[实用新型]一种静压土试样恒体积浸水直剪试验装置

说明书

一种静压土试样恒体积浸水直剪试验装置，包括应变式直剪仪、加载板，所述加载板为圆柱体，其上端面设有至少一个延伸至圆柱体圆周外的限位凸齿，当试样置于应变式直剪仪的剪切盒中泡水前，加载板上的限位凸齿与剪切盒上端面接触，控制加载板底面与试样实现无间隙接触但不对试样施加荷载。采用上述装置测量膨胀土抗剪强度：先对试样恒体积浸水，测量竖向膨胀力并以此作为上覆荷载进行直剪试验，得试样的有效黏聚力和有效内摩擦角。本实用新型装置简单、操作方便、结构合理，确保直剪试验中，不同上覆荷载作用下试样剪切前微结构一致，解决了本领域长期以来不能准确获得膨胀土抗剪强度参数的问题，为膨胀土土建工程结构设计提供准确设计参数。

技术领域

本实用新型公开了一种静压土试样恒体积浸水直剪试验装置；属于土工试验测量技术领域。

背景技术

膨胀土遍及世界六大洲40多个国际，我国是是膨胀土分布最广的国家之一，26个省、自治区、直辖市存在这种特殊土，与一般黏土相比，膨胀土富含蒙脱石及其混层矿物，当含水率增大接受到较小约束时，会产生膨胀变形和强度急剧衰减；而当其湿胀受到一定约束时，会对周围土体和结构物产生不可忽略的膨胀附加应力。因此，公路、铁路、水利和房建等工程中的膨胀土挖方和填方边坡极易发生坍塌，严重威胁工程建设与运营安全，造成巨额经济损失。因此确保膨胀土边坡设计参数的合理性与准确性，是有效利用膨胀土填筑路堤和膨胀土路堑边坡处治的关键。

岩土工程的失稳绝大多数是由于剪切破坏引起的，准确测定岩土体的抗剪强度参数在岩土工程建设中具有重要意义。直剪试验由于其操作简便、适用范围广而应用最为普遍。根据以往实际工程，膨胀土边坡在坡度只有1:4～1:5的缓坡也会发生滑动，而按照现行规范的直剪试验所得强度指标并不低，理论上认为：上述膨胀土边坡是不会发生滑动的。发生上述现象的原因在于：现有公路土工试验规程(JTG E40-2007)中的常规直剪试验方法，其测量过程存在本质缺陷，不能真实反应膨胀土的抗剪强度。

现有公路土工试验规程(JTG E40-2007)中的常规直剪试验方法，直剪试验前，需要对膨胀土试样浸水饱和，浸水饱和过程是将设定初始干密度和含水率的环刀试样置于剪切盒中，试样上下设置透水石，通过加载板作用在上透水石上对试样施加不同人为规定的上覆荷载(如施加100、200、300、400kPa的上覆荷载)，对试样浸水，使其达到饱和状态，然后进行直剪试验；其中：加载板、上透水石、试样的径向尺寸和面积完全一样。现有技术采用上述加载装置、结构及方法，存在以下缺陷：由于采用尺寸及面积都相同的加载板、透水石在浸水前对试样施加不同的上覆荷载，此时，试样在上覆荷载作用下，会发生一定程度压缩，其干密度相对于试样制备时设定的初始干密度会发生改变。膨胀土试样在浸水饱和过程中由于上覆荷载的作用会发生不同程度的膨胀。而膨胀土与非膨胀土最大的区别在于，其含有膨胀性黏土矿物颗粒。这种颗粒会随着含水率增大而膨胀，随着上覆荷载的增大而压缩，进而使土体微结构以及土体平均粒径发生改变。膨胀土吸水膨胀后，黏土矿物集聚体会变小并趋于分散，会导致土中粉粒与粉粒接触的减少，粉粒与黏粒接触增多，而粉粒之间的摩擦强度是膨胀土整体摩擦强度的主要贡献部分。因此，膨胀变形可能会对膨胀土的有效应力抗剪强度指标产生影响。采用常规方法拟合得到的黏聚力和内摩擦角均不低，理论上压实土不具有真黏聚力，因此膨胀土实际抗剪强度指标值比通过常规试验测得的要低。常规剪切试验中，不同上覆荷载作用下导致饱和膨胀土试样干密度和微结构发生变化，剪切的是不同初始状态的膨胀土试样，因此强度包线表现出非线性，直线拟合得到的截距和斜率与真黏聚力和内摩擦角有所区别。

实用新型内容

本实用新型为了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、严格控制试样初始干密度状态的静压土试样恒体积浸水直剪试验装置。