[发明专利]土体饱水-疏干循环三轴压缩试验方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及土体强度变形特性测试领域，具体是模拟经过饱水-疏干循环的土体三轴压缩试验。

背景技术

大型水库（如长江三峡水库）蓄水运行后，库水位随水库调度呈周期性的上升、下降变化，并且库水位的变幅很大。例如长江三峡水库，按其调度计划，正常蓄水后坝前库水位每年在175m—145m之间变化，库水位最大变幅达30m。在库水位的周期性上升、下降变化中，库岸地下水位及拦河土石坝浸润线也呈周期性的上升、下降变化。库水位和地下水位的周期性上升、下降变化，必然使得其变化范围内的库岸土体及拦河土石坝土体经受周期性的饱水—疏干循环作用。在饱水—疏干循环作用下，土体的强度、变形等特性可能发生变化，为了能够科学评价库岸土体和拦河土石坝土体在周期性的饱水—疏干循环作用下的强度、变形特性，需要研究土体在饱水—疏干循环作用下强度、变形特性的试验方法。

对于初次蓄水的水库而言，随库水位的逐渐抬高，地下水位也逐渐抬高，库水位及地下水位变化幅度范围内的库岸土体和拦河土石坝土体由原来的非饱和状态甚至是干燥状态逐渐转变为饱和状态，这一过程称为“湿化”作用。在“湿化”作用下，土体的强度、变形等特性将可能有显著变化。前人已对“湿化”作用的试验方法等进行了研究，本发明不涉及“湿化”问题。

对于试验性蓄水运行和正常蓄水运行的大型水库而言：当库水位从高水位逐渐向低水位变化时，地下水位也随之逐渐下降变化，库水位和地下水位变化幅度内的库岸土体和拦河土石坝土体内的水体将在重力作用下逐渐排出，这一过程称为地下水的重力疏干或重力排水过程，本发明称之为“疏干”；当库水位从低水位逐渐向高水位变化时，地下水位也随之逐渐上升变化，库水位和地下水位变化幅度内的库岸土体和拦河土石坝土体因水的渗入逐渐变为饱和状态，这一过程称为库水位上升引起库岸及大坝土体的饱水过程，本发明称之为“饱水”。

值得说明的是，“饱水”与前述“湿化”都是使土体由非饱和状态转变为饱和状态，但两者是不同的。“饱水”是库水位下降后再次上升过程中使土体由非饱和状态变为饱和状态的过程。“饱水”发生前，虽然土体因重力水已经排出而处于非饱和状态，但土体中仍存在大量的毛细水、结合水等，含水率通常较高。“湿化”发生前，土体没有经历因库水位和地下水位上升引起的由非饱和状态向饱和状态转变的过程，土体通常处于半干燥状态甚至干燥状态，含水率通常较低。

大型水库的库水位上升过程、下降过程的历时往往均较长，从数十日到数个月不等，这使得库岸土体和拦河大坝土体的“饱水”、“疏干”过程历时也较长。在室内试验条件下，研究土体在饱水—疏干循环条件下的强度、变形特性，需要尽可能真实地模拟库岸及拦河大坝土体经历的饱水—疏干循环条件，但为了节约试验时间，试验的历时又不能很长。为了能够在室内试验条件下，研究土体在饱水—疏干循环条件下的强度、变形特性，需要研究相应的试验方法和试验系统。

另一方面，传统的三轴压缩试验方法可分为三种，即固结排水剪试验（CD试验）、固结不排水剪试验（CU试验）和不固结不排水剪试验（UU试验）三种，但不涉及饱水-疏干循环过程。

发明内容

本发明的目的是提供一种在土体三轴压缩试验中实现饱水-疏干循环过程的方法。

为实现本发明目的而采用的技术方案是这样的，一种土体饱水-疏干循环三轴压缩试验方法，包括以下步骤：

1）制备三轴压缩试验所需要的试样；

2）使步骤1）中的试样饱和；

3）疏干：对试样施加围压，向试样的顶端施加具有压力的气体，所述气体的气压不大于围压；所述气体从试样的顶端缓慢向试样的底端渗透，试样内部的重力水在气体的推动下自上而下渗透并从试样底端排出；在本步骤的过程中，试样顶端仅进气、不排气、不进水、不排水，试样底端仅排水、不进水、不进气、不排气；

4）饱水：保持施加于步骤3）中处理试样的围压不变，向试样的底端施加具有压力的无气水，所述无气水的压力不大于围压；所述无气水自试样的底端缓慢向试样的顶端渗透，试样内部的气体在无气水的推动下自下而上渗透并从试样顶端排出；在本步骤的过程中，试样顶端仅排气、不进水、不排水、不进气，试样底端仅进水、不排水、不进气、不排气；

5）重复步骤3）、4）若干次；

6）进行CD试验、CU试验或者UU试验。