一種無粘性土最優(yōu)粘聚冷凍含水率的測定方法
【技術(shù)領(lǐng)域】：
[0001] 本發(fā)明涉及一種無粘性土最優(yōu)粘聚冷凍含水率的測定方法，屬于巖土工程學(xué)科的 土體力學(xué)性能測試領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】：
[0002] 以砂土為代表的無粘性土，是建筑物、構(gòu)筑物等工程的地基主要組成成分之一。目 前，無粘性土的力學(xué)特性測試通常通過常規(guī)三軸試驗完成，該試驗將土體做成圓柱形標準 三軸試樣，進行加載測試。所以，制作高質(zhì)量的重塑無粘性土試樣是進行該測試的前提條 件。
[0003] 但是，由于無粘性土不具有粘聚力且摩擦角大，采用傳統(tǒng)的制樣方法，三軸試樣成 形后易散落、易傾斜，甚至無法制作成形，不易操作?？梢酝ㄟ^對具有一定含水率的無粘性 土進行冷凍，增加其粘聚力同時減小其摩擦角，使三軸試樣順利制作。
[0004] 加水拌合冷凍后，無粘性土的摩擦角、粘聚力均隨加水量的變化而非線性變化。為 了能更加高效的制作無粘性土三軸試樣，在制作三軸試樣之前，需要對無粘性土的最優(yōu)粘 聚冷凍含水率進行測定，以確定冷凍后無粘性土的摩擦角和粘聚力達到最優(yōu)值。

【發(fā)明內(nèi)容】
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[0005] 本發(fā)明的目的在于提供一種無粘性土最優(yōu)粘聚冷凍含水率的測定方法，以解決現(xiàn) 有技術(shù)中的三軸試樣成形后易散落、易傾斜，甚至無法制作成形的缺陷。
[0006] 為了達到上述目的，本發(fā)明采取的解決方案是：
[0007] -種無粘性土最優(yōu)粘聚冷凍含水率的測定方法，其特征在于，包括如下步驟：⑴ 將散粒狀無粘性土烘干粉碎；(2)按照設(shè)計要求，將不同的拌合水加入到無粘性土中并拌 制均勻，獲得不同含水率的無粘性土；（3)將不同含水率的無粘性土冷凍，使其顆粒表層形 成冰晶和水的冰水混合物，該冰水混合物能夠有效增加無粘性土顆粒之間的粘聚力，且同 時減小了其摩擦角；(4)在冷凍狀態(tài)下制作直剪試樣，并按初始含水率的不同分成對稱兩 份；一份直接進行冷凍狀態(tài)的直剪試驗，另一份靜停一段時間，待試樣內(nèi)部冰晶融化回復(fù)常 溫后，進行常溫狀態(tài)下的直剪試驗；(5)根據(jù)兩種狀態(tài)的實驗結(jié)果，分別計算各初始含水率 下無粘性土的摩擦角和粘聚力；選擇冷凍狀態(tài)下粘聚力較大、摩擦角較小的初始含水率為 無粘性土最優(yōu)粘聚冷凍含水率。
[0008] 所述的最優(yōu)粘聚冷凍含水率，是指冷凍狀態(tài)時無粘性土具有較大粘聚力、較小摩 擦角時對應(yīng)的初始加入拌合水的質(zhì)量與干燥狀態(tài)無粘性土質(zhì)量的比值。
[0009] 所述的最優(yōu)粘聚冷凍含水率，其通過直剪試驗測得。
[0010] 所述的最優(yōu)粘聚冷凍含水率，評價的優(yōu)先順序依次是冷凍狀態(tài)粘聚力較大、冷 凍狀態(tài)摩擦角較小、與常溫狀態(tài)相比冷凍狀態(tài)的摩擦角減小值較大；各自的允許誤差為 0· 15〇
[0011] 所述的直剪試驗，所有試樣的土料在制樣前均經(jīng)歷冷凍過程。
[0012] 所述的常溫狀態(tài)直剪試驗，是在常規(guī)直剪儀上且試樣內(nèi)部冰晶完全融化狀態(tài)下進 行的直剪試驗。
[0013] 所述的冷凍狀態(tài)直剪試驗，是在常規(guī)直剪儀上且試樣在冷凍狀態(tài)下進行的直剪試 驗。
[0014] 本發(fā)明提供一種優(yōu)選的無粘性土最優(yōu)粘聚冷凍含水率的測定方法，其特征在于， 包括如下步驟：
[0015] (1)、干土準備：
[0016] 按照設(shè)計的直剪試樣的個數(shù)N2、干密度R，計算直剪試驗所需無粘性土在干燥狀態(tài) 下的質(zhì)量M 2:
[0017] N2= 2*n ^n2
[0018] M2= 3. 14*(D/2) 2*h*R*N2
[0019] 式中A1是設(shè)計的含水率個數(shù)，η 2是每個含水率下考慮的法向應(yīng)力個數(shù)，D為直剪 試樣的直徑，h為直剪試樣的高度；
