本实用新型涉及隧道施工领域，尤其涉及一种用于无侧限抗压强度试验的黄土试件。
背景技术：
黄土广泛地分布于我国的西北地区,是一种第四纪沉积物,它具有多孔隙甚至肉眼可见、垂直节理发育、干燥时结构强度较高且压缩性低、受水易产生湿陷、不具有层理等特点。
黄土是以粉土为主，并含一定比例的细沙、极细砂和黏粒的沉积物，具体的，黄土以粉土颗粒为主，而其中又以粗粉砂占绝对优势，细粉砂含量很少。富含碳酸盐是国内黄土的显著特征之一，一方面，碳酸盐的存在有助于黄土形成特殊的结构和物理力学性质，另一方面，碳酸盐含量的变化反应了黄土形成时的古气候变化，黄土中的碳酸盐记录了黄土形成与演化的过程。
钙质结核是黄土中碳酸盐存在的方式之一，除caco3为主外，还有mgco3，钙质结核在黄土高原和其它干旱、半干旱地区的黄土中普遍发育，但在湿润、半湿润地区，黄土中就没有钙质结核。
不含钙质结核黄土使用取土器就能得到黄土试件，对于含钙质结核的黄土，由于试件制取困难，无法进行室内直接剪切试验，故无法在室内取得含钙质结核黄土的力学试验指标。
技术实现要素：
为了取得含钙质结核黄土的力学试验指标，科学地对含钙质结核黄土的围岩进行量化定级，本实用新型提供了一种用于无侧限抗压强度试验的黄土试件，将该黄土试件放置在路面材料强度试验仪的下加压板上，转动手轮使黄土试件的上表面与上加压板刚好接触，然后进行无侧限抗压强度试验。
实现本实用新型目的的技术方案如下：
一种用于无侧限抗压强度试验的黄土试件，包括土柱、矿脂层、用于填充土柱表面空洞的粉末削土，所述矿脂层位于土柱的两端面；
所述土柱采用原状土样在切土器中自上而下切削而成，所述原状土样的表面涂抹有矿脂，所述原状土样按照天然的层状结构固定在切土器的上下盘之间；
所述原状土样切削成土柱后，原状土样表面的矿脂形成黄土试件的矿脂层；
所述土柱表面因有杂物而形成空洞；
所述空洞使用切屑过程产生的粉末削土填补，使黄土试件表面平整。
黄土属于沉积岩的范畴，凡是沉积岩一般都有层理，虽然黄土的层理用肉眼不易观察到，但为了在制作黄土试件时不破坏原状土样的性能，本实用新型把原状土样按照天然层次放置在切土器上，采用自上而下的方式把原状土样切削成土柱，这样通过实验获取的黄土参数准确性更高，黄土围岩分级也更准确。
作为本实用新型的进一步改进，所述土柱的横截面为圆柱形，所述土柱的直径为50mm～60mm，所述土柱的高度与直径之比大于2。
本实用新型将土柱的高度与直径的比值大于2，是为了全面获取黄土层状结构，提高了黄土参数的准确性。
作为本实用新型的进一步改进，所述土柱的横截面为方形，所述土柱的高宽比大于2。
本实用新型将土柱设置成方柱，是由于方柱与圆柱相比，土柱周面切削成型更容易。
作为本实用新型的进一步改进，黄土试件放置在路面材料强度试验仪的上加压板和下加压板之间。
本实用新型涂抹矿脂层的目的，一方面是防止黄土试件水分蒸发，另一方面放置在上加压板和下加压板时，上下加压板上原有的赃物不易污染试件，也不易损伤试件的端面。
作为本实用新型的进一步改进，所述原状土样从原土层中取出，所述原状土样与原土层的力学性能相同。
本实用新型在原土层获取原状土样时，尽量避免原状土样发生扰动，不改变原状土样的应力状态，并且原状土样在运输时不产生扰动，避免取样及运输时外力对原状土样力学性能产生影响，杜绝原状土样产生变形。这样在无侧限抗压强度试验评价黄土的力学强度指标才更准确。
作为本实用新型的进一步改进，黄土试件与原土层的力学性能相同，所述黄土试件切削时不发生扰动。
由于无侧限抗压强度试验需要准确测定出原土层的力学性能，本实用新型的黄土试件与原土层的力学性能相同，提高了试验结果的准确度。
作为本实用新型的进一步改进，所述原状土样沿层状结构方向的两端切削成平面，所述原状土样为方柱形，所述原状土样的宽边尺寸略大于黄土试件的直径。
本实用新型的原状土样放置在切土器的上下盘之间，原状土样的宽边尺寸略大于黄土试件的直径，这样原状土样在切土器中切削量变小，缩短了原状土样在切土器中的切削时间。
