[发明专利]一种大型土石混合土样室内压缩仪与填土变形、稳定性计算方法

说明书

本发明提供了一种大型土石混合土样室内压缩仪与填土变形、稳定性计算方法，其压缩仪包括加载与测试系统和试样容纳装置，其中试样容纳装置包括容纳试样的护环，以及与试样连接的定量加湿器，以及沿试样环向设置的多个压力盒；加载与测试系统包括加压于试样顶部的千斤顶，以及与千斤顶控制连接的自动控制与记录装置，还包括与自动控制与记录装置双向连接的压力传感器，并在试样的顶部还设置有多个位移传感器，本仪器可应用于对大粒径土石混合土样压缩试验，可测试不浸水、增湿或浸水条件下土样的压缩系数、压缩模量、压缩指数、回弹指数、次固结系数、侧压力系数、激发角等参数，能解决大粒径土石混合料在高填方区的变形问题和稳定性问题。

技术领域

本发明涉及室内土体压缩领域，特别是一种大型土石混合土样室内压缩仪与填土变形、稳定性计算方法。

背景技术

近年来，随着我国工程用地的日益紧张，以及考虑到工程施工和运行期间对人居环境的影响，诸多电厂、变电站等大型工程项目选址在山区。山区地质条件复杂，在场平回填过程中为了尽可能保证挖填方平衡，填方区采用的填料大多为挖方区的残坡积土与强风化、中风化岩石破碎料的混合料。该类混合料粒径差异大，传统土工试验室所用压缩试验仪试样直径较小不能满足土石混合料的试验需求。土石混合料的工程性质参数难以求取，导致填方区地基变形、填方区基坑支护、边坡稳定性评价成为岩土工程界面临的一个难题。

填方区地表的沉降一般较大，具体数值与填料性质，填筑工艺和最终填料的密实程度有关。事实上，工程实践中关心的是填方区土方填筑完成，对沉降敏感建(构)筑物建成或设备就位后填土产生的沉降，该部分沉降也叫工后沉降。根据工程经验，工后沉降往往达到填土厚度的0.1％～3％。过大的工后沉降是导致工程建(构)筑倾斜、开裂，设备不能正常运行的主要原因。

在大气降水、管线渗漏影响下，土体中孔隙被水充满后，因含水量过高会削弱土体的强度，填方区土体浸水或增湿后往往还会产生附加压缩，该部分压缩导致的地面沉降也是导致工程事故的重要因素，因此需要提前测量饱和土的性能。

传统压缩试验测试指标为压缩模量、压缩指数、回弹指数、次固结系数等变形参数，不能模拟增湿后的土体工程性状；对于基坑支护设计以及边坡设计所需的侧压力系数和内摩擦角参数也不能求取。

发明内容

本发明将通过加大传统压缩仪尺寸，以满足大粒径土石混合料的试验要求，所求参数可以用来计算评价填土工后沉降；并增加土样定量增湿功能，可以模拟填土在增湿或浸水后产生的附加沉降；同时还增加试样侧限环向压力测试功能，可以求得混合料侧压力系数，经理论分析进一步求得、激发角和内摩擦角，可为填土区基坑支护和边坡设计提供参数。

本发明所采用的技术手段如下所述，

一种大型土石混合土样室内压缩仪，包括加载与测试系统和试样容纳装置，其中试样容纳装置包括容纳试样的护环，以及与试样连接的定量加湿器，以及沿试样环向设置的多个压力盒；加载与测试系统包括加压于试样顶部的千斤顶，以及与千斤顶控制连接的自动控制与记录装置，还包括与自动控制与记录装置双向连接的压力传感器，并在试样的顶部还设置有多个位移传感器。

作为优选，护环的下部还设置一基座，基座和护环围成一顶部开口的容置空间，在该容置空间内：抵靠护环内壁具有一环刀，试样置于环刀内，压力盒设置于试样和环刀之间，在试样上下还分别设置有上透水钢板和下透水钢板，在上透水钢板的上方设置一加压盖板。

作为优选，在下透水钢板的下方分别连接设置有进水管和增湿管，增湿管上设置定量加湿器；在上透水钢板的上方分别连接设置有排水管和排气管，排气管和增湿管连通。

作为优选，千斤顶通过二柱式加载架承载，且千斤顶加压于加压盖板上。

基于一种大型土石混合土样室内压缩仪的填土变形、稳定性计算方法，通过自动控制与记录装置向试样施加压力，并通过以下公式计算常规土试样在主固结完成后通过次固结作用产生的沉积量：