一种土石混合体重塑试样制作方法
【专利摘要】本发明涉及岩土工程试验领域，尤其涉及一种土石混合体重塑试样制作方法。该方法在野外现场分层取样，并且拍照标记试样中块石的位置和分布，然后对试样进行处理，获得了试样的详细物理参数，根据这些详细物理参数，在室内重塑试样，然后进行力学试验，可以保持重塑试样与原有试样的一致性，可以控制大颗粒块石对试样力学性质的影响，减小块石在试样中位置的差异对试验的影响，保证了试样力学性能测定的准确性，力学试验做完后可以重复进行试样的重塑，对同一截面进行多次试验，保证力学试验参数的准确获取。
【专利说明】一种土石混合体重塑试样制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及岩土工程试验领域，尤其涉及一种土石混合体重塑试样制作方法。
【背景技术】
[0002]徐文杰、胡瑞林在《土石混合体概念、分类及意义》一文中指出，土石混合体(Soil-Rock Mixure)是指第四纪以来形成的，由具有一定工程尺度、强度较高的块石、细粒土体及孔隙构成且具有一定含石量的极端不均匀松散岩土介质系统。土石混合体按照成因大致可以分为重力堆积、水流堆积、冰川堆积、风化残积、构造作用、人工堆积及混合堆积等。土石混合体的特点是块石以及块石与土体颗粒之间粒径相差悬殊，块石与土体粘结力小，容易分离，而且块石分布不均匀。土石混合体的不均匀性造成了取样的复杂性，土石混合体的性质又取决于其石料的位置，特别是大颗粒的石料(块石)对其有很大的影响。
[0003]然而，现有的试验方法，无论是野外现场试验还是室内模拟试验，都有很大的缺陷。野外试验对同一试样不能重复试验，无法预测其试验试样中的石料的含量和具体位置，从而无法得到石料的含量、位置对试样力学性质的影响，力学性质参数的获取不准确；现有的室内试验不能保证重塑试样与原有试样一致性，不能有效的控制大颗粒石料对其力学性质的影响，从而试验结果有很大的随机性，力学试验准确性差。
[0004]因此，针对以上不足，本发明提供了一种土石混合体重塑试样制作方法。
【发明内容】
[0005](一)要解决的技术问题
[0006]本发明的目的是提供一种土石混合体重塑试样制作方法以解决野外试验由于不能重复试验而无法得到石料的含量、位置对试样力学性质影响的问题以及现有室内试验不能保证重塑试样与原有试样一致性而导致试样力学试验准确性差的问题。
[0007](二)技术方案
[0008]为了解决上述技术问题，本发明提供了一种土石混合体重塑试样制作方法，其特征在于:其包括以下步骤:
[0009]S1、确定土石混合体现场取样范围；
[0010]S2、在现场取样范围内确定原位取样位置，标记试样位置、尺寸和试样保护层边界；
[0011]S3、开挖试样保护层外侧土体，使试样和试样保护层处于一个深坑中；
[0012]S4、原位分层开挖试样周围的保护层，并且分层取样，拍照标记石料中块石的位置和分布；
[0013]S5、将步骤S4中获取的每层试样进行处理，获取该层试样的物理参数；
[0014]S6、根据步骤S5中获取的每层试样的物理参数及步骤S4中获取的块石的位置和分布，在试验仪器中重塑试样。
[0015]其中，所述步骤S4中，首先根据试样的设定高度和步骤S3中开挖保护层外侧土体时所获得的块石粒径信息，确定取样开挖层数，然后根据开挖层数，分层开挖保护层和分层取样。
[0016]其中，所述步骤S5具体为:将每层试样现场称重、密封保存和编号记录，然后运回室内，在室内对每层试样分别烘干称重，获取该层试样的含水率，同时对其进行筛分，得到土石的颗粒级配。
[0017]其中，所述步骤S5具体为:将每层试样现场称重和编号记录，然后现场烘干称重，测得每层试样的含水率，现场对每层试样进行筛分，得到土石的颗粒级配。
[0018]其中，所述步骤S6中，根据现场得到的试样含水率和土石的颗粒级配，在室内寻找与现场试样质地和粒径相同的土石，分层配置，重塑试样。
[0019]其中，所述步骤S6中重塑试样时，在室内寻找与现场块石质地和粒径相同的块石，然后将块石安放在试样中与分层取样时相应的位置。
