[发明专利]结构性各向异性软黏土原位强度测试装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种结构性各向异性软黏土原位强度测试装置及方法，具体指针对海相或湖相结构性各向异性软黏土不排水抗剪强度，采用不同的十字板头进行的原位测试技术，可精确获取和评价软黏土的各向异性抗剪强度，适用于岩土工程、水利工程、海洋工程及港口通航工程技术领域中。

背景技术

海相或湖相沉积的软黏土常具有一定的结构强度，具体表现在重塑样及原位样屈服强度差异较大，取样时的扰动影响会破坏其物性结构组成，降低其屈服强度。软黏土的结构强度强弱不一，与赋存环境、应力状态及沉积年代等因素有关，在工程设计中不能忽视其结构强度的存在。十字板剪切试验是一种较为有效的原位不排水抗剪强度测试方法，将十字板头贯入软土中转动测试土体破坏时力矩，进而计算土的抗剪强度，所测值由于是基于原位的测试，可以忽略对场地土的扰动，不会破坏其固有结构强度，操作简洁方便，测试值真实可靠，应用广泛。

目前常见的十字板板头，一般为长宽比H:D=2:1的矩形板头，计算抗剪强度时假定土体水平向和竖直向抗剪强度值相等。对于结构性软黏土黏土矿物成分吸附性、亲水性强，有机质粒径小，具有表面活性和粘滞性，表现出一定的各向异性及具有一定的结构强度特性，同时由于地质沉积条件及先期固结压力的影响，竖直向与水平向抗剪强度差异较大，不同于一般的软黏土，如假定按各向同性处理就会产生较大误差，应引起工程勘察单位的重视。

鉴于上述问题，现有的测试设备和测定方法已不能满足工程设计的需求，有必要提供一种测定此类土各向异性抗剪强度的设备和方法，精确判定水平向和竖直向抗剪强度，同时测定45°倾斜向的抗剪强度，通过所获取的原位测试成果与室内试验进行对比，综合分析和评价其结构性及各向异性抗剪强度特性，更好地为工程设计服务。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：针对上述存在的问题提供一种结构性各向异性软黏土原位强度测试装置及方法，以精确测定和解析结构性各向异性软黏土土层水平向、竖直向及45°倾斜向的抗剪强度值。

本发明所采用的技术方案是：结构性各向异性软黏土原位强度测试装置，其特征在于：它包括同轴布置且无法绕该轴线相对转动的矩形十字板头和三角形十字板头；所述矩形十字板头包括两片垂直交叉形成十字形的矩形板体Ⅰ，以及与板体Ⅰ固定连接的中空探杆杆轴Ⅰ，两板体Ⅰ的交叉线与杆轴Ⅰ的轴线重合；所述三角形十字板头包括两片垂直交叉成十字形的三角形板体Ⅱ，以及与板体Ⅱ固定连接的探杆杆轴Ⅱ，两板体Ⅱ的交叉线与杆轴Ⅱ的轴线重合；所述杆轴Ⅱ同轴可拆卸的安装于杆轴Ⅰ内形成一个整体，同时两板体Ⅰ分别与两块板体Ⅱ一一对应拼接，且相对应的板体Ⅱ与板体Ⅰ位于同一平面内，所述板体Ⅱ与板体Ⅰ相接侧的边长与板体Ⅰ宽度相等。

所述板体Ⅰ的长度H为100mm、宽度D为50mm。

所述板体Ⅱ为等腰直角三角形，其斜边的长度为50mm、直角边的长度a为mm。

进行结构性各向异性软黏土原位强度测试的方法，其特征在于步骤如下：

a、在待测场地中以1m为直径作一个圆，并沿圆弧均匀选定三个测试点，相邻两测试点所夹圆弧对应的圆心角均为120°；

b、采用测试装置在其中一个测试点进行原位十字板剪切测试，并记录下土体破坏时的扭力矩M₁；

c、将矩形十字板头和三角形十字板头分开，并分别采用矩形十字板头和三角形十字板头在余下两个测试点进行原位十字板剪切测试，并分别记录下土体破坏时的扭力矩M₂和M₃，并且保证三次测试深度相同；