一種膠結狀土石混合體試樣制作方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明是涉及巖土工程試驗領域，具體地說是涉及一種膠結狀土石混合體試樣的制作方法。
【背景技術】
[0002]在自然界中，膠結狀土石混合體分布廣泛，是滑坡和泥石流等地質災害發(fā)生和孕育的最主要地質體。這些膠結狀土石混合體均賦存于復雜的水文和地質環(huán)境中，達到臨界失穩(wěn)狀態(tài)后，會呈現出較明顯的加速流變破壞特征，失穩(wěn)破壞所經歷的時間短暫，具有危害大、隨機性強和治理難的特點，給工程建設造成較大的損失。因此，膠結狀土石混合體是土木工程建設重點關注的不良地質體之一。
[0003]土石混合體是由顆粒細小的土體與尺寸較大的塊石或礫石骨架組成的地質材料，具有離散性強、以及明顯的非均勻、非連續(xù)、非線性和一定程度的各向異性特征。因此，土石混合體表現出明顯區(qū)別于單純土體和巖石的地質、工程和力學特性。由于土石混合體地質結構的復雜性，土石混合體的現場原位試驗是最受重視的研究手段。原位試驗在現場的合適位置預先制作出合適尺寸的土石混合體試樣，然后開展大型原位試驗。但現場原位試驗成本高昂，不便于長時間開展試驗研究。因此，為較好地研究土石混合體的力學特性，很有必要發(fā)展膠結狀土石混合體的室內試驗測試技術。而現有室內試驗尺寸較小，不能保證與原狀試樣具有一致的性質，從而使得試驗結果具有很大的離散性和隨機性。
[0004]本發(fā)明正是針對膠結狀土石混合體的室內試驗測試而提出的一種膠結狀土石混合體試樣的制作方法。

【發(fā)明內容】

[0005]發(fā)明目的:本發(fā)明的目的在于提供一種膠結狀土石混合體試樣的制作方法。
[0006]技術方案:一種膠結狀土石混合體試樣的制作方法，包括如下步驟:
(1)獲得現場膠結狀土石混合體的地質結構特征和宏觀力學性質。在現場開展地質調研，研究膠結狀土石混合體的地質結構特征和宏觀力學性質，包括:土體與塊石的膠結狀態(tài)(泥質膠結、鈣質膠結和硅質膠結)、塊石尺寸、巖性、土性、土石混合體賦存的地質和水文環(huán)境、以及地應力條件等。
[0007](2)獲得基本物理力學參數。在現場采集典型膠結狀土石混合體的巖土樣，開展含水率、密度等土力學試驗，測定膠結狀土石混合體的基本物理力學參數。將巖土樣分散曬干，采用標準篩對其進行篩分處理，分出不同粒徑尺寸的土體顆粒、礫石和塊石顆粒。
[0008](3)確定試樣及其骨料的尺寸。分析膠結狀土石混合體的尺寸效應，獲得RVE尺寸。將現場膠結狀土石混合體的RVE尺寸，與室內相應試驗的標準試樣的幾何尺寸進行比照。根據物理模型試驗的相似性原理，確定室內試驗膠結狀土石混合體試樣內部的礫石和塊石的幾何尺寸和縮小的比例、以及級配情況。
[0009](4)骨料配置。按照確定的RVE尺寸相似關系、以及現場礫石和塊石的幾何形態(tài)(尖棱形、橢圓形、方形等)配置用于制作室內試樣的砂石骨料(滿足幾何形態(tài)、以及相似條件的幾何尺寸要求)。
[0010](5)巖土樣制備。以現場膠結狀土石混合體的土料作為基體，以水泥作為膠結粘結劑模擬土石之間的膠結狀態(tài)，以泡沫材料作為填充物模擬孔隙狀態(tài)。將這些材料加入適量的水混合均勻，配制出滿足現實條件的巖土樣。
[0011](6)入模養(yǎng)護。將配制好的巖土樣，放入預先制作好的適合于相應室內試驗的標準試樣尺寸樹脂模具中，均勻地壓實，并保證兩個端面的光滑平整，以減小試驗加載時與試驗機剛性壓頭的摩擦效應。按照設定的溫度和濕度條件，養(yǎng)護不少于28天。
[0012]其中，步驟(2)中所涉及的試驗及方法具體包括:
