一种胶结土实体结构无侧限抗压强度现场测试方法与流程

1.本发明涉及胶结土力学性质测试领域,具体涉及一种胶结土实体结构无侧限抗压强度现场测试方法。


背景技术：

2.胶结土是一种利用胶凝材料、土料和水，按一定比例拌和、摊铺、碾压、养护形成具有一定强度的材料，可用于水利工程的填筑、防护及加固处理，也可用于特殊土改性。无侧限抗压强度是胶结土力学性能最重要的参数之一，也是工程设计首要考虑的指标之一。目前，胶结土无侧限抗压强度通过室内成型试件测试，该方法可以指导胶结土配比设计，但无法对工程实体胶结土强度进行评价。而实体强度是验证工程质量是否满足设计要求的主要依据，须客观准确测试评价。胶结土经碾压填筑后，并且经过一定时间养护后，其力学性质介于土与混凝土之间，土体偏于半刚性材料，采用常规钻探取样的方法对土体扰动程度大，取样过程中土体易破裂，难以保证试样的完整性，对胶结土无侧限抗压强度测试结果的准确性影响很大。
3.综上所述，现有常规钻探取样的方法对土体扰动程度大，取样过程中土体易破裂，存在难以保证试样的完整性，以及对胶结土无侧限抗压强度测试结果的准确性影响很大的问题。


