非飽和三軸儀體變測(cè)量結(jié)果的分析與校正

文/殷浩 長(zhǎng)安大學(xué)地質(zhì)工程與測(cè)繪學(xué)院 陜西西安 710000

1、非飽和三軸儀概述

土壤測(cè)試試驗(yàn)裝置基本上分為以下幾種：土壤不飽和三軸裝置、扭剪三軸動(dòng)態(tài)測(cè)量?jī)x等。三軸電測(cè)量?jī)x有力工具強(qiáng)度、變形、水和土制主導(dǎo)的測(cè)量?jī)x。下面是不飽和土壤的三軸測(cè)量?jī)x發(fā)展歷程。

世界上最先出現(xiàn)的非飽和土三軸儀是由Bishop 和Donald在1961年發(fā)明創(chuàng)造的，距今已經(jīng)有相當(dāng)長(zhǎng)的一段歷史。當(dāng)今世界各個(gè)國(guó)家和一些地區(qū)中，非飽和土三軸儀也有相當(dāng)多的種類。非飽和土三軸試驗(yàn)測(cè)試影響測(cè)量準(zhǔn)確性的因素多、變量范圍較多，而且測(cè)試中所運(yùn)用的儀器較為粗糙、如果不是專業(yè)人員技術(shù)比較復(fù)雜不易掌握，：例如體積變化所產(chǎn)生的誤差、軸向應(yīng)變力所產(chǎn)生的誤差、孔隙壓力測(cè)量中存在的誤差、量力環(huán)誤差等等。

2、試驗(yàn)方案的提出和實(shí)現(xiàn)

飽和土試驗(yàn)根據(jù)排水條件的不同，固結(jié)排水、固結(jié)不排水與不固結(jié)不排水是根據(jù)排水條件不同的飽和土排水試驗(yàn)而區(qū)分出的三種試驗(yàn)類型。處于不同受力條件下的受力狀態(tài)分析，模擬真實(shí)條件下的受力狀態(tài)。與此同時(shí)，在沒(méi)有人員因素條件的影響下，它還可以進(jìn)行其他多種應(yīng)力組合分析試驗(yàn)。具體方案的制定，往往在三軸試驗(yàn)前，通常施工條件不同、建筑物的特點(diǎn)不同和施工方案不同等要求下可以適當(dāng)調(diào)整試驗(yàn)具體方案。三軸剪力試驗(yàn)是屬于一種比較完善的儀器和試驗(yàn)方法，與無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)、直接剪切試驗(yàn)比較，它可以自由靈活的測(cè)量土體內(nèi)的孔隙水壓力、控制排水條件，同時(shí)有比較均勻和明確的土體應(yīng)力條件。三軸試驗(yàn)可分為固結(jié)不排水剪( CU試驗(yàn))、不固結(jié)不排水剪(UU試驗(yàn))又稱快剪和固結(jié)排水剪( CD試驗(yàn))三種基本方法。

1.固結(jié)不排水剪( 也被廣泛稱作CU試驗(yàn))

讓試樣充分飽和，即在試驗(yàn)前先對(duì)試樣進(jìn)行飽和，再用三軸儀進(jìn)行試驗(yàn).首先將放水開(kāi)關(guān)打開(kāi)到開(kāi)的位置，用三軸壓縮儀進(jìn)行固結(jié)快剪試驗(yàn)，讓所選取的土樣在儀器當(dāng)中通過(guò)一定圍壓下排水固結(jié)。在關(guān)閉排水開(kāi)關(guān)之前，需要等試樣固結(jié)完畢，也就是說(shuō)試樣的孔隙水壓力要下降到一定的程度。之后再進(jìn)行剪切試驗(yàn)，要以較快的速度將試樣剪破，因?yàn)檫@樣才能確保試樣含水量保持恒定不變的數(shù)值，盡量使試樣在剪切過(guò)程中不再排水。

2.不固結(jié)不排水剪(也被廣泛稱作UU試驗(yàn))

對(duì)試樣不進(jìn)行排水固結(jié)的試驗(yàn)方法稱作不固結(jié)不排水剪試驗(yàn)法，試樣安裝時(shí)，不打開(kāi)排水閥，剪切過(guò)程中，試樣上要先套好橡皮膜。將處理好的試樣置于壓力室中，上下端面放置不透水薄片。先施加圍壓，進(jìn)行剪切，然后施加軸向壓力。直至剪切破壞均關(guān)閉排水閥，整個(gè)試驗(yàn)過(guò)程，試樣含水量保持不變。

3.固結(jié)排水剪(也被廣泛稱作CD試驗(yàn))

樣品在試驗(yàn)前完全飽和，進(jìn)行樣品飽和實(shí)驗(yàn)。固結(jié)快剪因?yàn)樵囼?yàn)的三軸壓縮裝置的使用，全部的過(guò)程是將排水閥打開(kāi)，特定的壓力下樣品不僅僅制作，充分融合。另外的進(jìn)程中剪切試驗(yàn)片中完全排水，為了試驗(yàn)片的含水量的變化，這只會(huì)慢慢剪切速率。

其中固結(jié)排水剪在固結(jié)和剪切兩個(gè)階段都有水從試樣內(nèi)部排出，更能體現(xiàn)體變測(cè)量精確與否的影響，因此，選用固結(jié)排水條件下的三軸試驗(yàn)方法，設(shè)置三組（六個(gè)）試驗(yàn)，分別在圍壓100kPa、200kPa、300kPa下測(cè)量毛烏素砂飽和試樣的內(nèi)、外體變量，并測(cè)量不安裝試樣情況下的外體變量（即底座抬升引起的體積變化），并對(duì)比差值，用以探究體變量測(cè)的精確性。

結(jié)論：

工程質(zhì)量重如山，工程實(shí)踐者，尤其是巖土工程實(shí)踐者，當(dāng)今必須審慎對(duì)待發(fā)生的工程問(wèn)題，應(yīng)該及早發(fā)現(xiàn)并提出合理解決問(wèn)題的方案，而不是等待問(wèn)題發(fā)生，特別是由于那些非飽和土而引發(fā)的重特大事故案件。諸如膨脹土、紅土、泡沫片層土、卷積特殊力土等特殊類型的土層。土工試驗(yàn)中，通過(guò)三軸儀可以測(cè)量土的強(qiáng)度、蓬松度、相應(yīng)力學(xué)性能，而且對(duì)于這些指標(biāo)的測(cè)試有著多種多樣的方式可供選擇。于同時(shí)，由于土體性能的不同，限于成本和可靠性考量，三軸試驗(yàn)當(dāng)前階段仍被大家廣為接受和信賴。然而由于試驗(yàn)儀器所限，所得出的試驗(yàn)結(jié)果與真實(shí)值還存在的不小的偏差。正是由于這樣的原因，筆者在總結(jié)前人的基礎(chǔ)上，提出了上文所述的試驗(yàn)方法，用以探究非飽和三軸儀體變測(cè)量結(jié)果的分析與校正。

[1]司韋.非飽和土的增濕試驗(yàn)及模型研究，清華大學(xué)碩士學(xué)位論文，2006.

[2]王保田.土工測(cè)試技術(shù)[M].南京:河海大學(xué)出版社，2000.

[3]張坤勇，殷宗澤，徐志偉.國(guó)內(nèi)真三軸試驗(yàn)儀的發(fā)展及應(yīng)用，巖土工程技術(shù)，2003(5):289-293.