一种初始应力各向异性胶结土及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种制备初始应力各向异性胶结土及其制备方法，所述胶结土由砂砾石、粉黏土和凝石组成，其中凝石的质量百分比为4～6%，砾石和粉黏土的总量的质量百分比为94～96%，砾石的质量为砾石和粉黏土总质量的13～50%。制备方法包括以下步骤：（1），将风干的砂砾石、粉黏土和凝石混合拌匀，再加水拌匀得到混合料；（2）将所的混合料通过模具进行制样，得到土样；（3）在拆模前的土样正上方施加竖向载荷以提供各向异性应力进行养护，同时向土样中缓慢注水，通过凝石与水的胶结作用将土料胶结在一起。本发明专利技术所述方法获得了初始应力各向异性胶结土，从而更准确地模拟河相沉积深厚覆盖层的级配特性、胶结特性和各向异性。胶结特性和各向异性。胶结特性和各向异性。

【技术实现步骤摘要】
一种初始应力各向异性胶结土及其制备方法


[0001]本专利技术属于土木建筑
，具体涉及一种制备初始应力各向异性胶结土的方法。

技术介绍

[0002]在土木工程实践中，有非常多的建筑物都是修建在地表沉积地层上。地表沉积地层按成因可分为河相沉积、湖相沉积和海相沉积等。在我国西南地区，河相沉积地层分布广泛。近年来，我国在西南片区规划的多座水电站都面临着在河相沉积的深厚覆盖层上修建大坝的问题。西南地区大都位于河流的中上游，该地区的沉积地层具有独特的性质：（1）土体的级配组成复杂，为粗细颗粒级配分布不均匀的混合土，粗粒以砾石为主，细粒土以粉粒和黏粒为主。（2）土体存在一定的结构性，即土颗粒之间存在一定的胶结。（3）存在明显的各向异性，包括沉积过程中水平向和竖直向的受力大小不一致引起的各向异性，以及由于颗粒的定向排列引起的各向异性。为研究深厚覆盖层的力学特性，最直接的方法是进行原位取样。然而，由于土体埋藏深，土体粗粒含量高，取原状样的难度很大，而且取样的过程中必然会对土体造成较大扰动而使土体的结构状态发生改变。在无法较好的取得原状样的情况下，用人工制备土来模拟天然土进行研究也是一种很好的思路。
[0003]虽然目前已经有很多人工制备胶结土的方法，但大多都针对均质土，大多都未考虑各向异性。为研究河相沉积深厚覆盖层土体的力学特性，有必要提出一种考虑初始应力各向异性的胶结粗细粒混合土的制备方法。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于针对现有技术的不足，提供一种制备初始应力各向异性胶结土及其制备方法，以获得初始应力各向异性胶结土，从而更准确地模拟河相沉积深厚覆盖层的级配特性、胶结特性和各向异性。
[0005]本专利技术提供的制备初始应力各向异性胶结土，由砂砾石、粉黏土和凝石组成，其中，凝石的质量百分比为4～6%，砂砾石和粉黏土的总量的质量百分比为94～96%，砾石的质量为砾石和粉黏土总质量的13～50%。
[0006]进一步地，凝石由矿渣、钢渣等工业废渣中的至少一种，与成岩剂混合后粉碎而得；所述成岩剂为Ca(OH)、CaSO4、NaSO4、NaSiO3中的至少一种。
[0007]进一步地，凝石的组成通过所需的凝石强度决定，优选为强度等级为32.5 MPa的凝石产品。凝石的强度根据模拟的天然沉积地层土体强度选择。
[0008]进一步地，各组分的含量，以及砂砾石、粉黏土的粒径根据天然土体的级配进行确定，确保人工制备试样与天然土体的级配相似，对于超径（大于10mm）部分，采用等量替代法进行处理；优选地，所述砂砾粒径为0.1～10mm，所述粉黏土粒径小于0.1mm。
[0009]进一步地，凝石含量通过与天然土料的力学性质相似性进行控制，优选地，凝石质量百分含量为砂砾石和粉黏土总质量的3%～5%。
[0010]本专利技术提供上述初始应力各向异性胶结土的制备方法，包括以下步骤：（1）据现场土体级配，按照等量替代法计算出各粒组所需土料的量，将风干的砂砾石、粉黏土和凝石混合拌匀，再加水拌匀得到混合料；（2）将所的混合料通过模具进行制样，得到土样；（3）在拆模前的土样正上方施加竖向载荷以提供各向异性应力进行养护，同时向土样中缓慢注水，通过凝石与水的胶结作用将土料胶结在一起，得到初始应力各向异性胶结土。
[0011]进一步地，所述模具为初始应力各向异性胶结土制备装置，结构包括三瓣模、底座、两块透水石、顶座、铁块、载荷引导块，所述三瓣模围成圆筒状，圆筒下部位于底座中，所述底座为设置有两层圆形凹腔的圆盘状，所述两层凹腔上下连为一体，上层凹腔的直径与三瓣模组成的圆筒的外径匹配，下层凹腔的直径与三板模的内径匹配，使得底座内壁形成一圈宽度与三瓣模的壁厚匹配的台阶，三瓣模的底部坐于台阶上；所述两块透水石中的一块位于底座的下层凹腔中，土样位于位于三瓣模中立于透水石上；所述顶座为圆筒状，内侧壁上沿周向设置有台阶，使顶座内腔的下部内径大于上部内径，且下部内径与三瓣模围成的圆筒的外径匹配，上部内径与三瓣模围成的圆筒的内径匹配，从而使得顶座通过台阶坐于三瓣膜顶部；另一块透水石盖在土样顶部且位于顶座内，通过顶座限位；在养护过程中，所述载荷引导块和铁块加载于土样顶部。