[0020]其中，所述步骤S6之后还包括步骤:
[0021]S7、在试验仪器中进行试验。
[0022]其中，所述步骤S7后，重复步骤S6和S7。
[0023]其中，根据上述的土石混合体重塑试样制作方法，其特征在于:所述步骤S4中，若块石的粒径大于分层高度、小于0.75倍的试样设定高度时，单独记录块石在每一层中的高度；若块石的粒径大于或等于0.75倍的试样设定高度时，则试样作废，返回步骤SI或S2。
[0024]其中，所述步骤S6中，根据含水率，向每层试样中加入相应质量的水并搅拌均匀，闷料24小时以上，将土石混合体分层击实后填入到试验仪器中；试样重塑时，保持环境温湿度的恒定，且在连续时间段内完成重塑试样。
[0025](三)有益效果
[0026]本发明的上述技术方案具有如下优点:本发明提供的上述试验步骤，在野外现场分层取样，并且拍照标记试样中块石的位置和分布，然后对试样进行处理，获得了试样的详细物理参数，根据这些详细物理参数，在室内重塑试样，然后进行力学试验，可以保持重塑试样与原有试样的一致性，可以控制大颗粒块石对试样力学性质的影响，减小块石在试样中位置的差异对试验的影响，保证了试样力学性能测定的准确性，力学试验做完后可以重复进行试样的重塑，对同一截面进行多次试验，保证力学试验参数的准确获取。
【专利附图】
【附图说明】
[0027]图1是本发明实施例土石混合体重塑试样制作方法中原位取样位置示意图；
[0028]图2是本发明实施例土石混合体重塑试样制作方法中开挖试样保护层外侧土体示意图；
[0029]图3是本发明实施例土石混合体重塑试样制作方法中分层取样示意图。
【具体实施方式】
[0030]下面结合附图和实施例对本发明的【具体实施方式】作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
[0031]实施例1
[0032]本发明实施例提供的土石混合体重塑试样制作方法，包括以下步骤:确定现场取样地点；确定原位取样位置；开挖试样保护层外侧土体；确定取样开挖层数；原位分层开挖取样；试样处理；试样重塑；以及试验。以下将对各个步骤做一详细介绍。
[0033]S1、确定土石混合体现场取样范围。根据工程勘察设计要求，确定现场取样场地范围，要求取样范围内地面基本平整，地表无其它覆盖物，保证所取试样顶面距离地表深度相同以及试样初始密实状态相同，减少原位试样颗粒级配、颗粒分布情况差异性与密实状态对试验结果的影响。
[0034]S2、在现场取样范围内确定原位取样位置，标记试样位置、尺寸和试样保护层边界。如图1所示，根据室内或现场重塑试样直剪试验所需试样尺寸(直剪试验试样长度X宽度X高度为LXLXH)，在取样地点划定范围内确定同一直线上个数不小于3的原位试样取样位置，原位试样相邻边界间距符合相关现场取样标准(或0.75HX2+M,用石灰粉分别标记试样具体位置与尺寸以及保护层外边界范围，其中，0.75H为原位试样每边预留的保护层厚度，M为试样保护层外表面间距，通常可取150cm);同时确保取样过程中不在取样位置表面及其附近堆放重物，减少对试样的影响。
[0035]S3、开挖试样保护层外侧土体，使试样和试样保护层处于一个深坑中。如图2所示，开挖后要求试样四周预留保护层厚度均为0.75H，试样上部保护层顶面标高根据工程地质勘察资料与设计需要综合确定，但应保证所有试样保护层顶面标高相同；原位试样保护层外表面间距为150cm，试样保护层外表面距离土坑四周最小间距均不应小于M，通常取150cm ;原位试样保护层外侧0.75H围内的土体开挖过程中应分层均匀开挖，减少开挖对试样与保护层的扰动，每层开挖厚度为0.15H，确定试样高度范围内最大块石粒径Clmax与粒径大于0.05H的块石沿试样高度分布情况。
[0036]S4、根据试样的设定高度和步骤S3中开挖保护层外侧土体时所获得的块石粒径信息，确定取样开挖层数，然后根据开挖层数，分层开挖保护层和分层取样。具体地，根据原位试样保护层外侧0.5H范围内土体开挖所获得的最大块石粒径dmax、粒径大于0.05H的块石沿试样高度的分布情况以及室内试样高度H综合确定试样开挖分层,原位试样分6?12层进行开挖取样。
