一種軟弱夾層原狀樣的取樣及室內(nèi)原位試驗(yàn)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種軟弱夾層的取樣及試驗(yàn)方法，屬于邊坡穩(wěn)定性分析方法技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]軟弱夾層是具有一定厚度、力學(xué)強(qiáng)度低、壓縮變形大、遇水易軟化的巖層，通常作為地質(zhì)薄弱面，軟弱夾層的存在對(duì)工程的影響不言而喻，許多大型邊坡都是沿著軟弱夾層破壞。大多數(shù)軟弱夾層在宏觀結(jié)構(gòu)和物質(zhì)組成上均與上下巖層存在較大差異，導(dǎo)致其工程地質(zhì)性質(zhì)與上下巖層顯著不同。若邊坡巖體中存在軟弱夾層，很容易發(fā)生層間錯(cuò)動(dòng)變形、扭曲變形或者塑性擠出變形，形成潛在的滑移面，往往控制著邊坡的破壞模式。因此，選取合理的軟弱夾層力學(xué)參數(shù)進(jìn)行邊坡的穩(wěn)定性評(píng)價(jià)具有重要的意義。
[0003]在含軟弱夾層邊坡的穩(wěn)定性分析中，確定軟弱夾層的抗剪強(qiáng)度參數(shù)非常重要。獲取軟弱夾層抗剪強(qiáng)度參數(shù)的方法有多種，常用的有現(xiàn)場原位抗剪斷試驗(yàn)和室內(nèi)抗剪斷試驗(yàn)，然而，現(xiàn)實(shí)情況是這兩種方法均存在不足之處。
[0004]現(xiàn)場原位剪切試驗(yàn)不足之處:(I)試驗(yàn)設(shè)備笨重、操作復(fù)雜、工期長、費(fèi)用高；(2)原位測試的試件的性質(zhì)也僅代表某一范圍內(nèi)的巖體結(jié)構(gòu)面性質(zhì)，需要進(jìn)行多次不同地方的試驗(yàn)，才能了解大范圍區(qū)域內(nèi)結(jié)構(gòu)面的性質(zhì)。
[0005]室內(nèi)結(jié)構(gòu)面抗剪斷試驗(yàn)也存在很多問題:(I)由于軟弱夾層一般比較破碎，室內(nèi)試驗(yàn)獲取軟弱夾層的抗剪強(qiáng)度參數(shù)主要是通過重塑樣，進(jìn)行抗剪斷試驗(yàn)，試樣由于受到擾動(dòng)，其結(jié)果有一定的偏差；(2)通過反演計(jì)算獲得的抗剪強(qiáng)度參數(shù)較為準(zhǔn)確，但是需要在特定的條件下才能進(jìn)行反演計(jì)算，如已經(jīng)發(fā)生的滑坡等。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中不能在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)得到軟弱夾層的原狀樣抗剪強(qiáng)度參數(shù)的問題，而提供一種針對(duì)軟弱夾層原狀樣的取樣和室內(nèi)原位試驗(yàn)的方法。
[0007]實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的所采用的技術(shù)方案為，一種軟弱夾層原狀樣的取樣及室內(nèi)原位試驗(yàn)方法，包括如下步驟:
[0008](I)選定取樣點(diǎn)，對(duì)取樣點(diǎn)處軟弱夾層巖體按設(shè)定尺寸進(jìn)行切割，形成底部與巖體固連的立方體巖樣，將與立方體巖樣尺寸相匹配的取樣管套于立方體巖樣上，取樣管與立方體巖樣過盈配合，切割立方體巖樣的底部使之與巖體分離；
[0009](2)將水泥涂覆于立方體巖樣的兩端形成水泥封面，頂部水泥封面、底部水泥封面和取樣管封閉立方體巖樣，得到軟弱夾層原狀樣；
[0010](3)在取樣管的中部沿周向?qū)θ庸芄鼙谶M(jìn)行截?cái)嗲懈?，取樣管分割為上下兩部分形成抗剪斷試?yàn)的上盤和下盤；
