专利名称：黄土湿陷性变形的砂土浸水测试方法
技术领域：
本发明属于黄土地区岩土测试领域技术领域，具体涉及一种黄土湿陷性变形的砂土浸水测试方法。
背景技术：
黄土的湿陷性及其评价方法一直是黄 土地区岩土工程领域被关注和研究的技术难题。测试和评价黄土的湿陷性及地基的湿陷变形方法主要有两种一是现场分层采取原状黄土，基于室内单轴压缩侧限变形应力条件下黄土试样的浸水湿陷性试验测试湿陷系数，先分层计算具有相同湿陷性的各土层的湿陷变形，然后，求总和评价场地地基的湿陷变形；二是现场开挖直径不小于湿陷性土层厚度的试坑，在试坑内钻孔填砂，设置竖向导水探井。试坑内直接注水，探井可加速深层黄土浸水。依据直接测试地表和不同埋深各土层的沉降变形，进行黄土湿陷性分析和湿陷变形评价。对于前者室内湿陷性试验方法，试样的尺度小，为2cm厚的薄试样，限制试样的侧向变形。存在的问题一是土样薄，可能在试样制备时破坏了土的结构性，不能反映结构性对湿陷性的影响；二是试样始终处于侧限变形压缩应力条件下，与实际地层湿陷变形时应力条件的变化存在差异；三是应用于地基湿陷性评价时，不能连续地反映地层结构对地基湿陷变形的影响。对于后者现场的浸水试坑湿陷性试验，浸水坑内设置竖向导水探井可以较快饱和黄土地层，浸水湿陷变形过程反映了黄土的结构性以及地层结构的影响，亦能够反映实际浸水湿陷变形过程的应力条件。但是，对于深厚湿陷性黄土地层，如果继续沿用目前关于浅层黄土的湿陷性试验和分析方法，一方面，室内湿陷性试验不足造成的误差累积会越来越大；另一方面现场浸水试验的费用大，尤其对于线性工程，一个场地的浸水试坑湿陷性试验难以反映沿线的变化。并且，对于大厚度湿陷性黄土地基上的建筑物，挖方构筑物，以及黄土隧道、隧洞工程，主要是它们基底以下黄土的湿陷变形构成了工程的危害，更需要对深层黄土的湿陷变形做出正确评价。
发明内容
本发明的目的是提供一种黄土湿陷性变形的砂土浸水测试方法，既能体现原位黄土结构，又可实现多点试验，克服了室内湿陷性试验采取土样和制备试样对黄土结构性的扰动，以及现场浸水试坑试验费用大和试验点有限的不足。本发明所采用的技术方案是，一种黄土湿陷性变形的砂土浸水测试方法，其特征在于，按照以下步骤进行步骤I、在地层表面竖直向下开挖探井，探井下方的湿陷性黄土为待测试土体；选取表面面积小于探井横截面积的承载板，承载板为刚性板且板体上均匀开通有多个竖向透水孔，承载板的上方固定有竖直向的沉降杆，承载板上安装有土压力计；步骤2、将探井底部清除开挖虚土，并铺设砂垫层，将承载板通过沉降杆水平放置在砂垫层上，使土压力计的土压力计量测信号线向上伸出地层表面；
步骤3、在探井内填筑砂砾石后，再往探井内灌入水直至水至湿陷性黄土，待沉降杆下沉变形稳定后结束试验；沉降杆的沉降位移变化即为湿陷性黄土的湿陷变形，通过土压力计测得砂砾石形成的土柱压力。步骤2还包括在沉降杆外部套装沉降杆护筒。步骤3还包括在填筑砂砾石后，先在未填筑砂砾石的探井段内安放探井井壁护筒，再开始灌水。沉降杆安装在承载板的中心正交处。沉降杆为通过螺纹套筒依次连接的多段式结构。沉降杆为中空结构，土压力计量测信号线布置在沉降杆的内腔。承载板的底部开孔，土压力计安装在该孔内。·本发明的有益效果是(1)该方法操作简便，只需开挖规则的探井，埋设承载板和沉降杆等，上覆有效荷载填筑砂砾石，不需要特别复杂的装备和操作技术便可进行。