本发明专利技术公开了一种泥岩侧向膨胀力测试仪及泥岩路基变形计算方法，泥岩侧向膨胀力测试仪包括固定系统和测量系统，泥岩路基变形计算方法包括计算泥岩竖向弹性挤压变形和泥岩中心土体弯曲变形。本发明专利技术公开的泥岩侧向膨胀力测试仪可快速测量泥岩在湿化变形下的侧向膨胀力，结构简单，适用性广，本发明专利技术公开的计算方法在基于侧向膨胀力计算泥岩路基变形时，可进一步减小计算误差，准确预估实际膨胀变形。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于路基工程，涉及一种泥岩侧向膨胀力测试仪及泥岩路基变形计算方法。
技术介绍
1、泥岩路基的变形问题一直是当今岩土工程和工程地质领域中的重大工程问题之一。泥岩在遇水或湿化时，体积会发生膨胀，从而会引起路基开裂、湿涨变形等一系列问题，再加之其分布范围极为广泛，因此对路基路面结构建设造成了极大的负面影响，同时也对后期道路的使用产生极大的安全隐患。
2、目前现有的膨胀力测量方法有膨胀反压法、平衡加压法与恒体积法等。相比于其他测量方法，恒体积法测量结果更加精确，测量结果更具有参考性。但目前众多的测量仪器中，都是针对粘性土和原状土对竖向膨胀力做出测量，没有针对泥岩侧向膨胀力的检测仪器，因此急需一种用于不同含水率泥岩的侧向膨胀力测量装置。
3、对于泥岩路基的湿化变形计算，现有的预测评价方法主要有以下几种：
4、(1)采用改进胀缩仪进行部分土样的湿胀实验；
5、(2)通过数值模拟建立有限元模型来预测泥岩路基的膨胀变形，根据模型输出结果进行预测分析；
6、(3)采用经验公式反映泥岩路基的变形特征。
7、基于以上方法虽可以预估出泥岩路基的膨胀变形，但仍有许多缺点与不足之处，比如数值模型边界条件难以设置，仅依靠实验无法准确预测实际情况下的路基变形，经验公式计算精度低，且计算的变形量为均匀变形，不符合工程实际变形，难以准确预估实际膨胀变形。
8、因此设计一种测量不同含水率泥岩侧向膨胀力仪与不同湿化深度下泥岩路基变形计算方法，在路基工程领域中就显得尤为重要。</p>
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于提供一种泥岩侧向膨胀力仪与泥岩路基变形计算方法，以解决目前膨胀力测试仪无法测量泥岩的侧向膨胀力以及泥岩路基的湿化膨胀变形计算结果不准确的问题。
2、本专利技术所采用的技术方案是一种泥岩侧向膨胀力测试仪，包括l型固定底座，所述l型固定底座内有方形凹槽，所述方形凹槽内设置储存室，所述储存室内部中空，储存室左右两端设置开口且顶板的中间开口，所述储存室内部设置被测泥岩，所述储存室左端开口处设置左透水石，所述储存室右端开口处设置右透水石，所述储存室通过顶板一侧开口处设置的软管与恒湿器连接。
3、进一步的，所述左透水石与右透水石上端设置开孔隔板，千分表底部依次穿过储存室顶板中间开口、开孔隔板与被测泥岩接触，所述左透水石外侧设置左力学传感器，所述右透水石外侧设置右力学传感器，所述l型固定底座一端开孔，螺杆一端穿过所述l型固定底座开孔、旋钮与其中一个力学传感器接触，所述旋钮带动螺杆一并旋出与旋入，所述螺杆另一端通过螺帽固定在l型固定底座外侧。
4、本专利技术所采用的另一技术方案为基于泥岩侧向膨胀力测试仪的泥岩路基变形计算方法，泥岩路基包括泥岩及其上覆面层，当泥岩可观测到显著的层理时，计算厚度按照各层理厚度进行计算；由于泥岩吸水膨胀，计算层理厚度依据湿化变形后的厚度进行计算，分层计算时各层厚度为si＝di+diεc，其中si为湿化变形后划分的各层理厚度，di为湿化变形前划分的各层理厚度，i为层理数，从上往下依次为：1，2，...，i-1，i，εc为泥岩湿化变形应变，c为泥岩湿化变形位移，δ为泥岩湿化变形前的厚度，按照以下步骤实施：
5、s1、使用泥岩侧向膨胀力测试仪测得泥岩侧向膨胀应力；
6、s2、根据泥岩侧向膨胀力计算泥岩竖向弹性挤压变形；
7、s3、根据泥岩侧向膨胀力计算泥岩中心土体弯曲变形。
8、进一步的，所述s2中，计算泥岩竖向弹性挤压变形包括以下步骤：
9、s21、计算被测泥岩第i层层理的应变εi为：
10、
11、σyi＝γ1h+γ2zi＝ρ1gh+ρ2gzi
12、式中，e为泥岩弹性模量，σyi为第i层层理所受竖向应力，υ为泊松比，p为泥岩侧向膨胀应力，γ1为上覆面层重度，γ2为泥岩重度，h为上覆面层厚度，zi第i层层理距泥岩路基顶部的深度，ρ1为上覆面层密度，ρ2为泥岩密度，g为重力加速度；
13、s22、计算层理竖向位移为：
14、yi＝εisi
15、
16、式中，yi为第i层层理竖向位移，α为湿度膨胀系数，δω为泥岩含水率变化量；si为第i层层理面厚度；
17、s23、计算泥岩竖向弹性挤压变形y为：
18、
19、式中，n表示层理总数。
20、进一步的，所述s3中，计算泥岩中心土体弯曲变形包括以下步骤：
21、s31、计算泥岩刚度d为：
22、
23、式中，为泥岩挠度变形系数，υ为泊松比，e为泥岩弹性模量，i为截面惯性矩；
