一种钙质砂三轴试验试样快速饱和方法与流程

本发明涉及岩土工程研究方法，具体涉及一种钙质砂三轴试验试样快速饱和方法，属于土木工程领域。
背景技术：
：钙质砂在我国南海分布广泛，随着南海岛礁工程建设的逐步开展，钙质砂的物理力学性质备受研究者的关注，对钙质砂三轴剪切特性进行研究时，其试样饱和状态对试验结果的影响十分显著，而由于钙质砂颗粒内部丰富联通孔隙以及盲孔的存在，采用常规的试样饱和技术很难使钙质砂三轴试验试样达到完全饱和状态，从而影响人们对钙质砂力学性状的深入研究，因此找到一种快速高效的钙质砂三轴试验试样饱和方法尤为重要。一些学者尝试利用多种不同的试验饱和技术对钙质砂三轴试验试样进行饱和，但均未取得较好效果。有研究者采用常规水头饱和的方式对钙质砂试样进行饱和处理，但当试样相对密实度较高时，饱和效果较差。也有研究者利用反压饱和的方式对钙质砂试样进行饱和，该方法虽能一定程度地提高试样饱和度，但如需达到完全饱和状态，所施加的反压需较大，对试验仪器要求较高，且耗时较长，操作过程十分繁琐。此外，也有研究学者尝试采用二氧化碳饱和方法对钙质砂试样进行处理，虽能使试样达到完全饱和状态，但对试验仪器要求较高，且试验成本较高。因此，有必要提出一种简便可行的钙质砂三轴试验试样饱和方法。技术实现要素：本发明的目的在于提出一种简易可行、有效的钙质砂三轴试验试样饱和方法，旨在提高钙质砂试样饱和度，并缩短饱和时间，解决三轴试验过程中钙质砂试样饱和时间长、饱和度低的问题。为了达到上述目的，本发明的具体技术方案如下：一种钙质砂三轴试验试样快速饱和方法，包括以下步骤：a.浸泡钙质砂颗粒试样：将一定量钙质砂颗粒试样平铺置于容器中，注入无气水并使水面高于钙质砂颗粒试样顶部，充分搅拌后进行浸泡处理；b.钙质砂颗粒试样真空饱和：将浸泡处理后钙质砂颗粒试样均匀平铺置于密闭真空饱和装置底部，缓慢注入无气水，使水面高于试样顶部，充分搅拌均匀后进行抽真空处理；c.钙质砂颗粒试样风干：将抽真空处理后钙质砂颗粒试样平铺置于滤纸上，在室温25℃条件下自然风干5-6小时；d.钙质砂颗粒试样含水率测定：对自然风干后试样进行含水率测定；e.三轴试验试样制备：将自然风干处理后钙质砂颗粒试样按一定干密度在圆柱形制样器内分层击实试样；f.三轴试验试验装样：将试样连同制样器一同置于三轴压力室底座上，然后取下制样器，将双层橡皮膜套于试样上，安装压力室外罩后利用压力差注入围压液；g.三轴试样水头饱和：试样装载完毕后，设定围压为5kpa，利用水头压力对试样进行水头饱和处理，通过体变管将水流从试样底部注入，从试样顶部溢出，直至注水端流入水量与溢出端流出水量相等，持续30min后结束水头饱和，饱和过程中维持水头差50cm；h.三轴试样反压饱和：重新设定围压值及反压值，待围压、反压以及孔压均稳定后，即可依次逐级施加围压和反压直至试样达到饱和状态。进一步地，步骤a中，浸泡处理时间应大于30min。进一步地，步骤b中，抽真空处理所需压力为100kpa，所需抽真空处理时间为60min。进一步地，步骤e中，所述圆柱形制样器直径为3.91cm、高度为8cm，试样分五层逐层击实，每一层高度为1.6cm，当某层击实完成后，用挑土刀将该层表面刮毛，使得各击实层之间紧密嵌合。进一步地，步骤h中，重新设定围压值为10kpa，反压值为0kpa。进一步地，步骤h中，逐级同时施加围压和反压过程中，每一级增量为50kpa。进一步地，步骤h中，每一级压力施加中，当围压施加完成后，需待孔隙水压力系数b值稳定后，记录b值，再打开反压阀以施加反压。进一步地，步骤h中，当孔隙水压力系数b值稳定并大于0.95时，可认为试样达到饱和状态。与现有技术相比较，本发明具有以下有益技术效果：1、本发明提供了的一种钙质砂三轴试验试样的快速饱和方法，可实现钙质砂三轴试验试样高效率饱和，解决了钙质砂三轴试验过程中试样饱和方式复杂、饱和度低以及饱和时间过长等问题。2、本发明的方法中将钙质砂颗粒试样进行浸泡及抽真空预处理，能使得钙质砂颗粒内部孔隙充满水分，便于提高钙质砂三轴试验试样饱和度。