一種土石混合體重塑試樣製作方法
2023-12-01 13:55:01 2
一種土石混合體重塑試樣製作方法
【專利摘要】本發明涉及巖土工程試驗領域，尤其涉及一種土石混合體重塑試樣製作方法。該方法在野外現場分層取樣，並且拍照標記試樣中塊石的位置和分布，然後對試樣進行處理，獲得了試樣的詳細物理參數，根據這些詳細物理參數，在室內重塑試樣，然後進行力學試驗，可以保持重塑試樣與原有試樣的一致性，可以控制大顆粒塊石對試樣力學性質的影響，減小塊石在試樣中位置的差異對試驗的影響，保證了試樣力學性能測定的準確性，力學試驗做完後可以重複進行試樣的重塑，對同一截面進行多次試驗，保證力學試驗參數的準確獲取。
【專利說明】一種土石混合體重塑試樣製作方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及巖土工程試驗領域，尤其涉及一種土石混合體重塑試樣製作方法。
【背景技術】
[0002]徐文杰、胡瑞林在《土石混合體概念、分類及意義》一文中指出，土石混合體(Soil-Rock Mixure)是指第四紀以來形成的，由具有一定工程尺度、強度較高的塊石、細粒土體及孔隙構成且具有一定含石量的極端不均勻鬆散巖土介質系統。土石混合體按照成因大致可以分為重力堆積、水流堆積、冰川堆積、風化殘積、構造作用、人工堆積及混合堆積等。土石混合體的特點是塊石以及塊石與土體顆粒之間粒徑相差懸殊，塊石與土體粘結力小，容易分離，而且塊石分布不均勻。土石混合體的不均勻性造成了取樣的複雜性，土石混合體的性質又取決於其石料的位置，特別是大顆粒的石料(塊石)對其有很大的影響。
[0003]然而，現有的試驗方法，無論是野外現場試驗還是室內模擬試驗，都有很大的缺陷。野外試驗對同一試樣不能重複試驗，無法預測其試驗試樣中的石料的含量和具體位置，從而無法得到石料的含量、位置對試樣力學性質的影響，力學性質參數的獲取不準確；現有的室內試驗不能保證重塑試樣與原有試樣一致性，不能有效的控制大顆粒石料對其力學性質的影響，從而試驗結果有很大的隨機性，力學試驗準確性差。
[0004]因此，針對以上不足，本發明提供了一種土石混合體重塑試樣製作方法。
【發明內容】
[0005](一)要解決的技術問題
[0006]本發明的目的是提供一種土石混合體重塑試樣製作方法以解決野外試驗由於不能重複試驗而無法得到石料的含量、位置對試樣力學性質影響的問題以及現有室內試驗不能保證重塑試樣與原有試樣一致性而導致試樣力學試驗準確性差的問題。
[0007](二)技術方案
[0008]為了解決上述技術問題，本發明提供了一種土石混合體重塑試樣製作方法，其特徵在於:其包括以下步驟:
[0009]S1、確定土石混合體現場取樣範圍；
[0010]S2、在現場取樣範圍內確定原位取樣位置，標記試樣位置、尺寸和試樣保護層邊界；
[0011]S3、開挖試樣保護層外側土體，使試樣和試樣保護層處於一個深坑中；
[0012]S4、原位分層開挖試樣周圍的保護層，並且分層取樣，拍照標記石料中塊石的位置和分布；
[0013]S5、將步驟S4中獲取的每層試樣進行處理，獲取該層試樣的物理參數；
[0014]S6、根據步驟S5中獲取的每層試樣的物理參數及步驟S4中獲取的塊石的位置和分布，在試驗儀器中重塑試樣。
[0015]其中，所述步驟S4中，首先根據試樣的設定高度和步驟S3中開挖保護層外側土體時所獲得的塊石粒徑信息，確定取樣開挖層數，然後根據開挖層數，分層開挖保護層和分層取樣。
[0016]其中，所述步驟S5具體為:將每層試樣現場稱重、密封保存和編號記錄，然後運回室內，在室內對每層試樣分別烘乾稱重，獲取該層試樣的含水率，同時對其進行篩分，得到土石的顆粒級配。
[0017]其中，所述步驟S5具體為:將每層試樣現場稱重和編號記錄，然後現場烘乾稱重，測得每層試樣的含水率，現場對每層試樣進行篩分，得到土石的顆粒級配。
[0018]其中，所述步驟S6中，根據現場得到的試樣含水率和土石的顆粒級配，在室內尋找與現場試樣質地和粒徑相同的土石，分層配置，重塑試樣。
