一种土石混合体残余强度试验方法
【技术领域】
[0001] 本发明是一种土工测试方法，属于土木工程或地质工程测试领域。
【背景技术】
[0002] 土石混合体（碎石土、粗粒土）是一种由作为骨料的砾石或块石与作为充填料的 粘土和砂组成的地质体。土石混合体作为一种填料被广泛应用于土石坝、公路、铁路、机场、 房屋地基等建筑工程，应用范围相当广泛。由于土石混合体由块石和土组成，且两者在力学 性质上呈现"极强"（块石）和"极弱"（土体）两个极端的差异性。这种差异性使土石混 合体在物理力学性质上呈现极端的不均匀性与极端的非线性特征，其宏观物理力学性质不 能由块石或土简单叠加而成。对于土石混合体强度的测试不能由传统的土力学剪切装置或 者岩石试验机来完成，需要研制适合土石混合体自身特点的新型仪器，量测其力学强度，尤 其是针对滑坡稳定性评价，需要考虑尺寸效应对土石混合体强度以及土石混合体反复剪切 条件下的残余强度的影响。本发明就是一种用于量测大尺度土石混合体残余抗剪强度的试 验方法。
【发明内容】
[0003] 本发明目的是提供一种用于量测土石混合体残余强度的试验方法，用于解决土石 混合体在不同固结应力状态下的强度试验测试，为边坡稳定性分析提供技术参数。
[0004] 本发明的技术解决方案，其特征是采用一种试验装置，进行大尺度土石混合体残 余强度参数获取，该试验装置包括反力架1，加载框架2,第一伺服电机3,第二伺服电机4， 载样台5,上剪切盒6,下剪切盒7,轨道车8,垂直位移计9,第一垂直滑轨10,上盒试样11， 滚珠轴排12,下盒扩展板13,下盒试样14,第一千斤顶15,第一支撑底座16,水平滑轨17， 第二支撑底座18,第二千斤顶19,传力杆20,连接端头21，水平加载轴22,水平位移计23， 第一侧限柱24,垂直加载轴25,加压板26,第二侧限柱27,伸缩臂28,第三侧限柱29,第二 垂直滑轨30。第一伺服电机3连接垂直加载轴25,垂直加载轴25提供垂直压力，位于加压 板26上面，加压板26连接垂直位移计9,加压板26位于上盒试样11的顶面，上剪切盒6 由第一侧限柱24和第二侧限柱27固定，第一侧限柱24连接第一垂直滑轨10,第二侧限柱 27通过伸缩臂28与第三侧限柱29相连，第三侧限柱29连接第二垂直滑轨30,上剪切盒6 通过滚珠轴排12对准下剪切盒7,上剪切盒6内安装上盒试样11，下剪切盒7内安装下盒 试样14,下剪切盒7连接下盒扩展板13,下剪切盒7连接轨道车8,轨道车8可沿水平滑轨 17移动到载样台5之上，水平滑轨17与加载框架2连接，第一千斤顶15连接第一支撑底 座16,第二千斤顶19连接第二支撑底座18,下剪切盒7连接传力杆20和水平位移计23， 连接端头21与水平加载轴22对准，水平加载轴22连接第二伺服电机4。上剪切盒6尺寸 为长500mm宽500臟，连接第一侧限柱24 -侧的上剪切盒6的盒壁高为445臟，连接第二侧 限柱27 -侧的上剪切盒6的盒壁高为155mm，下剪切盒7尺寸为长500mm宽500mm，连接下 盒扩展板13 -侧的下剪切盒7的盒壁高为155mm，连接传力杆20 -侧的下剪切盒7的盒 壁高为445mm，滚珠轴排12倾角为30°，上剪切盒6和下剪切盒7均采用质量轻强度高的 合金材料，且进行阳极电镀防腐处理，上剪切盒6和下剪切盒7的内壁四个角为圆形设计， 圆角半径为30mm~60mm，上剪切盒6可以沿下盒扩展板13滑动，第一侧限柱24可以沿第 一垂直滑轨10垂直滑动，第三侧限柱29可以沿第二垂直滑轨30垂直滑动，第一伺服电机 3和第二伺服电机4通过反力架1施加力，反力架1和加载框架2以及加压板26均采用高 强度不锈钢材料，加压板26与上剪切盒6间的缝隙间隔为2_~4_，滚珠轴排12、下盒扩 展板13和水平滑轨17均为高强度不锈钢材料，且表面均涂有特富龙材料。第一伺服电机 3和第二伺服电机4均可以进行快进快退操作，也可以进行匀速应变加载和应力加载，应变 剪切速率为〇· 02~5. 00mm/min，最大出力可达1000kN，出力测量精度可达0· 5% FS，应力 剪切速率为100~600kN/min。垂直位移计9的最大量程为150mm，测量精度可达1mm，水平 位移计23的最大量程为170mm，测量精度可达1mm。
