[发明专利]隧道支护条件下膨胀土含水量与膨胀力关系的测试方法

摘要

一种隧道支护条件下膨胀土含水量与膨胀力关系的测试方法，其做法是：A、取样部位荷载的测试；B、试样制备；C、试样安装；D、施加压力；E、进行试验；F、数据处理。再根据有限元计算得到每次测量时的体积膨胀率η_n和对应的膨胀力p_n，最后根据每次测量时的含水量ω_n和对应的膨胀力p_n，拟合得出隧道支护条件下膨胀土含水量ω与膨胀力p的关系。该方法能很好地模拟隧道开挖过程中，膨胀土体在一定埋深条件下的吸水膨胀受力形态，从而更真实、准确的测出膨胀土在三向应力状态下含水量与膨胀力的关系。从而更加准确的掌握膨胀土隧道支护结构应力及变形分布规律，为该类隧道的设计和施工提供更可靠的试验依据。

主权项

1.一种隧道支护条件下膨胀土含水量与膨胀力关系的测试方法，其做法是：A、取样部位荷载的测试测出工程现场的取样部位上方的垂直荷载σ₁及水平方向的荷载σ₃；B、试样制备将所取土样采用静压法制成重塑的膨胀土试样（16），并在制备时记录膨胀土试样（16）的土颗粒质量m_s、初始含水质量m_w和体积V；C、试样安装用橡皮膜（21）将膨胀土试样（16）的侧面包裹好，在应变式三轴仪的压力室（7）底座上依次放置不透水石一（19）、下滤纸（20）、膨胀土试样（16），然后在膨胀土试样（16）上部放置上滤纸（22）、不透水石二（23），试样帽（24）；上排水管（15）的内端穿过试样帽（24）及不透水石二（23）与膨胀土试样（16）的顶部相连，外端穿出压力室（7）；下排水管（11）的内端穿过不透水石一（19）与膨胀土试样（16）的底部相连，外端穿出压力室（7）；最后在压力室（7）上部盖上压力室盖（25）；D、施加压力拧开应变式三轴仪的压力室盖（25）上的排气阀（6），水压系统通过压力室（7）底座的进水孔(13)向压力室（7）注水，待压力室盖（25）上的排气阀（6）有水溢出时，关闭排气阀（6），调节水压系统的调压阀使压力室（7）内的水压等于A步测得的水平方向的荷载σ₃；转动加压手轮，使应变式三轴仪的穿过压力室盖（25）的活塞（5）的下端部通过试样帽（24）向膨胀土试样（16）加载，并通过与活塞（5）上端部相连的测力计（3）测出其加载的载荷△σ，当△σ=σ₁-σ₃时，保持该加载载荷；E、进行试验用吸耳球向应变式三轴仪的上排水管（15）和下排水管（11）注水，当两者的液面高于膨胀土试样（16）顶部后，打开上排水管（15）的阀门（15a）及下排水管（11）的阀门（11a），使上排水管（15）穿过试样帽（24）的内端向膨胀土试样（16）的顶部渗水，使下排水管（11）穿过不透水石（19）的内端向膨胀土试样（16）的底部渗水；再打开与压力室（7）相连的体变管（17）的阀门（17a）；随后，读取并记录下列读数，然后，每隔一个测量周期又读取并记录一次下列读数：反映膨胀土试样（16）体积变化的体变管（17）的读数反映膨胀土试样（16）顶部渗水量的上排水管（15）的读数反映膨胀土试样（16）底部渗水量的下排水管（11）的读数测力环（3）的读数△σ：其中，下标n为读取次数的序号；直到上排水管（15）的读数连续三次保持不变，且下排水管（11）的读数也连续三次保持不变，结束试验；在试验过程中，当上、下排水管（15、11）的液面接近膨胀土试样（16）顶部时，即向其注水，使上、下排水管（15、11）的液面高出膨胀土试样（16）的顶部，以保证膨胀土试样（16）时刻处于吸水状态；同时，当读出的测力环（3）的读数△σ＜σ₁-σ₃时，须转动加压手轮，增加活塞施加于试样上部的荷载△σ直至△σ=σ₁-σ₃时，保持该加载载荷；F、数据处理根据D步测出的体变管（17）的读数上排水管（15）的读数下排水管（11）的读数计算得出：膨胀土试样（16）在三维受力情况下，连续性吸水过程中，第二次以后的每次读取读数时的含水量ω_n，及其对应的体积膨胀率η_n，ηn=(Vnt-Vlt)V;]]>再根据有限元计算得到每次读数时的体积膨胀率η_n和对应的膨胀力p_n，最后根据每次读数时的含水量ω_n和对应的膨胀力p_n，拟合得出隧道支护条件下膨胀土含水量ω与膨胀力p的关系。