DB15-T 2423-2021 高緯度多年凍土區(qū)公路凍土靜三軸壓縮試驗(yàn)規(guī)程

93.080.01CCS

P6615 DB15/T

2423—2021高緯度多年凍土區(qū)公路凍土靜三軸壓縮試驗(yàn)規(guī)程Static

triaxial

test

code

of

soil

of

in

highlatitude

permafrost

2021-10-15

發(fā)布 2021-11-15

實(shí)施內(nèi)蒙古自治區(qū)市場(chǎng)監(jiān)督管理局 發(fā)

布DB15/T

2423—2021 前言

.................................................................................

II1

...............................................................................

12 規(guī)范性引用文件

.....................................................................

13 術(shù)語和定義

.........................................................................

14 儀器與設(shè)備

.........................................................................

24.1

取樣設(shè)備

.......................................................................

24.2

試樣保存設(shè)備

...................................................................

24.3

制樣儀器與設(shè)備

.................................................................

24.4

試驗(yàn)儀器與設(shè)備

.................................................................

35 土樣采集與試樣制備

.................................................................

45.1

土樣要求

.......................................................................

45.2

試樣要求

.......................................................................

45.3

取樣及接收管理

.................................................................

45.4

試樣的制備

.....................................................................

56 試驗(yàn)步驟

...........................................................................

56.1 前期準(zhǔn)備

.......................................................................

56.2 測(cè)試過程

.......................................................................

67 試驗(yàn)結(jié)果計(jì)算分析

...................................................................

67.1

軸向應(yīng)變

.......................................................................

67.2

試樣面積的校正

.................................................................

67.3

主應(yīng)力差

.......................................................................

77.4

內(nèi)摩擦角和粘聚力

...............................................................

77.5

彈性模量

.......................................................................

8附錄

A（規(guī)范性） 凍土靜三軸壓縮試驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄表.........................................

9DB15/T

2423—2021 本文件按照GB/T

—《標(biāo)準(zhǔn)化工作導(dǎo)則 第1部分：標(biāo)準(zhǔn)化文件的結(jié)構(gòu)和起草規(guī)則》的規(guī)定起草。本文件由內(nèi)蒙古自治區(qū)交通運(yùn)輸廳歸口。內(nèi)蒙古大學(xué)、中國(guó)科學(xué)院西北生態(tài)環(huán)境資源研究院。再寶、邵帥、王繼偉、黃文斌、于彪、周明武、張曉宇、李慶林、王金利、白璐、倪宇飛、劉英國(guó)。IIDB15/T

2423—20211 范圍析等要求。本文件適用于高緯度多年凍土區(qū)各等級(jí)公路原狀土及重塑土，其他多年凍土區(qū)可參照?qǐng)?zhí)行。2 規(guī)范性引用文件文件。GB/T

土工試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)JTG

3430-2020 公路土工試驗(yàn)規(guī)程MT/T

人工凍土物理力學(xué)性能試驗(yàn)

第1部分：人工凍土試驗(yàn)取樣及試樣制備方法MT/T

人工凍土物理力學(xué)性能試驗(yàn)

第5部分：人工凍土三軸剪切強(qiáng)度試驗(yàn)方法3 術(shù)語和定義MT/T

593.1界定的以及下列術(shù)語和定義適用于本文件。3.1多年凍土 permafrost凍結(jié)狀態(tài)持續(xù)兩年及兩年以上的土（巖）。3.2高緯度多年凍土區(qū) high-latitude

我國(guó)東北北緯46°以北、存在多年凍土的地區(qū)。3.3原狀凍土試樣 frozen

soil

specimen從凍結(jié)地層中取得凍結(jié)原狀土，進(jìn)行加工而成的凍土試樣。3.4重塑凍土試樣 frozen

remolded

soil

specimen由原狀土經(jīng)烘干、破碎、配土、加工成型，再負(fù)溫凍結(jié)而成的凍土試樣。[來源：MT/T

593.1-2011，3.5]3.5DB15/T

2423—2021凍土靜三軸壓縮試驗(yàn) triaxial

compression

test

of

frozen

soil在試驗(yàn)儀器壓力室內(nèi)以不同的恒定圍壓（小主應(yīng)力σ=σ）對(duì)凍土試樣施加軸向壓力（主應(yīng)力差σ-σ）進(jìn)行剪切直至破壞的試驗(yàn)。3.6內(nèi)摩擦角 internal

friction

angle反映土的摩擦特性，由土顆粒的表面摩擦力及顆粒間的嵌入和聯(lián)鎖作用產(chǎn)生的咬合力構(gòu)成。3.7粘聚力 cohesion土體內(nèi)部相鄰各部分之間的相互吸引力。3.8彈性模量 elastic