[0020] (2)、混合土料準備：
[0021] 將干土等分成21^份，制備不同含水率的混合土料，每個含水率制作兩份土料，一 份用于常溫狀態(tài)直剪試驗、一份用于冷凍狀態(tài)直剪試驗；
[0022] (3)、冷凍狀態(tài)直剪試樣制作：
[0023] 將用于冷凍狀態(tài)直剪試驗和用于常溫狀態(tài)直剪試驗的混合土料分別進行冷凍，并 按照含水率的不同，逐一制作成冷凍狀態(tài)的直剪試樣；
[0024] 所述混合土料的冷凍，冷凍時間超過24小時，溫度為-10度。
[0025] (4)、冷凍狀態(tài)直剪試驗：
[0026] 用于冷凍狀態(tài)直剪試驗的混合土料，經(jīng)步驟（3)處理后制成的冷凍狀態(tài)的直剪試 樣，在常溫下進行直剪試驗，檢測冷凍狀態(tài)下各含水率、各法向應(yīng)力作用時對應(yīng)的抗剪強 度；
[0027] (5)、常溫狀態(tài)直剪試驗：
[0028] 用于常溫狀態(tài)直剪試驗的混合土料，經(jīng)步驟（3)處理后制成的冷凍狀態(tài)的直剪試 樣，先安裝在直剪儀測試基座上，靜停一段時間，待試樣內(nèi)部冰晶全部融化后，再進行直剪 測試，檢測常溫狀態(tài)下各含水率、各法向應(yīng)力作用時對應(yīng)的抗剪強度；
[0029] 冷凍狀態(tài)的直剪試樣靜停時間超過12小時。
[0030] (6)、計算摩擦角和粘聚力：
[0031] 根據(jù)步驟（4)和步驟（5)測得的抗剪強度，分別計算常溫狀態(tài)、冷凍狀態(tài)下不同含 水率的無粘性土所對應(yīng)的摩擦角和粘聚力；
[0032] 步驟（6)中，摩擦角和粘聚力按以下公式計算：抗剪強度=粘聚力+法相應(yīng)力 *tan(摩擦角）。
[0033] (7)、綜合評價：根據(jù)步驟（6)獲得摩擦角和粘聚力，選擇具有較大粘聚力、較小摩 擦角時所對應(yīng)的初始含水率，即為無粘性土最優(yōu)粘聚冷凍含水率。
[0034] 步驟（7)中，評價的優(yōu)先順序依次是冷凍狀態(tài)粘聚力較大、冷凍狀態(tài)摩擦角較小、 與常溫狀態(tài)相比冷凍狀態(tài)的摩擦角減小值較大，各自的允許誤差為〇. 15。
[0035] 步驟（7)中，所述無粘性土最優(yōu)粘聚冷凍含水率，是指冷凍狀態(tài)時無粘性土具有 較大粘聚力、較小摩擦角時對應(yīng)的初始加入拌合水的質(zhì)量與干燥狀態(tài)無粘性土質(zhì)量的比 值。
[0036] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點：
[0037] 1、本發(fā)明通過常溫狀態(tài)、冷凍狀態(tài)等兩組對比直剪試驗，結(jié)合粘聚力和摩擦角的 變化，準確測定無粘性土最優(yōu)粘聚冷凍含水率。
[0038] 2、現(xiàn)有技術(shù)沒有進行過無粘性土最優(yōu)粘聚冷凍含水率的測定試驗，本發(fā)明填補了 該項空白，且通過對于該含水率的測定，可以實現(xiàn)無粘性土通過冷凍過程增加制樣過程中 無粘性土的粘聚力并減小其摩擦角，從而有效解決現(xiàn)有技術(shù)中三軸試樣成形后易散落易傾 斜，很難制作成標準圓柱形等缺陷。
[0039] 下面結(jié)合實施例對本發(fā)明作進一步詳細說明，但不限于此。
【附圖說明】：
[0040] 圖1為本發(fā)明實施例無粘性土摩擦角隨含水率變化曲線示意圖。
【具體實施方式】：
[0041] 實施例1 :
[0042] 某高速鐵路k5+150~k6+200段，路基有局部砂土，為典型的無粘性土。由于該路 基將承受列車的循環(huán)動力荷載，必須進行重塑砂土的三軸力學(xué)特性測試。為了高質(zhì)量的制 備三軸試樣，要先通過直剪試驗確定該無粘性土的最優(yōu)粘聚冷凍含水率。
[0043] 針對上述實例，采用本發(fā)明的一種無粘性土最優(yōu)粘聚冷凍含水率的測定方法，進 行測定，包括如下步驟：
[0044] (1)、干土準備：
[0045] 按照設(shè)計的直剪試樣的個數(shù)N、干密度R、計算直剪試驗所需無粘性土的干燥狀態(tài) 下的質(zhì)量M 2。
[0046] N2= 2*n ^n2
[0047] M2= N 2