砾石土大型三轴试验砂芯加速排水方法及试样成孔制样器技术

本发明专利技术公开了一种砾石土大型三轴试验砂芯加速排水方法及试样成孔制样器，属于岩土力学三轴试验技术领域。本方法是在直径３０ｃｍ的圆柱体标准试样中设置多个轴向贯通试样的垂直通孔，将上述带通孔试样置于平板上，从通孔上口灌入标准砂，并将标准砂捣实，使带孔试样成为含砂芯的试样，用此含砂芯的试样进行砾石土大型三轴试验，快速并准确地求得试样抗剪强度和应力应变关系。本发明专利技术的方法在大尺寸砾石土试样中沿试样轴向进行预先成孔，在孔中灌砂形成砂芯的方法，可以有效的提高试样的饱和、排水速度。经试验表明，本发明专利技术的大型三轴试样成孔制样器操作方便，成孔质量高，完全满足大型三轴试样试验要求。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于岩土力学三轴试验
，具体涉及一种砾石土大型三轴试验砂芯加速排水新试验方法及其试样成孔制样器。
技术介绍
现有技术中，三轴仪是岩土力学研究最常规最重要的实验设备之一。三轴试验是测定岩土材料的抗剪强度、应力应变关系的一种试验。试验方法是对三轴压力室中的圆柱形试样，分别施加围压(即小主压力CT3)和轴向应力^，测定不同应力状态下试样轴向应变&和体应变^，至试样破坏，求得试样抗剪强度和应力应变关系。目前在建和已建的200m以上高土石坝中，超过70%是采用砾石土作为心墙防渗料。因此，釆用三轴仪等进行砾石土力学试验，测试砾石土的抗剪强度和应力应变关系是岩土力学试验的重要内容。由于砾石土中存在大量粗颗粒，要准确测定其强度及应力应变特性，应进行大型三轴试验，然而，由于砾石土渗透系数小，大尺寸试样的饱和及试验过程中排水十分困难，因此，砾石土的强度及应力应变特性试验成为了岩土力学测试中难点问题。试样饱和、固结、剪切过程中排水不充分都会导致砾石土的三轴试验结果不真实。若要按传统方法进行试验，保证试样饱和、固结、剪切过程中排水充分，试验周期将很长，无论是从大型三轴试验仪设备性能还是试验时间上都是难以接受的，因此迫切需要对砾石土的三轴试验方法进行改进，但现有技术中尚无现成的新的试验方法及相应的试验设备。
技术实现思路
针对现有技术的上述不足，本专利技术要解决的技术问题是提供一种砾石土大型三轴试验砂芯加速排水方法，本方法是在大尺寸砾石土试样中沿试样轴向进 行预先成孔，在孔中灌砂形成砂芯再进行大型三轴试验的方法，可以有效的提 高试样的饱和、排水速度。本专利技术还提供了一种用以制备带砂芯试样的制样器， 用以制备合格的带砂芯试样。本专利技术的技术方案是砾石土大型三轴试验砂芯加速排水方法是在直径 30cm的圆柱体标准试样中设置多个直径6±0. Olmm轴向贯通试样的垂直通孔， 使通孔的面积或体积占标准试样面积或体积的0.52±0. 02%;将上述带通孔试样 置于平板上，从通孔上口灌入标准砂，并将标准砂捣实，使带孔试样成为含砂 芯的试样，用以縮短排水距离，减小试样的饱和、排水时间；用此含砂芯的试 样进行砥石土大型三轴试验，快速并准确地求得试样抗剪强度和应力应变关系。所述的通孔为13个，均匀分布在直径30cm的圆柱体标准试样的横截面上。 所述的均匀分布是在30cm直径标准试样的圆心设置1个通孔，与试样同心 的10cm直径小圆的圆周均匀设置4个通？L,与试样同心的20cm直径中圆的圆 周均匀设置8个通孔。所述的小圆的圆周均匀设置的4个通孔和中圆的圆周均 匀设置的8个通孔是均匀错位分布的。一种砥石土大型三轴试验砂芯加速排水试样成孔制样器，本制样器的制样 平台为一水平试验台，沿中心轴线在制样平台之上依次设置有制样底盘、试样 成模筒；沿中心轴线在制样平台之下设置压力顶升装置；与压力顶升装置顶部 连接为一体的一组导杆垂直向上穿过制样底盘伸向试样成模筒中。所述的试样成模筒的直径为30cm，高度为60 cm;所述的一组导杆是直径 为6mm的与试样成模筒轴向平行的直导杆。所述的一组导杆为13根，在直径 为30cm的试样成模筒的圆形横截面上均匀分布。所述的均匀分布是在试样成模 筒的圆形横截面上30cm直径大圆的圆心设置1根导杆，与大圆同心的10cm 直径小圆的圆周均匀分布4根导杆，与大圆同心的20 cm直径中圆的圆周均匀 分布8根导杆。所述的中圆上的8根导杆与小圆上的4根导杆是均匀错位分布 的。所述的压力顶升装置是千斤顶、气缸、液压顶升装置、机械压力顶升装置； 所述的导杆是不锈钢导杆、铁导杆、钢导杆、铝合金导杆。