(2)测试结果准确可靠，该方法不同于室内试验，不会因为取土而扰动土的结构性，也不会因为所取土样的位置的局限性而使得测试结构具有相当的离散性，而是基于大型浸水试验湿陷变形的原理进行原位测试，保证了测试结构准确可靠的反映了土层的实际湿陷性。(3)测试成本低廉，不同于大型浸水试验需要大型的场地、大量充足的水源、相对复杂和繁琐的测试设备、大量的人力进行长期的观测。(4)该方法原理简单明了，设备简易且有很强的适用性，操作技术简便、不需要特别专业的操作人员便可完成，对场地要求不高，只要不足一平米的区域便可完成，由于影响区域小故节省了大量的测试时间和人力物力资源。
图I是本发明黄土湿陷性变形的砂土浸水测试方法的工作原理示意图；图2是本发明中的承载板的结构示意图；图3是本发明中的探测装置的结构示意图；图4是本发明中的探测装置的剖面图；其中，I.探井，2.砂砾石，3.沉降杆，4.承载板，5.竖向透水孔，6.砂垫层，7.沉降杆护筒，8. 土压力计量测信号线，9.探井井壁护筒，10. 土压力计，11.湿陷性黄土，12.螺纹套筒。
具体实施例方式如图I所示，本发明黄土湿陷性变形的砂土浸水测试方法，按照以下步骤进行步骤I、在地层表面竖直向下开挖横截面为圆形的探井1，要求开挖时探井I竖直且呈规则圆形，以便于下放承载板4。探井I下方的湿陷性黄土 11为待测试土体。如图2至图4所示，沉降杆3和承载板4组成本发明方法使用的探测装置。选取直径小于探井I直径的承载板4，承载板4为圆形刚性板且板体上均匀开通有多个竖向透水孔5，竖向透水孔5可以保证探井I内浸水渗入承载板4下方的湿陷性黄土 11地层。承载板4的上方固定有竖直向的沉降杆3，沉降杆3安装在承载板4的中心正交处。沉降杆3为通过螺纹套筒12依次连接的多段式结构，沉降杆3的长度可以根据测定土层深度的变化而变化，使得本方法具有很大的适用范围。承载板4的底部开孔并在孔内安装有土压力计IOo承载板4还可以呈方形，其尺寸应小于开挖探井I的横截面积，便于沉入探井底。步骤2、将探井I底部清除开挖虚土，并使用砂石铺设砂垫层6，由于砂垫层6的透水性强，保障了浸水过程中能迅速地渗入探井I以下土层。将承载板4通过沉降杆3水平放置在砂垫层6上，使土压力计10的土压力计量测信号线8向上伸出地层表面。其中，沉降杆3为中空结构，土压力计量测信号线8布置在沉降杆3的内腔。在沉降杆3外部套装PVC材质的沉降杆护筒7，以便消除填筑砂砾石2对沉降杆沉降3位移产生约束。步骤3、在探井I内填筑砂砾石2，以模拟测试土层以上饱和土柱重力或者基础基底压力。其中，依据不同工程条件确定测试湿陷性黄土 11地层上覆的有效压力；按照测试黄土地层以上的有效压力确定探井内填筑砂砾石2饱和土柱重量；依据填土干密度及饱和 砂砾石2 土柱重量，确定探井I内砂砾石2填筑高度。砂砾石2达到填筑量后，为了避免未填筑砂砾石段探井壁坍塌，在未填筑砂砾石2的探井段内安放PVC材质的探井井壁护筒9 ;往探井I内灌入水，直至水至湿陷性黄土 11，注水量可用注水管上连接的流量计测量，至沉降杆3下沉变形稳定后结束试验。在砂砾石2作用下湿陷性黄土 11发生湿陷变形，通过高精度水准仪量测得沉降杆3的沉降位移变化，即为湿陷性黄土 11的湿陷变形，通过土压力计10测得砂砾石2形成的土柱压力。本发明在进行黄土湿陷性测试时开挖探井I至一定埋深的湿陷性黄土 11，浸水渗透至湿陷性黄土 11，因此与大型浸水试验相比，显著地减小了试验对场地面积的要求，减小了试验对场地造成的影响。另外，在探井I内填筑一定密度的砂砾石2，可以模拟探井I底以上饱和土柱有效荷载、挖方条件下饱和土柱有效荷载及地下洞室基底压力等，从而使得该方法有很强的适用性，可以用于不同埋深湿陷性黄土的湿陷性的测量。