3、本发明的方法中针对一定量钙质砂颗粒试样进行预处理，再利用处理后的钙质砂进行三轴试验试样制备，便于成批次进行试样制备，且可以有效地控制试样的均一性，提高工作效率。4、本发明的方法中将水头饱和及反压饱和方式相结合，有效缩短三轴试验过程中试样饱和时间，显著提高试样饱和度。附图说明图1为一种钙质砂三轴试验试样快速饱和方法的流程图。图2为本发明实施例提供的钙质砂颗粒试样级配曲线图。图3为本发明实施例提供的反压与孔隙水压力b值关系曲线图。具体实施方式为使本发明的目的、技术方案及优点更加清晰，以下结合附图及实施例，对本发明的具体实施方式进行说明。一种钙质砂三轴试验试样快速饱和方法包括以下步骤：a.浸泡钙质砂颗粒试样：将1000g钙质砂颗粒试样平铺置于容器中，注入无气水并使水面高于钙质砂颗粒试样顶部，充分搅拌后进行浸泡处理30min。在本发明中，所述钙质砂颗粒试样粒径为<2mm，比重为2.79，其级配曲线如图2所示。b.钙质砂颗粒试样真空饱和：将浸泡处理后钙质砂颗粒试样均匀平铺置于密闭真空饱和装置底部，缓慢注入无气水，使水面高于试样顶部，充分搅拌均匀后进行抽真空处理。抽真空处理过程中，维持压力为100kpa，持续时间为60min。c.钙质砂颗粒试样风干：将抽真空处理后钙质砂颗粒试样平铺置于滤纸上，在室温25℃条件下自然风干6小时。d.钙质砂颗粒试样含水率测定：对自然风干后试样进行含水率测定；取大于50g试样置于铝制盛土盒内，称量质量，揭开盒盖，将试样和盒放入烘箱内，在温度105℃条件下恒温烘干，烘干时间为8小时，并进行两次平行测定，得到含水率实验数据如下表所示，计算确定含水率为32.05%；盒号1234盒质量(g)17.1216.5517.0117.22盒+湿土质量(g)68.3567.7868.2468.45盒+干土质量(g)55.9355.656.0256.34水质量(g)12.4212.1812.2212.11干土质量(g)38.8138.8138.8138.81含水率(%)32.0031.9932.3331.89三轴试验试样制备：将自然风干处理后钙质砂颗粒试样按指定干密度为在圆柱形制样器内分层击实试样；所述圆柱形制样器直径为3.91cm、高度为8cm，试样分五层逐层击实，每一层高度为1.6cm，当某层击实完成后，用挑土刀将该层表面刮毛，使得各击实层之间紧密嵌合。按上述方法，分别按下表所示干密度及每一层制样质量进行三轴试验试样制备：试样参数实施例1实施例2实施例3干密度(g/cm3)1.051.201.28每一层试样质量(g)20.3023.1124.71f.三轴试验试验装样：将试样连同制样器一同置于三轴压力室底座上，然后取下制样器，将双层橡皮膜套于试样上，安装压力室外罩后利用压力差注入围压液。g.三轴试样水头饱和：试样装载完毕后，设定围压为5kpa，利用水头压力对试样进行水头饱和处理，通过体变管将水流从试样底部注入，从试样顶部溢出，直至注水端流入水量与溢出端流出水量相等，持续30min后结束水头饱和，饱和过程中维持水头差50cm。h.三轴试样反压饱和：重新设定初始围压为10kpa，反压为0kpa，待围压、反压以及孔压均稳定后，以50kpa增量逐级同时施加围压和反压，每一级压力施加中，当围压施加完成后，需待孔隙水压力系数b值稳定后记录b值，再打开反压阀以施加反压，每一级加载时间约为20min，如此逐级加载至孔隙水压力系数b值稳定并大于0.95时，可认为试样达到饱和状态。饱和过程中反压值与孔隙水压力系数如图2所示，从试验结果看，不同干密度条件下钙质砂三轴试验试样依次经上述一系列步骤后，在反压饱和步骤中，当反压施加至400kpa后，孔隙压力系数均大于0.95，符合试验要求。由于可对批量钙质砂颗粒样本进行步骤a至步骤b过程操作，因此，试验后期可方便快捷制备大批试样，便于平行试验，且后续三轴试验饱和过程耗时短，所需时间不足四小时。当前第1页12