一种填料冻胀特性的试验装置及试验方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及一种材料试验用的试模，及试验方法。确切讲本发明设及一种用于对 ±工工程充填的填料，特别是对公路路基进行充填的填料，进行冻胀试验的试模，W及使用 该种试模对填料进行冻胀特性试验的试验方法。
【背景技术】
[0002] 冻胀是由于±中水的冻结和冰体(特别是凸镜状冰体）的增长引起±体膨胀、地表 不均匀隆起的作用。冻胀一般会导致地面发生变形，形成冻胀垄岗。冻胀的原因包括±中 原有的水结冰体积膨胀；同时也包括±冻结过程中下部未冻结±中的水分迁移并向冻结面 富集，水分相对集中，水与±粒分异形成冰透镜体或冻夹层，使±体积膨胀。冻胀特性的研 究可W为冻±地区的建筑、公路的修建提供相关参数，W避免或减轻因并胀产生的破坏。
[0003] 虽然《公路路基设计规范JTG D30-2004》规定多年冻±路基填料要充分考虑其冻 胀敏感性，研究其冻胀特征，W保证路基强度，达到提高路面结构的稳定性和抗冻胀能力目 的。但该一规范并未对路基填料的颗粒范围做出规定，至今为止也没有路基填料的颗粒范 围的明确规定。《公路路基设计规范（JTG D30-2004)》规定"多年冻±区路基填料设计应充 分考虑填料的冻胀特性，优先采用卵石上或碎石上作填料"，严禁使用细粒± (黏质上和砂 质±)和富含腐殖质白±及冻±。填料的粒径是影响其冻胀特性的主要因素，因此，多年冻 ±区路基需要采用较粗颗粒的填料。其次，规范对路基压实度还做了规定，在保证压实度的 情况下，只有通过试验的方法，准确模拟路基填料的实际状况，取得路基填料的冻胀特性指 示，才有可能有效抑制路基冻胀破坏的发生。在实际工程中一般是根据施工地取材料情况 决定填料，从施工现场的情况来看，冻±区公路填料其实际的颗粒主要为2. 36~19. 0mm， 而且要控制粒径0. 075mm颗粒W下的含量。
[0004] 《公路±工试验规程（JTG E40-2007)》关于测试冻胀率的方法主要适用于原状的 及扰动的黏质±(大于0. 075mm的质量少于或等于总质量25%)和砂质±(0. 075~2. 0mm粒 径的质量大于总质量的50%，且大于60mm的质量少于或等于总质量的15%)。显然关于测试 冻胀率方法的适用范围不适用于多年冻上路基填料的冻胀试验。
[0005] 由前述内容可知，目前的冻胀率试验方法的适用范围均不适用多年冻±区路基 填料。《公路±工试验规程（JTG E40-2007)》关于测试冻胀率的方法规定原状和扰动的 黏质±、砂质±的试样高度都为50. 0mm，在进行粗填料冻胀特性实际测试的过程中，发现 50. 0mm的试样高度太低，试模容积太小，所装试样的质量太少，根本无法保证填料的均匀程 度，不能反映冻±区实际路基填料的真实代表性，该样做出的试验数值根本不符合实际情 况。在冻±区路基填料优先采用粗填料，粗填料的颗径主要为2. 36~19. 0mm，填料的粒径 是影响其冻胀特性的主要因素，严禁使用细粒±(黏质±和砂质±)。
[0006] 在需要开展填料冻胀特性试验时首先要解决试样的代表性问题，使其能适用和代 表现场实际使用的公路路基填料；其次在冻胀试验中需要考虑压实的因素，W通过相关试 验得出客观的结论，指导冻±区公路、建筑的工程实践。该一点对青藏高原的永久冻±地区 的公路建造是必须首先解决的问题。
[0007]从理论上讲进行冻胀试验的试样几何尺寸越大，所容纳的填料质量越大，其代表 性越好，但在实际的试验中是无法考虑用该种方式解决问题，一方面巨大的试样造成的经 济负担将使试验无法负担，另一方面也无法对巨大的试样实施冷冻作业和压实处理，实现 相应的试验。
[0008]寻找一种具有客观代表性的可适用填充集料冻胀试验，特别是冻±区公路填充集 料冻胀试验的试样，和可适用于对公路填充集料进行冻胀试验的方法是必须要解决的问 题，在该一前提下，得到一种可适用的试样制备模具同样是需要解决的任务。
【发明内容】
[0009]本发明提供一种可解决现有技术尚无法解决的技术难题的，提供一种具有客观性 和代表性的、可适用公路基填料冻胀试验的最小的试样几何参数，和可适用于对公路填料 进行冻胀试验的方法，本发明同时提供一种适用的试样制备模具。
[0010] 本发明的一种用于公路填料冻胀特性的试验方法是： 1)对填料试样进行烘干，烘干完成后，用方孔筛把试样按后述方式进行分类；颗粒最大 粒径不超过4. 75mm，粒径不大于2. 36mm的占总质量的50% W上，包括各种黏质上、粉质上、 砂和屑为细填料；颗粒最大粒径不超过26. 5mm，粒径大于2. 36mm且不大于19. 0mm的质量 占总质量的50% W上，包括砂碱上、碎石上、级配砂碱、级配碎石的为粗填料。
