[发明专利]一种无粘性土最优粘聚冷冻含水率的测定方法

说明书

技术领域：

本发明涉及一种无粘性土最优粘聚冷冻含水率的测定方法，属于岩土工程学科的土体力学性能测试领域。

背景技术：

以砂土为代表的无粘性土，是建筑物、构筑物等工程的地基主要组成成分之一。目前，无粘性土的力学特性测试通常通过常规三轴试验完成，该试验将土体做成圆柱形标准三轴试样，进行加载测试。所以，制作高质量的重塑无粘性土试样是进行该测试的前提条件。

但是，由于无粘性土不具有粘聚力且摩擦角大，采用传统的制样方法，三轴试样成形后易散落、易倾斜，甚至无法制作成形，不易操作。可以通过对具有一定含水率的无粘性土进行冷冻，增加其粘聚力同时减小其摩擦角，使三轴试样顺利制作。

加水拌合冷冻后，无粘性土的摩擦角、粘聚力均随加水量的变化而非线性变化。为了能更加高效的制作无粘性土三轴试样，在制作三轴试样之前，需要对无粘性土的最优粘聚冷冻含水率进行测定，以确定冷冻后无粘性土的摩擦角和粘聚力达到最优值。

发明内容：

本发明的目的在于提供一种无粘性土最优粘聚冷冻含水率的测定方法，以解决现有技术中的三轴试样成形后易散落、易倾斜，甚至无法制作成形的缺陷。

为了达到上述目的，本发明采取的解决方案是：

一种无粘性土最优粘聚冷冻含水率的测定方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)将散粒状无粘性土烘干粉碎；(2)按照设计要求，将不同的拌合水加入到无粘性土中并拌制均匀，获得不同含水率的无粘性土；(3)将不同含水率的无粘性土冷冻，使其颗粒表层形成冰晶和水的冰水混合物，该冰水混合物能够有效增加无粘性土颗粒之间的粘聚力，且同时减小了其摩擦角；(4)在冷冻状态下制作直剪试样，并按初始含水率的不同分成对称两份；一份直接进行冷冻状态的直剪试验，另一份静停一段时间，待试样内部冰晶融化回复常温后，进行常温状态下的直剪试验；(5)根据两种状态的实验结果，分别计算各初始含水率下无粘性土的摩擦角和粘聚力；选择冷冻状态下粘聚力较大、摩擦角较小的初始含水率为无粘性土最优粘聚冷冻含水率。

所述的最优粘聚冷冻含水率，是指冷冻状态时无粘性土具有较大粘聚力、较小摩擦角时对应的初始加入拌合水的质量与干燥状态无粘性土质量的比值。

所述的最优粘聚冷冻含水率，其通过直剪试验测得。

所述的最优粘聚冷冻含水率，评价的优先顺序依次是冷冻状态粘聚力较大、冷冻状态摩擦角较小、与常温状态相比冷冻状态的摩擦角减小值较大；各自的允许误差为0.15。

所述的直剪试验，所有试样的土料在制样前均经历冷冻过程。

所述的常温状态直剪试验，是在常规直剪仪上且试样内部冰晶完全融化状态下进行的直剪试验。

所述的冷冻状态直剪试验，是在常规直剪仪上且试样在冷冻状态下进行的直剪试验。

本发明提供一种优选的无粘性土最优粘聚冷冻含水率的测定方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)、干土准备：

按照设计的直剪试样的个数N₂、干密度R，计算直剪试验所需无粘性土在干燥状态下的质量M₂：

N₂＝2*n₁*n₂

M₂＝3.14*(D/2)²*h*R*N₂

式中：n₁是设计的含水率个数，n₂是每个含水率下考虑的法向应力个数，D为直剪试样的直径，h为直剪试样的高度；

(2)、混合土料准备：

将干土等分成2n₁份，制备不同含水率的混合土料，每个含水率制作两份土料，一份用于常温状态直剪试验、一份用于冷冻状态直剪试验；

(3)、冷冻状态直剪试样制作：

将用于冷冻状态直剪试验和用于常温状态直剪试验的混合土料分别进行冷冻，并按照含水率的不同，逐一制作成冷冻状态的直剪试样；

所述混合土料的冷冻，冷冻时间超过24小时，温度为-10度。

(4)、冷冻状态直剪试验：

用于冷冻状态直剪试验的混合土料，经步骤(3)处理后制成的冷冻状态的直剪试样，在常温下进行直剪试验，检测冷冻状态下各含水率、各法向应力作用时对应的抗剪强度；

(5)、常温状态直剪试验：