[发明专利]土体晴雨交替及直剪的模拟试验方法

说明书

技术领域

本发明属于岩土工程试验及工程运用技术领域，具体涉及到一种土体晴雨交替及直剪的模拟试验方法。

背景技术

自然界的降雨和蒸发交替作用(晴雨交替作用)对土体物理力学性能存在巨大影响，其中晴雨交替作用对土体抗剪强度的影响一直是岩土工程界广泛关注的问题之一。当前对晴雨交替作用对土体抗剪强度的影响的相关试验方法主要分为两类：一类是对环刀试样进行晴雨交替作用之后，再放到直剪仪上进行直剪试验；另一类是制作大体积模型试样，对大体积模型试样完成晴雨交替作用后，再从大体积模型试样切取环刀试样进行直剪试验。但是，这些研究仍存在一定局限性：(1)对于第一类，环刀试样尺寸小，对工程实际情况模拟的代表性略显不足，环刀试样之间容易出现较大的差异性，易导致试验结果偏差，且环刀试样晴雨交替过程中容易出现加载或卸载现象，也与工程实际不符；(2)对于第二类，由于大体积模型试样在晴雨交替过程中土体不能与外界温度充分接触，容易出现不同部位含水率变化幅度不同，且试验过程特别缓慢，不仅耗费了大量的时间和人力，而且对完成晴雨交替作用后的试样切取环刀试样对土体扰动较大，加之取样点的差异也会导致试验结果的偏差；(3)当前未有能模拟真实荷载下的晴雨交替作用并同时可进行直剪试验的方法。

发明内容

针对上述问题，本发明提供一种模拟试验结果更精准的土体晴雨交替及直剪的模拟试验方法，它能同时模拟土体试样在真实荷载下的晴雨交替作用并进行直剪试验。

土体晴雨交替及直剪的模拟试验方法，包括以下步骤：

(1)设定土体晴雨交替及直剪的模拟试验系统，土体晴雨交替及直剪的模拟试验系统包括晴雨交替试验装置和直剪装置，晴雨交替试验装置包括箍环和大尺寸环刀，相邻大尺寸环刀在竖向方向依次排列，两个大尺寸环刀之间用箍环固定；

(2)制取土体试样，并将土体试样安装在晴雨交替试验装置内，并在土体试样上施加竖向荷载；

(3)晴雨交替试验，对土体试样实行模拟降雨过程和模拟晴天蒸发过程；

(4)直剪试验，用直剪装置对土体试样进行分层剪切，测量并记录每土体试样两层被剪切时的剪切强度。采用此方法，能模拟真实荷载下的晴雨交替作用并同时可进行直剪试验，设计合理的晴雨交替试验装置，采用合理的土体试样，因此不但操作简便，而且模拟试验的结果更为精准。

大尺寸环刀的直径为50厘米，高度为10厘米；大尺寸环刀的侧壁上开设有排水孔。大尺寸环刀的数量为五个。采用此方法，采用直径为50厘米，高度为10厘米的大尺寸环刀，因此可以利用多个大尺寸环刀竖向叠加就能模拟不同深度处的晴雨交替作用；能轻易制取和安装土体试样，而且用于模拟试验结果也较为精准；排水孔方便安装传感器等零部件。采用五个大尺寸环刀在竖向方向叠加，制取合适高度和尺寸的土体试样，不但制作较为简便，而且也能保证模拟试验结果。

晴雨交替试验装置还包括TDR传感器和变形测量丝线，TDR传感器安装在尺寸环刀竖向的中部，变形测量丝线设于大尺寸环刀内。采用此方法，TDR传感器能实时准确地测量土体试样的含水率，变形测量丝线能准确地测量土体试样的变形。

土体试样为重塑土试样；制取重塑土试样时，先将晴雨交替试验装置组装，再分层装入重塑土并击实。采用此方法，能将重塑土稳定地置入晴雨交替试验装置，完成重塑土试样的制取和安装，后续模拟试验中，土体试样稳定，土体试样能较好地保持整体性，因此模拟试验结果较为精准。

土体试样为原状土试样；先制取预先设定的高度和直径的柱状体原状土，再将大尺寸环刀在竖向方向依次套装在柱状体原状土上，并用箍环将相邻的大尺寸环刀固定相连。采用此方法，制作土体试样较为简单，且土体试样安装可靠，在后续模拟试验中，土体试样稳定，因此模拟试验结果较为精准。

晴雨交替试验装置还包括控流喷头、浴霸灯；调节控流喷头的流速和时间以调节模拟雨天时的降水量；调节浴霸灯的照射强度以调节模拟晴天时的光照强度。采用此方法，能通过对控流喷头和浴霸灯的控制，顺利地模拟完成晴雨交替试验。