[0011] 2)将分类制备出两类受试填料分别按要求的含水率加入水混均，然后装入 保湿桶内，放置24小时，让试样充分吸收水分，再将受试填料按粒度分类分别放入模 具中压制，使其达到要求的压实度，得到受试试样，其中：细填料试样试样的直径X高 =本100mm X 50mm ;粗填料试样的直径X高=4 100mm X 100mm。
[0012] 3)将经上一步骤得到的受试试样放置于装入恒温箱内，试样的一侧顶和底面内分 别插入温度传感器，试样的另外一侧顶、底面内插入水分传感器，并设置没试样高度的千分 表。
[0013]4)开启恒温箱、试样顶面冷浴，设定恒温箱冷浴温度为-15°c，箱内温度为rc，顶 面冷浴，设定冷浴温度为rc。
[0014] 5)试样恒温6小时，并监测温度、水分和变形，待试样初始温度均匀达到rcw后， 开始试验。
[0015] 6)顶面温度调节到-15°c并持续0. 5小时，让试样顶面冻结，然后将顶面温度调节 到-2°c，W 0. rc /小时速度下降。同时开取温度监测系统、水分监测系统和补水系统，保 持恒温箱温度均为rc，每隔1小时记录变形量1次，试验持续72小时。
[0016] 7)试验结束后，迅速取出试样，量测试样高度和质量。
[0017] 8)结果整理 按下式计算冻胀率：
【主权项】
1. 一种用于对填料进行冻胀特性的试验方法，其特征在于： 1) 对填料试样进行烘干，烘干完成后，用方孔筛把试样按后述方式进行分类：颗粒最大 粒径不超过4. 75mm，粒径不大于2. 36mm的占总质量的50%以上，，包括各种黏质土、粉质土、 砂和肩为细填料；颗粒最大粒径不超过26. 5mm，粒径大于2. 36mm且不大于19. Omm的质量 占总质量的50%以上，包括砂砾土、碎石土、级配砂砾、级配碎石的为粗填料； 2) 将分类制备出两类受试填料分别按实验要求的含水率加入水混均，然后装入 保湿桶内，放置24小时，让试样充分吸收水分，再将受试填料按粒度分类分别放入模 具中压制，使其达到要求的压实度，得到受试试样，其中：细填料试样试样的直径X高 =Φ 10Omm X 50mm ;中填料试样的直径 X 高=Φ 10Omm X IOCtam ; 3) 将经上一步骤得到的受试试样放置于装入恒温箱内，试样的一侧顶和底面内分别 插入温度传感器，试样的另外一侧顶、底面内插入水分传感器，并设置测试试样高度的千分 表； 4) 开启恒温箱、试样顶面冷浴，设定恒温箱冷浴温度为-15°C，箱内温度为1°C，顶面冷 浴，设定冷浴温度为1°C ; 5) 试样恒温6小时，并监测温度、水分和变形，待试样初始温度均匀达到1°C以后，开始 试验； 6) 顶面温度调节到-15°C并持续0. 5小时，让试样顶面冻结，然后将顶面温度调节 到-2°C，以0. 2°C /小时速度下降； 同时开取温度监测系统、水分监测系统和补水系统，保持恒温箱温度均为1°C，每隔1 小时记录变形量1次，试验持续72小时； 7) 试验结束后，迅速取出试样，量测试样高度和质量； 8) 结果整理 按下式计算冻胀率：
2. -种用于对填料进行冻胀特性试验的试模，其特征在于由用刚性材料制成管状模、 顶板和底板组成，其中：管状模为一个管端设置有法兰、使其呈T型的外形管状物，细填料 所用的管状模高度为50mm，粗填料所管状模高度为100mm，顶板为一其直径略小于管状模 内径的圆柱体，顶板圆柱体与管状模的配合精度为H11/C10,本发明的底板为一个平面的板 状物。
3. 根据权利要求2所述的用于对填料进行冻胀特性试验的试模，其特征在于顶板圆柱 体的一端设置有法兰顶面，使其呈T型，顶面高20mm，顶面外直径都为120mm。
4. 根据权利要求2或3用于对填料进行冻胀特性试验的试模，其特征在于试模采用不 锈钢材料制成。
【专利摘要】本发明公开对土工工程充填的填料，特别是对公路路基进行充填的填料，进行冻胀试验的试模，以及使用这种试模对填料进行冻胀特性试验的试验方法。本发明的试验方法通过对不同填料进行科学分类，并根据不同分类的填料确定了不同的试模，同时在试验中引入压实度的因素使试验与实际更为吻合，解决了现阶段无法解决的冻土区填料冻胀试验的难题，为冻土区土工作业提供了基础数据。
【IPC分类】G01N33-24
【公开号】CN104749345
【申请号】CN201510140669
【发明人】朱兆荣, 熊治文, 严福章, 杨永鹏, 韩龙武, 李奋, 程佳, 李勇, 赵相卿, 蔡汉成, 唐彩梅, 牛东兴, 杨晓明, 金兰, 刘锟, 石龙, 于明国, 朱洪英, 王彦兵
【申请人】国家电网公司, 中铁西北科学研究院有限公司, 国网北京经济技术研究院, 国网山西省电力公司
【公开日】2015年7月1日
【申请日】2015年3月30日