[发明专利]一种消除强风化岩橡皮膜嵌入效应的制样方法

说明书

本发明公开了一种消除强风化岩橡皮膜嵌入效应的制样方法，其原理是利用固化的液体乳胶作为填充物，使本来凹凸不平的试样表面变得平滑，进而消除强风化岩橡皮膜嵌入效应。试样的制备步骤为削样、填坑、平滑表面、试样成型与装样。通过本发明的技术方案，能够有效地消除强风化岩橡皮膜嵌入效应的不利影响，使测得的三轴剪切试验结果真实可靠、精度高。具有试验材料无毒无害，造价低廉，方法易行，操作简便，试验周期短等特点，该技术方案还可以避免高压下试样表面突起的石英颗粒刺破橡皮膜导致试验失败的问题。

技术领域

本发明涉及土工试验中三轴试样的制样方法，更具体涉及一种消除强风化岩橡皮膜嵌入效应的制样方法。

背景技术

强风化岩是一种风化形成的特殊土体，具有与沉积形成的砂土与黏性土不同的力学性质。目前，室内开展的三轴剪切试验是获取这类土的力学指标的重要手段，一些设计采用的本构模型参数也依赖三轴剪切试验结果。然而，由于母岩残留的砂粒经常镶嵌在粘土基质中，试验采用的圆柱样常常出现表面凹凸不平或有较大凹坑，在开展常规的三轴排水或不排水剪切试验时，围压的施加会使橡皮膜嵌入到试样的这些凹坑或大的空隙中(WangY H，Yan W M.Laboratory studies of two common saprolitic soils in HongKong.Journal of geotechnical and geoenvironmental engineering，2006，132(7)：923-930)，这种现象称为橡皮膜嵌入效应。很多研究表明(朱思哲，刘虔，包承纲.三轴试验原理与应用技术.北京：中国电力出版社，2003年)、(王昆耀,常亚屏.粗粒土试样橡皮膜嵌入影响的初步研究.大坝观测与土工测试，2000，24(4)：45-46.)橡皮膜嵌入效应会引起测得的排水量结果产生较大的误差。例如一些含有较大颗粒的原状试样(陆晓平，孙明辉，陈浩锋，等.粗粒土三轴试样端部约束影响研究.岩土工程学报，2017,39(增刊1):236-240)，对于三轴排水剪切试验，由于橡皮膜嵌入效应，橡皮膜会嵌入到试样侧表面的空隙中，并挤出空隙中的水，增大了试样的体积排水量，造成测试的排水体积量偏高，由此看来，橡皮膜的嵌入效应对试验结果的影响是一个必须考虑的因素。

以往对于三轴试验中橡皮膜嵌入效应的研究思路可以分为两种：第一种是通过一些假定的理论或试验手段测出橡皮膜的嵌入量，然后对试验结果修正；第二种是在制样过程中采取某些措施直接减小或消除橡皮膜的嵌入影响。一般而言，第一种方法采用的理论比较复杂，计算量比较大，测试的橡皮膜嵌入量误差也比较大，这在土力学论著《三轴试验原理与应用技术》已经有详细介绍。因此，一般多采用第二种方法直接消除橡皮膜嵌入量。对于第二种方法，直接消除橡皮膜嵌入量的方法有很多，如在试样表面贴薄铜片或不锈钢片直接减小以达到消除橡皮膜嵌入的方法，陆晓平等的研究(见陆晓平，孙明辉，陈浩锋，等.粗粒土三轴试样端部约束影响研究.岩土工程学报，2017,39(增刊1):236-240)指出这类方法一方面增大试样的径向尺寸，减少了土体的体积变形，另一方面由于土的颗粒粒径较大，在高围压下仍会有部分的橡皮膜被嵌入，因此，现有的直接消除橡皮膜嵌入量得方法有很多弊端。同时，橡皮膜嵌入效应影响的研究多针对粗粒土，而对于强风化岩，由于含有较多的黏粒或粉粒成分，其三轴试样不同于含有粗粒或砂粒的粗粒土，一些常规的消除橡皮膜嵌入方法，如试样表面贴薄铜片或不锈钢片不可能完全填充强风化岩试样表面凹凸不平的小坑，这些小坑在围压作用下仍会出现膜嵌入效应，造成试验结果存在较大误差，因此，现有的消除橡皮膜嵌入效应的制样方法不能用于强风化岩中。

因此，鉴于强风化岩的三轴试验的特殊性与橡皮膜嵌入效应的不利影响，急需一种消除强风化岩橡皮膜嵌入效应的制样方法，这有益于提高三轴试验结果的测试精度，对于准确确定风化岩土地区的施工与设计控制指标具有重要意义。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足之处，提供一种操作简单的消除强风化岩橡皮膜嵌入效应的制样方法，能有效解决目前进行室内三轴剪切试验时强风化岩的橡皮膜嵌入效应引起的试验结果失真的问题。