(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210979208.7 (22)申请日 2022.08.16 (71)申请人 长沙理工大 学 地址 410114 湖南省长 沙市天心区万家丽 南路2段96 0号 申请人 中国铁路南宁局集团有限公司 (72)发明人 张锐　刘正楠　唐德力　刘昭京　 张嵛铭　敬涛　 (74)专利代理 机构 长沙市融智专利事务所(普 通合伙) 43114 专利代理师 颜勇 (51)Int.Cl. G01L 5/00(2006.01) G01N 1/28(2006.01) G01N 1/36(2006.01)G01N 33/24(2006.01) E02D 33/00(2006.01) (54)发明名称 一种膨胀土与支挡结构接触面法向膨胀力 测量方法及应用 (57)摘要 一种膨胀土与支挡结构接触面法向膨胀力 测量方法及应用， 包括制备与实际工况处膨胀土 的初始含水率和干密度一致的膨胀土预试件； 按 实际工况中膨胀土与支挡结构接触面法向与压 实方向之间的夹角β对预试件削样后， 制备环刀 样试件并进行恒体积膨胀试验， 得到该方向上的 恒体积膨胀力。 其应用是恒体积膨胀力为刚性支 挡结构上的膨胀力设计最小值或竖向变形对应 的上覆荷载为柔性支挡结构上的膨胀力设计最 小值。 本发明方法简单、 实施方便， 解决了本 领域 长期以来希望精确评价膨胀土支挡结构的稳定 性问题， 可以简便、 准确地测量作用于支挡结构 上发生一定膨胀变形后的膨胀力， 为膨胀土地区 土建工程设计提供了重要设计参数， 适于在工程 上进行推广应用。 权利要求书1页 说明书5页 附图3页 CN 115356029 A 2022.11.18 CN 115356029 A 1.一种膨胀土与支挡结构接触面法向膨胀力测量方法， 包括： 第一步： 根据实际工况处膨胀土的初始含水率和干密度， 按 《公路土工试验规程(JTG   3430—2020)》 要求， 通过模具静压制备膨胀土立方体预 试件； 第二步： 根据实际工况中膨胀土与支挡结构接触面法向与压实方向之间的夹角β， 确定 预设削样角度α， 对立方体预试件削样， 然后， 用环刀沿垂 直于切削面的方向压样， 得到环刀 样试件； 第三步： 按 《公路土工试验规程(JTG  3430—2020)》 要求， 对环刀样试件进行恒体积膨 胀试验， 量测得到的该 方向上的恒体积膨胀力即为 膨胀土与支挡结构接触面法向膨胀力。 2.根据权利要求1所述的一种膨胀土与支挡结构接触面法向膨胀力测量方法， 其特征 在于： 第一步中， 取实际施工现场的膨胀土烘干碾碎后过筛， 加水拌匀并焖料后制备膨胀土 立方体预 试件。 3.根据权利要求2所述的一种膨胀土与支挡结构接触面法向膨胀力测量方法， 其特征 在于： 制备立方体预 试件时， 模具内表面涂抹凡士林。 4.根据权利要求1所述的一种膨胀土与支挡结构接触面法向膨胀力测量方法， 其特征 在于： 第二步中， 将制备好的立方体预试件脱模后， 在 任意一个平行于压实方向的立方体表 面上划出两根平行的削样线， 所述削样线与压实方向的夹角为β， 与水平方向的夹角为α； 沿 两根平行的削样线分别对立方体预试件进 行切削， 切削方向垂 直于立方体划有削样线的表 面； 然后， 用环刀沿垂直于切削面的方向压样， 得到环刀样试件。 5.根据权利要求4所述的一种膨胀土与支挡结构接触面法向膨胀力测量方法， 其特征 在于： 夹角 α ＝90 ° ‑β， 削样线的长度大于环刀直径， 两根平行的削样线之间的距离大于环刀 高度。 6.根据权利要求5所述的一种膨胀土与支挡结构接触面法向膨胀力测量方法， 其特征 在于： 沿两根平行的削样线对立方体预 试件进行切削时， 切削刀表面涂抹凡士林。 7.一种膨胀土与支挡结构接触面法向膨胀力测量方法的应用， 按权利要求1 ‑6所述膨 胀土与支挡结构接触面法向膨胀力测量方法得到的恒体积膨胀力， 即为刚性支挡结构上的 膨胀力设计值。 8.