技术实现要素：

4.本发明的目的是为了解决现有常规钻探取样的方法对土体扰动程度大，取样过程中土体易破裂，存在难以保证试样的完整性，以及对胶结土无侧限抗压强度测试结果的准确性影响很大的问题，进而提供一种胶结土实体结构无侧限抗压强度现场测试方法。
5.本发明的技术方案是：
6.一种胶结土实体结构无侧限抗压强度现场测试方法，它包括以下步骤：
7.步骤一：完成对无侧限抗压强度发射装置的连接和调试工作；
8.步骤二：通过无侧限抗压强度发射装置将射钉分组射入胶结土中；
9.步骤三：检查射钉射入胶结土中的牢固性与垂直度，如果射钉不牢固或偏离法向位置，应拔出射钉重新操作，如果射钉垂直射入，则使用游标卡尺测量钢钉外露长度；
10.步骤四：每组发射多支射钉，以射钉外露长度的平均值作为试验结果，建立胶结土无侧限抗压强度与射钉外露长度的关系式，通过实验室条件下建立胶结土无侧限抗压强度与射钉外露长度关系式，便可对胶结土工程实体无侧限抗压强度进行测试，现场采用相同的试验方法在胶结土表面射钉和采集数据，将所得到的射钉外露长度代入关系式，便可计算推定胶结土工程的实体强度，带入关系式计算现场实测强度值，满足工程设计要求的强度标准是合格的，否则视为不合格：
11.q
u
＝ae
bl
12.其中：
13.q
u
——胶结土无侧限抗压强度，mpa；
14.l——每组射钉的平均外露长度，mm；
15.a,b——某一工况下回归方程系数，是常数；
16.步骤五：依据上述操作方法，在胶结土表面上射钉和测量外露钉长数据，能够对胶结土强度进行检测，进而评估胶结土填筑体的工程质量是否满足设计要求。
17.本发明与现有技术相比具有以下效果：
18.1、本发明通过精确控制的动力将钢钉射入胶结土中，测量射钉外露长度，通过建立射钉外露长度与胶结土无测限抗压强度的经验关系式，据此对胶结土填筑体力学性能进行评估，进而评定工程质量是否达到设计要求。
19.2、本发明的胶结土实体结构无侧限抗压强度现场测试方法简单、便于操作、测量迅速，可在几分钟之内完成，数据准确、可靠，现场检测效率大幅提升。
20.3、本发明采用的射钉器能够快速射入到胶结土中，避免了钻探时对胶结土周围土体的扰动，取样过程土体不易破裂。射钉法是直接对胶结土工程实体无侧限抗压强度的快速测试方法，无需进行取样测试，由于本发明取样完整，因此，本发明能够保证对胶结土无侧限抗压强度测试结果的准确性。
附图说明
21.图1是本发明的结构示意图。
22.图2是胶结土无侧限抗压强度与射钉外露长度回归曲线。
23.图3是胶结土无侧限抗压强度实体工程测试结果。
具体实施方式
24.具体实施方式一：结合图1说明本实施方式，本实施方式的一种胶结土实体结构无侧限抗压强度现场测试方法，它包括以下步骤：
25.步骤一：完成对无侧限抗压强度发射装置的连接和调试工作；
26.步骤二：通过无侧限抗压强度发射装置将射钉分组射入胶结土中；
27.步骤三：检查射钉射入胶结土中的牢固性与垂直度，如果射钉不牢固或偏离法向位置，应拔出射钉重新操作，如果射钉垂直射入，则使用游标卡尺测量钢钉外露长度；
28.步骤四：每组发射多支射钉，以射钉外露长度的平均值作为试验结果，建立胶结土无侧限抗压强度与射钉外露长度的关系式，通过实验室条件下建立胶结土无侧限抗压强度与射钉外露长度关系式，便可对胶结土工程实体无侧限抗压强度进行测试。现场采用相同的试验方法在胶结土表面射钉和采集数据，将所得到的射钉外露长度代入关系式，便可计算推定胶结土工程的实体强度。带入关系式计算现场实测强度值，满足工程设计要求的强度标准是合格的，否则视为不合格。
29.q
u
＝ae
bl
30.其中：
31.q
u
——胶结土无侧限抗压强度，mpa；
32.l——每组射钉的平均外露长度，mm；
33.a,b——某一工况下回归方程系数，是常数；
34.步骤五：依据上述操作方法，在胶结土表面上射钉和测量外露钉长数据，能够对胶结土强度进行检测，进而评估胶结土填筑体的工程质量是否满足设计要求。
35.具体实施方式二：结合图1说明本实施方式，本实施方式的步骤一中的无侧限抗压强度发射装置包括射钉器1、多个射钉2、空气压缩机3和软管4，多个射钉2安装在射钉器1上，射钉器1与空气压缩机3之间通过软管4连接。如此设置，射钉器1是动力射击装置，用于发射钢钉进入胶结土内。所述空气压缩机3是给驱动装置提供恒定的气动压力，保证钢钉以相同速率射入胶结土中。所述游标卡尺是测量射钉贯入胶结土后的外露长度工具。其它组成和连接关系与具体实施方式一相同。
36.具体实施方式三：结合图1说明本实施方式，本实施方式的射钉2用淬火的合金钢制成的钢钉，尖端锋利，上端平整。如此设置，射入后便于拔出。其它组成和连接关系与具体实施方式一或二相同。
37.具体实施方式四：结合图1说明本实施方式，本实施方式的步骤一中对无侧限抗压强度发射装置的连接和调试工作为：将射钉2装入射钉器1，通过软管4将射钉器1与空气压缩机3紧密连接。如此设置，使用前连接和调试方便，结构简单，易于操作，节省现场的测试时间。而且对于不同路段的胶结土设计要求，可以设定不同的压力。其它组成和连接关系与具体实施方式一、二或三相同。
38.具体实施方式五：结合图1说明本实施方式，本实施方式的步骤二中射钉2射入胶结土中的射入恒定压力为0.3mpa，射钉器1的管口距离待测胶结土体表面50mm，相邻两个测点间距不小于150mm。如此设置，射钉器的管口连接长为50mm内壁光滑的圆柱形定位导管，使射钉器管口与待测胶结土试样表面保持垂直。射钉压力和射钉距离控制为固定值时，可以保证射钉贯入胶结土中做功的一致性，以确保测量射钉外露长度结果的真实性和准确性。
39.其它组成和连接关系与具体实施方式一、二、三或四相同。
40.具体实施方式六：结合图1说明本实施方式，本实施方式的步骤二中每组发射3支射钉2。如此设置，便于取平均值，保证现场测试结果的准确度。其它组成和连接关系与具体实施方式一、二、三、四或五相同。
41.具体实施方式七：结合图1说明本实施方式，本实施方式的步骤三中使用游标卡尺测量射钉外露长度精确至0.01mm。如此设置，便于保证测试结果的精确度。其它组成和连接关系与具体实施方式一、二、三、四、五或六相同。
42.现场测试说明如下：
43.首先通过室内试验建立了胶结土的无侧限抗压强度与射钉的外露长度的相关关系。试验方法如下：
44.固定射钉器，使其垂直对准直径61.8mm、高150mm的圆柱形胶结土试样，控制射钉的射入压力为0.3mpa，射钉器的管口连接长为50mm内壁光滑的圆柱形定位导管，使射钉器管口与待测胶结土试样表面保持垂直，然后手动操作发射钢钉，测量钉贯入胶结土后的外露长度，每个试样测试3次取平均值，最后对试样进行无侧限抗压强度试验。
45.基于最小二乘法回归计算的胶结土无侧限抗压强度与射钉的外露长度的具有很好的指数函数关系，如式(1)所示，其相关系数在0.96以上，对于非线性拟合，常用相关系数r来衡量自变量和因变量之间的相关关系的强弱，r2越接近1,表明方程回归效果越显著，两
个变量关系相关性越大。这里的自变量是射钉外露长度，因变量是胶结土无侧限抗压强度，相关系数在0.96以上表明建立的回归方程是有效的。如图2所示。
46.q
u
＝0.0002e
0.2196l
ꢀꢀ
(1)
47.其中：q
u
——胶结土无侧限抗压强度，mpa；l——每组射钉的平均外露长度，mm。
48.基于胶结土的无侧限抗压强度与射钉的外露长度相关关系的建立，采用射钉法在黑龙江省胖头泡蓄滞洪区胶结土堤防示范工程进行了工程实体强度测试。现场采用射钉法选择3个断面进行了无侧限抗压强度的测试，现场测试情况如图2所示，射钉外露长度数据如表1所示，测试结果经过回归计算得到胶结土堤防无侧限抗压强度，如图3所示。结果表明，坝体无侧限抗压强度在4mpa左右，强度指标能够满足工程设计要求，验证了采用射钉法进行胶结土堤坝工程实体强度测量的准确性与实用性。
49.表1工程实体射钉外露长度测量结果(单位：mm)
50.测试点数1#测试断面2#测试断面3#测试断面146.2246.8647.37246.2447.1246.63346.4246.2747.32446.5346.6446.76546.1646.2447.02646.4846.7647.36746.4146.8347.23846.7646.9947.35946.646.8347.011046.5346.7947.091146.1946.3546.331246.4546.445.721346.3746.5345.65