一种节理性土工三轴试验制样方法与流程

本发明涉及节理性试样制作技术领域，尤其涉及一种节理性土工三轴试验制样方法。

背景技术：

节理在黄土中分布广泛，节理的存在为降雨通过浅表黄土通向深部黄土下渗提供了通道，但是这极易引起湿陷性极强的黄土结构发生失稳，降低边坡的稳定性。因此，节理性黄土的物理力学特性引起了学术界和工程界的广泛关注。

由于节理面的抗拉强度极低，在野外取样、室内试验削样过程中，节理面极易开裂，影响试验进程及试验的成功率。因此，探究一种人工制作含节理的重塑制样方法和制样器对于研究节理性黄土的物理力学特性极为重要。

传统的三轴试验试样的利记博彩app有两种，即“分三层击实法”重塑制样和“静压制样法”，但是它们都无法制作含节理的三轴试样，更不能制作出含不同倾角的节理性试样。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是提供一种节理性土工三轴试验制样方法，以制作出含不同节理倾角和不同节理数量的三轴试验试样，进而提高三轴试验的效率与准确性。

为解决上述问题，本发明所述的一种节理性土工三轴试验制样方法，该方法包括：

步骤s1、确定目标试样的节理相关数据，并根据所述目标试样中各子试样的体积和预设试样密度，计算出各子试样所需的土料质量；其中，所述节理相关数据包括节理数量、各节理的位置信息和倾角信息，所述目标试样由各节理划分出的子试样构成；

步骤s2、在所述目标试样中选择一处于边缘位置的第一子试样，根据其余子试样的形状大小选取与之形状大小相同的成模试块；其中，所述成模试块为单一试块或者组合试块；

步骤s3、按照所述成模试块和所述第一子试样在所述目标试样中的上下或左右位置关系，依序将所述成模试块和与所述第一子试样对应的土料放入成模套筒，并对该土料进行加压使所述第一子试样成型；

步骤s4、将成型的所述第一子试样从所述成模套筒取出，并将当前已成型的子试样当作成模试块，重复步骤s2~s3制作与所述第一子试样相邻的下一个子试样，直至制得所述目标试样；在制作过程中，对各子试样之间节理位置所在的自然接触面不进行刮毛处理，即可将这两接触面作为节理面。

优选地，所述成模试块由以下任意单一试块构成或其自身组合构成，或者由以下任意试块间的任意组合构成：

不同形状大小、截面呈方形或直角三角形的试块，且这些试块具有与所述成模套筒内壁弧度相适应的弧面。

优选地，所述截面呈直角三角形的试块具有30°角、45°角或者15°角。

优选地，在步骤s3中将所述成模试块和土料放入所述成模套筒之前，将下承柱置于所述成模套筒的底部，在放好所述成模试块和土料之后，接着放上上承柱；

所述步骤s3中对该土料进行加压使所述第一子试样成型，包括：

将所述成模套筒整体置于反力架的油泵上，操作加载杆使油泵上升对土料进行加压，直至所述上承柱完全进入所述成模套筒停止加压，静置使所述第一子试样成型。

本发明与现有技术相比具有以下优点：

1、本发明制样方法采用了静压分层制样的方式，将分层制样时对各子试样之间节理位置所在的自然接触面不进行刮毛处理，因此分层接触面即可认为是节理面；从一处于边缘位置的第一子试样开始，在成模试块的配合下依次制作出目标试样中的所有子试样，可制作倾角为0°~90°和不同节理数量的贯通型或非贯通型节理试样。

2、本发明制样方法对探究含不同倾角和/不同数量的节理性试样的力学特性有重要作用，能够有效提高三轴试验的效率与准确性。

附图说明

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。

图1为现有技术中制样器的结构示意图。

图2为本发明实施例提供的含水平节理目标试样的制作工艺图。

图3为本发明实施例提供的含45°倾角节理目标试样的制作工艺图。

图4为本发明实施例提供的含30°倾角节理目标试样的制作工艺图。

图5为本发明实施例提供的含15°倾角节理目标试样的制作工艺图。

图6为本发明实施例提供的含竖向节理目标试样的制作工艺图。

图中：1—顶盖，2—套筒，3—反力架，4—油泵，5—加载杆。

具体实施方式

参考图1~图6，其中，图1示出了一种现有制样器的结构示意图，其包括反力架3、设在该反力架3底板上的油泵4和加载杆5、用于成模的套筒2、上承柱2、下承柱5以及顶盖1和脱模柱8；制样时，上承柱2和下承柱5放于套筒2顶部和底部，套筒2放在油泵4上，操作操作杆7可以使油泵4加压和泄压，反力架3顶板上具有直径与套筒2内径相等的圆柱型通道，供套筒2内的试样穿出，加压前将顶盖1放于反力架3顶板圆柱型通道下方以抵住上承柱2。