[0019]其中，所述步驟S6中重塑試樣時，在室內尋找與現場塊石質地和粒徑相同的塊石，然後將塊石安放在試樣中與分層取樣時相應的位置。
[0020]其中，所述步驟S6之後還包括步驟:
[0021]S7、在試驗儀器中進行試驗。
[0022]其中，所述步驟S7後，重複步驟S6和S7。
[0023]其中，根據上述的土石混合體重塑試樣製作方法，其特徵在於:所述步驟S4中，若塊石的粒徑大於分層高度、小於0.75倍的試樣設定高度時，單獨記錄塊石在每一層中的高度；若塊石的粒徑大於或等於0.75倍的試樣設定高度時，則試樣作廢，返回步驟SI或S2。
[0024]其中，所述步驟S6中，根據含水率，向每層試樣中加入相應質量的水並攪拌均勻，悶料24小時以上，將土石混合體分層擊實後填入到試驗儀器中；試樣重塑時，保持環境溫溼度的恆定，且在連續時間段內完成重塑試樣。
[0025](三)有益效果
[0026]本發明的上述技術方案具有如下優點:本發明提供的上述試驗步驟，在野外現場分層取樣，並且拍照標記試樣中塊石的位置和分布，然後對試樣進行處理，獲得了試樣的詳細物理參數，根據這些詳細物理參數，在室內重塑試樣，然後進行力學試驗，可以保持重塑試樣與原有試樣的一致性，可以控制大顆粒塊石對試樣力學性質的影響，減小塊石在試樣中位置的差異對試驗的影響，保證了試樣力學性能測定的準確性，力學試驗做完後可以重複進行試樣的重塑，對同一截面進行多次試驗，保證力學試驗參數的準確獲取。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0027]圖1是本發明實施例土石混合體重塑試樣製作方法中原位取樣位置示意圖；
[0028]圖2是本發明實施例土石混合體重塑試樣製作方法中開挖試樣保護層外側土體示意圖；
[0029]圖3是本發明實施例土石混合體重塑試樣製作方法中分層取樣示意圖。
【具體實施方式】
[0030]下面結合附圖和實施例對本發明的【具體實施方式】作進一步詳細描述。以下實施例用於說明本發明，但不用來限制本發明的範圍。
[0031]實施例1
[0032]本發明實施例提供的土石混合體重塑試樣製作方法，包括以下步驟:確定現場取樣地點；確定原位取樣位置；開挖試樣保護層外側土體；確定取樣開挖層數；原位分層開挖取樣；試樣處理；試樣重塑；以及試驗。以下將對各個步驟做一詳細介紹。
[0033]S1、確定土石混合體現場取樣範圍。根據工程勘察設計要求，確定現場取樣場地範圍，要求取樣範圍內地面基本平整，地表無其它覆蓋物，保證所取試樣頂面距離地表深度相同以及試樣初始密實狀態相同，減少原位試樣顆粒級配、顆粒分布情況差異性與密實狀態對試驗結果的影響。
[0034]S2、在現場取樣範圍內確定原位取樣位置，標記試樣位置、尺寸和試樣保護層邊界。如圖1所示，根據室內或現場重塑試樣直剪試驗所需試樣尺寸(直剪試驗試樣長度X寬度X高度為LXLXH)，在取樣地點劃定範圍內確定同一直線上個數不小於3的原位試樣取樣位置，原位試樣相鄰邊界間距符合相關現場取樣標準(或0.75HX2+M,用石灰粉分別標記試樣具體位置與尺寸以及保護層外邊界範圍，其中，0.75H為原位試樣每邊預留的保護層厚度，M為試樣保護層外表面間距，通常可取150cm);同時確保取樣過程中不在取樣位置表面及其附近堆放重物，減少對試樣的影響。
[0035]S3、開挖試樣保護層外側土體，使試樣和試樣保護層處於一個深坑中。如圖2所示，開挖後要求試樣四周預留保護層厚度均為0.75H，試樣上部保護層頂面標高根據工程地質勘察資料與設計需要綜合確定，但應保證所有試樣保護層頂面標高相同；原位試樣保護層外表面間距為150cm，試樣保護層外表面距離土坑四周最小間距均不應小於M，通常取150cm ;原位試樣保護層外側0.75H圍內的土體開挖過程中應分層均勻開挖，減少開挖對試樣與保護層的擾動，每層開挖厚度為0.15H，確定試樣高度範圍內最大塊石粒徑Clmax與粒徑大於0.05H的塊石沿試樣高度分布情況。
[0036]S4、根據試樣的設定高度和步驟S3中開挖保護層外側土體時所獲得的塊石粒徑信息，確定取樣開挖層數，然後根據開挖層數，分層開挖保護層和分層取樣。具體地，根據原位試樣保護層外側0.5H範圍內土體開挖所獲得的最大塊石粒徑dmax、粒徑大於0.05H的塊石沿試樣高度的分布情況以及室內試樣高度H綜合確定試樣開挖分層,原位試樣分6?12層進行開挖取樣。