應(yīng)力一半的應(yīng)力與相應(yīng)的應(yīng)變之比值。4 儀器與設(shè)備4.1 取樣設(shè)備風(fēng)鎬、土芯（巖芯）鉆具和其他設(shè)備等。4.2 試樣保存設(shè)備溫度控制箱：溫度

0

℃，精度

10

h內(nèi)溫度波動(dòng)度不超過0.5

℃。4.3 制樣儀器與設(shè)備4.3.1 量具天平：稱量1000

g，最小分度值0.1

g；天平：稱量500

g，最小分度值0.02

g；天平：稱量

g，最小分度值0.01

g；量筒：容積100

，最小刻度值1

mL；直角尺：200

mm×200

，分度1

mm卡尺：量程200

mm，最小刻度值0.02

mm。4.3.2 碎土設(shè)備顎式碎土機(jī)或其他碎土設(shè)備。4.3.3 成型設(shè)備擊實(shí)儀、環(huán)刀、切土盤、切土器、制樣機(jī)等。4.3.4 輔助設(shè)備

3430-2020T

0144-1993

的要求。DB15/T

2423—20214.4 試驗(yàn)儀器與設(shè)備4.4.1 凍土靜三軸壓縮試驗(yàn)儀凍土靜三軸壓縮試驗(yàn)儀（如圖1所示）由周圍壓力系統(tǒng)、溫度控制系統(tǒng)等組成。變速率可調(diào)，最大軸向荷載

kN；最大圍壓20

，波動(dòng)范圍不超過10

。4.4.2 應(yīng)力及變形測(cè)試元件壓力傳感器：量程0

kN～

kN，精度；位移傳感器：軸向量程0

mm～50

，精度；數(shù)據(jù)自動(dòng)采集系統(tǒng)等。4.4.3 溫度傳感器：量程

+40

℃，精度為

4.4.4 冷卻及溫控設(shè)備：溫度

℃～

℃，精度

10

h

0.5

標(biāo)引序號(hào)說明：1—制冷系統(tǒng)；2—油源；3—壓力室；4—保溫層；5—圍壓加載油路；6—圍壓測(cè)量裝置；7—軸向位移傳感器；8—軸向荷載加載活塞及壓力傳感器；9—框架；10—溫度傳感器；11—試樣；12—試樣底座。圖1 凍土靜三軸壓縮試驗(yàn)儀示意圖5.2.4 密度：重塑土密度與原狀土密度的差值小于等于

5.2.4 密度：重塑土密度與原狀土密度的差值小于等于

g/cm

。5 土樣采集與試樣制備5.1 土樣要求5.1.1 土樣塊體采集應(yīng)取細(xì)粒土、砂類土土樣，每塊土樣尺寸應(yīng)大于等于

mm×250

mm×250

mm；鉆孔采集時(shí)，土樣直徑大于等于

90

mm，高度大于等于

。5.1.2 每組凍土三軸壓縮試驗(yàn)需要試樣數(shù)量大于等于

6

個(gè)，需根據(jù)試驗(yàn)參數(shù)及要求預(yù)估取樣數(shù)量。5.1.3 采樣人等采樣說明，并給土樣貼上標(biāo)簽。5.2 試樣要求5.2.1 規(guī)格：試樣最小尺寸應(yīng)大于土樣中最大顆粒粒徑的

10

倍，試樣應(yīng)為直徑

61.8

mm、高度

125

mm或直徑

50

mm、高度

100

的圓柱形試樣。5.2.2 精度：外形尺寸誤差小于

1.0

%。5.2.3 配土：重塑土粗細(xì)顆粒應(yīng)混合均勻，試樣密度均勻。35.2.5 含水率：重塑土含水率與原狀土含水率，當(dāng)含水率小于等于

%時(shí)誤差小于等于

1

%，當(dāng)含水率大于

40

%

2

%，同一組試樣的含水率差值在±1

%范圍內(nèi)。5.3 取樣及接收管理5.3.1 凍土的取樣和接收，按下列步驟進(jìn)行：a)

從凍結(jié)剖面采集的凍土塊應(yīng)符合

5.1.1

土樣塊體尺寸要求；b)

采用鉆探方法采集凍土試樣時(shí)，在多年凍土段、凍結(jié)黏性地層中，宜采用快速干鉆法，避免擾動(dòng)凍土，取芯樣時(shí)，采用緩慢泵壓法退芯，土樣尺寸應(yīng)符合

