[发明专利]利用三轴仪测定饱和土与结构外摩擦角的测试试样和方法

权利要求书

1.一种利用三轴仪测定饱和土与结构外摩擦角的方法，其特征在于，包括：

S1，由实际工程获得试验所研究的土体，通过对土体进行三轴剪切试验，根据试验数据结合摩尔库伦强度准则得到：获得土体的内摩擦角其中，τ_f为土体抗剪强度，c为粘聚强度，σ为破坏面上法向应力；

S2，根据获得的土体内摩擦角利用应力莫尔圆确定结构试样与土体试样之间的结构倾角θ；根据结构倾角θ以及实际工程对应的粗糙度，制作结构试样；

S3，根据结构倾角θ和土体属性，制备土体试样，并与S2中制作得到的结构试样组成测试试样，按照所采用的三轴仪的操作规范将测试试样安装于三轴压力室，对测试试样饱和并在一定初始围压下固结完成后，进行三轴剪切试验，根据试验数据获得土体与结构外摩擦角α；

所述S3中，采用常法向应力剪切试验进行三轴剪切试验中的应力路径；其中：

应力路径K与结构倾角θ之间的关系为：

式中，m为计算参数：

土体试样与结构试样之间的接触面是剪切破坏时的破坏面；其中，接触面倾角即结构倾角θ，为土体试样内部最大剪应力面与大主应力面的夹角；当土体未在接触面发生滑动时，增大结构倾角θ，并重新制样进行三轴剪切试验；

所述S3中，根据试验数据获得土体与结构外摩擦角α的方法为：

根据三轴剪切试验，得到实验数据包括：破坏时围压σ₃与轴压σ₁；

根据得到的破坏时围压σ₃与轴压σ₁，换算得到土体试样与结构试样接触面上的法向应力σ_n和剪切应力τ_n：

根据库仑摩擦定律，外摩擦系数μ满足如下关系，

外摩擦角α满足：

α＝arctanμ

改变初始围压即固结压力，重复三轴剪切试验，至少获得三组试验数据，并对获得的外摩擦角α求平均值，即获得所需的土体与结构外摩擦角α。

2.根据权利要求1所述的利用三轴仪测定饱和土与结构外摩擦角的方法，其特征在于，所述S1包括如下步骤：

S11，按照三轴试验规范，制样、装样、饱和并根据所需围压σ₃进行等向固结；

S12，根据试验仪器，选择应变控制或者应力控制方式施加荷载，进行三轴压缩试验，获得一组破坏时围压σ₃和轴压σ₁的数据；

S13，重复S11和S12，获得至少三组破坏时数据，在同一坐标系下绘制应力莫尔圆并拟合不同莫尔圆的公切线，根据摩尔库伦强度准则公切线的倾角即为内摩擦角

3.根据权利要求1所述的利用三轴仪测定饱和土与结构外摩擦角的方法，其特征在于，所述S2中：

利用应力莫尔圆确定结构试样与土体试样之间的结构倾角θ的方法为：根据摩尔库伦强度准则，并结合应力莫尔圆；抗剪强度包线与应力莫尔圆相切时发生土体破坏，破坏面与大主应力面之间的夹角为该夹角即为结构试样的结构倾角θ，表示斜面与圆柱体底面之间的夹角；

制作结构试样的方法为：根据工程实际中结构与土体接触面的性质，在特定倾角基础上，确定结构试样斜面的粗糙度参数，制作混凝土或者钢结构试样。