一种膨胀土与支挡结构接触面法向膨胀力测量方法的应用， 按权利要求1 ‑6所述膨 胀土与支挡结构接触面法向膨胀力测量方法进行支挡结构 接触面法向膨胀力测量， 待恒体 积膨胀稳定后， 对上覆荷载分级卸荷， 直至卸荷后环刀样的竖向变形与柔性支挡 结构设计 变形量相同或相差不大于0.5％时， 所对应的上覆荷载， 即为柔性支挡结构上的膨胀力设计 值。 9.根据权利要求8所述的一种膨胀土与支挡结构接触面法向膨胀力测量方法的应用， 每一级卸荷后保持至少2h 。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 115356029 A 2一种膨胀土与支挡结构接 触面法向膨胀力测量方 法及应用 技术领域 [0001]本发明公开了一种土样膨胀试验方法， 特别指一种膨胀土与支挡结构接触面法向 膨胀力测量方法及应用， 属于公路膨胀土 土工试验技 术领域。 背景技术 [0002]膨胀土在我国分布十分广泛， 因富含蒙脱石及其混层矿物， 吸水后显著膨胀， 膨胀 受限时会对周围土体和结构物产生显著的膨胀压力作用， 对修建于其周围的构筑物构成严 重威胁， 造成了大量的经济损失。 实际工程中， 土体由于沉积、 固结和碾压等原因出现成层 现象， 重力方向与沉积面垂 直， 土中片 状黏土颗粒水平高度定向排列， 使得膨胀土的增湿膨 胀行为具有显著的各向异性(Avsar  E,Ulusay  R,Sonmez  H.Assessments  of swelling   anisotropy  of Ankara clay[J].Engineering  Geology,2009,105(1 ‑2):24‑31)。 在膨胀 土地区进 行支挡结构设计时， 作用于支挡结构上的膨胀力是关键计算参数。 在实际工程中， 支挡结构一般与水平方向呈某一夹角， 例如沿坡面设置的锚杆框架梁、 墙背倾斜的俯斜式 挡墙等。 然而， 目前国内外对于膨胀力的量测仅针对其竖向和侧向， 同时因膨胀力的存在， 且膨胀土的增湿膨胀行为具有显著的各向异性， 在计算支挡 结构上的膨胀土土压力时， 如 采用竖向和侧向膨胀力分解至墙背法线方向叠加求取膨胀力， 将出现该方向膨胀力大于竖 向膨胀力的情况， 这显然与实际不符。 因此， 计算支挡结构上的膨胀土土压力， 不能直接根 据竖向或侧向膨胀力套用力的 “平行四边形 ”法则进行求解。 另外， 根据 《膨胀土地区建筑技 术规范》 (GB50112 ‑2013)中的规定， 膨胀土地区的挡 墙墙背应设置厚度不小于0.5m的碎石 或砂卵石滤水层。 这种多孔的结构在具有滤水功能的同时， 势必会在较大 的膨胀力作用下 发生一定的形变， 进而导致膨胀土土压力的减小。 可见， 墙背缓冲层的压缩变形将导致膨胀 力的衰减， 故获取膨胀力随膨胀变形 的变化规律对于设有缓冲层的挡墙设计尤为重要。 但 在工程实践中， 一般通过折减恒体积膨胀压力来计入变形 的影响， 这种 经验性的方法易造 成设计的不安全或偏于保守。 因此， 为给膨胀土地区边坡稳定与加固提供关键参数， 一种经 济适用、 操作方便、 能获取膨胀土与支挡结构接触面法向膨胀力的测量方法亟 待开发。 发明内容 [0003]本发明的目的在于克服现有技术之不足， 提供一种膨胀土与支挡结构接触面法向 膨胀力测量方法及应用。 [0004]本发明一种膨胀土与支挡结构接触面法向膨胀力测量方法， 包括： [0005]第一步： 根据实际工况处膨胀土的初始含水率和干密度， 按 《公路土工试验规程 (JTG 3430—2020)》 要求， 通过模具静压制备膨胀土立方体预 试件； [0006]第二步： 根据实际工况中膨胀土与支挡结构接触面法向与压实方向之间的夹角β， 确定预设削样角度α， 对立方体预试件削样， 然后， 用环刀沿垂 直于切削面的方向压样， 得到 环刀样试件； [0007]第三步： 按 《公路土工试验规程(JTG  3430—2020)》 要求， 对环刀样试件进行恒体说　明　书 1/5 页 3 CN 115356029 A 3