在本发明制作目标试样的流程图中，除了成模试块其它的设备结构均是现有技术，由于流程中图比较多且结构顺序有变动，为了便于理解制作流程，就将其部件名称直接写在其部件上。

实施例1

本发明节理性土工三轴试验制样方法的具体步骤如下：

步骤s1、确定目标试样的节理相关数据，并根据目标试样中各子试样的体积和预设试样密度，计算出各子试样所需的土料质量。

在实际应用中，通常都是现有目标试样（最终想要得到的试样）的设计图或者构思，通过这个设计图或者构思可以确定出该目标试样中节理数量、各节理的位置信息和倾角信息等节理相关数据，比如一条位于中部的贯通型水平节理、两条均布且相互平行的45°倾角节理，可以理解的是，目标试样由各节理划分出的子试样构成，如目标试样有一条贯通型节理，那它就有两个子试样；当节理为非贯通型时，以该节理的前后延长线来划分子试样，只不过在制作过程中将该延长线上非贯通的位置进行刮毛处理即可。

步骤s2、在目标试样中选择一处于边缘位置的第一子试样，根据其余子试样的形状大小选取与之形状大小相同的成模试块。

其中，供选择的成模试块有不同形状大小、截面呈方形（包括长方形和正方形）或直角三角形的试块，且这些试块具有与成模套筒内壁弧度相适应的弧面；这里截面指的是纵向截面，可以理解的是，截面呈方形的试块用于制作水平或竖直的节理或者用于当垫块，截面呈直角三角形的试块，利用其斜边与直角边形成的0°~90°夹角（不包含0°和90°）制作不同倾角的节理，其中，直角有利于试块在成模套筒里的摆放和贴合；选取的成模试块可以是以上任意单一试块，也可以是任意的组合试块（这里“单一”和“组合”强调的是数量而不是种类），比如任意单一试块自身的组合或者任意试块间的任意组合，这取决于其余子试样的形状大小和备用的成模试块之间的配合情况。

为了便于推进制作过程，我们在目标试样中选择一处于边缘位置的第一子试样开始制作，该边缘位置可以是最上、最下或者是最左、最右。

步骤s3、按照成模试块和第一子试样在目标试样中的上下或左右位置关系，依序将成模试块和与第一子试样对应的土料放入成模套筒，并对该土料进行加压使第一子试样成型。

比如，当成模试块在第一子试样上方，那就先放土料，后放成模试块；当成模试块在第一子试样左边或右边时，那就先放成模试块再放土料，能避免土料乱散造成不便。其中，与第一子试样对应的土料指步骤s1中计算出所需质量的土料。

步骤s4、将成型的第一子试样从成模套筒取出，并将当前已成型的子试样当作成模试块，重复步骤s2~s3制作与第一子试样相邻的下一个子试样，直至制得目标试样。

在制作过程中，对各子试样之间节理位置所在的自然接触面不进行刮毛处理，即可将这两接触面作为节理面。也就是说，对于贯通型节理，则对形成该节理的两子试样的自然接触面整面不进行刮毛处理，而对于非贯通型节理，则只需对形成该节理的两子试样的自然接触面中该节理所涉及的部分面不进行刮毛处理，其它地方仍然需要刮毛以使这个地方不能形成节理面。

将成型的第一子试样从成模套筒取出，并将这个子试样当作成模试块，用来制作与该第一子试样相邻的下一个子试样，这里成为第二子试样，当第二子试样也成型时，如果还有其余子试样，那将已成型的连在一起的第一子试样和第二子试样一同当作成模试块，用来制作与该第二子试样相邻的下一个子试样即第三子试样，以此类推。

以上提到可利用不同形状大小、截面呈方形或直角三角形的试块构成任意组合，形成与其余子试样的形状大小相适应的成模试块。本发明以下实施例2~实施例6结合实际应用进行举例说明，其中，目标试样的尺寸为直径39.1mm、高度80mm的圆柱体，设定套筒2内直径39.1mm，高120mm，供选取的试块有：

（1）1#块（0°或90°）：直径39.1mm（与套筒2内直径相等）、高10mm的圆柱体；纵向截面为长方形，可制作0°或90°即水平或竖直节理。其中，为了方便，标记其为1#块，下同。

