[发明专利]一种残积土的原状空心圆柱试样扰动程度的评价方法

说明书

本发明公开了一种残积土的原状空心圆柱试样扰动程度的评价方法，步骤是：A、取块状样并计算原位状态土样孔隙比；B、制备原状空心圆柱试样和装样：削取原状空心圆柱试样，将试样套上橡皮膜后，安装在空心圆柱扭剪仪上；C、试样饱和：从零开始同时增加内围压、外围压和反压的大小；D、试样固结：保持反压为500kPa不变，将内围压、外围压由520kPa开始逐渐增加，固结完成；E、计算扰动指数DI：依据固结过程中的排水体积ΔV、试样尺寸和原位状态土样孔隙比；F、评价试样扰动程度：根据DI值进行试样扰动程度的评价；G、试样剪切、卸载及清洁仪器：评价完成后，试样为较小扰动或极小扰动的试样。方法易行，操作简便，测试成本低廉，测试精度高，评价效率高。

技术领域

本发明涉及土工试验中空心扭剪试验领域，特别涉及一种残积土的原状空心圆柱试样扰动程度的评价方法，同时还适用于土工试验三轴剪切、直接剪切等试验的试样扰动程度评价。

背景技术

残积土等岩土材料在自然界中广泛存在。研究认为，这类特殊岩土材料普遍具有明显的各向异性(K.Onitsuka,S.Yoshitake,M.Nanri.Mechanical properties andstrength anisotropy of decomposed granite soil.Soils and foundations,1985,25(2):14-30)，在一定程度上为科学研究和工程建设带来了困难。目前，针对岩土材料各向异性的研究手段通常为空心扭剪试验，这种试验要求制备薄壁空心圆柱土样，这一过程不可避免地对土样产生扰动。除此之外，扰动还可能发生在现场取样、运输和室内试验的装样阶段。研究表明，由于残积土中的胶结对外荷载十分敏感(A.V.Da Fonseca,R.Coutinho.2008.Characterization of residual soils.In Proceedings of 3rd InternationalConference on Site Characterization,195–248.Boca Raton,FL:CRC Press)，这种扰动会对试验结果产生明显的影响，并且往往导致测得的强度指标偏低(X.W.Zhang,L.W.Kong,S.Yin,C.Chen.Engineering geology of basalt residual soil in Leiqiong,southernChina.Engineering Geology,2017,220(30):196-207；X.W.Zhang,X.Y.Liu,C.Chen,L.W.Kong,G.Wang.Engineering geology of residual soil derived from mudstone inZimbabwe.Engineering Geology,2020,277:105785)。因此，为了保证空心扭剪试验结果的准确性，必须选取扰动程度小的试样，这就要求对试样的扰动程度进行定量评价。

目前岩土力学室内试验中对试样扰动程度的评价往往基于原位和室内试验测得的剪切波速之比的平方，经检索中国专利申请，(一种利用剪切波速评价软弱土扰动程度的方法，专利申请号为：201110123581.4)，该专利申请尚有局限性，并不适用于残积土的空心扭剪试验，不足之处主要表现在以下几个方面：

(1)对于现场或室内剪切波速的测量需要购置额外的仪器设备，大大增加了测试成本。同时，现场测试具有操作复杂，仪器携带不便等困难。

(2)天然土特别是残积土如具有显著的变异性，导致现场测得波速结果往往比较离散，从而无法准确评价试样的扰动程度。

(3)室内波速测定试验没有还原原位应力状态。室内试验测定波速时试样的应力状态与原位状态有明显区别，这种区别会导致试样扰动程度评价不准确。特别是对残积土而言，应力状态引起的试样扰动不可忽视。

(4)由于空心扭剪试验试样安装步骤繁琐、操作复杂，因此在装样过程中也可能对试样产生一定的扰动。而室内的波速评价方法仅能对装样前的试样刚度进行测试，无法评价因装样等空心扭剪试验操作而引起的土样扰动。