[0037]S5、原位分層開挖試樣周圍的保護層，並且分層取樣，拍照標記分層開挖保護層和分層取樣時塊石的位置和分布。具體地，如圖3所示，採用小型工具人工將原位試樣頂部的保護層小心挖除，到達試樣頂部後，將標尺等測量工具置於試樣保護層頂部，提供一個刻度，方便測量出石塊在試樣開挖面的位置，拍照標記試樣頂部石塊位置和分布；清除試樣四周保護層至試樣頂部第一層位置的底部，若存在石塊位於試樣與保護層的邊界位置，將石料挖出後，測算石料位於試樣內的體積，在現場周圍土石混合體中選取形狀與體積與位於試樣內的塊石部分相似的石料替代，並放置於相同的位置；對高度H'的第一層原位試樣進行分層開挖取樣，分層高度H"取0.05H?0.07H，試樣每分層開挖高度H"後均應架設標尺等測量工具，拍照標記試樣每層石塊分布。
[0038]若分層高度大於0.05H時，每0.05H的高度拍照一次，記錄石料的位置。對於石料粒徑大於分層高度的特大石料，需單獨記錄其在每一層所佔的高度。若該處試樣中有石料的粒徑大於0.75H，則該試樣作廢，不能使用。
[0039]S6、將每層的試樣，現場稱重(精確到0.0lg)，密封保存，編號記錄，運回室內，在室內對試樣分別烘乾稱重，獲取該層試樣的含水率，同時進行篩分，得到土石的顆粒級配，記錄數據。
[0040]S7、根據步驟S6中獲取的每層試樣的含水率及步驟S5中獲取的塊石的位置和分布，在室內重塑試樣。具體地，根據含水率，向每層試樣中加入相應質量的水並攪拌均勻悶料24小時以上，將土石混合體填入到試驗儀器，對粒徑大於0.05H的石料，要按照野外取樣時所拍攝的照片，嚴格的安放在相同的位置，使用小型工具將試樣擊實至相應的分層高度。針對剪切試驗，控制剪切開縫尺寸為(1/3-1/4) Clmax,試樣填築層次可根據分層高度與層縫錯開的原則而定，一般為3或5層。將試樣中粒徑大於0.05H的石料按照所拍照片記錄的位置放置，將試樣按照3或5層的高度填築，然後每一層擊實至要求高度，每層表面刨毛後，再填築第2層，重複上述步驟至最後一層，整平表面。試樣重塑時，保持環境溫度溼度的恆定，並且儘可能在連續時間段內完成重塑試樣，減少外界環境對試樣重塑的影響。
[0041]S8、將重塑的試樣放置到試樣儀器中試驗。對重塑的試樣可以進行直剪試驗、三軸試驗、固結試驗等試驗。
[0042]試驗完成後，可參照野外取樣的方法，分層將土石混合料從儀器中取出，按照第6步和第7步繼續重塑試樣，進行重複試驗或者不同工況下(例如乾濕循環、飽和狀態等)的試驗。
[0043]本實施例提供的上述試驗步驟，在野外現場分層取樣並將試樣運回室內烘乾稱重和篩分，獲得了試樣的詳細物理參數數據，根據這些詳細物理參數，在室內重塑試樣，然後進行剪切試驗或其他試驗，解決了現有試驗方法不能重複對同一試樣進行試驗來測定其力學性質的問題，保證了試樣力學性能測定的準確性，同時，通過分層取樣時拍照標記保護層和試樣層中塊石的位置和分布，然後在重塑試樣時在相同的位置安放塊石，增強石料對試驗影響的可預見性，保證了重塑試樣與原有試樣一致性，減小塊石在試樣中位置的差異對試驗的影響。
[0044]實施例2
[0045]實施例2與實施例1的不同之處在第S6步。
[0046]在本實施例中，第S6步與實施例1中第S6步的不同之處在於:分層開挖試樣後，將每層試樣現場稱重(精確到0.0lg)，現場進行篩分，得到土、石的顆粒級配，現場烘乾稱重，測的每層土石的含水率。針對塊石粒徑大於分層高度的特大石料，需單獨拍照記錄石料的外觀尺寸、質地，這樣在現場得到相應的數據。
[0047]然後，根據現場得到的數據，在室內或者其他試驗區附近尋找與步驟5中分層取樣時質地、粒徑相同的土、石，分層配置每層需要的土、石。尤其對於石料粒徑大於分層高度的特大石料，需用外觀尺寸、質地相同的石料替代。
