一种膨胀土与支挡结构接触面法向膨胀力测量方法及应用技术

一种膨胀土与支挡结构接触面法向膨胀力测量方法及应用，包括制备与实际工况处膨胀土的初始含水率和干密度一致的膨胀土预试件；按实际工况中膨胀土与支挡结构接触面法向与压实方向之间的夹角β对预试件削样后，制备环刀样试件并进行恒体积膨胀试验，得到该方向上的恒体积膨胀力。其应用是恒体积膨胀力为刚性支挡结构上的膨胀力设计最小值或竖向变形对应的上覆荷载为柔性支挡结构上的膨胀力设计最小值。本发明专利技术方法简单、实施方便，解决了本领域长期以来希望精确评价膨胀土支挡结构的稳定性问题，可以简便、准确地测量作用于支挡结构上发生一定膨胀变形后的膨胀力，为膨胀土地区土建工程设计提供了重要设计参数，适于在工程上进行推广应用。上进行推广应用。上进行推广应用。

【技术实现步骤摘要】
一种膨胀土与支挡结构接触面法向膨胀力测量方法及应用


[0001]本专利技术公开了一种土样膨胀试验方法，特别指一种膨胀土与支挡结构接触面法向膨胀力测量方法及应用，属于公路膨胀土土工试验


技术介绍

[0002]膨胀土在我国分布十分广泛，因富含蒙脱石及其混层矿物，吸水后显著膨胀，膨胀受限时会对周围土体和结构物产生显著的膨胀压力作用，对修建于其周围的构筑物构成严重威胁，造成了大量的经济损失。实际工程中，土体由于沉积、固结和碾压等原因出现成层现象，重力方向与沉积面垂直，土中片状黏土颗粒水平高度定向排列，使得膨胀土的增湿膨胀行为具有显著的各向异性(Avsar E,Ulusay R,Sonmez H.Assessments of swelling anisotropy of Ankara clay[J].Engineering Geology,2009,105(1
‑
2):24
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31)。在膨胀土地区进行支挡结构设计时，作用于支挡结构上的膨胀力是关键计算参数。在实际工程中，支挡结构一般与水平方向呈某一夹角，例如沿坡面设置的锚杆框架梁、墙背倾斜的俯斜式挡墙等。然而，目前国内外对于膨胀力的量测仅针对其竖向和侧向，同时因膨胀力的存在，且膨胀土的增湿膨胀行为具有显著的各向异性，在计算支挡结构上的膨胀土土压力时，如采用竖向和侧向膨胀力分解至墙背法线方向叠加求取膨胀力，将出现该方向膨胀力大于竖向膨胀力的情况，这显然与实际不符。因此，计算支挡结构上的膨胀土土压力，不能直接根据竖向或侧向膨胀力套用力的“平行四边形”法则进行求解。另外，根据《膨胀土地区建筑技术规范》(GB50112
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2013)中的规定，膨胀土地区的挡墙墙背应设置厚度不小于0.5m的碎石或砂卵石滤水层。这种多孔的结构在具有滤水功能的同时，势必会在较大的膨胀力作用下发生一定的形变，进而导致膨胀土土压力的减小。可见，墙背缓冲层的压缩变形将导致膨胀力的衰减，故获取膨胀力随膨胀变形的变化规律对于设有缓冲层的挡墙设计尤为重要。但在工程实践中，一般通过折减恒体积膨胀压力来计入变形的影响，这种经验性的方法易造成设计的不安全或偏于保守。因此，为给膨胀土地区边坡稳定与加固提供关键参数，一种经济适用、操作方便、能获取膨胀土与支挡结构接触面法向膨胀力的测量方法亟待开发。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的在于克服现有技术之不足，提供一种膨胀土与支挡结构接触面法向膨胀力测量方法及应用。
[0004]本专利技术一种膨胀土与支挡结构接触面法向膨胀力测量方法，包括：
[0005]第一步：根据实际工况处膨胀土的初始含水率和干密度，按《公路土工试验规程(JTG 3430—2020)》要求，通过模具静压制备膨胀土立方体预试件；
[0006]第二步：根据实际工况中膨胀土与支挡结构接触面法向与压实方向之间的夹角β，确定预设削样角度α，对立方体预试件削样，然后，用环刀沿垂直于切削面的方向压样，得到环刀样试件；
[0007]第三步：按《公路土工试验规程(JTG 3430—2020)》要求，对环刀样试件进行恒体
积膨胀试验，量测得到的该方向上的恒体积膨胀力即为膨胀土与支挡结构接触面法向膨胀力。
[0008]本专利技术一种膨胀土与支挡结构接触面法向膨胀力测量方法，第一步中，取实际施工现场的膨胀土烘干碾碎后过筛，加分拌匀后焖料至少一天后制备膨胀土立方体预试件；制备立方体预试件时，模具内表面涂抹凡士林。