(2.1)密度測試試驗。采用稱重法，用以確定現場膠結狀土石混合體的密度；測定室內試樣的密度。
[0013](2.2)含水率測定試驗。采用烘干稱重法，用以確定現場膠結狀土石混合體的含水率；為試樣制作提供含水量配比。
[0014](2.3)巖土體篩分試驗。使用土工標準篩，用以分析膠結狀土石混合體的骨料級配情況；分析碎石、礫石和砂石骨料的幾何尺寸和形態(tài)。
[0015]步驟(3)中確定試樣及其骨料的尺寸的方法及步驟包括:
(3.1)分析膠結狀土石混合體的尺寸效應，獲得RVE尺寸。
[0016](3.2)將現場膠結狀土石混合體的RVE尺寸，與室內相應試驗的標準試樣的幾何尺寸進行比照。根據物理模型試驗的相似性原理，確定室內試驗膠結狀土石混合體試樣內部的礫石和塊石的幾何尺寸和縮小的比例、以及級配情況。
[0017]有益效果:本發(fā)明的上述技術方案具有如下優(yōu)點:本發(fā)明提供的上述試樣制作步驟，可以獲得與原狀試樣具有一致性質(包括膠結種類，骨料的幾何形態(tài)及尺寸，顆粒級配等)的巖土混合體試樣，并可以按照適合于室內相應試驗所需標準試樣尺寸制作成型?？朔爽F有室內試驗試樣不能保證與原狀試樣具有一致性質的缺點，減少了試驗結果的離散性，并且可以重復制樣與試驗。
【附圖說明】
[0018]圖1是本發(fā)明實施例的總體流程圖；
圖2是本發(fā)明實施例中方形剪切試樣的成型模具示意圖。
【具體實施方式】
[0019]下面結合具體實施例，進一步闡明本發(fā)明，應理解這些實施例僅用于說明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍，在閱讀了本發(fā)明之后，本領域技術人員對本發(fā)明的各種等價形式的修改均落于本申請所附權利要求所限定的范圍。
[0020]如圖1所示，本發(fā)明公開了一種基于數字圖像確定不均勻巖土材料滲透系數的方法，包括以下步驟:
(1)獲得現場膠結狀土石混合體的地質結構特征和宏觀力學性質。在現場開展地質調研，研究膠結狀土石混合體的地質結構特征和宏觀力學性質，包括:土體與塊石的膠結狀態(tài)(屬鈣質膠結)、塊石尺寸、巖性、土性、土石混合體賦存的地質和水文環(huán)境、以及地應力條件等。
[0021](2)獲得基本物理力學參數。在現場采集典型膠結狀土石混合體的巖土樣，開展含水率、密度等土力學試驗，測定膠結狀土石混合體的基本物理力學參數。將巖土樣分散曬干，采用標準篩對其進行篩分處理，分出不同粒徑尺寸的土體顆粒、礫石和塊石顆粒。
[0022](3)確定試樣及其骨料的尺寸。分析膠結狀土石混合體的尺寸效應，獲得RVE尺寸。將現場膠結狀土石混合體的RVE尺寸，與室內直剪試驗的標準圓柱試樣的幾何尺寸(內長X寬X高=150mmX 150mmX 150mm)進行比照。根據物理模型試驗的相似性原理，確定室內試驗膠結狀土石混合體試樣內部的礫石和塊石的幾何尺寸和縮小的比例、以及級配情況。
[0023](4)骨料配置。按照確定的RVE尺寸相似關系、以及現場礫石和塊石的幾何形態(tài)(尖棱形、橢圓形、方形等)配置用于制作室內試樣的砂石骨料(滿足幾何形態(tài)、以及相似條件的幾何尺寸要求)。
[0024](5)巖土樣制備。以現場膠結狀土石混合體的土料作為基體，以水泥作為膠結粘結劑模擬土石之間的膠結狀態(tài)，以泡沫材料作為填充物模擬孔隙狀態(tài)。將這些材料加入適量的水混合均勻，配制出滿足現實條件的巖土樣。
[0025](6)入模養(yǎng)護。將配制好的巖土樣，放入預先制作好的方形剪切盒樹脂模具(內長X寬X高=150mmX150mmX150mm)中，均勻地壓實，并保證兩個端面的光滑平整，以減小試驗加載時與試驗機剛性壓頭的摩擦效應。按照設定的溫度和濕度條件，養(yǎng)護不少于28天。之后卸下模具上的固定螺栓，即完成膠結狀土石混合體方形直剪試樣的制作。方形直剪試樣將用于直剪流變試驗。
