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如何做好三軸試驗(一)土樣制備和安裝

2020-04-03 [1292]

   如何做好三軸試驗(一)土樣的制備和安裝

 

   三軸試驗能夠根據工程實際,控制試樣的排水、測定孔隙水壓力,成為工程勘察中的重要技術手段。三軸試驗已成一項常規試驗項目,提供土的強度指標,并向其它測試指標延伸。其間,有相當多的試驗人員在實踐中遇到的問題是,操作過程費工耗時,合格率低。三軸試驗費工耗時是顯而易見的。全自動三軸基于三軸壓縮試驗理論基礎而研發的,它集機械、電子、自動化、傳感器技術于一體。在硬件上主要由三軸荷載架及圍壓/反壓控制器組成,其所配套的系統軟件可提供試驗設置、系統控制、數據采集以及數據處理等功能,交互性能良好,該產品在原有三軸儀的基礎上改進其控制系統,采用全電路設計,試驗過程無需人工干預,提高試驗效率。全自動三軸儀可以24小時連續運轉外,規范的試驗程序可壓縮的效率有限;合格率則包含兩重含意,一是成果中至少有3個應力圓有共同的包線,或與包線接近,二是測得的強度指標與土的性狀相一致。經驗告訴我們,選好土樣、規范操作,是解決問題的有效辦法。

.土樣——從選樣制備到飽和安裝

根據土力學理論,土的強度指標不僅取決于它的固結密度、排水條件、應力歷史,也和試驗參數有關。首先就來分析與取土、制樣工序相關的要求,中心是減少對原狀土的結構擾動。

.粘性土的狀態是以塑性表述。它綜合反映了土的粒度、濕度和在一定應力條件下固結形成的密度。沉積土多成層狀、各向異性。因此從多方面鑒別土樣的原狀性。在制樣時既要選擇塑性相同,也要關注土的縱向剖面,使選取的試樣層狀結構一致;砂土因無法鉆取原狀結構不被擾動的樣,制備試樣的方法是取擾動的砂樣,按初始孔隙比(或初始干密度)的控制要求,在成模筒內擊實制作。

.試樣的大小是由土中大顆粒決定。對于粗顆粒土或夾有粗顆粒的粘性土,尤其要注意選擇。按照三軸儀的國家標準,試樣有大、中、小之分,試樣高度為直徑的22.5倍。大試樣允許大顆粒為直徑的20 mm,中、小試樣則為6.2mm、3.9mm。粘性土中夾有個別大顆粒,可以剔除后填平。

.同一土樣的幾個試樣土質均勻、結構一致,是后續試驗測得的剪應力與法向力成線性的前提。為此,好是取同層土制備試樣。以小試樣為例,要求鉆取的土樣大于ø100,再用分土器剖出3個樣;若鉆取土樣過小,在同層土樣中只能選?。薄苍嚇?。對于土質結構均勻的土層可用連續取土來彌補土量的不足;當遇到土質不均勻、或土體量不足時,只得制備一個試樣,按多級加載的方法試驗。

.在物理試驗中,將土看作代表礦物顆粒的土粒和其間孔隙中的氣體、水構成的三相體。而在常規的三軸試驗,只適用于(土粒和水)兩相體。這是緣于現階段還缺乏孔隙中氣體應力應變的測試技術。即要求試樣是飽和的。規范標準為此要求:

⑴在試樣制備中必須作飽和處理。飽和的方法有三:

抽氣飽和——在與真空泵連接的容器內盛裝試樣,試樣在接近負一個氣壓環境下,釋放土中的空氣。然后注入無氣水后再恢復大氣壓力,容器中的水經過由負到正的大氣壓力作用下,滲入土內。按照土樣的透水(氣)性能確定抽氣時間。這種方法可以根據容器大小,批量地對試樣作飽和處理。

水頭飽和——完成試樣的安裝,預加20kpa的周圍壓力。提高試樣底部量管的水位,降低試樣頂部量管的水位,在水頭差的壓力下自下而上地排出孔隙中的氣體,對試樣產生滲透作用。直至注入的水與滲出的水等量為止。這種方法對低塑性土較合適。

反壓力飽和——反壓力飽和是當前有效的飽和方法。反壓力是相對于試樣周圍壓力而言,在逐級遞增的壓力作用下置換孔隙中的氣體,或壓縮孔隙中的氣體使其溶解于水。在反壓力飽和過程中,始終保持反壓力小于周圍壓力,試樣結構才不被擾動;每增加一級壓力,測一次孔隙水壓力,當孔隙水壓力增量與周圍壓力增量之比為1時,試樣飽和。這種方法可以達到試樣完全飽和。盡管如此其缺點也是明顯的,一是需要增加一套壓力控制裝置,二是占用儀器時間長。因此生產性試驗室很少采用。

上述飽和方法時常是綜合運用,例如先作抽氣飽和,試樣安裝后經過檢測飽和度不達標,再使用水頭飽和或反壓力飽和。江南地帶的地下水位較淺,土樣多呈飽和狀。從野外取樣到室內制樣各環節,注意保持土樣的原狀性十分重要。把制備好的試樣置于水槽中保存。

⑵對于飽和土,其含水量不變體積也就不變。因此在不固結不排水試驗中,應變過程試樣的面積計算,就是基于這樣的認識。同理,排出的孔隙水量等于試樣體積的變量。由于在裝樣操作中常要注水排氣,使得依量管讀數算得的排出水量往往大于體積變量。因此以秤取試驗前后試樣的質量,就非常必要。

.準確測試孔隙水壓力,是三軸試驗的一項重要技術。不僅要求試樣是飽和的,還要求試樣的安裝操作來保證??紫端畨毫Φ臏y量是依據靜水力學的帕斯卡原理,通過水力連系把試樣內的孔隙水壓力引伸到壓力測試裝置上。為保證孔壓能夠靈敏傳遞和準確測試,不僅在安裝試樣時要使用無氣水,還要對試樣上下的透水石、周圍與乳膠模間的縫隙,連接管路等所有銜接處,作徹底的排氣操作,以提高水體的剛性。做好這一點要求試驗者有操作經驗和細致責任。

.為了縮短孔隙水壓力的傳輸時間,加速排水,可在試樣周圍貼濾紙條。濾紙條的寬度約為試樣直徑的1/5~1/6,上下與透水石相連。若要作反壓力飽和,則濾紙條中間必須斷開。濾紙覆蓋的面積不大于試樣表面積的50%。

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