[0005] 采用该试验装置进行大尺度土石混合体残余强度试验的方法如下：
[0006] (1)按照一定含水量、含石量与密度要求，称取相应质量的土体、碎石和水，将土 体、碎石、水三者混合均匀，成为混合料，分成均匀的三份备用；
[0007] (2)将轨道车8移至载样台5上，将上剪切盒6经由滚珠轴排12对齐下剪切盒7， 将第一份混合料装入下剪切盒7中，将加压板26置于混合料上，将轨道车8移至垂直加载 轴25正下方，启动第一千斤顶15和第二千斤顶19,将第一支撑底座16和第二支撑底座18 分别与加载框架2接触，使轨道车8悬空，开动第一伺服电机3,使垂直加载轴25接触加压 板26顶帽，按要求施加垂直压力F，待垂直位移计9显示达到要求的密度时对应的位移值， 停止加载；
[0008] (3)开动第一伺服电机3,卸载使垂直加载轴25离开加压板26顶帽，启动第一千 斤顶15和第二千斤顶19,将第一支撑底座16和第二支撑底座18分别与加载框架2脱离， 使轨道车8与水平滑轨17接触，将轨道车8移至载样台5上，取出加压板26,将混合料拉 毛，装入第二份混合料，将加压板26置于混合料上，将轨道车8移至垂直加载轴25正下方， 启动第一千斤顶15和第二千斤顶19,将第一支撑底座16和第二支撑底座18分别与加载框 架2接触，使轨道车8悬空，开动第一伺服电机3,使垂直加载轴25接触加压板26顶帽，按 要求施加垂直压力F，待垂直位移计9显示达到要求的密度时对应的位移值，停止加载；
[0009] (4)开动第一伺服电机3,卸载使垂直加载轴25离开加压板26顶帽，启动第一千 斤顶15和第二千斤顶19,将第一支撑底座16和第二支撑底座18分别与加载框架2脱离， 使轨道车8与水平滑轨17接触，将轨道车8移至载样台5上，取出加压板26,将混合料拉 毛，装入第三份混合料，将加压板26置于混合料上，将轨道车8移至垂直加载轴25正下方， 启动第一千斤顶15和第二千斤顶19,将第一支撑底座16和第二支撑底座18分别与加载框 架2接触，使轨道车8悬空，开动第一伺服电机3,使垂直加载轴25接触加压板26顶帽，按 要求施加垂直压力F，待垂直位移计9显示达到要求的密度时对应的位移值，保持垂直压力 F不变；
[0010] (5)将第一侧限柱24和第二侧限柱27分别与上剪切盒6连接，将第二侧限柱27 通过伸缩臂28与第三侧限柱29连接，使上剪切盒6固定，启动第二伺服电机4,使水平加 载轴22与连接端头21相连，按要求的等应变速率通过传力杆20施加拉力T，使下剪切盒7 向第二伺服电机4方向移动，同时采用水平位移计23测量水平位移S，保持上剪切盒6水平 方向固定，上剪切盒6通过第一垂直滑轨10和第二垂直滑轨30向下滑动，使垂直加载轴25 输出压力按照P =F-Ttg30°变化，并采用垂直位移计9测量加压板26的垂直位移V， 滚珠轴排12沿下盒扩展板13滑动，以避免上剪切盒6内部的上盒试样11漏出；
[0011] (6)待水平位移S增大到75mm时停止试验，通过垂直加载轴25使第一伺服电机3 卸载，第二伺服电机4通过水平加载轴22施加推力推动下剪切盒7移动，使得上剪切盒6 与下剪切盒7重合，启动第二伺服电机4,按要求的等应变速率通过传力杆20施加拉力T， 使下剪切盒7向第二伺服电机4方向移动，同时采用水平位移计23测量水平位移S，保持上 剪切盒6水平方向固定，上剪切盒6通过第一垂直滑轨10和第二垂直滑轨30向下滑动，使 垂直加载轴25输出压力按照P = F-Ttg30°变化，并采用垂直位移计9测量加压板26的 垂直位移V ;
[0012] (7)重复步骤（6)，使得上盒试样11与下盒试样14剪切完成第五遍后，获得上盒 试样11与下盒试样14接触面处正压力f = P c〇s30° +Tsin30°，取f的最大值匕3：(1，获 得接触面处剪切力T' =Tc〇s30° -F' sin30°，取T'的最大值Τ' Μχ1，
[0013] (8)通过垂直加载轴25使第一伺服电机3卸载，第二伺服电机4通过水平加载轴 22施加推力推动下剪切盒7移动，使得上剪切盒6与下剪切盒7重合，卸除上剪切盒6与第 一侧限柱24及第二侧限柱27的连接，启动第一千斤顶15和第二千斤顶19,将第一支撑底 座16和第二支撑底座18分别与加载框架2脱