如何做好三轴试验(一)土样的制备和安装
三轴试验能够根据工程实际,控制试样的排水、测定孔隙水压力,成为工程勘察中的重要技术手段。三轴试验已成一项常规试验项目,提供土的强度指标,并向其它测试指标延伸。其间,有相当多的试验人员在实践中遇到的问题是,操作过程费工耗时,合格率低。三轴试验费工耗时是显而易见的。全自动三轴基于三轴压缩试验理论基础而研发的,它集机械、电子、自动化、传感器技术于一体。在硬件上主要由三轴荷载架及围压/反压控制器组成,其所配套的系统软件可提供试验设置、系统控制、数据采集以及数据处理等功能,交互性能良好,该AG尊龙官网平台在原有三轴仪的基础上改进其控制系统,采用全电路设计,试验过程无需人工干预,提高试验效率。全自动三轴仪可以24小时连续运转外,规范的试验程序可压缩的效率有限;合格率则包含两重含意,一是成果中至少有3个应力圆有共同的包线,或与包线接近,二是测得的强度指标与土的性状相一致。经验告诉AG尊龙平台,选好土样、规范操作,是解决问题的有效办法。
一.土样——从选样制备到饱和安装
根据土力学理论,土的强度指标不仅取决于它的固结密度、排水条件、应力历史,也和试验参数有关。首先就来分析与取土、制样工序相关的要求,中心是减少对原状土的结构扰动。
1.粘性土的状态是以塑性表述。它综合反映了土的粒度、湿度和在一定应力条件下固结形成的密度。沉积土多成层状、各向异性。因此应从多方面鉴别土样的原状性。在制样时既要选择塑性相同,也要关注土的纵向剖面,使选取的试样层状结构一致;砂土因无法钻取原状结构不被扰动的样,制备试样的方法是取扰动的砂样,按初始孔隙比(或初始干密度)的控制要求,在成模筒内击实制作。
2.试样的大小是由土中大颗粒决定。对于粗颗粒土或夹有粗颗粒的粘性土,尤其要注意选择。按照三轴仪的国家标准,试样有大、中、小之分,试样高度为直径的2~2.5倍。大试样允许大颗粒为直径的20 mm,中、小试样则为6.2mm、3.9mm。粘性土中夹有个别大颗粒,可以剔除后填平。
3.同一土样的几个试样土质均匀、结构一致,是后续试验测得的剪应力与法向力成线性的前提。为此,好是取同层土制备试样。以小试样为例,要求钻取的土样大于ø100,再用分土器剖出3个样;若钻取土样过小,在同层土样中只能选取1~2试样。对于土质结构均匀的土层可用连续取土来弥补土量的不足;当遇到土质不均匀、或土体量不足时,只得制备一个试样,按多级加载的方法试验。
4.在物理试验中,将土看作代表矿物颗粒的土粒和其间孔隙中的气体、水构成的三相体。而在常规的三轴试验,只适用于(土粒和水)两相体。这是缘于现阶段还缺乏孔隙中气体应力~应变的测试技术。即要求试样是饱和的。规范标准为此要求:
⑴在试样制备中必须作饱和处理。饱和的方法有三:
抽气饱和——在与真空泵连接的容器内盛装试样,试样在接近负一个气压环境下,释放土中的空气。然后注入无气水后再恢复大气压力,容器中的水经过由负到正的大气压力作用下,渗入土内。按照土样的透水(气)性能确定抽气时间。这种方法可以根据容器大小,批量地对试样作饱和处理。
水头饱和——完成试样的安装,预加20kpa的周围压力。提高试样底部量管的水位,降低试样顶部量管的水位,在水头差的压力下自下而上地排出孔隙中的气体,对试样产生渗透作用。直至注入的水与渗出的水等量为止。这种方法对低塑性土较合适。
反压力饱和——反压力饱和是当前有效的饱和方法。反压力是相对于试样周围压力而言,在逐级递增的压力作用下置换孔隙中的气体,或压缩孔隙中的气体使其溶解于水。在反压力饱和过程中,始终保持反压力小于周围压力,试样结构才不被扰动;每增加一级压力,测一次孔隙水压力,当孔隙水压力增量与周围压力增量之比为1时,试样饱和。这种方法可以达到试样完全饱和。尽管如此其缺点也是明显的,一是需要增加一套压力控制装置,二是占用仪器时间长。因此生产性试验室很少采用。
上述饱和方法时常是综合运用,例如先作抽气饱和,试样安装后经过检测饱和度不达标,再使用水头饱和或反压力饱和。江南地带的地下水位较浅,土样多呈饱和状。从野外取样到室内制样各环节,注意保持土样的原状性十分重要。把制备好的试样置于水槽中保存。
⑵对于饱和土,其含水量不变体积也就不变。因此在不固结不排水试验中,应变过程试样的面积计算,就是基于这样的认识。同理,排出的孔隙水量等于试样体积的变量。由于在装样操作中常要注水排气,使得依量管读数算得的排出水量往往大于体积变量。因此以秤取试验前后试样的质量,就非常必要。
5.准确测试孔隙水压力,是三轴试验的一项重要技术。不仅要求试样是饱和的,还要求试样的安装操作来保证。孔隙水压力的测量是依据静水力学的帕斯卡原理,通过水力连系把试样内的孔隙水压力引伸到压力测试装置上。为保证孔压能够灵敏传递和准确测试,不仅在安装试样时要使用无气水,还要对试样上下的透水石、周围与乳胶模间的缝隙,连接管路等所有衔接处,作彻底的排气操作,以提高水体的刚性。做好这一点要求试验者有操作经验和细致责任。
6.为了缩短孔隙水压力的传输时间,加速排水,可在试样周围贴滤纸条。滤纸条的宽度约为试样直径的1/5~1/6,上下与透水石相连。若要作反压力饱和,则滤纸条中间必须断开。滤纸覆盖的面积不大于试样表面积的50%。