24、s32、计算泥岩中心土体弯曲变形f(x)为：
25、f(x)＝f1(x)+f2(x)
26、f1(x)表示泥岩侧向受压下的挠度变形，f2(x)表示泥岩上覆面层荷载下的挠度变形，x表示泥岩路基横向坐标的位置。
27、进一步的，所述s32中，计算泥岩侧向受压下的挠度变形，具体为：
28、取泥岩路基宽度l为单位1，第i层理中心土体所受侧向压应力σi为：
29、
30、式中，p为泥岩侧向膨胀应力，k1为上覆面层静止侧压力系数，k2为泥岩静止侧压力系数，γ1为上覆面层重度，γ2为泥岩重度，zi第i层层理距泥岩路基顶部的深度，h为上覆面层厚度；
31、在层理中心土体两端受压情况下，该弯曲变形可近似视为两端铰接约束细长杆件，则挠度关系式可以表示为：
32、f1"(x)+ki2f1(x)＝0
33、
34、式中，ki为fi与d比例的平方根为中间参数无实际意义；fi为作用在第i层层理中心土体上的水平外力；ei为土层抗弯刚度；
35、当x＝0或x＝l时，挠度变形为0，对挠度关系式进行解析计算可得：
36、
37、其中，ai为简化参数值无实际意义，
38、进一步的，所述s32中，计算泥岩上覆荷载下的挠度变形，具体为：
39、若各层理厚度相同，则各层理的上拱变形大小相等，层间相互接触且无挤压，即各层所受水平外力f相等，各层简化参数值ai相等，在上覆面层对下部变形的削减作用下，各层理相互作用，产生的变形一致，此时各层中心土体挠度变形相同，上覆面层荷载的削减值作用均匀分布在各层，则：
40、
41、式中，q为层理的自重应力，m层为层理质量，qt为上覆面层荷载平均削减值，qm为上覆面层荷载削减值，m为上覆面层质量，l为泥岩路基宽度；
42、若各层理厚度不同，各层理相互挤压，受到上覆荷载为上覆面层荷载与上覆层理荷载，则第i层层理所受上覆荷载qi为：
43、
44、式中，ρ1为上覆面层密度，ρ2为泥岩密度，h为上覆面层厚度，g为重力加速度，n为层理总数；
本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种泥岩侧向膨胀力测试仪，包括L型固定底座(5)，其特征在于，所述L型固定底座(5)内有方形凹槽(14)，所述方形凹槽(14)内设置储存室(2)，所述储存室(2)内部中空，储存室(2)左右两端设置开口且顶板的中间开口，所述储存室(2)内部设置被测泥岩，所述储存室(2)左端开口处设置左透水石(4)，所述储存室(2)右端开口处设置右透水石(10)，所述储存室(2)通过顶板一侧开口处设置的软管(11)与恒湿器(13)连接。
2.根据权利要求1所述的泥岩侧向膨胀力测试仪，其特征在于，所述左透水石(4)与右透水石(10)上端设置开孔隔板(1)，千分表(16)底部依次穿过储存室(2)顶板中间开口、开孔隔板(1)与被测泥岩接触，所述左透水石(4)外侧设置左力学传感器(3)，所述右透水石(10)外侧设置右力学传感器(6)，所述L型固定底座(5)一端开孔，螺杆(8)一端穿过所述L型固定底座(5)开孔、旋钮(7)与其中一个力学传感器接触，所述旋钮(7)带动螺杆(8)一并旋出与旋入，所述螺杆(8)另一端通过螺帽固定在L型固定底座(5)外侧。
3.采用如权利要求1或2所述的泥岩侧向膨胀力测试仪的泥岩路基变形计算方法，其特征在于，
4.根据权利要求3所述的泥岩路基变形计算方法，其特征在于，所述S2中，计算泥岩竖向弹性挤压变形包括以下步骤：
5.根据权利要求3所述的泥岩路基变形计算方法，其特征在于，所述S3中，计算泥岩中心土体弯曲变形包括以下步骤：
6.根据权利要求5所述的泥岩中心土体弯曲变形计算方法，其特征在于，所述S32中，计算泥岩侧向受压下的挠度变形，具体为：
7.根据权利要求5所述的泥岩中心土体弯曲变形计算方法，其特征在于，所述S32中，计算泥岩上覆荷载下的挠度变形，具体为：
...
【技术特征摘要】
1.一种泥岩侧向膨胀力测试仪，包括l型固定底座(5)，其特征在于，所述l型固定底座(5)内有方形凹槽(14)，所述方形凹槽(14)内设置储存室(2)，所述储存室(2)内部中空，储存室(2)左右两端设置开口且顶板的中间开口，所述储存室(2)内部设置被测泥岩，所述储存室(2)左端开口处设置左透水石(4)，所述储存室(2)右端开口处设置右透水石(10)，所述储存室(2)通过顶板一侧开口处设置的软管(11)与恒湿器(13)连接。
2.根据权利要求1所述的泥岩侧向膨胀力测试仪，其特征在于，所述左透水石(4)与右透水石(10)上端设置开孔隔板(1)，千分表(16)底部依次穿过储存室(2)顶板中间开口、开孔隔板(1)与被测泥岩接触，所述左透水石(4)外侧设置左力学传感器(3)，所述右透水石(10)外侧设置右力学传感器(6)，所述l型固定底座(5)一端开孔，螺杆(8)一端...
【专利技术属性】
技术研发人员：邱祥，梁哲豪，欧坤，李锦鸿，凡晓明，刘英杰，
申请(专利权)人：长沙理工大学，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。