[0037]S5、原位分层开挖试样周围的保护层，并且分层取样，拍照标记分层开挖保护层和分层取样时块石的位置和分布。具体地，如图3所示，采用小型工具人工将原位试样顶部的保护层小心挖除，到达试样顶部后，将标尺等测量工具置于试样保护层顶部，提供一个刻度，方便测量出石块在试样开挖面的位置，拍照标记试样顶部石块位置和分布；清除试样四周保护层至试样顶部第一层位置的底部，若存在石块位于试样与保护层的边界位置，将石料挖出后，测算石料位于试样内的体积，在现场周围土石混合体中选取形状与体积与位于试样内的块石部分相似的石料替代，并放置于相同的位置；对高度H'的第一层原位试样进行分层开挖取样，分层高度H"取0.05H?0.07H，试样每分层开挖高度H"后均应架设标尺等测量工具，拍照标记试样每层石块分布。
[0038]若分层高度大于0.05H时，每0.05H的高度拍照一次，记录石料的位置。对于石料粒径大于分层高度的特大石料，需单独记录其在每一层所占的高度。若该处试样中有石料的粒径大于0.75H，则该试样作废，不能使用。
[0039]S6、将每层的试样，现场称重(精确到0.0lg)，密封保存，编号记录，运回室内，在室内对试样分别烘干称重，获取该层试样的含水率，同时进行筛分，得到土石的颗粒级配，记录数据。
[0040]S7、根据步骤S6中获取的每层试样的含水率及步骤S5中获取的块石的位置和分布，在室内重塑试样。具体地，根据含水率，向每层试样中加入相应质量的水并搅拌均匀闷料24小时以上，将土石混合体填入到试验仪器，对粒径大于0.05H的石料，要按照野外取样时所拍摄的照片，严格的安放在相同的位置，使用小型工具将试样击实至相应的分层高度。针对剪切试验，控制剪切开缝尺寸为(1/3-1/4) Clmax,试样填筑层次可根据分层高度与层缝错开的原则而定，一般为3或5层。将试样中粒径大于0.05H的石料按照所拍照片记录的位置放置，将试样按照3或5层的高度填筑，然后每一层击实至要求高度，每层表面刨毛后，再填筑第2层，重复上述步骤至最后一层，整平表面。试样重塑时，保持环境温度湿度的恒定，并且尽可能在连续时间段内完成重塑试样，减少外界环境对试样重塑的影响。
[0041]S8、将重塑的试样放置到试样仪器中试验。对重塑的试样可以进行直剪试验、三轴试验、固结试验等试验。
[0042]试验完成后，可参照野外取样的方法，分层将土石混合料从仪器中取出，按照第6步和第7步继续重塑试样，进行重复试验或者不同工况下(例如干湿循环、饱和状态等)的试验。
[0043]本实施例提供的上述试验步骤，在野外现场分层取样并将试样运回室内烘干称重和筛分，获得了试样的详细物理参数数据，根据这些详细物理参数，在室内重塑试样，然后进行剪切试验或其他试验，解决了现有试验方法不能重复对同一试样进行试验来测定其力学性质的问题，保证了试样力学性能测定的准确性，同时，通过分层取样时拍照标记保护层和试样层中块石的位置和分布，然后在重塑试样时在相同的位置安放块石，增强石料对试验影响的可预见性，保证了重塑试样与原有试样一致性，减小块石在试样中位置的差异对试验的影响。
[0044]实施例2
[0045]实施例2与实施例1的不同之处在第S6步。
[0046]在本实施例中，第S6步与实施例1中第S6步的不同之处在于:分层开挖试样后，将每层试样现场称重(精确到0.0lg)，现场进行筛分，得到土、石的颗粒级配，现场烘干称重，测的每层土石的含水率。针对块石粒径大于分层高度的特大石料，需单独拍照记录石料的外观尺寸、质地，这样在现场得到相应的数据。
[0047]然后，根据现场得到的数据，在室内或者其他试验区附近寻找与步骤5中分层取样时质地、粒径相同的土、石，分层配置每层需要的土、石。尤其对于石料粒径大于分层高度的特大石料，需用外观尺寸、质地相同的石料替代。
[0048]在本实施例中，在野外现场对每层试样进行称重筛分，获得试样的含水率、石料级配和分布参数，然后在室内另外寻找与分层取样时质地、粒径相同的土石，不需要大型机械将试样从野外搬回室内，省时省力，并且避免了试样在在运输途中有可能会改变试样压实度、土石位置等性状的问题。
