[发明专利]一种常温条件下制备高含冰量冻土试样的方法

说明书

本发明公开了一种常温条件下制备高含冰量冻土试样的方法，属于冻土试样制备技术领域，包括如下步骤：(1)用量计算、(2)原料准备、(3)分层击实处理、(4)饱和及冻结试样、(5)检验试样。本发明工艺简明易操作，对试验场所要求不高，常温实验室即可，成本低廉，试件质量稳定可控，试验结果精确。可根据试验要求灵活调整试样配合比及尺寸，为广泛开展高含冰量冻土力学试验提供可靠的试样保证。

技术领域

本发明属于冻土试样制备技术领域，具体涉及一种常温条件 下制备高含冰量冻土试样的方法。

背景技术

随着西部大开发的深入开展，在寒区修建公路、铁路及管道运输等 工程日益增加，如青藏铁路全长1925km,穿越多年冻土区长度为632km， 其中有221km为高含冰量冻土区。地基冻土随温度条件的变化力学性能 变得极不稳定，导致铁路路基产生沉降和冻胀，而这些工程地质问题将 严重影响青藏铁路的安全运营。为解决这些技术难题人们对冻土的力学 与变形特性进行了大量研究，但多数研究都集中于低含冰量冻土，对于 高含冰量冻土的相关研究却讨论很少，为了寒区经济更好的发展与已建 工程的运营维护，都需要我们重视加强对高含冰量冻土的研究，而开发 一种操作简便成本低廉的试样制备方法，则能很大程度上促进更多研究 人员对高含冰量冻土进行研究。

制备符合要求的高含冰量冻土试样是长期的技术难题，传统 制备方法在常温下适用(分层击实法，固结法，压样机整体压实 法)，但不适于高含冰量冻土的制备。查阅文献可知目前对于高 含冰量冻土试样的制备主要在负温实验室中进行，将干土、冰粉 末和液态水均匀混合制备。曾有专利(CN 102230856 A)公开了 一种较为成熟的制样方法，在负温实验室下利用机械式油压千斤 顶采用两端压实法压至要求高度，但对制样所需的设备要求较高、 成本较大(部分器材需机加工单独定制)，并且未进行饱和过程， 不利于高含冰量冻土试验的广泛开展。从而，提供一种借助市场 易购得的低成本设备，能够在常温实验室中制备高含冰量冻土的 方法，对广泛开展高含冰量冻土的研究具极大的现实意义。

发明内容

本发明的目的是提供一种常温条件下制备高含冰量冻土试 样的方法。

本发明的上述技术目的是通过以下技术方案实现的：

一种常温条件下制备高含冰量冻土试样的方法，包括如下步 骤：

(1)用量计算：

计算试样所需干土、冰粉末和液态水对应的质量：根据实测 试样比重和给定的含水率，在试样尺寸确定的条件下，计算出三 层击实层对应试样所需的干土、冰粉末和0.0℃液态水对应的质 量；

(2)原料准备：

干土、冰粉末和液态水原料准备：将每层试样所需干土称量 出，并分别单独密封装盆置于冰柜中备用；用榨汁机将冰格中冻 结24h以上的冰块破碎，然后使用方孔筛筛出所需粒径的冰粉末 并密封装盆冷冻备用；将液态水降温至0.0℃备用；

(3)分层击实处理：

干土、冰粉末和液态水均匀混合并分层击实：依照步骤(1) 计算结果，操作人员手持不锈钢盆伸入冰柜人工混合干土与冰粉 末，混合均匀后将其降温至-10.0℃；随后倒入0.0℃液态水迅速 搅拌均匀，此时用红外测温枪实时监控混合物表面温度，确保表 面处于-2.0℃～-0.5℃；接着在不高于20.0℃的环境下迅速击实本 层土样，将模具表面温度不高于-0.2℃的击实土样随模具置于冰 柜中；重复步骤(2)和步骤(3)，直至单个试样按照规范分层 击实完毕，并在三瓣模下部用环氧树脂板封闭、上部用透水板封 闭，最后置入不高于-20℃冰柜快速冻结不低于10h；

(4)饱和及冻结试样：