5.1.1

鉆孔法土樣尺寸要求；c)

取出的試樣自上而下按順序擺放，作好土樣特征、取樣深度、取樣層位、土樣名稱、土樣數(shù)量等土樣記錄；d)

將土樣密封包裝，貼上標(biāo)簽，并注明“上、下”字樣，以示土樣層位；e)

將封裝好的凍土樣用保溫材料和密封袋包嚴(yán)，貼上標(biāo)簽并附土樣記錄裝入溫度控制箱；f)

冷藏運(yùn)輸至試驗(yàn)場(chǎng)所；g)

試驗(yàn)人員根據(jù)土樣記錄驗(yàn)收土樣，驗(yàn)收合格后在驗(yàn)收單上簽字登記；h)

將土樣按層位分別存放在溫度控制箱的指定位置，存放溫度按照試驗(yàn)需求確定，應(yīng)盡量減少存放過程中的搬運(yùn)，以減少對(duì)土樣的擾動(dòng)；i)

試驗(yàn)后的土樣，應(yīng)按照相關(guān)規(guī)程、規(guī)范及委托單位事先要求進(jìn)行保存。5.3.2 未凍土的取樣和接收，按下列步驟進(jìn)行：a)

土樣可在試坑、平洞、豎井、天然地面及鉆孔中根據(jù)需要選取代表性土進(jìn)行采??；b)

從現(xiàn)場(chǎng)采集的土樣應(yīng)符合

5.1.1

土樣名稱、土樣數(shù)量等土樣記錄；c)

將土樣立即密封包裝，貼上標(biāo)簽，并注明“上、下”字樣，以示土樣層位；DB15/T

2423—2021d)

將封裝好的非凍土樣浸入石蠟中，再次密封，標(biāo)上標(biāo)簽并附土樣記錄裝箱，運(yùn)至試驗(yàn)地點(diǎn)；e)

試驗(yàn)人員根據(jù)土樣記錄驗(yàn)收土樣，驗(yàn)收合格后在驗(yàn)收單上簽字登記；f)

將土樣按層位存放在常溫試驗(yàn)室內(nèi)；g)

試驗(yàn)后的土樣，應(yīng)按照相關(guān)規(guī)程、規(guī)范及委托單位事先要求進(jìn)行保存。5.4 試樣的制備5.4.1凍結(jié)原狀土試樣的制備，按下列步驟進(jìn)行：a)

在負(fù)溫試驗(yàn)室內(nèi)，開啟原狀土包裝，辨別土樣上下層次，用鋼鋸平行鋸平兩端，無特殊要求時(shí)，使試樣軸向與自然沉積方向一致；b)

用修土刀、切土盤、切土器或環(huán)刀等工具將土塊修整成型，使其符合

5.2.1、5.2.2

的規(guī)定；c)

制備過程中，描述土樣的情況，并記錄它的層位、顏色、有無雜質(zhì)、土質(zhì)是否均勻和有無裂縫等；d)

將制備好的置于所需試驗(yàn)溫度下恒溫養(yǎng)護(hù)，養(yǎng)護(hù)時(shí)間為大于等于

h；e)

選取有代表性土樣整體或分層分部位進(jìn)行天然含水率和干密度的測(cè)定，天然含水率的測(cè)試方法按照

GB/T

中

5.2

規(guī)定的烘干法進(jìn)行、干密度的測(cè)試方法按照

GB/T

50123-2019中

6.2

規(guī)定的環(huán)刀法進(jìn)行。5.4.2 凍結(jié)重塑土試樣的制備，按下列步驟進(jìn)行：a)

在試驗(yàn)室內(nèi)，小心開啟土樣密封層，記錄土樣的顏色、土類、氣味及夾雜物等，取有代表性土樣進(jìn)行天然含水率和干密度的測(cè)定，天然含水率和干密度的測(cè)試方法按照

GB/T

中

5.2

規(guī)定的烘干法進(jìn)行；b)

將土樣自然風(fēng)干，然后將其破碎、碾散，但切勿壓碎顆粒，然后測(cè)定其收濕含水率，收濕含水率的測(cè)試方法按照

GB/T

50123-2019

中

5.2

規(guī)定的烘干法進(jìn)行；c)

根據(jù)試驗(yàn)所需土樣數(shù)量和要求，將碾散后的土樣過篩，按規(guī)定過標(biāo)準(zhǔn)篩后，取出足夠數(shù)量的代表性土樣，然后分別裝入密封容器內(nèi)，標(biāo)以標(biāo)簽；d)