[0012]该装置原理是在未拆模的土样的上端部施加一个竖向载荷，以提供各向异性应力，把整个养护装置放在水中养护，凝石与水的胶结作用将土料胶结在一起，加速胶结反应。
[0013]进一步地，所述载荷引导块为直径与土样相同的圆柱状，载荷引导块位于土样顶部的透水石上方，通过顶座限位，使载荷引导块、透水石和土样的纵向中心轴线位于同一直线上，即三者的重心位于同一垂线上；所述铁块位于载荷引导块上，且保持重心与载荷引导块的重心在同一直线上。
[0014]进一步地，载荷引导块的顶面中心，设置有与用于与施加载荷的铁块衔接以引导竖向载荷避免偏心的衔接柱；所述铁块为圆柱形，铁块底面中心设置有与载荷引导块上的衔接柱匹配的圆柱形孔洞，衔接柱插入孔洞中实现载荷铁块的固位并确保铁块重心（垂向中心轴线）与土样的中心轴线在同一直线上；铁块的顶部中心设置有用于与下一铁块衔接的衔接柱，每块铁块的顶面和地面对应位置均分别设置衔接柱和圆柱形孔洞，从而在若干铁块同时加载时，保证多块铁块重心均与土样的中心轴线在同一直线上，从而保证竖向载荷不偏心。
[0015]进一步地，所述三瓣模的每一瓣模上在同一高度处设置有连接耳，所述底座和顶座上对应设置有连接耳，通过长螺栓穿过同一竖直方向上的三个连接耳实现顶座和底座的连接，确保装置养护过程中的稳固定。
[0016]进一步地，所述三瓣模周向设置有用于固定三瓣模，确保围成的圆筒的稳固性的箍圈。
[0017]进一步地，所述三瓣模与底座的衔接处设置有密封圈以保证三瓣模和底座之间密封。
[0018]进一步地，所述顶座的侧壁设置有排气孔，所述底座中心设置有进水孔，在养护过
程中通过进水孔进水流入土样进行养护。
[0019]进一步地，步骤（1）中水的用量以方便制样为准，优选地，水的用量为砂砾石、粉黏土和凝石总质量的10%～14%；进一步地，步骤（2）中制样方法按照质量分层，分四层进行击实制样。
[0020]进一步地，步骤（3养护时间为养护时间为7天，养护温度为室温（20℃）。
[0021]与现有的技术相比，本专利技术具有以下有益效果：1.本专利技术方法制备的土样能较好的反映河相沉积深厚覆盖层土体的级配特性、结构性和各向异性。由于在养护过程中施加了竖向荷载，胶结材料凝石的胶结作用在水平方向和竖直方向会不同（因为水平方向有变形约束、竖直方向荷载较大），因此制成的试样在竖直方向与水平方向的力学特性不一样，即具有明显的各向异性。
[0022]2.与现有的比如氧化钙等作为胶结材料相比，采用凝石作为胶结材料，易于养护，凝石起胶结作用的时间很短，胶结效果好，此外，凝石的成分较低，且绿色环保；3.本专利技术方法原料简单易得，供应充足，价格便宜，胶结土原料易得，成本较低，且能较好的模拟
附图说明
图1为本专利技术所述本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种初始应力各向异性胶结土，其特征在于，由砂砾石、粉黏土和凝石组成，凝石的质量百分比为4～6%，砾石和粉黏土的总量的质量百分比为94～96%，砾石的质量为砾石和粉黏土总质量的13～50%。2.根据权利要求1所述初始应力各向异性胶结土，其特征在于，所述凝石由矿渣、钢渣等工业废渣中的至少一种，与成岩剂混合后粉碎而得；所述成岩剂为Ca(OH)、CaSO4、NaSO4、NaSiO3中的至少一种。3.权利要求1所述初始应力各向异性胶结土的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：（1）据现场土体级配，按照等量替代法计算出各粒组所需土料的量，将风干的砂砾石、粉黏土和凝石混合拌匀，再加水拌匀得到混合料；（2）将所的混合料通过模具进行制样，得到土样；（3）在拆模前的土样正上方施加竖向载荷以提供各向异性应力进行养护，同时向土样中缓慢注水，通过凝石与水的胶结作用将土料胶结在一起，得到初始应力各向异性胶结土。4.根据权利要求3所述方法，其特征在于，所述模具为初始应力各向异性胶结土制备装置，包括三瓣模（8）、底座（1）、两块透水石（3）、顶座（5）、铁块（6）、载荷引导块（7），所述三瓣模围成圆筒状，圆筒下部位于底座中，所述底座为设置有两层圆形凹腔的圆盘状，所述两层凹腔上下连为一体，上层凹腔的直径与三瓣模组成的圆筒的外径匹配，下层凹腔的直径与三板模的内径匹配，使得底座内壁形成一圈宽度与三瓣模的壁厚匹配的台阶，三瓣模的底部坐于台阶上；所述两块透水石中的一块位于底座的下层凹腔中，土样（4）位于位于三瓣模中立于透水石上；所述顶座为圆筒状，内侧壁上沿周向设置有台阶，使顶座内腔的下部内径大于上部内径，且下部内径与三瓣模围成的圆筒的外径匹配，上部内径与三瓣模围成的圆筒的内径匹配，从而使得顶座通过台阶坐于三瓣膜顶部；另一块透水石盖在...

【专利技术属性】
技术研发人员：禹艳阳，刘恩龙，罗启迅，李建，杜三林，次仁普尺，彭文明，蒋炳楠，
申请(专利权)人：中国电建集团成都勘测设计研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：