[发明专利]软岩填料劣化试验方法

说明书

本发明公开了一种软岩填料劣化试验设备及试验方法，所述试验设备包括三轴仪和试样，还包括热风进气系统、抽排气系统、反压系统和带外体变测量的围压系统；所述热风进气系统位于试样底部，所述抽排气系统位于试样顶部，所述反压系统位于试样底部，所述带外体变测量的围压系统位于三轴压力室内、试样外侧。本发明开展了不同围压条件下的劣化模拟试验，建立了风化率与围压的关系，确定了软岩填料的最优保护层厚度。通过三轴劣化模拟试验，开展软岩填料充分劣化后的三轴剪切试验，获得不同围压下的应力应变关系、破坏偏应力、本构参数、强度参数等。根据不同压实度条件下软岩填料劣化后的力学性质，确定软岩填料的最佳压实度。

技术领域

本发明属于岩土工程技术领域，具体涉及一种软岩填料劣化试验方法。

背景技术

软岩填料由于颗粒强度低容易发生破碎，与硬岩相比，其力学非线性特性更加显著，在水的长期干湿循环作用下其模量、强度会发生衰减等劣化现象。现有规范对碾压土石坝的硬岩堆石料的碾压要求是孔隙率为20％-28％，对于软岩堆石料，孔隙率应根据建筑物变形、应力及抗剪强度等要求确定。对于软岩堆石料而言，考虑到软岩填料容易发生颗粒破碎，如果碾压要求达到较小的孔隙率，块石料容易破碎为中、小粒径，对材料的模量、强度等力学性质均不利，但碾压质量不够的话，软岩长期劣化作用下其模量、强度等力学性质也难以满足工程设计要求。

工程中的处理方法是，在软岩填料区的外侧包裹一层新鲜岩石，可以起到抑制软岩填料粉化的作用，保护层厚度的合理选择是关键。另一方面，针对软岩填料，需要考虑用压实度进行碾压施工质量控制，开展不同压实度的劣化后力学性质试验，最佳碾压压实度的确定非常关键。就目前而言，规范与实际工程中缺乏科学的软岩填筑料劣化试验设备与试验方法来确定这些重要的设计与施工参数。

发明内容

针对现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种软岩填料劣化试验方法，通过硫酸钠溶液的干湿循环来模拟劣化对软岩填料的粉化影响，对已有中型三轴仪进行设备改造，实现了三轴应力状态下的劣化作用的室内模拟技术。开展了不同围压条件下的劣化模拟试验，建立了风化率与围压的关系，根据约束压力与覆盖层压重的等效关系，确定了软岩填料的最优保护层厚度。通过三轴劣化模拟试验，开展软岩填料充分劣化后的三轴剪切试验，获得了不同围压下的应力应变关系、破坏偏应力等。分析强度衰减率与50％应力水平下的变形模量的衰减率规律，建立压实度与强度衰减率、模量衰减率的量化关系，以强度衰减率或模量衰减率阀值为判别标准，确定软岩填料的压实度控制指标，提出材料力学性质劣化后的参数选取原则。

为此，本发明采用了以下技术方案：

一种软岩填料劣化试验设备，包括三轴仪和试样，所述三轴仪包括竖向荷载加载、稳压、控制系统，周围压力加载、稳压、控制系统，三轴压力室，反力框架，位移、体变量测系统和荷载传感器；所述试验设备还包括热风进气系统、抽排气系统、反压系统和带外体变测量的围压系统；所述热风进气系统位于试样底部，所述抽排气系统位于试样顶部，所述反压系统位于试样底部，所述带外体变测量的围压系统位于三轴压力室内、试样外侧。

进一步地，所述反压系统包括硫酸钠溶液和反压饱和罐，硫酸钠溶液位于反压饱和罐中，并通过管路与三轴压力室连接，用于对试样底部施加硫酸钠溶液反压，实现湿循环与盐胀循环。

进一步地，所述带外体变测量的围压系统通过管路与三轴压力室连接，用于对三轴压力室内的试样施加围压与测量试样的体积变化。

进一步地，所述热风进气系统和抽排气系统均通过管路与三轴压力室连接，分别用于对试样底部进热气和对试样顶部抽排气，实现干循环。

一种软岩填料劣化试验方法，包括以下步骤：

(1)按确定的级配、设计密度或压实度、最优含水率制备三轴试样，试样不进行抽真空饱和；

(2)将试样安装到三轴仪上，施加预设围压进行各向等压固结或偏压固结；