土壤凍脹試驗方法

本文引用：MT/T593《人工凍土物理力學性能試驗》第2部分：土壤凍脹試驗方法

1  范圍

MT/T593 的本部分規(guī)定了人工凍土凍脹試驗所需試驗用儀器、設備，試驗步驟和結果計算。

本部分適用于人工凍土凍脹率和凍脹力的測定。

2  規(guī)范性引用文件

下列文件中的條款通過MT/T593的本部分的引用而成為本部分的條款。凡是注日期的引用文件，其 隨后所有的修改單（不包括勘誤的內容）或修訂版均不適用于本部分，然而，鼓勵根據(jù)本部分達成協(xié)議 的各方研究是否可使用這些文件的最新版本。凡是不注日期的引用文件，其最新版本適用于本部分。

MT/T 593.1  人工凍土物理力學試驗  第1部分：人工凍土試驗取樣及試樣制備方法

3  術語和定義

下列術語和定義適用于本標準。

3.1凍脹率  frost heave ratio

試樣在無側向變形無縱向荷載條件下，經單向凍結，其縱向的高度增量與試樣原高度比值。 3.2

3.2凍脹力  frost heave pressure

試樣在無側向變形無縱向荷載，且上下端面限制（無變形）的條件下，經單向凍結后所產生的單 位面積軸向推力。

3.3開敞系統(tǒng)凍脹試驗  frost heave test of open system

在試樣的一端供給恒溫水源，另一端保持在恒定負溫下所進行的凍脹試驗。

3.4封閉系統(tǒng)凍脹試驗  frost heave test of close system

試樣的一端無外部水源供給，并保持恒定環(huán)境溫度，而另一端保持在恒定負溫下所進行的凍脹試 驗。

4  試驗用儀器、設備

4.1  凍脹測定儀：冷端溫度低于-10℃,精度0.2℃。

4.2  應力及變形測試元件：壓力傳感器（量程0kN～100kN,精度1%）；位移傳感器（軸向量程0mm~ 50mm，精度1%；徑向量程0mm～25mm，精度1%）、數(shù)據(jù)自動采集系統(tǒng)。

4.3  溫度傳感器：量程 -40℃~+40℃,精度0.2℃。

4.4  量具：百分表、秒表、天平、定時鐘等。

5  基本要求

5.1  試樣

5.1.1  規(guī)格：采用常溫圓柱體試樣，φ（50 mm  ～150mm）×（25 mm  ～75mm），高徑比為0.5。

5.1.2  精度：外形尺寸誤差小于1.0%，兩端面平行度誤差不大于0.5mm。

5.1.3  制備：按MT/T 593.1中規(guī)定進行。

5.1.4  數(shù)量：不少于3個。

5.2 試驗環(huán)境溫度：（20±2）℃或同土樣原始地溫。

5.3 試驗前各試驗用儀器、設備應校正合格。

6 試驗步驟

6.1  調節(jié)凍脹儀器的冷板溫度到所需試驗溫度，其波動度為±0.2℃。若為開敞系統(tǒng)凍脹試驗，恒溫水 源溫度調到（20±2）℃或原始地溫，波動度為±0.2℃。

6.2  凍脹率測試

6.2.1  待冷板溫度達到試驗溫度時，將試樣放入凍脹儀中規(guī)定位置上，安裝調試好量表或位移傳感器。 若為開敞系統(tǒng)，需接通恒溫水源。

6.2.2  按1min，2min，5min ，10min，20min，30min ，1h，2h，3h，6h ，12h測讀試樣高度變化值，（12h 后每隔2h測讀試樣高度變化值），若為封閉系統(tǒng)凍脹試驗，直至讀數(shù)不變后1h為止，若為開敞系統(tǒng)凍脹 試驗，直至2h內試樣高度變化值小于等于0.02mm，或由數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)自動記錄。

6.3  凍脹力測試

6.3.1  待冷板溫度達到試驗溫度時，將試樣放入凍脹儀中規(guī)定位置上，安裝調試好量表或壓力傳感器， 若為開敞系統(tǒng)，需接通恒溫水源。

6.3.2 當試樣在某級荷載下間隔2h不再凍脹時，則試樣在該級荷載下達到穩(wěn)定，允許凍脹量不應大于 0.01mm，記錄施加的平衡荷載，或由數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)自動記錄。

7  結果計算

7.1  凍脹率計算

εfh  = Δh/ h0  × 100 …………………………………………………（1）

式中：

εfh ——t 時刻試樣的凍脹率， %；

Δh——0～t 時間內試樣的軸向變形，單位為毫米（mm）； h0 ——試驗前試樣高度，單位為毫米（mm）。

7.2  凍脹力計算

σ fh  = F / A  ………………………………………………………（2）

式中：

σ fh —— t 時刻試樣的凍脹力，單位為兆帕（MPa）；

F —— t 時刻試樣的軸向荷載，單位為牛頓（N）；

A —— t 試樣的截面積，單位為平方毫米（mm2）。

7.3  按試驗結果繪制試樣凍脹率與時間，凍脹力與時間的關系曲線。

7.4  凍脹率試驗或凍脹力試驗分別以三個試樣測量值的平均值作為試驗結果。將計算結果填入附錄A 表或附錄B表內。當三個試樣試樣凍脹率或凍脹力中的最大值和最小值與中間值之差均超過中間值的15% 時，該組試驗應重做。