（2）2#块（45°）：沿斜对角将直径39.1mm、高39.1mm的圆柱体一分为二后的柱体；纵向截面呈等腰直角三角形，可制作45°倾角节理。

（3）3#块（30°或60°）：沿斜对角将直径39.1mm、高67.7mm的圆柱体一分为二后的柱体；纵向截面呈含30°的直角三角形，可制作30°或者60°倾角节理。

（2）4#块（30°或60°）：沿斜对角将直径21.5mm、高80mm的圆柱体一分为二后的柱体；纵向截面呈含15°的直角三角形，可制作15°或者75°倾角节理。

（3）5#块（0°或90°）：二分之一直径39.1mm、高20mm的圆柱体；纵向截面为正方形，可制作0°或90°即水平或竖直节理。

这里需要特别说明的是，以上具体尺寸和规格仅仅是举例说明，以便本领域技术人员理解本发明方案，并不是严格限定于此；举例所强调的重点是利用不同形状大小、截面呈方形或直角三角形的试块构成任意组合，形成与其余子试样的形状大小相适应的成模试块。

实施例2水平节理

参考图2，目标试样中含一条贯通型水平节理，节理位置在20mm高度处或者60mm高度处，因此选取两个1#块作为成模试块，制作过程具体如下：

（1）制样前，首先按照预先设定的节理位置，计算节理以下部分试样土的体积v1，并根据体积v1和预设的试样密度ρ1计算质量m1，用电子秤称取m1质量的土。

（2）如图2中（a）所示，将下承柱置于套筒2底部，然后将m1质量的土倒入中即图中的试样，然后分别将两个1#块和上承柱置于土样正上方，再然后将套筒2整体置于油泵4上，将顶盖1放在反力架3顶部圆孔之下，使用加载杆5和油泵4手动加压，使上承柱完全进入套筒2中为止。

（3）静置1分钟后油泵4泄压，将脱模柱置于下承柱下方，然后重新加压，使成型的子试样（即图中的试样）慢慢顶出，上承柱顶出后泄压，继续将其放在脱模柱底部，继续加压直至子试样完全顶出，过程如图2中（b）~（c）所示。

（4）计算节理以上部分试样的体积v2及质量m2，然后将步骤（1）~（3）所制得的节理以下部分的试样重新置于套筒2中，将m2质量的土倒在其上，并将上承柱和下承柱分别置于土样的顶部和下部，使用加载杆5转动液压油泵4，直至上承柱完全进入套筒2中，如图2中（d）所示。

（5）与步骤（3）类似，将成型的两个子试样全部顶出即制得目标试样，如图2中（e）所示。

实施例345°倾角节理

参考图3，目标试样中含一条贯通型45°倾角节理，节理从目标试样底部以45°夹角向上延伸，因此选取一个2#块、两个5#块和两个1#块，用于组合形成成模试块来制作第一子试样，其余制作过程具体内容参考实施例1即可。并且，在1#块、2#块、5#块的组合下，最多可制作4条45°倾角的平行节理，节理间距为10mm。

实施例430°倾角节理

参考图4，目标试样中含一条贯通型30°倾角节理，节理从目标试样底部以与底部呈60°夹角向上延伸，因此选取一个3#块和一个1#块，用于组合形成成模试块来制作第一子试样，其余制作过程具体内容参考实施例1即可。并且，在1#块与3#块组合下，可制作间距为10mm的2条含30°倾角的节理试样。

实施例515°倾角节理

参考图5，目标试样中含一条贯通型15°倾角节理，节理从目标试样底部以与底部呈75°夹角向上延伸，因此选取一个4#块作为成模试块来制作第一子试样，其余制作过程具体内容参考实施例1即可。

实施例6竖向节理

参考图6，目标试样中含一条贯通型竖向节理，节理位于目标试样中部，因此选取四个5#块作为成模试块来制作第一子试样，其余制作过程具体内容参考实施例1即可。如果要制作非贯通型节理，则根据节理长度选择5#块的数量，且对不涉及节理面的接触面进行刮毛处理。4个5#块相互组合，可制作不同长度、不同位置、贯通型或非贯通型的竖向或者水平节理。

以上实施例2~实施例6中主要是对含一条贯通型节理的目标试样的制作过程进行阐述，对于多条节理、非贯通型节理的制作，再结合实施例1中的阐述即可制得，此处不再赘述。