程后，移開百分表，將螺母沿立桿擰到與固定環(huán)緊密接觸，以防止卸去砝碼豎向荷載后試樣回彈;卸下上蓋板上的荷載，將循環(huán)裝置裝入特制剪切盒底座里，下底板與下底板限位槽接觸嚴(yán)密。
[0015](10)根據(jù)試驗(yàn)荷載要求，在上蓋板的十字交叉棱上施加相應(yīng)荷載;拆除環(huán)刀的環(huán)刀卡扣，安裝下剪切盒和上剪切盒。
[0016](11)調(diào)節(jié)直剪儀百分表，進(jìn)行直接剪切試驗(yàn)。
[0017]本發(fā)明方法從制樣到干濕循環(huán)再到剪切破壞整個(gè)過(guò)程中不出現(xiàn)卸載，并且能夠較精確控制試驗(yàn)含水率變化，同時(shí)所使用裝置的材質(zhì)簡(jiǎn)單廉價(jià)、操作簡(jiǎn)便、模擬受力情況接近工程實(shí)際、易掌握、便于工程運(yùn)用。
【附圖說(shuō)明】
[0018]圖1為本發(fā)明實(shí)施例中裝置的固定環(huán)主視圖。
[0019]圖2為本發(fā)明實(shí)施例中裝置的固定環(huán)俯視圖。
[0020]圖3為本發(fā)明實(shí)施例中裝置的上蓋板及十字交叉棱主視圖。
[0021 ]圖4為本發(fā)明實(shí)施例中裝置的上蓋板及十字交叉棱俯視圖。
[0022]圖5為本發(fā)明實(shí)施例中用于豎向應(yīng)變測(cè)試的裝置示意圖。
[0023]圖6為本發(fā)明實(shí)施例中環(huán)刀與下底板的裝置示意圖。
[0024]圖7為本發(fā)明實(shí)施例中剪切盒底座的裝置示意圖。
[0025]圖8為本發(fā)明實(shí)施例中上下剪切盒的裝置示意圖。
[0026]圖中標(biāo)記:1-螺母;2-固定環(huán);3-立桿;4-下底板;5-下底板排水孔;6_環(huán)刀；7_十字交叉棱;8-上蓋板;9-上蓋板排水孔；I O-百分表；11-磁性表座；12-試樣；13-環(huán)刀卡扣；14-剪切盒底座;15-下剪切盒槽;16-下底板限位槽;17-下剪切盒;18-上剪切盒。
【具體實(shí)施方式】
[0027]下面將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的較佳實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)闡述，以使本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和特征能更易被本領(lǐng)域技術(shù)人員理解，從而對(duì)本發(fā)明的保護(hù)范圍做出更為清楚明確的界定。
[0028]實(shí)施例:
(I)設(shè)置一種模擬土體承受荷載情況下進(jìn)行干濕循環(huán)及直剪試驗(yàn)的裝置，由干濕循環(huán)裝置和剪切盒組成，干濕循環(huán)裝置包括螺母1、固定環(huán)2、立桿3、下底板4、下底板排水孔5、環(huán)刀6、環(huán)刀卡扣13、十字交叉棱7、上蓋板8和上蓋板排水孔9;環(huán)刀6平均分為上下兩半，下半底部有螺紋，環(huán)刀6的上下兩半能用環(huán)刀卡扣13固定為一個(gè)整體;下底板4設(shè)有凹槽和下底板排水孔5，凹槽內(nèi)壁有螺紋，能與環(huán)刀6下半底部螺紋擰合;立桿3與下底板4固定相連且立桿3全長(zhǎng)附有螺紋;上蓋板8上設(shè)置有十字交叉棱7和上蓋板排水孔，十字交叉棱的上端比固定環(huán)2外徑大I厘米;上蓋板8直徑略小于環(huán)刀6內(nèi)徑;位于對(duì)角位置的立桿3之間的直線距離略大于環(huán)刀6直徑;剪切盒由剪切盒底座14、下剪切盒17和上剪切盒18三部分組成;干濕循環(huán)裝置能夠直接裝入剪切盒中進(jìn)行直剪試驗(yàn)，無(wú)需拆樣。