[0048]在本實施例中，在野外現場對每層試樣進行稱重篩分，獲得試樣的含水率、石料級配和分布參數，然後在室內另外尋找與分層取樣時質地、粒徑相同的土石，不需要大型機械將試樣從野外搬回室內，省時省力，並且避免了試樣在在運輸途中有可能會改變試樣壓實度、土石位置等性狀的問題。
[0049]綜上所述，本發明提供的土石混合體重塑試樣製作方法通過上述步驟獲取了試樣的詳細物理參數，根據試樣的詳細物理參數在室內完成重塑試樣，然後進行力學試驗，保持重塑試樣與原有試樣一致性，減小塊石在試樣中位置的差異對試驗的影響，保證了試樣力學性能測定的準確性，力學試驗做完後可以重複進行試樣的重塑，對同一截面進行多次試驗，保證了力學試驗參數的準確獲取，且可以得到不同工況下的參數；採用上述步驟，在室內尋找與現場試樣質地和粒徑相同的土石進行試樣重塑，不需要大型機械將試樣從野外搬回室內，省時省力；在取樣時，設計有保護層，可以提高取樣質量；在野外試驗地取樣，試樣不合要求可隨時更換取樣位置，同樣可以保證試樣質量。
[0050]以上所述僅是本發明的優選實施方式，應當指出，對於本【技術領域】的普通技術人員來說，在不脫離本發明技術原理的前提下，還可以做出若干改進和變型，這些改進和變型也應視為本發明的保護範圍。
【權利要求】
1.一種土石混合體重塑試樣製作方法，其特徵在於:其包括以下步驟: 51、確定土石混合體現場取樣範圍； 52、在現場取樣範圍內確定原位取樣位置，標記試樣位置、尺寸和試樣保護層邊界； 53、開挖試樣保護層外側土體，使試樣和試樣保護層處於一個深坑中； 54、原位分層開挖試樣周圍的保護層，並且分層取樣，拍照標記石料中塊石的位置和分布； 55、將步驟S4中獲取的每層試樣進行處理，獲取該層試樣的物理參數； 56、根據步驟S5中獲取的每層試樣的物理參數及步驟S4中獲取的塊石的位置和分布，在試驗儀器中重塑試樣。
2.根據權利要求1所述的土石混合體重塑試樣製作方法，其特徵在於:所述步驟S4中，首先根據試樣的設定高度和步驟S3中開挖保護層外側土體時所獲得的塊石粒徑信息，確定取樣開挖層數，然後根據開挖層數，分層開挖保護層和分層取樣。
3.根據權利要求2所述的土石混合體重塑試樣製作方法，其特徵在於:所述步驟S5具體為:將每層試樣現場稱重、密封保存和編號記錄，然後運回室內，在室內對每層試樣分別烘乾稱重，獲取該層試樣的含水率，同時對其進行篩分，得到土石的顆粒級配。
4.根據權利要求2所述的土石混合體重塑試樣製作方法，其特徵在於:所述步驟S5具體為:將每層試樣現場稱重和編號記錄，然後現場烘乾稱重，測得每層試樣的含水率，現場對每層試樣進行篩分，得到土石的顆粒級配。
5.根據權利要求4所述的土石混合體重塑試樣製作方法，其特徵在於:所述步驟S6中，根據現場得到的試樣含水率和土石的顆粒級配，在室內尋找與現場試樣質地和粒徑相同的土石，分層配置，重塑試樣。
6.根據權利要求5所述的土石混合體重塑試樣製作方法，其特徵在於:所述步驟S6中重塑試樣時，在室內尋找與現場塊石質地和粒徑相同的塊石，然後將塊石安放在試樣中與分層取樣時相應的位置。
7.根據權利要求1所述的土石混合體重塑試樣製作方法，其特徵在於:所述步驟S6之後還包括步驟: 57、在試驗儀器中進行試驗。
8.根據權利要求7所述的土石混合體重塑試樣製作方法，其特徵在於:所述步驟S7後，重複步驟S6和S7。
9.根據權利要求2-8任一項所述的土石混合體重塑試樣製作方法，其特徵在於:所述步驟S4中，若塊石的粒徑大於分層高度、小於0.75倍的試樣設定高度時，單獨記錄塊石在每一層中的高度；若塊石的粒徑大於或等於0.75倍的試樣設定高度時，則試樣作廢，返回步驟SI或S2。
10.根據權利要求3或4所述的土石混合體重塑試樣製作方法，其特徵在於:所述步驟S6中，根據含水率，向每層試樣中加入相應質量的水並攪拌均勻，悶料24小時以上，將土石混合體分層擊實後填入到試驗儀器中；試樣重塑時，保持環境溫溼度的恆定，且在連續時間段內完成重塑試樣。
【文檔編號】G01N1/28GK103487304SQ201310463383
【公開日】2014年1月1日 申請日期:2013年10月8日 優先權日:2013年10月8日
【發明者】張永傑, 王桂堯, 肖侃, 周歡, 李侑軍 申請人:長沙理工大學