[发明专利]一种土体的快速三轴固结剪切试验方法

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种适于粘性土、掺砾石粘土等透水性较差土体三轴固结 剪切试验的方法，属于土工试验技术领域。

背景技术

对于粘性土、掺砾石粘土的三轴固结剪切试验，由于粘性土渗透系数很低、 排水极慢，按常规试验方法完成一个中三轴(直径Φ＝101mm)的固结排水剪试 验常需要超过7天的时间；而对于大三轴(直径Φ＝300mm)，一个试验甚至需 要1个多月的时间，完成一组(4～5个样)试验需要几个月的时间，效率极低。 这不仅赶不上工程需要，而且长期加压对试验设备也是个难以实现的难点。近 年来，我国高土石坝建设正在迅猛发展，而众多土石坝的心墙料都采用粘土或 掺砾石粘土，测定其强度变形需进行三轴试验；对掺砾石粘土，既含有一定量 的砾石，又含有相当大比例的粘性土，渗透系数很低，需要进行大型或中型三 轴试验。常规三轴试验方法下进行的固结排水试验周期长，难以满足要求，因 而，迫切需要一种新的、快速的试验方法解决此问题。

发明内容

本发明的目的在于克服上述常规三轴剪切试验方法试验周期长的缺陷，提 出一种适用于粘性土及掺砾石粘土三轴固结不排水剪、固结排水剪的快速试验 方法，其特点在于采用砂芯圆柱样进行试验，使试验得以快速完成，试验的剪 切速率根据固结成果采用理论公式确定，并采用一种修正方法对固结及剪切过 程的试验数据进行了修正。这种快速试验方法宜适用于大型或中型人工击实试 样的三轴固结或剪切试验。

发明内容主要为：(1)对常规三轴试验的制样方法进行了改进，采取在圆 柱形试样中心设置圆柱砂芯的方法来加快试样的排水，砂芯柱体的半径小于试 样半径的1/5，砂芯柱体的砂粒成分为细砂～粗砂，即砂粒粒径为0.075mm～ 2mm，其填筑干密度比周围土体小或接近；(2)试验的剪切速率v(单位：cm/s) 由公式v＝l/t_f确定，式中，l为试样的剪切距离(单位：cm)，t_f为试验剪切历 时(单位：s)，t_f按照公式t_f＝20h²/(ηC_v)取值，其中，h为试样排水距离(单位： cm)，η为取决于排水条件的系数，当试样为一端排水η＝0.75，两端排水η＝3.0， C_v为试样消散系数(单位：cm²/s)；(3)在三轴试验的数据整理中，对试样高度、 面积及排水量进行了修正，修正按照等应变方法且只针对试样的土体部分进行， 其中，土体高度为土体体积与土体面积之比，土体面积为试样总横截面面积减 去中心砂柱横截面面积后的面积，土体体积为总体积减去中心砂柱体积后的体 积，土体部分的排水量为总排水量与砂芯部分排水量之差，试验过程认为土体 与砂芯两者的排水量与各自的体积成正比。经过修正，得到的应力应变曲线及 模型参数与常规试验基本一致。

本发明的优点：该方法避免了粘性土、掺砾粘土试样固结慢、剪切时间长 的不利方面，保证了试验过程试样的充分固结及孔隙水压力的充分消散，同时 也保证了测试精度和试验结果的可靠性。而其试验时间仅是传统试验的1/4～1/2。

附图说明

附图1是按本发明制样后的试样示意图。

附图2是制样干密度ρ_d＝2.04g/cm³、中型三轴CD试验下，本发明与常规 方法的固结曲线V-logt成果对比图。

附图3是制样干密度ρ_d＝2.08g/cm³、大型三轴CD试验下，本发明与常规 方法的固结曲线V-logt成果对比图。

附图4是制样干密度ρ_d＝2.04g/cm³、中型三轴CD试验下，本发明与常规 方法的(σ₁-σ₃)-ε₁成果对比图。

附图5是制样干密度ρ_d＝2.04g/cm³、中型三轴CD试验下，本发明与常规 方法的ε_v-ε₁成果对比图。

附图6是制样干密度ρ_d＝2.08g/cm³、大型三轴CD试验下，本发明与常规 方法的(σ₁-σ₃)-ε₁成果对比图。