[0049]综上所述，本发明提供的土石混合体重塑试样制作方法通过上述步骤获取了试样的详细物理参数，根据试样的详细物理参数在室内完成重塑试样，然后进行力学试验，保持重塑试样与原有试样一致性，减小块石在试样中位置的差异对试验的影响，保证了试样力学性能测定的准确性，力学试验做完后可以重复进行试样的重塑，对同一截面进行多次试验，保证了力学试验参数的准确获取，且可以得到不同工况下的参数；采用上述步骤，在室内寻找与现场试样质地和粒径相同的土石进行试样重塑，不需要大型机械将试样从野外搬回室内，省时省力；在取样时，设计有保护层，可以提高取样质量；在野外试验地取样，试样不合要求可随时更换取样位置，同样可以保证试样质量。
[0050]以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本【技术领域】的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。
【权利要求】
1.一种土石混合体重塑试样制作方法，其特征在于:其包括以下步骤: 51、确定土石混合体现场取样范围； 52、在现场取样范围内确定原位取样位置，标记试样位置、尺寸和试样保护层边界； 53、开挖试样保护层外侧土体，使试样和试样保护层处于一个深坑中； 54、原位分层开挖试样周围的保护层，并且分层取样，拍照标记石料中块石的位置和分布； 55、将步骤S4中获取的每层试样进行处理，获取该层试样的物理参数； 56、根据步骤S5中获取的每层试样的物理参数及步骤S4中获取的块石的位置和分布，在试验仪器中重塑试样。
2.根据权利要求1所述的土石混合体重塑试样制作方法，其特征在于:所述步骤S4中，首先根据试样的设定高度和步骤S3中开挖保护层外侧土体时所获得的块石粒径信息，确定取样开挖层数，然后根据开挖层数，分层开挖保护层和分层取样。
3.根据权利要求2所述的土石混合体重塑试样制作方法，其特征在于:所述步骤S5具体为:将每层试样现场称重、密封保存和编号记录，然后运回室内，在室内对每层试样分别烘干称重，获取该层试样的含水率，同时对其进行筛分，得到土石的颗粒级配。
4.根据权利要求2所述的土石混合体重塑试样制作方法，其特征在于:所述步骤S5具体为:将每层试样现场称重和编号记录，然后现场烘干称重，测得每层试样的含水率，现场对每层试样进行筛分，得到土石的颗粒级配。
5.根据权利要求4所述的土石混合体重塑试样制作方法，其特征在于:所述步骤S6中，根据现场得到的试样含水率和土石的颗粒级配，在室内寻找与现场试样质地和粒径相同的土石，分层配置，重塑试样。
6.根据权利要求5所述的土石混合体重塑试样制作方法，其特征在于:所述步骤S6中重塑试样时，在室内寻找与现场块石质地和粒径相同的块石，然后将块石安放在试样中与分层取样时相应的位置。
7.根据权利要求1所述的土石混合体重塑试样制作方法，其特征在于:所述步骤S6之后还包括步骤: 57、在试验仪器中进行试验。
8.根据权利要求7所述的土石混合体重塑试样制作方法，其特征在于:所述步骤S7后，重复步骤S6和S7。
9.根据权利要求2-8任一项所述的土石混合体重塑试样制作方法，其特征在于:所述步骤S4中，若块石的粒径大于分层高度、小于0.75倍的试样设定高度时，单独记录块石在每一层中的高度；若块石的粒径大于或等于0.75倍的试样设定高度时，则试样作废，返回步骤SI或S2。
10.根据权利要求3或4所述的土石混合体重塑试样制作方法，其特征在于:所述步骤S6中，根据含水率，向每层试样中加入相应质量的水并搅拌均匀，闷料24小时以上，将土石混合体分层击实后填入到试验仪器中；试样重塑时，保持环境温湿度的恒定，且在连续时间段内完成重塑试样。
【文档编号】G01N1/28GK103487304SQ201310463383
【公开日】2014年1月1日 申请日期:2013年10月8日 优先权日:2013年10月8日
【发明者】张永杰, 王桂尧, 肖侃, 周欢, 李侑军 申请人:长沙理工大学