[0009]本专利技术一种膨胀土与支挡结构接触面法向膨胀力测量方法，第二步中，将制备好的立方体预试件脱模后，在任意一个平行于压实方向的立方体表面上划出两根平行的削样线，所述削样线与压实方向的夹角为β，与水平方向的夹角为α；沿两根平行的削样线分别对立方体预试件进行切削，切削方向垂直于立方体划有削样线的表面；然后，用环刀沿垂直于切削面的方向压样，得到环刀样试件；夹角α＝90
°‑
β，削样线的长度大于环刀直径，两根平行的削样线之间的距离大于环刀高度；沿两根平行的削样线对立方体预试件进行切削时，切削刀表面涂抹凡士林。
[0010]本专利技术一种膨胀土与支挡结构接触面法向膨胀力测量方法的应用，按膨胀土与支挡结构接触面法向膨胀力测量方法得到的恒体积膨胀力，即为刚性支挡结构上的膨胀力设计值。
[0011]本专利技术一种膨胀土与支挡结构接触面法向膨胀力测量方法的应用，待恒体积膨胀稳定后，对上覆荷载分级卸荷，每一级卸荷后保持至少2h，直至卸荷后环刀样的竖向变形与柔性支挡结构设计变形量相同或相差不大于0.5％时，所对应的上覆荷载，即为柔性支挡结构上的膨胀力设计值。
[0012]本专利技术的有益效果是：采用先制备立方体压实样、再取与立方体压实方向呈β角度的环刀样的方法得到膨胀方向与支挡结构接触面垂直的膨胀土环刀样试件，其初始湿密状态与工程现场膨胀土样一致，符合实际工况；参照《公路土工试验规程(JTG 3430—2020)》进行恒体积膨胀试验，直接利用现有常规试验设备进行试验，实施方便，直接得到膨胀土沿支挡结构接触面法向膨胀力，为刚性支挡结构强度设计提供了简单、与实际情况相符的设计参数；在恒体积膨胀试验后，通过逐级卸荷量测环刀样的膨胀变形，为柔性支挡结构强度设计提供了简单、与实际情况相符的设计参数，试验方法简便。本专利技术方法简单、实施方便，克服了现有膨胀试验方法的局限性，解决了本领域长期以来希望精确评价膨胀土支挡结构的稳定性问题，可以简便、准确地测量作用于支挡结构上发生一定膨胀变形后的膨胀力，为膨胀土地区公路、铁路、水利、建筑工程设计提供了重要设计参数，适于在工程上进行推广应用。
附图说明
[0013]附图1为俯斜式挡墙墙背膨胀力示意图。
[0014]附图2为垂直作用于挡墙墙背膨胀压力随膨胀变形的变化规律示意图。
[0015]附图3为立方体预试件削样示意图。
[0016]附图4为实施例3(试件膨胀方向与压实方向夹角呈30
°
)的膨胀力与膨胀变形变化规律。
[0017]附图5为实施例4(试件膨胀方向与压实方向夹角呈60
°
)的膨胀力与膨胀变形变化规律。
[0018]附图6为对比例3和对比例4(试件膨胀方向与压实方向夹角呈0
°
和45
°
)的膨胀力与膨胀变形变化规律。
[0019]图中：P
sβi
—发生一定变形后垂直作用于挡墙墙背的膨胀压力，P
svi
—发生一定变形后膨胀土竖向膨胀压力，P
shi
—发生一定变形后膨胀土侧向膨胀压力，β—垂直作用于挡墙墙背的膨胀压力与压实方向的夹角，α—墙背倾角，i—地面倾角，ε
sβi
—发生的膨胀变形。
具体实施方式
[0020]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种膨胀土与支挡结构接触面法向膨胀力测量方法，包括：第一步：根据实际工况处膨胀土的初始含水率和干密度，按《公路土工试验规程(JTG 3430—2020)》要求，通过模具静压制备膨胀土立方体预试件；第二步：根据实际工况中膨胀土与支挡结构接触面法向与压实方向之间的夹角β，确定预设削样角度α，对立方体预试件削样，然后，用环刀沿垂直于切削面的方向压样，得到环刀样试件；第三步：按《公路土工试验规程(JTG 3430—2020)》要求，对环刀样试件进行恒体积膨胀试验，量测得到的该方向上的恒体积膨胀力即为膨胀土与支挡结构接触面法向膨胀力。2.根据权利要求1所述的一种膨胀土与支挡结构接触面法向膨胀力测量方法，其特征在于：第一步中，取实际施工现场的膨胀土烘干碾碎后过筛，加水拌匀并焖料后制备膨胀土立方体预试件。3.根据权利要求2所述的一种膨胀土与支挡结构接触面法向膨胀力测量方法，其特征在于：制备立方体预试件时，模具内表面涂抹凡士林。4.根据权利要求1所述的一种膨胀土与支挡结构接触面法向膨胀力测量方法，其特征在于：第二步中，将制备好的立方体预试件脱模后，在任意一个平行于压实方向的立方体表面上划出两根平行的削样线，所述削样线与压实方向的夹角为β，与水平方向的夹角为α；沿两根平行的削样线分别对立方体预试件进行...

【专利技术属性】
技术研发人员：张锐，刘正楠，唐德力，刘昭京，张嵛铭，敬涛，
申请(专利权)人：中国铁路南宁局集团有限公司，
类型：发明
国别省市：