一种软弱夹层原状样的取样及室内原位试验方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种软弱夹层的取样及试验方法，属于边坡稳定性分析方法技术领域。
【背景技术】
[0002]软弱夹层是具有一定厚度、力学强度低、压缩变形大、遇水易软化的岩层，通常作为地质薄弱面，软弱夹层的存在对工程的影响不言而喻，许多大型边坡都是沿着软弱夹层破坏。大多数软弱夹层在宏观结构和物质组成上均与上下岩层存在较大差异，导致其工程地质性质与上下岩层显著不同。若边坡岩体中存在软弱夹层，很容易发生层间错动变形、扭曲变形或者塑性挤出变形，形成潜在的滑移面，往往控制着边坡的破坏模式。因此，选取合理的软弱夹层力学参数进行边坡的稳定性评价具有重要的意义。
[0003]在含软弱夹层边坡的稳定性分析中，确定软弱夹层的抗剪强度参数非常重要。获取软弱夹层抗剪强度参数的方法有多种，常用的有现场原位抗剪断试验和室内抗剪断试验，然而，现实情况是这两种方法均存在不足之处。
[0004]现场原位剪切试验不足之处:(I)试验设备笨重、操作复杂、工期长、费用高；(2)原位测试的试件的性质也仅代表某一范围内的岩体结构面性质，需要进行多次不同地方的试验，才能了解大范围区域内结构面的性质。
[0005]室内结构面抗剪断试验也存在很多问题:(I)由于软弱夹层一般比较破碎，室内试验获取软弱夹层的抗剪强度参数主要是通过重塑样，进行抗剪断试验，试样由于受到扰动，其结果有一定的偏差；(2)通过反演计算获得的抗剪强度参数较为准确，但是需要在特定的条件下才能进行反演计算，如已经发生的滑坡等。
【发明内容】
[0006]本发明的目的在于克服现有技术中不能在实验室内得到软弱夹层的原状样抗剪强度参数的问题，而提供一种针对软弱夹层原状样的取样和室内原位试验的方法。
[0007]实现本发明目的所采用的技术方案为，一种软弱夹层原状样的取样及室内原位试验方法，包括如下步骤:
[0008](I)选定取样点，对取样点处软弱夹层岩体按设定尺寸进行切割，形成底部与岩体固连的立方体岩样，将与立方体岩样尺寸相匹配的取样管套于立方体岩样上，取样管与立方体岩样过盈配合，切割立方体岩样的底部使之与岩体分离；
[0009](2)将水泥涂覆于立方体岩样的两端形成水泥封面，顶部水泥封面、底部水泥封面和取样管封闭立方体岩样，得到软弱夹层原状样；
[0010](3)在取样管的中部沿周向对取样管管壁进行截断切割，取样管分割为上下两部分形成抗剪断试验的上盘和下盘；
[0011](4)在软弱夹层原状样的顶部水泥封面和底部水泥封面上分别放置顶部垫块和底部垫块并将切割后的软弱夹层原状样置于直剪仪的剪切盒中，使得上盘位于上剪切盒中同时下盘位于下剪切盒中；
[0012](5)进行抗剪断试验的法向力、正向切向力和反向切向力的加载，记录软弱夹层原状样被剪断时加载的法向力、正向切向力和反向切向力的矢量参数。
[0013]还包括步骤(6)在剪断后分离的上盘和下盘的剪切面上涂覆水泥形成二次水泥封面，涂覆二次水泥封面的上盘和下盘形成两个二次软弱夹层原状样，重复步骤(3)、步骤(4)和步骤(5)，对二次软弱夹层原状样进行抗剪断试验。
[0014]在顶部垫块的对称中心上施加法向力，同时在上剪切盒和下剪切盒的两相对表面上分别施加正向切向力和反向切向力，进行抗剪断试验。
[0015]顶部垫块与顶部水泥封面的接触面积不大于顶部水泥封面的表面积。
[0016]顶部垫块的厚度为软弱夹层原状样高度的1/7?2/7倍。
[0017]还包括步骤(6)在剪断后分离的上盘和下盘的剪切面上涂覆水泥形成二次水泥封面，涂覆二次水泥封面的上盘和下盘形成两个二次软弱夹层原状样，重复步骤(3)，对上盘和下盘分别加载正向切向力和反向切向力，对二次软弱夹层原状样进行直剪试验。
[0018]两个二次软弱夹层原状样的直剪试验中施加的正向切向力的大小不相同。
[0019]步骤(I)中将取样管前端套于立方体岩样顶部，通过软质锤敲打取样管尾端使之套于立方体岩样上。