本专利技术的方法在大尺寸砾石土试样中沿试样轴向进行预先—成孔，在孔中灌 砂形成砂芯的方法，可以有效的提高试样的饱和、排水速度。经试验表明，本 专利技术的大型三轴试样成孔制样器操作方便，成孔质量高，完全满足大型三轴试 样试验要求。 附图说明附图1是本专利技术一实施例剖视结构示意图； 附图2是附图1的A-A截面结构示意附图3是无砂芯样和有砂芯样的三轴固结排水孔压消散过程曲线； 附图4是无砂芯样和有砂芯样的三轴固结排水试验应力应变关系曲线。 附图中标记分述如下l一试样成模筒；2—活动导向盘；3—砾石土； 4一制样底盘；5—螺杆；6—螺杆；7—制样平台；8—导杆；9一固定导向盘；10—固定导向盘；ll一压力顶升装置。具体实施例方式下面结合附图对本专利技术的具体实施方式及有关技术问题作进一步详细的描 述。如前所述，现有技术中，由于砾石土渗透系数小，大尺寸试样的饱和及试 验过程中排水十分困难，因此，砾石土的强度及应力应变特性试验成为了岩土 力学研究中的难点问题， 一直未能解决。为此，本申请人创造了一种新的试验 方法，即在大尺寸砾石土试样中沿试样轴向进行预先成孔，在孔中灌砂形成带 砂芯试样，可以有效的提高试样的饱和、排水速度。这种方法是否可行的前提 是，砂芯的设置对砾石土试样的强度及应力应变特性的改变有多大，试验证明， 孔的直径、孔的数量、孔的布置方式及砂芯的力学性与砾石土间的差异是决定 砾石土试样性质改变大小的主要因素，经过多次试验，本专利技术的这些参数取值 是合理的，砾石土大型三轴试验砂芯加速排水方法试验在工程上是可以接受的。然而，要在直径30cm高60cm的圆柱体试样中形成直径6mm且平行于试 样轴向的多个均匀连续小孔，技术上是困难的。本专利技术的大型三轴试样成孔制 样器在制样过程中，通过在成模筒中预置金属导杆后分层装土、击实，最后抽 出导杆使试样成孔的方式制样。具体制样方法如下-砾石土大型三轴试验砂芯加速排水方法。在直径，0cm的圆柱体试样中形成 多个(具体为13个)直径6皿的通孔砂芯，将大大縮短排水距离，减小试样的 饱和、排水时间。形成的砂芯试样，砂芯的面积(或体积)置换率仅占试样面 积或体积的0.52%，试验表明，砂芯的设置对砾石土试样的强度及应力应变特性 的改变不大，砂芯加速排水方法使砾石土大型三轴试验成为可能。本专利技术的砾石土大型三轴加速排水试样成孔制样器如图1所示。三个导向 盘2、 9、 10和底盘4及千斤顶11共同确定导杆8在试样成模筒1中的空间位 置，分层制样的步骤如下未安导向盘2时填入松散的砾石土，安导向盘2，击 实，击实过程中导杆8随土体压实而下移，保证导杆8上端与导向盘2上表面 平齐，击实至要求的密度后取出导向盘2，用千斤顶11将导杆8顶到要求的位 置，填入下一层砾石土3，重复上述步骤，至试样分层装土击实完成。然后将导 杆8从试样中拔出，在形成的空洞中填筑标准细砂，并压密。试样制样完成。本申请人还进行了无砂芯和有砂芯(13个①6mm)的三轴固结排水试验。 试样尺寸o300mmXH600mm,围压500kPa，剪切速率0. 02,/min(0. 0033%/min)。 试验结果见附图3和附图4所示。由附图3和附图4可见，有砂芯样和无砂芯样的三轴固结排水试验的应力 应变关系曲线是近似的，砂芯的设置对砾石土试样的强度及应力应变特性的改 变不大；而有砂芯样的孔压消散过程明显加快，砂芯的排水作用是明显的，因 此在保证剪切过程中完全排水的前提下，砂芯可以大大提高试验的剪切速率， 砂芯加速排水方法使砾石土大型三轴试验成为可能。权利要求1、一种砾石土大型本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种砾石土大型三轴试验砂芯加速排水方法，其特征在于：在直径３０ｃｍ的圆柱体标准试样中设置多个直径６±０．０１ｍｍ轴向贯通试样的垂直通孔，使通孔的面积或体积占标准试样面积或体积的０．５２±０．０２％；将上述带通孔试样置于平板上，从通孔上口灌入标准砂，并将标准砂捣实，使带孔试样成为含砂芯的试样，用以缩短排水距离，减小试样的饱和、排水时间；用此含砂芯的试样进行砾石土大型三轴试验，快速并准确地求得试样抗剪强度和应力应变关系。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：程展林，丁红顺，左永振，姜景山，孔宪勇，
申请(专利权)人：长江水利委员会长江科学院，
类型：发明
国别省市：83[]