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如何做好三轴试验(一)土样制备和安装

2020-04-03 [173]

   如何做好三轴试验(一)土样的制备和安装

 

   三轴试验能够根据工程实际,控制试样的排水、测定孔隙水压力,成为工程勘察中的重要技术手段。三轴试验已成一项常规试验项目,提供土的强度指标,并向其它测试指标延伸。其间,有相当多的试验人员在实践中遇到的问题是,操作过程费工耗时,合格率低。三轴试验费工耗时是显而易见的。全自动三轴基于三轴压缩试验理论基础而研发的,它集机械、电子、自动化、传感器技术于一体。在硬件上主要由三轴荷载架及围压/反压控制器组成,其所配套的系统软件可提供试验设置、系统控制、数据采集以及数据处理等功能,交互性能良好,该产品在原有三轴仪的基础上改进其控制系统,采用全电路设计,试验过程无需人工干预,提高试验效率。全自动三轴仪可以24小时连续运转外,规范的试验程序可压缩的效率有限;合格率则包含两重含意,一是成果中至少有3个应力圆有共同的包线,或与包线接近,二是测得的强度指标与土的性状相一致。经验告诉我们,选好土样、规范操作,是解决问题的有效办法。

.土样——从选样制备到饱和安装

根据土力学理论,土的强度指标不仅取决于它的固结密度排水条件应力历史,也和试验参数有关。首先就来分析与取土、制样工序相关的要求,中心是减少对原状土的结构扰动。

.粘性土的状态是以塑性表述。它综合反映了土的粒度湿度和在一定应力条件下固结形成的密度沉积土多成层状、各向异性。因此从多方面鉴别土样的原状性。在制样时既要选择塑性相同,也要关注土的纵向剖面,使选取的试样层状结构一致;砂土因无法钻取原状结构不被扰动的样,制备试样的方法是取扰动的砂样,按初始孔隙比(或初始干密度)的控制要求,在成模筒内击实制作。

.试样的大小是由土中大颗粒决定。对于粗颗粒土或夹有粗颗粒的粘性土,尤其要注意选择。按照三轴仪的国家标准,试样有大、中、小之分,试样高度为直径的22.5倍。大试样允许大颗粒为直径的20 mm,中、小试样则为6.2mm3.9mm。粘性土中夹有个别大颗粒,可以剔除后填平。

.同一土样的几个试样土质均匀、结构一致,是后续试验测得的剪应力与法向力成线性的前提。为此,好是取同层土制备试样。以小试样为例,要求钻取的土样大于ø100,再用分土器剖出3个样;若钻取土样过小,在同层土样中只能选取1~2试样。对于土质结构均匀的土层可用连续取土来弥补土量的不足;当遇到土质不均匀、或土体量不足时,只得制备一个试样,按多级加载的方法试验。

.在物理试验中,将土看作代表矿物颗粒的土粒和其间孔隙中的气体、水构成的三相体。而在常规的三轴试验,只适用于(土粒和水)两相体。这是缘于现阶段还缺乏孔隙中气体应力应变的测试技术。即要求试样是饱和的。规范标准为此要求:

⑴在试样制备中必须作饱和处理。饱和的方法有三:

抽气饱和——在与真空泵连接的容器内盛装试样,试样在接近负一个气压环境下,释放土中的空气。然后注入无气水后再恢复大气压力,容器中的水经过由负到正的大气压力作用下,渗入土内。按照土样的透水(气)性能确定抽气时间。这种方法可以根据容器大小,批量地对试样作饱和处理。

水头饱和——完成试样的安装,预加20kpa的周围压力。提高试样底部量管的水位,降低试样顶部量管的水位,在水头差的压力下自下而上地排出孔隙中的气体,对试样产生渗透作用。直至注入的水与渗出的水等量为止。这种方法对低塑性土较合适。

反压力饱和——反压力饱和是当前有效的饱和方法。反压力是相对于试样周围压力而言,在逐级递增的压力作用下置换孔隙中的气体,或压缩孔隙中的气体使其溶解于水。在反压力饱和过程中,始终保持反压力小于周围压力,试样结构才不被扰动;每增加一级压力,测一次孔隙水压力,当孔隙水压力增量与周围压力增量之比为1时,试样饱和。这种方法可以达到试样完全饱和。尽管如此其缺点也是明显的,一是需要增加一套压力控制装置,二是占用仪器时间长。因此生产性试验室很少采用。

上述饱和方法时常是综合运用,例如先作抽气饱和,试样安装后经过检测饱和度不达标,再使用水头饱和或反压力饱和。江南地带的地下水位较浅,土样多呈饱和状。从野外取样到室内制样各环节,注意保持土样的原状性十分重要。把制备好的试样置于水槽中保存。

⑵对于饱和土,其含水量不变体积也就不变。因此在不固结不排水试验中,应变过程试样的面积计算,就是基于这样的认识。同理,排出的孔隙水量等于试样体积的变量。由于在装样操作中常要注水排气,使得依量管读数算得的排出水量往往大于体积变量。因此以秤取试验前后试样的质量,就非常必要。

.准确测试孔隙水压力,是三轴试验的一项重要技术。不仅要求试样是饱和的,还要求试样的安装操作来保证。孔隙水压力的测量是依据静水力学的帕斯卡原理,通过水力连系把试样内的孔隙水压力引伸到压力测试装置上。为保证孔压能够灵敏传递和准确测试,不仅在安装试样时要使用无气水,还要对试样上下的透水石、周围与乳胶模间的缝隙,连接管路等所有衔接处,作彻底的排气操作,以提高水体的刚性。做好这一点要求试验者有操作经验和细致责任。

.为了缩短孔隙水压力的传输时间,加速排水,可在试样周围贴滤纸条。滤纸条的宽度约为试样直径的1/5~1/6,上下与透水石相连。若要作反压力饱和,则滤纸条中间必须断开。滤纸覆盖的面积不大于试样表面积的50%。