[0020]步骤(4)中，当软弱夹层原状样的尺寸小于直剪仪的剪切盒尺寸时，在剪切盒中放置侧向垫块抵紧剪切盒和取样管。
[0021 ]所述取样管为钢管，顶部垫块、底部垫块和侧向垫块均为混凝土垫块。
[0022]由上述技术方案可知，本发明提供的软弱夹层原状样的取样方法中，岩样切割成型后在其上套设取样管，通过取样管保护立方体岩样的侧面，岩样与岩体切割分离后通过水泥封面封闭岩样的两端，顶部水泥封面、底部水泥封面和取样管封闭立方体岩样，确保内部岩样为原状样;在室内做实验时，为了避免扰动原样，先将装有原状样的取样管放在大型直剪仪上，后采用激光切割法，将取样管的中间部位切割一定宽度的空隙，使得取样管分成两部分，充当抗剪断试验中的上盘和下盘，然后放置原状样并确保上盘和下盘分别安放在大型直剪仪的上剪切盒和下剪切盒中，为保证软弱夹层原状样受力均匀，在软弱夹层原状样的顶部水泥封面和底部水泥封面上分别放置顶部垫块和底部垫块，顶部垫块和底部垫块均为混凝土垫块，其自身的结构强度大于水泥封面，通过混凝土垫块施加法向力，确保软弱夹层原状样在法向受力均匀，保证试验结果的准确性，当软弱夹层原状样的尺寸小于直剪仪的剪切盒尺寸时，在剪切盒中放置侧向垫块抵紧剪切盒和取样管，侧向垫块为混凝土垫块，其自身的结构强度大于取样管，通过混凝土垫块施加切向力，确保软弱夹层原状样在切向受力均匀，保证试验结果的准确性。
[0023]第一次抗剪断试验后软弱夹层原状样在正向切向力和反向切向力的作用下剪断，上盘和下盘的连接面破坏使得上盘和下盘分离，软弱夹层原状样的侧面受钢质取样管的保护无影响，在剪断后分离的上盘和下盘的剪切面上涂覆水泥形成二次水泥封面，涂覆二次水泥封面的上盘和下盘形成两个二次软弱夹层原状样，二次软弱夹层原状样与初始软弱夹层原状样相比仅高度(法向尺寸)不同(缩减为初始软弱夹层原状样高度的1/2)，二次软弱夹层原状样可用于抗剪断试验或直剪试验，用于抗剪断试验时，一次取样可进行多次室内原位试验，由于过程中不需要对试样进行重塑并且多次试验，确保试验结果真实、准确；用于直剪试验时，可以设计不同条件下的直剪试验，如不同含水率、不同轴压(法向力)等，获取试样的抗剪强度参数。
[0024]抗剪断试验中，由于法向力通过顶部垫块均匀施加于软弱夹层原状样，设计顶部垫块的厚度为软弱夹层原状样高度的1/7?2/7倍，使得顶部垫块具有一定厚度以满足试验需要，同时厚度适当确保法向力加载装置可施加竖直向下的法向力，并且顶部垫块的自重会不会影响实验结果。
[0025]与现有技术相比，本发明的有益效果在于:
[0026]1、本发明取样装置携带方便，室内试验操作简单，在尽可能少的扰动软弱夹层的情况下，能够保证取得野外软弱夹层是原状样；
[0027]2、本发明试验装置使用的浇筑混凝土模具用于浇筑混凝土垫块，填补野外获取的试样与剪切盒之间空隙；
[0028]3、室内试验也为软弱夹层的原位试验，试验所获得的抗剪断强度和抗剪强度试验结果符合实际，为边坡的稳定性分析提供准确的物理力学参数，确保边坡稳定性计算的准确性。
【具体实施方式】
[0029]下面结合具体实施例对本发明进行详细具体说明。
[0030]实施例1:一种软弱夹层原状样的取样及室内原位试验方法，包括如下步骤:
[0031](I)选定取样点，以厚度较大、露头较好的软弱夹层为取样点，对取样点处软弱夹层岩体按设计尺寸进行切割，形成底部与岩体固连的立方体岩样，将钢质取样管套于立方体岩样上，首先将钢质取样管前端套于立方体岩样顶部，随后通过橡胶软质锤敲打钢质取样管尾端使之套于立方体岩样上，切割立方体岩样的底部使之与岩体分离；
[0032](2)将水泥涂覆于立方体岩样的两端形成水泥封面，顶部水泥封面、底部水泥封面和钢质取样管封闭立方体岩样，得到软弱夹层原状样；
[0033](3)在钢质取样管的中部沿周向对钢质取样管管壁进行截断切割，钢质取样管分割为上下两部分形成抗剪断试验的上盘和下盘；
[0034](4)在软弱夹层原状样的顶部水泥封面和