[0011](4)在軟弱夾層原狀樣的頂部水泥封面和底部水泥封面上分別放置頂部墊塊和底部墊塊并將切割后的軟弱夾層原狀樣置于直剪儀的剪切盒中，使得上盤位于上剪切盒中同時(shí)下盤位于下剪切盒中；
[0012](5)進(jìn)行抗剪斷試驗(yàn)的法向力、正向切向力和反向切向力的加載，記錄軟弱夾層原狀樣被剪斷時(shí)加載的法向力、正向切向力和反向切向力的矢量參數(shù)。
[0013]還包括步驟(6)在剪斷后分離的上盤和下盤的剪切面上涂覆水泥形成二次水泥封面，涂覆二次水泥封面的上盤和下盤形成兩個(gè)二次軟弱夾層原狀樣，重復(fù)步驟(3)、步驟(4)和步驟(5)，對(duì)二次軟弱夾層原狀樣進(jìn)行抗剪斷試驗(yàn)。
[0014]在頂部墊塊的對(duì)稱中心上施加法向力，同時(shí)在上剪切盒和下剪切盒的兩相對(duì)表面上分別施加正向切向力和反向切向力，進(jìn)行抗剪斷試驗(yàn)。
[0015]頂部墊塊與頂部水泥封面的接觸面積不大于頂部水泥封面的表面積。
[0016]頂部墊塊的厚度為軟弱夾層原狀樣高度的1/7?2/7倍。
[0017]還包括步驟(6)在剪斷后分離的上盤和下盤的剪切面上涂覆水泥形成二次水泥封面，涂覆二次水泥封面的上盤和下盤形成兩個(gè)二次軟弱夾層原狀樣，重復(fù)步驟(3)，對(duì)上盤和下盤分別加載正向切向力和反向切向力，對(duì)二次軟弱夾層原狀樣進(jìn)行直剪試驗(yàn)。
[0018]兩個(gè)二次軟弱夾層原狀樣的直剪試驗(yàn)中施加的正向切向力的大小不相同。
[0019]步驟(I)中將取樣管前端套于立方體巖樣頂部，通過軟質(zhì)錘敲打取樣管尾端使之套于立方體巖樣上。
[0020]步驟(4)中，當(dāng)軟弱夾層原狀樣的尺寸小于直剪儀的剪切盒尺寸時(shí)，在剪切盒中放置側(cè)向墊塊抵緊剪切盒和取樣管。
[0021 ]所述取樣管為鋼管，頂部墊塊、底部墊塊和側(cè)向墊塊均為混凝土墊塊。
[0022]由上述技術(shù)方案可知，本發(fā)明提供的軟弱夾層原狀樣的取樣方法中，巖樣切割成型后在其上套設(shè)取樣管，通過取樣管保護(hù)立方體巖樣的側(cè)面，巖樣與巖體切割分離后通過水泥封面封閉巖樣的兩端，頂部水泥封面、底部水泥封面和取樣管封閉立方體巖樣，確保內(nèi)部巖樣為原狀樣;在室內(nèi)做實(shí)驗(yàn)時(shí)，為了避免擾動(dòng)原樣，先將裝有原狀樣的取樣管放在大型直剪儀上，后采用激光切割法，將取樣管的中間部位切割一定寬度的空隙，使得取樣管分成兩部分，充當(dāng)抗剪斷試驗(yàn)中的上盤和下盤，然后放置原狀樣并確保上盤和下盤分別安放在大型直剪儀的上剪切盒和下剪切盒中，為保證軟弱夾層原狀樣受力均勻，在軟弱夾層原狀樣的頂部水泥封面和底部水泥封面上分別放置頂部墊塊和底部墊塊，頂部墊塊和底部墊塊均為混凝土墊塊，其自身的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度大于水泥封面，通過混凝土墊塊施加法向力，確保軟弱夾層原狀樣在法向受力均勻，保證試驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性，當(dāng)軟弱夾層原狀樣的尺寸小于直剪儀的剪切盒尺寸時(shí)，在剪切盒中放置側(cè)向墊塊抵緊剪切盒和取樣管，側(cè)向墊塊為混凝土墊塊，其自身的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度大于取樣管，通過混凝土墊塊施加切向力，確保軟弱夾層原狀樣在切向受力均勻，保證試驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性。