依據(jù)土樣天然含水率、干密度，計(jì)算并配置需水量，在限制蒸發(fā)條件下養(yǎng)護(hù)

24

h

樣含水率均勻；e)

徹底清洗模具，在模具內(nèi)表面涂一層隔離劑，然后將濕土樣分層裝模，按土樣天然密度將土樣夯實(shí)壓密，保證試樣密度與天然密度在允許誤差范圍內(nèi)，誤差范圍按

執(zhí)行；f)

將試樣連同模具貼上標(biāo)簽并密封在低于零下

℃的溫度控制箱內(nèi)進(jìn)行快速完全凍結(jié)；g)

將試樣在所需試驗(yàn)溫度下脫模，并用修土刀修整，使試樣符合

5.2.1、5.2.2

的要求；h)

將制備好的重塑凍土土試樣貼上標(biāo)簽（標(biāo)明來源、層位、重量、日期等），裝入塑料袋內(nèi)密封，置于所需試驗(yàn)溫度下恒溫養(yǎng)護(hù)，養(yǎng)護(hù)時(shí)間大于等于

h。6 試驗(yàn)步驟6.1 前期準(zhǔn)備6.1.1 核對(duì)試樣的來源、編號(hào)、密度、完整性，并做好記錄。6.1.2 儀器核查：凍土靜三軸壓縮試驗(yàn)儀管路應(yīng)通暢、活塞應(yīng)能滑動(dòng)，各連接處應(yīng)無漏氣，加壓系統(tǒng)DB15/T

2423—2021無氣泡溢出。6.1.3 開啟溫度控制系統(tǒng)，設(shè)置試驗(yàn)需要溫度，降低凍土靜三軸試驗(yàn)儀壓力室環(huán)境溫度至試驗(yàn)溫度并穩(wěn)定

1

h

以上，30

內(nèi)溫度波動(dòng)范圍不超過

0.1

℃視為溫度穩(wěn)定。6.1.4 把制作完成的的標(biāo)準(zhǔn)原狀凍土試樣或重塑凍土試樣套上橡皮膜裝入壓力室內(nèi)。6.2 測(cè)試過程6.2.1 將凍土靜三軸壓縮試驗(yàn)儀軸向壓頭與試樣輕輕接觸，固定位移并將讀數(shù)清零，測(cè)讀體變測(cè)量?jī)x的數(shù)值,然后開啟圍壓加載裝置施加圍壓至試驗(yàn)要求的數(shù)值，試驗(yàn)過程中圍壓波動(dòng)范圍不大

。6.2.2 軸向應(yīng)變速率取為

1

，試驗(yàn)開始階段，試樣應(yīng)變每增加

%～

%測(cè)記軸向荷載及變形各一次，當(dāng)應(yīng)變達(dá)

3

%以后，應(yīng)變每增加

0.7

%～

%測(cè)讀一次，當(dāng)接近峰值時(shí)應(yīng)加密讀數(shù)，體積變化由體變測(cè)量?jī)x隨時(shí)記錄。如果試樣特別硬脆或軟弱，可加密或減少測(cè)讀的次數(shù)。6.2.3 當(dāng)軸向應(yīng)力出現(xiàn)峰值時(shí)，繼續(xù)加載到軸向應(yīng)變?cè)黾?/p>

3

%～5

%；若軸向應(yīng)力無明顯減少時(shí)，應(yīng)按照

MT/T593.5-2011

中

20

%為止，記錄荷載及變形終值。6.2.4 試驗(yàn)結(jié)束后卸去軸向荷載和圍壓，描述試樣破壞后形狀，測(cè)定試驗(yàn)后試樣的含水率和密度，天然含水率的測(cè)試方法按照

GB/T

中

5.2

規(guī)定的烘干法進(jìn)行、干密度的測(cè)試方法按照

GB/T50123-2019

中

規(guī)定的環(huán)刀法進(jìn)行。6.2.5 對(duì)其它試樣，不同圍壓下按

6.1.1～6.1.4

和

6.2.1～6.2.4

規(guī)定的步驟進(jìn)行。7 試驗(yàn)結(jié)果計(jì)算分析7.1 軸向應(yīng)變軸向應(yīng)變按式1計(jì)算：1

=

hih0

…………（1）式中：ε1—軸向應(yīng)變值，用百分比表示；

—軸向變形，單位為毫米（mm）；h0

—試樣起始高度，單位為毫米（mm）。7.2 試樣面積的校正試樣面積的校正按式2Aa

=

A01?1

…………（2）式中：—試樣的校正截面積，單位為平方毫米