一種軟弱夾層原狀樣的取樣及試驗裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及一種軟弱夾層原狀樣的取樣及試驗裝置，屬于土工試驗裝置技術(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)生層間錯動變形、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)定性評價具有重要的意義。
[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)場原位抗剪斷試驗和室內(nèi)抗剪斷試驗，然而，現(xiàn)實情況是這兩種方法均存在不足之處。
[0004]現(xiàn)場原位剪切試驗不足之處:(I)試驗設(shè)備笨重、操作復(fù)雜、工期長、費用高；(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，才能了解大范圍區(qū)域內(nèi)結(jié)構(gòu)面的性質(zhì)?；谏鲜霾蛔?，一般通過室內(nèi)結(jié)構(gòu)面抗剪斷試驗進(jìn)行邊坡結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性分析，但室內(nèi)結(jié)構(gòu)面抗剪斷試驗也存在很多問題，由于軟弱夾層一般比較破碎，室內(nèi)試驗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，試樣由于受到擾動，其結(jié)果有一定的偏差。因此需要一種對軟弱夾層原狀樣進(jìn)行取樣和試驗的裝置。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本實用新型的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中室內(nèi)結(jié)構(gòu)面抗剪斷試驗需要重塑樣的問題，而提供一種對軟弱夾層原狀樣的進(jìn)行取樣和室內(nèi)原位試驗的裝置。
[0006]實現(xiàn)本實用新型目的所采用的技術(shù)方案為，一種軟弱夾層原狀樣的取樣及試驗裝置，包括取樣管，以及位于取樣管兩端管口中的頂部水泥封面和底部水泥封面，頂部水泥封面和底部水泥封面封閉取樣管兩端的開口構(gòu)成軟弱夾層原狀樣封裝區(qū)，軟弱夾層原狀樣封裝區(qū)外設(shè)有墊塊，所述墊塊包括頂部墊塊和底部墊塊，頂部墊塊位于頂部水泥封面外表面上、底部墊塊位于底部水泥封面外表面上，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，頂部墊塊的厚度為軟弱夾層原狀樣高度的1/7?2/7倍。
[0007]所述墊塊包括頂部墊塊、底部墊塊和側(cè)向墊塊，側(cè)向墊塊位于取樣管的外表面上。
[0008]所述取樣管為鋼管，頂部墊塊、底部墊塊和側(cè)向墊塊均為墊塊。
[0009]所述取樣管管口處的管壁外緣設(shè)有倒角。
[0010]由上述技術(shù)方案可知，本實用新型提供的軟弱夾層原狀樣的取樣及試驗裝置，頂部水泥封面和底部水泥封面封閉取樣管兩端的開口構(gòu)成軟弱夾層原狀樣封裝區(qū)，切割后的巖樣封裝于軟弱夾層原狀樣封裝區(qū)中，確保內(nèi)部巖樣為原狀樣;為保證軟弱夾層原狀樣受力均勻，頂部水泥封面和底部水泥封面上分別設(shè)有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，保證試驗結(jié)果的準(zhǔn)確性;取樣管的外表面上設(shè)有側(cè)向墊塊，當(dāng)軟弱夾層原狀樣的尺寸小于直剪儀的剪切盒尺寸時，側(cè)向墊塊置于剪切盒中用于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，保證試驗結(jié)果的準(zhǔn)確性;抗剪斷試驗中，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需要，同時厚度適當(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不會影響實驗結(jié)果O
[0011 ]取樣時，巖樣切割成型后在其上套設(shè)取樣管，為保證試驗結(jié)果準(zhǔn)確性，切割巖樣時切割的巖樣的尺寸略大于取樣管內(nèi)腔尺寸，使得取樣管緊密套于巖樣上，因此安裝取樣管即取樣管取樣時需克服超出取樣管內(nèi)腔的巖體所造成的阻力，取樣管管口處的管壁外緣設(shè)置倒角，使得取樣管管口處的管壁構(gòu)成切割刃，切割刃切割超出取樣管內(nèi)腔的巖體，便于取樣管進(jìn)行取樣。
[0012]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型的裝置攜帶方便，室內(nèi)試驗操作簡單，在盡可能少的擾動軟弱夾層的情況下，能夠保證取得野外軟弱夾層是原狀樣。
【附圖說明】
[0013]圖1為本實用新型提供的軟弱夾層原狀樣的取樣及試驗裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0014]圖2為本實用新型提供的軟弱夾層原狀樣的取樣及試驗裝置的使用示意圖。
[0015]其中，1-取樣管，2-頂部水泥封面，3-底部水泥封面，4-頂部墊塊，5-底部墊塊，6_側(cè)向墊塊，7-上剪切盒，8-下剪切盒，9-法向力加載裝置，10-正向切向力加載裝置，11-反向切向力加載裝置，12-切割縫。
【具體實施方式】
[0016]下面結(jié)合具體實施例對本實用新型進(jìn)行詳細(xì)具體說明。