[0029]所述干濕循環(huán)裝置采用PEEK塑料制作，剪切盒采用鋁材制作。
[0030](2)根據(jù)實(shí)驗(yàn)計(jì)劃制作所要求含水率的試樣12，試樣12上下兩面各放兩層與試樣12等大的絲質(zhì)紗布，以防止土粒流失，將試樣12連同環(huán)刀6—起放于下底板4上，將環(huán)刀6與下底板4擰緊。
[0031](3)將上蓋板8對(duì)準(zhǔn)蓋到試樣12上，固定環(huán)2穿過(guò)立桿3放到上蓋板8上，螺母I擰到立桿3頂端位置，稱量整個(gè)裝置的重量記為MO。
[0032](4)將百分表10的測(cè)試頭設(shè)置在上蓋板8的十字交叉棱7上，并設(shè)置初始值，以此測(cè)量試樣12的豎向應(yīng)變。
[0033](5)根據(jù)實(shí)驗(yàn)計(jì)劃的荷載等級(jí)要求，用砝碼在上蓋板8的十字交叉棱7上堆載施加壓力，當(dāng)試樣12被豎向荷載壓縮，固定環(huán)2隨上蓋板8向下滑動(dòng)，此時(shí)試樣12即受到環(huán)向約束力，又受到豎向壓力，較好模擬出工程實(shí)際受力情況。
[0034](6)模擬土體失水過(guò)程通過(guò)控制土體含水率來(lái)實(shí)現(xiàn)，將裝置置于恒溫恒濕箱內(nèi)讓試樣12的水分蒸發(fā)，每隔一定時(shí)間記錄百分表10的數(shù)值并測(cè)量試樣12的重量以計(jì)算此時(shí)試樣12的含水率。
[0035](7)稱重時(shí)，移開百分表10，將螺母I沿立桿3擰到與固定環(huán)2緊密接觸，以防止卸去砝碼豎向荷載后試樣12回彈；卸下上蓋板8上的荷載，將整個(gè)裝置放在天平上稱量質(zhì)量Ml，兩次稱重之差是MO-Ml，即為土體水分變化量，從而計(jì)算出試樣12的含水率變化情況；由于固定環(huán)2的約束，上蓋板8不能回彈，稱重時(shí)試樣12仍處于受壓狀態(tài)，整個(gè)過(guò)程不存在卸載。
[0036](8)模擬土體吸水過(guò)程時(shí)，將受荷載作用下的試樣浸入水中，使水分充分滲入試樣12;每隔一定時(shí)間記錄百分表10的數(shù)值并以步驟(7)所述方法稱重計(jì)算試樣12的含水率，從而達(dá)到在精確控制含水率情況下進(jìn)行土體干濕實(shí)驗(yàn)。
[0037](9)完成計(jì)劃的干濕循環(huán)過(guò)程后，移開百分表10，將螺母I沿立桿3擰到與固定環(huán)2緊密接觸，以防止卸去砝碼豎向荷載后試樣12回彈；卸下上蓋板8上的荷載，將循環(huán)裝置裝入特制剪切盒底座14里，下底板4與下底板限位槽16接觸嚴(yán)密。
[0038](10)根據(jù)試驗(yàn)荷載要求，在上蓋板8的十字交叉棱7上施加相應(yīng)荷載;拆除環(huán)刀6的環(huán)刀卡扣13，安裝下剪切盒17和上剪切盒18。
[0039](11)調(diào)節(jié)直剪儀百分表，進(jìn)行直接剪切試驗(yàn)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種模擬土體承受荷載下進(jìn)行干濕循環(huán)及直剪試驗(yàn)的方法，其特征在于具體步驟為: (1)設(shè)置一種模擬土體承受荷載情況下進(jìn)行干濕循環(huán)及直剪試驗(yàn)的裝置，由干濕循環(huán)裝置和剪切盒組成，干濕循環(huán)裝置包括螺母、固定環(huán)、立桿、下底板、下底板排水孔、環(huán)刀、環(huán)刀卡扣、十字交叉棱、上蓋板、上蓋板排水孔;環(huán)刀平均分為上下兩半，下半底部有螺紋，環(huán)刀的上下兩半能用環(huán)刀卡扣固定為一個(gè)整體；下底板設(shè)有凹槽和下底板排水孔，凹槽內(nèi)壁有螺紋，能與環(huán)刀下半底部螺紋擰合;立桿與下底板固定相連且立桿全長(zhǎng)附有螺紋;上蓋板上設(shè)置有十字交叉棱和上蓋板排水孔，十字交叉棱的上端比固定環(huán)外徑大I厘米;上蓋板直徑略小于環(huán)刀內(nèi)徑;位于對(duì)角位置的立桿之間的直線距離略大于環(huán)刀直徑;剪切盒由剪切盒底座、下剪切盒和上剪切盒三部分組成;干濕循環(huán)裝置能夠直接裝入剪切盒中進(jìn)行直剪試驗(yàn)，無(wú)需拆樣； 所述干濕循環(huán)裝置采用強(qiáng)度高、密度小的材料制作，剪切盒采用鋁材制作； (2)根據(jù)實(shí)驗(yàn)計(jì)劃制作所要求含水率的試樣，試樣上下兩面各放兩層與試樣等大的絲質(zhì)紗布，以防止土粒流失，將試樣連同環(huán)刀一起放于下底板上，將環(huán)刀與下底板擰緊； (3)將上蓋板對(duì)準(zhǔn)蓋到試樣上，固定環(huán)穿過(guò)立桿放到上蓋板上，螺母擰到立桿頂端位置，稱量整個(gè)裝置的重量記為MO; (4)將百分表的測(cè)試頭設(shè)置在上蓋板的十字交叉棱上，并設(shè)置初始值，以此測(cè)量試樣的豎向應(yīng)變； (5)根據(jù)實(shí)驗(yàn)計(jì)劃的荷載等級(jí)要求，用砝碼在上蓋板的十字交叉棱上堆載施加壓力，當(dāng)試樣被豎向荷載壓縮，固定環(huán)隨上蓋板向下滑動(dòng)，此時(shí)試樣即受到環(huán)向約束力，又受到豎向壓力，較好模擬出工程實(shí)際受力情況； (6)模擬土體失水過(guò)程通過(guò)控制土體含水率來(lái)實(shí)現(xiàn)，將裝置置于恒溫恒濕箱內(nèi)讓試樣的水分蒸發(fā)，每隔一定時(shí)間記錄百分表的數(shù)值并測(cè)量試樣的重量以計(jì)算此時(shí)試樣的含水率； (7)稱重時(shí)，移開百分表，將螺母沿立桿擰到與固定環(huán)緊密接觸，以防止卸去砝碼豎向荷載后試樣回彈；卸下上蓋板上的荷載，將整個(gè)裝置放在天平上稱量質(zhì)量Ml，兩次稱重之差是M0-M1，即為土體水分變化量，從而計(jì)算出試樣的含水率變化情況；由于固定環(huán)的約束，上蓋板不能回彈，稱重時(shí)試樣仍處于受壓狀態(tài)，整個(gè)過(guò)程不存在卸載； (8)模擬土體吸水過(guò)程時(shí)，將受荷載作用下的試樣浸入水中，使水分充分滲入試樣;每隔一定時(shí)間記錄百分表的數(shù)值并以步驟(7)所述方法稱重計(jì)算試樣的含水率，從而達(dá)到在精確控制含水率情況下進(jìn)行土體干濕實(shí)驗(yàn)； (9)完成計(jì)劃的干濕循環(huán)過(guò)程后，移開百分表，將螺母沿立桿擰到與固定環(huán)緊密接觸，以防止卸去砝碼豎向荷載后試樣回彈；卸下上蓋板上的荷載，將循環(huán)裝置裝入特制剪切盒底座里，下底板與下底板限位槽接觸嚴(yán)密； (10)根據(jù)試驗(yàn)荷載要求，在上蓋板的十字交叉棱上施加相應(yīng)荷載;拆除環(huán)刀的環(huán)刀卡扣，安裝下剪切盒和上剪切盒； (11)調(diào)節(jié)直剪儀百分表，進(jìn)行直接剪切試驗(yàn)。2.如權(quán)利要求1所述的模擬土體承受荷載下進(jìn)行干濕循環(huán)及直剪試驗(yàn)的方法，其特征在于所述干濕循環(huán)裝置采用PEEK塑料或鋁材制作。
【文檔編號(hào)】G01N3/24GK105865938SQ201610199726
【公開日】2016年8月17日
【申請(qǐng)日】2016年4月1日
【發(fā)明人】呂海波, 董均貴, 吳畏, 谷建曉, 梁靖, 徐云山, 季春生, 蔣熠, 成果燈, 王勇
【申請(qǐng)人】桂林理工大學(xué)