[发明专利]一种强风化岩及残积土空心扭剪试验原状试样的制备方法

说明书

本发明公开一种强风化岩及残积土空心扭剪试验原状试样的制备方法，步骤是：(1)削原状实心样：取原状土块，用削土刀切削土块至高度到高于标准高度为止；(2)固定实心试样：将土样套上保鲜膜，装入对开圆筒模具中；(3)实心样中心正向钻进：调整内腔切削器传力导杆的伸出长度，将内腔切削器按原路退出；(4)实心样中心反向钻进：取出装有土样的圆筒模具以及固定卡环，将带有凹槽的旋转下底盘从装置上拆卸下，重新固定在底盘上；(5)逐级扩孔：将试样重新安装完毕；(6)精修试样；(7)评价试样质量：将制备完毕的试样用橡皮膜包裹，安装在空心扭剪仪上。方法简便、成本低廉、耗材少、原位取样要求低、制样成功率高等特点。

技术领域

本发明涉及岩土原状土样技术领域(土工试验中空心扭剪试验)，更具体涉及一种针对于强风化岩及残积土的空心扭剪试验原状试样的制备方法，它适用于砂性土、黏性土等各种具有一般工程性质的土的空心扭剪原状试样的制备。

背景技术

在中国东南沿海地区广泛分布着各种风化岩和残积土，这些特殊土体的力学性质与目前广泛关注的沉积土有很大不同(张先伟，刘新宇，孔令伟，徐超.爆破冲击荷载下花岗岩残积土的力学响应试验研究.中国科学：技术科学，2019，49(06)：690-702)。目前，针对这些特殊土体的各向异性研究非常缺乏。各向异性是与材料的各种指标和方向相关的性质，影响岩土工程的设计、施工以及安全运营。许多研究表明，岩土工程设计中缺乏对土的各向异性的考虑将严重影响工程施工和运行的安全性。在各项土工试验中，空心扭剪试验是研究各向异性最有力的手段，但是由于制样非常困难，这种先进的设备目前还没有用于风化岩和残积土中。

目前制备空心扭剪试样的基本思路分为两种，一种是将重塑土倒进空心模具中，通过静力压实制样；另一种是采用机械钻进，即利用电动钻头直接对实心试样进行钻进，从而形成尺寸满足要求的试样内腔。但是第一种方法只适合制备重塑样，而大多数研究都表明，重塑样无法反映出在强风化岩和残积土中普遍存在的结构特性，从而无法真正描述此类岩土材料的力学性质。第二种方法在黏性土中应用较多，但是同样不适合强风化岩和残积土。这是由于风化过程形成了众多的微细观裂隙，在高速转动的机械钻头作用下，这些裂隙会逐渐扩展、汇合甚至形成宏观裂缝，从而导致制样失败。此外，残积土中普遍存在铁质胶结，这些胶结提高了土体的强度，但是，研究表明这些胶结对扰动非常敏感(X.W.Zhang,L.W.Kong,S.Yin,et al.Engineering geology of basalt residual soil in Leiqiong,southern China.Engineering Geology,2017,220(30):196-207)。在机械钻进作用下，这些胶结受损，会导致土的强度下降，从而导致了实验结果不可靠或无效。

因此，鉴于目前的制样方法不适用于强风化岩和残积土原状空心扭剪试样制备，急需一种制备强风化岩及残积土空心扭剪试验原状试样的方法，这有利于对此类土体开展各向异性研究以及更准确地评价土的力学行为，从而为工程设计提供可靠的参数。

发明内容

针对上述现有技术的不足，本发明的目的是在于提供了一种强风化岩及残积土空心扭剪试验原状试样的制备方法，装置简单，便于操作，有效的减小针对强风化岩及残积土材料在试验过程中采用传统制样方法产生的额外难度，提高了制样成功率和质量。

为了实现上述目的，本发明拟采用以下的技术方案：

一种强风化岩及残积土空心扭剪试验原状试样的制备方法，其步骤是：

(1)削原状实心样：取一块略大于削样标准的原状土块，用削土刀切削土块至土块高度略高于标准高度(标准高度为200.0mm)为止。将切削高度后的土块放到旋转下底盘上，调整高度至合适位置使土样卡在上下箍环之间，使用钢丝锯从竖直方向切削四面多余的土料。切削土料时，旋转活动底盘，使土样表面切削均匀。切削完毕后，取出土样，削平土样上下两端，使土样成为符合削样标准的标准圆柱样。