[0017]本實用新型提供的軟弱夾層原狀樣的取樣及試驗裝置，其結(jié)構(gòu)如圖1所示，包括取樣管I，以及位于取樣管兩端管口中的頂部水泥封面2和底部水泥封面3，頂部水泥封面和底部水泥封面封閉取樣管兩端的開口構(gòu)成軟弱夾層原狀樣封裝區(qū)，軟弱夾層原狀樣封裝區(qū)外設(shè)有墊塊，所述墊塊包括頂部墊塊4、底部墊塊5和側(cè)向墊塊6，頂部墊塊4位于頂部水泥封面2外表面上，底部墊塊5位于底部水泥封面3外表面上，側(cè)向墊塊6位于取樣管I的外表面上，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，頂部墊塊的厚度為軟弱夾層原狀樣高度的1/7?2/7倍，所述取樣管優(yōu)選鋼管，取樣管I管口處的管壁外緣設(shè)有倒角形成切割刃，頂部墊塊、底部墊塊和側(cè)向墊塊均為墊塊。
[0018]將上述裝置用于軟弱夾層原狀樣的取樣及室內(nèi)原位試驗，參見圖2，具體步驟如下:
[0019](I)選定取樣點，以厚度較大、露頭較好的軟弱夾層為取樣點，對取樣點處軟弱夾層巖體按設(shè)計尺寸進(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I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；
[0020](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2、底部水泥封面3和鋼質(zhì)取樣管封閉立方體巖樣，得到軟弱夾層原狀樣；
[0021](3)在鋼質(zhì)取樣管的中部沿周向?qū)︿撡|(zhì)取樣管管壁進(jìn)行截斷切割，切割縫12將鋼質(zhì)取樣管I分割為上下兩部分形成抗剪斷試驗的上盤和下盤；
[0022](4)在軟弱夾層原狀樣的頂部水泥封面2和底部水泥封面3上分別放置頂部墊塊4和底部墊塊5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7中同時下盤位于下剪切盒8中；
[0023 ] (5)進(jìn)行抗剪斷試驗的法向力、正向切向力和反向切向力的加載，在頂部墊塊的對稱中心上通過法向力加載裝置9施加法向力，同時在上剪切盒和下剪切盒的兩相對表面上通過正向切向力加載裝置10和反向切向力加載裝置11分別施加正向切向力和反向切向力，記錄軟弱夾層原狀樣被剪斷時加載的法向力、正向切向力和反向切向力的矢量參數(shù)。
[0024](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二次軟弱夾層原狀樣，重復(fù)步驟(3)，對上盤和下盤分別加載正向切向力和反向切向力，對二次軟弱夾層原狀樣進(jìn)行不同軸壓下(切向力不同)的直剪試驗。
[0025]本方法中選用1000KN的大型直剪儀(軸向及水平向最大出力為1000KN，軸向變形測量范圍為O?50mm，水平向變形測量范圍為O?100mm)，1000KN的大型直剪儀上剪切盒與下剪切盒的內(nèi)腔尺寸均為50cm*50cm*20cm，立方體巖樣的尺寸為35.3cm*35.3cm*35.3cm，鋼質(zhì)取樣管的內(nèi)腔尺寸為35cm*35cm*35cm、壁厚為5mm，試樣尺寸小于剪切盒，可向剪切盒中放置側(cè)向墊塊抵緊剪切盒和取樣管，頂部墊塊、底部墊塊和側(cè)向墊塊的尺寸分別為34cm*34cm*5cm 35cm*50cm*3cm、50cm*15cm*20cm。
[0026]上述實施例僅為本實用新型的較佳的實施方式，除此之外，本實用新型還可以有其他實現(xiàn)方式。需要說明的是，在沒有脫離本實用新型構(gòu)思的前提下，任何顯而易見的改進(jìn)和修飾均應(yīng)落入本實用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項】
1.一種軟弱夾層原狀樣的取樣及試驗裝置，其特征在于:包括取樣管，以及位于取樣管兩端管口中的頂部水泥封面和底部水泥封面，頂部水泥封面和底部水泥封面封閉取樣管兩端的開口構(gòu)成軟弱夾層原狀樣封裝區(qū)，軟弱夾層原狀樣封裝區(qū)外設(shè)有墊塊，所述墊塊包括頂部墊塊和底部墊塊，頂部墊塊位于頂部水泥封面外表面上、底部墊塊位于底部水泥封面外表面上，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，頂部墊塊的厚度為軟弱夾層原狀樣高度的1/7?2/7倍。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的軟弱夾層原狀樣的取樣及試驗裝置，其特征在于:所述墊塊包括頂部墊塊、底部墊塊和側(cè)向墊塊，側(cè)向墊塊位于取樣管的外表面上。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的軟弱夾層原狀樣的取樣及試驗裝置，其特征在于: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。4.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的軟弱夾層原狀樣的取樣及試驗裝置，其特征在于:所述取樣管管口處的管壁外緣設(shè)有倒角。
【專利摘要】本實用新型提供了一種軟弱夾層原狀樣的取樣及試驗裝置，包括取樣管，以及位于取樣管兩端管口中的頂部水泥封面和底部水泥封面，頂部水泥封面和底部水泥封面封閉取樣管兩端的開口構(gòu)成軟弱夾層原狀樣封裝區(qū)，軟弱夾層原狀樣封裝區(qū)外設(shè)有墊塊，所述墊塊包括頂部墊塊和底部墊塊，頂部墊塊位于頂部水泥封面外表面上、底部墊塊位于底部水泥封面外表面上，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，頂部墊塊的厚度為軟弱夾層原狀樣高度的1/7～2/7倍；該裝置攜帶方便，室內(nèi)試驗操作簡單，在盡可能少的擾動軟弱夾層的情況下，能夠保證取得野外軟弱夾層是原狀樣。
【IPC分類】G01N1/04, G01N3/24
【公開號】CN205228856
【申請?zhí)枴緾N201521096086
【發(fā)明人】胡斌, 冉秀峰, 祝凱, 姚文敏, 李俊, 余海兵, 寇天, 和大釗, 李華舟, 毛元靜
【申請人】中國地質(zhì)大學(xué)（武漢）
【公開日】2016年5月11日
【申請日】2015年12月22日