[0023]第一次抗剪斷試驗(yàn)后軟弱夾層原狀樣在正向切向力和反向切向力的作用下剪斷，上盤和下盤的連接面破壞使得上盤和下盤分離，軟弱夾層原狀樣的側(cè)面受鋼質(zhì)取樣管的保護(hù)無影響，在剪斷后分離的上盤和下盤的剪切面上涂覆水泥形成二次水泥封面，涂覆二次水泥封面的上盤和下盤形成兩個(gè)二次軟弱夾層原狀樣，二次軟弱夾層原狀樣與初始軟弱夾層原狀樣相比僅高度(法向尺寸)不同(縮減為初始軟弱夾層原狀樣高度的1/2)，二次軟弱夾層原狀樣可用于抗剪斷試驗(yàn)或直剪試驗(yàn)，用于抗剪斷試驗(yàn)時(shí)，一次取樣可進(jìn)行多次室內(nèi)原位試驗(yàn)，由于過程中不需要對(duì)試樣進(jìn)行重塑并且多次試驗(yàn)，確保試驗(yàn)結(jié)果真實(shí)、準(zhǔn)確；用于直剪試驗(yàn)時(shí)，可以設(shè)計(jì)不同條件下的直剪試驗(yàn)，如不同含水率、不同軸壓(法向力)等，獲取試樣的抗剪強(qiáng)度參數(shù)。
[0024]抗剪斷試驗(yàn)中，由于法向力通過頂部墊塊均勻施加于軟弱夾層原狀樣，設(shè)計(jì)頂部墊塊的厚度為軟弱夾層原狀樣高度的1/7?2/7倍，使得頂部墊塊具有一定厚度以滿足試驗(yàn)需要，同時(shí)厚度適當(dāng)確保法向力加載裝置可施加豎直向下的法向力，并且頂部墊塊的自重會(huì)不會(huì)影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果。
[0025]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果在于:
[0026]1、本發(fā)明取樣裝置攜帶方便，室內(nèi)試驗(yàn)操作簡單，在盡可能少的擾動(dòng)軟弱夾層的情況下，能夠保證取得野外軟弱夾層是原狀樣；
[0027]2、本發(fā)明試驗(yàn)裝置使用的澆筑混凝土模具用于澆筑混凝土墊塊，填補(bǔ)野外獲取的試樣與剪切盒之間空隙；
[0028]3、室內(nèi)試驗(yàn)也為軟弱夾層的原位試驗(yàn)，試驗(yàn)所獲得的抗剪斷強(qiáng)度和抗剪強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果符合實(shí)際，為邊坡的穩(wěn)定性分析提供準(zhǔn)確的物理力學(xué)參數(shù)，確保邊坡穩(wěn)定性計(jì)算的準(zhǔn)確性。
【具體實(shí)施方式】
[0029]下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)具體說明。
[0030]實(shí)施例1:一種軟弱夾層原狀樣的取樣及室內(nèi)原位試驗(yàn)方法，包括如下步驟:
[0031](I)選定取樣點(diǎn)，以厚度較大、露頭較好的軟弱夾層為取樣點(diǎn)，對(duì)取樣點(diǎn)處軟弱夾層巖體按設(shè)計(jì)尺寸進(jìn)行切割，形成底部與巖體固連的立方體巖樣，將鋼質(zhì)取樣管套于立方體巖樣上，首先將鋼質(zhì)取樣管前端套于立方體巖樣頂部，隨后通過橡膠軟質(zhì)錘敲打鋼質(zhì)取樣管尾端使之套于立方體巖樣上，切割立方體巖樣的底部使之與巖體分離；
[0032](2)將水泥涂覆于立方體巖樣的兩端形成水泥封面，頂部水泥封面、底部水泥封面和鋼質(zhì)取樣管封閉立方體巖樣，得到軟弱夾層原狀樣；
[0033](3)在鋼質(zhì)取樣管的中部沿周向?qū)︿撡|(zhì)取樣管管壁進(jìn)行截?cái)嗲懈?，鋼質(zhì)取樣管分割為上下兩部分形成抗剪斷試驗(yàn)的上盤和下盤；
[0034](4)在軟弱夾層原狀樣的頂部水泥封面和