本发明属于建筑材料土工试验方法技术领域，特别是一种不易击实破碎，颗粒形状、粒径可控，颗粒可长期重复使用的砂石颗粒材料土工试验方法。
背景技术：
砂石材料是最常用的建筑材料之一。由于砂石材料为散粒体材料，其工程性质与密实程度关系十分密切。一般密实的砂石具有较高的强度和较低的压缩性，而松散的砂石不仅强度低、压缩性高，还易导致流砂、液化等地质灾害。砂石的密实程度受多种因素影响，且受颗粒级配、颗粒形状的影响最为明显。级配良好可获得较大的密实度，颗粒形状的不同也会导致砂石在接触方式上存在差异，从而影响其受力特性。
砂石材料的土工试验主要分为土性试验和力学试验，其中击实试验测定的最小孔隙比和力学试验测定的抗剪强度指标，分别是土体的重要土性和力学参数。
目前对于砂石土最小孔隙比的测定依然存在以下几方面的问题：其一，砂颗粒在击实过程中易破碎，使得砂石材料的原有级配发生改变，不仅会导致实验结果的离散性，而且难以重复利用；其二，颗粒不规则程度大，不同方向的长度差别明显，每次通过筛孔的几率不同，从而导致筛分结果存在一定误差。另外，砂石颗粒材料在高应力水平的力学试验中，容易产生破碎，亦会造成试验结果的离散性。
总之，现有技术存在的问题是：砂石颗粒材料土工试验中，砂石颗粒容易破碎导致同一土样的试验结果重复性低、试验结论不可靠。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种砂石颗粒土工试验方法，避免颗粒破碎，试验结果可靠。
实现本发明目的的技术解决方案为：
一种砂石颗粒材料土工试验方法，在砂石颗粒材料土工试验中，以刚性材料颗粒替代所述砂石颗粒。
本发明与现有技术相比，其显著优点为：
1、颗粒不易破碎，颗粒可长期重复使用：土工试验中，可消除由于砂石颗粒破碎导致的实验结果偏差；
2、颗粒形状、粒径可控：可以根据天然砂石土的筛分结果，控制替代材料的颗粒粒径以及颗粒含量，配比出与天然砂石土相符的粒度分布，由此模拟出天然砂石土的实际级配；
3、试验结果可靠性好：相较于砂石颗粒形状的不规则性，所述替代材料设定为各种规则的颗粒形状，可根据砂石颗粒的实际形状进行选择和配比，亦可进一步研究颗粒形状对砂石各项性能的影响，性能指标与砂石颗粒较为接近。
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细描述。
附图说明
图1为江砂、圆珠及圆柱颗粒的级配曲线。
图2为图1级配曲线对应的江砂、圆珠与圆柱颗粒的最小孔隙比随试验次数的变化趋势。
图3为湖砂、圆珠及圆柱颗粒的级配曲线。
图4为图3级配曲线对应的湖砂、圆珠与圆柱颗粒的最小孔隙比随试验次数的变化趋势。
图5为山砂、圆珠及圆柱颗粒的级配曲线。
图6为图5级配曲线对应的山砂、圆珠与圆柱颗粒的最小孔隙比随试验次数的变化趋势。
具体实施方式
一种砂石颗粒材料土工试验方法，在砂石颗粒材料土工试验中，以刚性材料颗粒替代所述砂石颗粒。
采用刚性材料替代砂石颗粒，进行土工试验，其优点在于可避免砂石颗粒在击实或者高应力水平试验条件下的颗粒破碎。
同时，采用各种形状规则的替代材料代替砂石颗粒，其优点在于相较于砂石颗粒形状的不规则性，所述替代材料具有更为规则的可控的形状，可通过替代材料的试验分析得到颗粒形状对砂石材料各项性能的影响。
优选地，所述刚性材料为高锰钢、不锈钢、合金钢等材料。
高锰钢(zgmn13)、不锈钢、合金钢等材料强度高，抗冲击性能优异，在最小孔隙比以及力学试验过程中可以消除由于砂石颗粒变形和破碎导致的实验结果偏差；其二，高锰钢(zgmn13)、不锈钢、合金钢等材料可以长期重复使用，提高利用率。
所述刚性材料颗粒为铸造而成的球形、立方体或圆柱体颗粒。
优选地，所述球形颗粒的直径为：5mm-2mm、2mm-1mm、1mm-0.5mm、0.5mm-0.25mm中的几种组合。
所述立方体颗粒的棱长范围为：3.5mm-2mm、1.4mm-1mm、0.7mm-0.5mm、0.35mm-0.25mm中的几种组合。
所述圆柱体颗粒底面直径分别为3mm-2mm、1.2mm-1mm、0.6mm-0.5mm、0.3mm-0.25mm中的几种组合，对应的圆柱高与底面直径的比值为1:1或3:4。
一般砂石筛分过程中所用土壤筛的筛孔孔径为5mm、2mm、1mm、0.5mm、0.25mm，替代材料可以根据天然砂石土的筛分结果进行颗粒粒径以及颗粒级配的控制，配比出与天然砂石土相同的粒度分布，由此更好得模拟天然砂石土。
相较于砂石颗粒的不规则形状，替代材料拥有更规则且可控的颗粒形状，可通过对不同形状的替代颗粒材料最小孔隙比和力学指标的测定，分析颗粒形状对砂石土最小孔隙比及力学性能的影响。
设定圆柱底面直径分别为3mm-2mm、1.2mm-1mm、0.6mm-0.5mm、0.3mm-0.25mm中的几种组合，对应的圆柱高与底面直径的比值分别为1:1或3:4，保证两种形状颗粒均可通过5mm、2mm、1mm、0.5mm的土壤筛筛孔。
发明人通过大量试验发现，不同形状的刚性替代材料与不同产地的天然砂土最小孔隙比随细颗粒含量的变化趋势基本相同，故替代材料可以取代天然砂土进行级配实验。从图1与图2可以看出，当圆珠与圆柱颗粒级配与山砂级配相似时，最小孔隙比的测定值较为接近。随着试验次数的增加，山砂的最小孔隙比逐渐减小，颗粒破碎越发明显，而圆珠与圆柱颗粒的最小孔隙比基本保持不变，颗粒未出现破碎情况。图3与图4以及图5与图6均表现出相同的情况，砂颗粒随着试验次数的增加，破碎量不断增大，最小孔隙比不断减小，而圆珠与圆柱颗粒的最小孔隙比没有因颗粒破碎而发生较大改变。实验证明，采用刚性颗粒替代材料不仅可以较好的模拟天然砂土的最小孔隙比测定，而且可以避免颗粒破碎对最小孔隙比的影响。