[发明专利]一种裂隙土抗压强度试验样品的制备方法

说明书

本发明公开了一种裂隙土抗压强度试验样品的制备方法。该制备方法包括如下步骤：提供模具，所述模具包括壳体，所述壳体内形成有空腔，所述壳体上开设有与所述空腔连通的切割导向槽；将土样装填至所述模具的空腔中；沿所述切割导向槽对所述模具内的土样切割以在土样上形成裂隙；及将切割后的所述土样自所述模具中取出，即得所述裂隙土抗压强度试验样品。本发明制备的土样的裂隙网络具有可控性与重复性。

技术领域

本发明属于土力学性质试验领域，涉及一种抗压强度试验样品的制备方法，该抗压强度试验样品为具有裂隙的土样。

背景技术

近年来，由于全球气候变化，极端干旱发生的频率和强度不断增加。在干燥过程中，土体会失水发生体积收缩，当收缩受到限制或诱导的拉应力超过了土的抗拉强度时，裂隙便随之产生，这称之为龟裂。龟裂会显著影响土体的力学性质及其在(环境)岩土工程地质工程领域(如地基、路面、斜坡、大坝、垃圾填埋覆盖层等)中的性能。一方面，裂隙的产生会破坏土体的完整性，在土体中产生软弱区，导致土体强度的降低和压缩性的增加，从而诱发滑坡、泥石流等工程地质问题；另一方面，裂缝可以为水流的入渗提供优先路径，增加土体中的孔隙水压力，降低有效应力，同样对土体的力学性质造成负面的影响。随着数字图像技术的不断发展，一般采用裂隙指标(表面裂隙比、总的裂隙长度、平均裂隙宽度、分形维数等)来评价土体的龟裂程度。目前关于裂隙的存在对土体力学性质的影响多集中在定性方面，既裂隙会削弱土体的强度、增加土体的压缩性，而关于定量的分析不同形态的裂隙网络(不同的裂隙指标：表面裂隙比、总的裂隙长度、平均裂隙宽度、分形维数等)与土体的力学性质(抗压强度、抗剪强度和压缩性等)之间的关系还不清楚。

含水的土样暴露于空气中发生失水蒸发、体积收缩，从而产生裂隙。裂隙的产生对土体物理力学性质有显著影响。目前大多数的研究集中在对土体龟裂发育过程的定量描述和机理解释，很少有学者通过制备含裂隙土去定量研究含裂隙土的裂隙参数(表面裂隙比、总的裂隙长度、平均裂隙宽度、分形维数等)与土体力学性质之间的关系。

而制备含裂隙土最常用的方式是通过干燥含水的土样来实现。为了研究裂隙的存在对土体强度的影响情况，Tang et al.(2020)[1]通过干燥土样的方法制备了含有裂隙的抗压土样(d：50mm；h：100mm)。首先，Tang et al.(2020)[1]将一定质量的湿土(25％含水率)分4次放入模具中进行压实；然后，将压实得到的土样放在多孔板上，在室温(22±2℃)条件下干燥至设定的含水率后，便得到裂隙土。采用类似的方法，徐彬等(2011)[2]、黄志全等(2014)[3]、韦秉旭等(2014)[4]、陈开圣(2018)[5]、Huang et al.(2019)[6]将不同压实度的直剪试样(d：60.8mm；h：20mm)在低温(70℃)、高温(105℃)和自然风干的环境条件下进行干燥后，制备了含有裂隙的直剪试样。上述方式存在如下问题：1)在土体中制造裂隙通常是通过干燥来实现，虽然这种方法比较符合野外的反复降雨-蒸发条件，但干燥过程中产生的裂隙有很大的随机性，不具有可复制性；2)干燥过程中产生的是裂隙网络，由一系列的横、纵、斜裂隙组合而成。即使是在相同的裂隙比、总的裂隙长度、平均裂隙宽度和分形维数的条件下，不同比例的横、纵、斜裂隙对样品的强度削减也是不尽相同的，常规的手段无法对其进行研究。

发明内容

针对上述技术问题，本发明的目的是提供一种裂隙土抗压强度试验样品的制备方法，其制备的土样的裂隙网络具有可控性与重复性。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种裂隙土抗压强度试验样品的制备方法，包括如下步骤：

提供模具，所述模具包括壳体，所述壳体内形成有空腔，所述壳体上开设有与所述空腔连通的切割导向槽；

将土样装填至所述模具的空腔中；

沿所述切割导向槽对所述模具内的土样切割以在土样上形成裂隙；及

将切割后的所述土样自所述模具中取出，即得所述裂隙土抗压强度试验样品。