[发明专利]一种用于原位测试土体各向异性强度的测试方法

说明书

本发明公开了一种用于原位测试土体各向异性强度的测试方法，通过第一剪切板测出待测土体水平方向的抗剪强度，通过第二剪切板获得竖直方向的抗剪强度，进而利用Casagrande等人建议的计算式可得出待测土体任意位置的抗剪强度。本发明克服了常规十字板剪切仪仅能粗略测试土体竖直方向上的抗剪强度的缺点，可获得各向异性土体竖直方向、水平方向和任意方向上的抗剪强度，适用于原位测试试验，可为各向异性土体的研究提供新的方法和思路，填补各向异性土体原位强度研究的空白，可广泛应用于岩土工程技术领域。

技术领域

本发明涉及岩土工程技术领域，尤其是一种用于原位测试土体各向异性强度的测试方法。

背景技术

目前对于土体强度的研究主要采用直剪仪、三轴仪、空心扭剪仪、无侧限抗压仪以及十字板剪切仪等进行试验研究。前四种试验均属室内试验，需取土样进行，取土不可避免地对土样进行扰动，影响试验精度。十字板剪切试验属原位测试方法，该方法可避免取土扰动的影响，适合于现场测定饱和粘性土的原位不排水抗剪强度，在工程建设中应用广泛。但对于土体而言，由于受固结程度不同或各向异性的影响，一般情况下在水平方向和竖直方向上的抗剪强度值是不相等的。在常规十字板剪切试验中，土体破坏面为上、下两个沿水平方向的圆面及竖向的圆柱面，十字板剪切试验假定剪破时上、下两个水平面及竖直面上的土体同时达到强度峰值，并且水平面及竖直面上土体的强度大小相等，然而这与实际情况并不相符。因此其计算方法不严格，试验精度不准确，这是十字板剪切试验存在的不足之处。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明的目的在于：提供一种用于原位测试土体各向异性强度的测试方法，与常规十字板剪切仪相比，该剪切装置可测试出土体在竖直方向、水平方向和任意斜面上的抗剪强度，实现各向异性土体强度的原位测试，提高土体强度测试的精度。

本发明采用如下技术方案：

一种用于原位测试土体各向异性强度的测试方法，包括如下步骤：

A-1、采用第一剪切板测试土体在水平方向的抗剪强度τ_h；

A-2、采用第二剪切板插入待测土体进行测试，获得待测土体被剪破时的扭矩M；

A-3、结合扭矩M和水平方向上的抗剪强度τ_h，通过公式计算得出待测土体竖直方向上的抗剪强度τ_v。

进一步，所述步骤A-1测试水平方向的抗剪强度τ_h的步骤为：

S-1、采用高为H，宽为D的第一剪切板进行土体强度测试试验，记录土体破坏时的扭矩M₁，所述高和宽的尺寸均为所述第一剪切板的第一叶片的尺寸；

S-2、采用高为2H，宽为D的第一剪切板进行土体强度测试试验，记录土体破坏时的扭矩M₂，所述高和宽的尺寸均为所述第一剪切板的第一叶片的尺寸；

S-3、由M₁、M₂可得出土体被剪破时在圆柱土体上、下两个端面上的扭矩均为结合端面上的扭矩和剪应力分布情况进而求解出待测土体水平方向上的抗剪强度τ_h。

进一步，所述第一剪切板包括第一转轴和与所述第一叶片下端匹配的硬质薄片圆环，所述第一叶片的数量为至少2个，各第一叶片均为矩形形状，且大小相同，各所述第一叶片均通过内侧竖直边固定在第一转轴的中心轴向下延长线上，各所述内侧竖直边的顶端均与所述第一转轴的底端抵接，相邻两个第一叶片的夹角均大于0°。

进一步，所述第一叶片的数量为4个，相邻两个第一叶片的夹角为直角。

进一步，所述硬质薄片圆环的内侧布置有与所述第一叶片外侧竖直边相匹配的凹槽，所述凹槽的宽度等于所述第一叶片的厚度。