【主權項】
1.一種膠結狀土石混合體試樣制作方法，其特征在于包括如下步驟: 步驟1，獲得現場膠結狀土石混合體的地質結構特征和宏觀力學性質； 步驟2，獲得基本物理力學參數； 步驟3，確定試樣及其骨料的尺寸； 步驟4，骨料配置； 步驟5，巖土樣制備； 步驟6，入模養(yǎng)護。2.根據權利要求1所述的一種膠結狀土石混合體試樣制作方法，其特征在于，所述步驟2中獲得基本物理力學參數涉及的試驗及方法具體包括: 2.1)密度測試試驗，采用稱重法，用以確定現場膠結狀土石混合體的密度；測定室內試樣的密度； 2.2)含水率測定試驗，采用烘干稱重法，用以確定現場膠結狀土石混合體的含水率；為試樣制作提供含水量配比； 2.3)巖土體篩分試驗，使用土工標準篩，用以分析膠結狀土石混合體的骨料級配情況；分析碎石、礫石和砂石骨料的幾何尺寸和形態(tài)。3.根據權利要求1所述的一種膠結狀土石混合體試樣制作方法，其特征在于，所述步驟3中確定試樣及其骨料的尺寸的方法及步驟包括: 3.1)分析膠結狀土石混合體的尺寸效應，獲得RVE尺寸； 3.2)將現場膠結狀土石混合體的RVE尺寸，與室內相應試驗的標準試樣的幾何尺寸進行比照；根據物理模型試驗的相似性原理，確定室內試驗膠結狀土石混合體試樣內部的礫石和塊石的幾何尺寸和縮小的比例、以及級配情況。4.根據權利要求1所述的一種膠結狀土石混合體試樣制作方法，其特征在于，所述步驟4中骨料配置的具體內容包括按照確定的RVE尺寸相似關系、以及現場礫石和塊石的幾何形態(tài)配置用于制作室內試樣的砂石骨料。5.根據權利要求1所述的一種膠結狀土石混合體試樣制作方法，其特征在于，所述步驟5巖土樣制備的具體內容包括為，以現場膠結狀土石混合體的土料作為基體，以水泥作為膠結粘結劑模擬土石之間的膠結狀態(tài)，以泡沫材料作為填充物模擬孔隙狀態(tài)；將這些材料加入適量的水混合均勻，配制出滿足現實條件的巖土樣。6.根據權利要求1所述的一種膠結狀土石混合體試樣制作方法，其特征在于，所述步驟6入模養(yǎng)護的具體內容包括為將配制好的巖土樣，放入預先制作好的適合于相應室內試驗的標準試樣尺寸樹脂模具中，均勻地壓實，并保證兩個端面的光滑平整，以減小試驗加載時與試驗機剛性壓頭的摩擦效應；按照設定的溫度和濕度條件，養(yǎng)護不少于28天。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種膠結狀土石混合體試樣制作方法，首先獲得現場膠結狀土石混合體的地質結構特征和宏觀力學性質，以及基本物理力學參數，然后根據模型相似原理確定試樣及其骨料的尺寸，配置相應骨料并按比例混合均勻，最后將配制好的巖土樣，放入預先制作樹脂模具中養(yǎng)護成型。與現有技術相比，本發(fā)明的具有如下優(yōu)點：本發(fā)明提供的上述試樣制作步驟，可以獲得與原狀試樣具有一致性質（包括膠結種類，骨料的幾何形態(tài)及尺寸，顆粒級配等）的巖土混合體試樣，并可以按照適合于室內相應試驗所需標準試樣尺寸制作成型?？朔爽F有室內試驗試樣不能保證與原狀試樣具有一致性質的缺點，減少了試驗結果的離散性，并且可以重復制樣與試驗。
【IPC分類】G01N1/28
【公開號】CN105424430
【申請?zhí)枴緾N201510746340
【發(fā)明人】張久長, 楊蘭蘭, 孟慶祥, 王如賓, 徐衛(wèi)亞, 王環(huán)玲, 閆龍, 俞雋
【申請人】河海大學
【公開日】2016年3月23日
【申請日】2015年11月5日