[实用新型]一种土体有荷膨胀试验用环刀

说明书

技术领域

本实用新型公开了一种土体有荷膨胀试验用环刀；特别是指一种具有开合功能的环刀，以消除土样静压制样产生的超固结水平应力。属于公路膨胀土土工试验技术领域。

背景技术

膨胀土富含膨胀性粘土矿物，具有显著的遇水膨胀软化、失水收缩开裂特性。随着我国经济的高速发展，对基础设施的投入比重越来越大，越来越多的公路将穿越膨胀土分布区。膨胀土地区公路建设中，支挡结构物后的膨胀土体在降雨入渗和大气作用下含水率会逐渐升高发生增湿膨胀，膨胀潜势的释放将产生一定的膨胀力。膨胀力包括竖向膨胀力和侧向膨胀力，其中侧向膨胀力对支挡结构的稳定性有着显著影响。

公路土工试验规程(JTG E40-2007)中膨胀力的试验方法，是采用环刀取原状土或静压制备重塑土环刀样，然后进行膨胀力的试验，在试样浸水产生一定膨胀量后，采用增加筒中砂的质量的方法将试样压回原高度，膨胀一点就加砂压回去一点，以试样不再产生膨胀量时的筒中砂质量作为膨胀力。该方法测得的实际是竖向膨胀力而未考虑侧向膨胀力。造成在边坡支挡结构设计中，以竖向膨胀力等同于侧向膨胀力进行设计，造成与实际工况受力情况存在巨大误差，增加了工程的造价。

为解决现有膨胀力的试验方法存在的不足，国内外学者对膨胀力的测试方法开展了一些研究，归结起来有膨胀反压法、加压膨胀法、平衡加压法及等体积加压法4种。

膨胀反压法是使试样充分吸水自由膨胀稳定后再施加荷载使其恢复到初始体积。加压膨胀法是通过一系列压力-膨胀量对应关系曲线确定膨胀力，分为多试样法和单试样法。平衡加压法是在试样吸水开始膨胀时，逐步施加荷载维持体积不变。等体积法是将膨胀土放置在刚性容器内，通过测试容器壁受力确定膨胀力，多用于模型试验，要求模型有足够刚度在膨胀力作用下不产生变形。

其中前三种都是使试样先发生湿化膨胀变形，再施加荷载将试样压回原始体积或高度，该荷载即为膨胀力。但是施荷压缩土体是一种固结过程，固结是土体压缩、去水而逐渐密实的物理过程，而膨胀是晶格扩张的化学过程和粒间结合水膜增厚的过程，因此该膨胀力实际为固结力而非膨胀力，且是竖向作用力而非侧向。

等体积法完全限定了试样的体积，加水使其膨胀进行膨胀力的测定，而对于实际膨胀土边坡来说，它的吸水膨胀是一个无侧限的过程，因此该方法并不符合实际工况。

此外还有一些模型装置，通过在模型箱的箱壁上设有多个压力传感器，分设于不同深度位置的用于测量膨胀土侧向膨胀力；以及采用伺服加载装置，当土样发生膨胀时，伺服装置自动加压使土样压回原始体积。但是模型箱存在模型制作困难、试验耗时费力等问题，伺服装置同样对土样施加了侧限，不符合实际工况，还存在着造价昂贵的问题。

造成上述问题的原因主要是现有土体有荷膨胀试验用环刀是固定结构，而静压制样的过程中，试样内部土体在压制过程中，必然会产生超固结效应，而形成超固结水平应力，这部分应力蓄积在试样中，而现有技术所涉及的测试膨胀力的装置和方法均未考虑消除制样过程中产生的超固结水平应力，导致测得的侧向膨胀力与实际工况受力情况存在巨大误差。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有技术的不足和缺陷，而提供一种结构简单合理、操作方便、可以完全消除试样初始超固结水平应力的土体有荷膨胀试验用环刀。

发明人经过研究，发现采用公路土工试验规程(JTG E40-2007)中膨胀力的试验方法进行膨胀力试验，在静压制样的过程中，试样内部会产生超固结效应，在试验的过程中，通过在土样和环刀内壁间贴合薄膜压力传感器，监测到试样(ω₀＝22％,ρ_d＝1.60g/cm³)成型后的侧向力达到了287.24kPa，随着试样吸水膨胀，侧向膨胀力将逐渐增大，超固结效应将缓慢释放，监测的侧向力为两者的合力，无法实现剥离。因此本实用新型设计了带凹槽和可释放超固结效应的带箍环的环刀，一方面在贴合薄膜压力传感器时，确保贴合了传感器一侧土样整体密度的均匀性；另一方面可释放制样过程产生的超固结效应，确保试验时传感器所测压力增量即为侧向膨胀力。此外，本实用新型还可得到在不同上覆荷载作用下的侧向膨胀力，进一步可得到沿深度的侧向膨胀力变化情况，为支挡结构设计提供有力的数据。

本实用新型一种土体有荷膨胀试验用环刀，所述环刀为开口环，在环刀开口位置的外壁上设有开口调节装置，所述开口调节装置用于调节开口的大小；在环刀的内壁设有供容置压力传感器的凹槽；

本实用新型一种土体有荷膨胀试验用环刀，环刀的开口处为搭接结构；