权利要求
1.一种黄土湿陷性变形的砂土浸水测试方法，其特征在于，按照以下步骤进行 步骤I、在地层表面竖直向下开挖探井(1)，探井(I)下方的湿陷性黄土(11)为待测试土体；选取表面面积小于所述探井(I)横截面积的承载板(4)，所述承载板(4)为刚性板且板体上均匀开通有多个竖向透水孔(5)，所述承载板(4)的上方固定有竖直向的沉降杆(3),所述承载板(4)上安装有土压力计(10); 步骤2、将探井(I)底部清除开挖虚土，并铺设砂垫层(6)，将承载板(4)通过沉降杆(3)水平放置在砂垫层(6)上，使所述土压力计(10)的土压力计量测信号线(8)向上伸出地层表面；步骤3、在探井(I)内填筑砂砾石(2)后，再往探井(I)内灌入水直至水至湿陷性黄土(11)，待沉降杆(3)下沉变形稳定后结束试验；沉降杆(3)的沉降位移变化即为湿陷性黄土(11)的湿陷变形，通过土压力计(10)测得砂砾石(2)形成的土柱压力。
2.按照权利要求I所述的黄土湿陷性变形的砂土浸水测试方法，其特征在于，所述步骤2还包括在所述沉降杆外部套装沉降杆护筒(7)。
3.按照权利要求I或2所述的黄土湿陷性变形的砂土浸水测试方法，其特征在于，所述步骤3还包括在填筑砂砾石(2)后，先在未填筑砂砾石(2)的探井段内安放探井井壁护筒(9)，再开始灌水。
4.按照权利要求I所述的黄土湿陷性变形的砂土浸水测试方法，其特征在于，所述沉降杆(3)安装在承载板(4)的中心正交处。
5.按照权利要求I或4所述的黄土湿陷性变形的砂土浸水测试方法，其特征在于，所述沉降杆(3)为通过螺纹套筒(12)依次连接的多段式结构。
6.按照权利要求I所述的黄土湿陷性变形的砂土浸水测试方法，其特征在于，所述沉降杆(3)为中空结构，所述土压力计量测信号线(8)布置在沉降杆(3)的内腔。
7.按照权利要求I所述的黄土湿陷性变形的砂土浸水测试方法，其特征在于，所述承载板(4)的底部开孔，所述土压力计(10)安装在该孔内。
全文摘要
本发明公开了一种黄土湿陷性变形的砂土浸水测试方法，按照以下步骤进行在地层表面开挖探井，探井下方的湿陷性黄土为待测试土体；选取承载板，承载板的上方固定有沉降杆，承载板安装有土压力计；将探井底部清除开挖虚土，并铺设砂垫层，将承载板放置在砂垫层上，使土压力计的土压力计量测信号线向上伸出地层表面；在探井内填筑砂砾石，达到填筑量后灌入水，沉降杆的沉降位移变化即为湿陷性黄土的湿陷变形，通过土压力计测得砂砾石形成的土柱压力。本发明克服了室内湿陷性试验采取土样和制备试样对黄土结构性的扰动，以及现场浸水试坑试验费用大和试验点有限的不足。
文档编号E02D1/00GK102912780SQ20121042541
公开日2013年2月6日 申请日期2012年10月30日 优先权日2012年10月30日
发明者邵生俊, 焦阳阳, 陈菲, 邓国华 申请人:西安理工大学