与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：
1、黄土属于沉积岩的范畴，凡是沉积岩一般都有层理，虽然黄土的层理用肉眼不易观察到，但为了在制作黄土试件时不破坏原状土样的性能，本实用新型把原状土样按照天然层次放置在切土器上，采用自上而下的方式把原状土样切削成土柱，这样通过实验获取的黄土参数准确性更高，黄土围岩分级也更准确。
2、本实用新型把原状土样的上下两端面切削成平面，在切削好的平面上涂抹矿脂材料，然后把原状土样放置到切土器上切削成土柱的尺寸，从切土器上取下黄土试件，此时土柱两端的矿脂材料层依然存在，本实用新型的原状土样上涂抹矿脂材料能防止原状土样的水分蒸发。
附图说明
图1为原状土样切削成黄土试件的俯视图；
图2为原状土样切削成黄土试件的主视图；
图3为黄土试件的结构示意图。
图中，100、原状土样；200、黄土试件；210、土柱；220、矿脂层；230、粉末削土；1、第一层；2、第二层；3、第三层；4、第四层。
具体实施方式
下面结合附图所示的各实施方式对本实用新型进行详细说明，但应当说明的是，这些实施方式并非对本实用新型的限制，本领域普通技术人员根据这些实施方式所作的功能、方法、或者结构上的等效变换或替代，均属于本实用新型的保护范围之内。
在本实施例的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明创造和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明创造的限制。
术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明创造中的具体含义。
抗压强度是评价岩土体的一项重要力学强度指标，但岩石和土的试验方法及指标应用差异较大。岩石称为单轴抗压强度指标，土体称为无侧限抗压强度。目前，《公路土工试验规程jtje40-2007》规定土的无侧限抗压强度试验适用范围，是测定饱和软粘土的无侧限抗压强度及灵敏度，其试验方法和设备与这种饱和软粘土的试件相适应。国外与国内基本类似，美国astm标准规定适用于具有足够粘性的饱和粘质土和软粘土，英国bs1377-75标准规定适于饱和的无裂隙粘质土。
黄土是一种结构性粘质-粉质土，并可能含钙质结核或有一定的钙化。不含钙质结核黄土与含钙质结核黄土的工程性状差异很大。这种性状差异直接决定着黄土隧道围岩属于不同的围岩级别范围。对于含钙质结核的黄土，由于试件制取的困难，无法进行室内直接剪切试验，故无法取得含钙质结核黄土的力学试验指标。
本实施例根据黄土试件200的无侧限轴向抵抗压力的极限强度，对隧道的黄土围岩进行分级。适用于所有隧道的黄土围岩：饱和、非饱和黄土，钙化、含钙质结核或砂砾、岩屑的黄土。
将切削好的黄土试件200用卡尺测量其高度及上、中、下各部位直径，按下式计算其平均直径
式中：
将压力环安装到路强仪主机上，同时将将制备好的黄土试件200放在路强仪下加压板上，转动手轮，使其与上加压板刚好接触，调测力计百分表读数为零点。以轴向应变1﹪/min～3﹪/min的速度转动手轮（0.06～0.12mm/min），使试验在8～20min内完成，随时观察试样的开裂等破坏现象，试验结束后，迅速反转手轮，取下黄土试件200，描述破坏情况。
将原状土样100按天然层次方向放在桌上,用削土刀和钢锯削成稍大于黄土试件200直径的土柱210,放入切土器的上下盘之间,再用削土刀或钢锯自上而下细心切削。同时转动圆盘,直至达到要求的直径为止。原状土样100削平两端,端面平整且与侧面垂直,上下均匀。如黄土试件200表面因有杂物而成空洞时，用粉状切削土填补。如若必要，在黄土试件200两端及侧面抹一薄层凡士林,以防止水分蒸发。黄土试件200侧面也可抹一层薄凡士林。黄土试件200直径一般为50mm～60mm，黄土试件200高度与直径之比应大于2。
如图3所示，本实施例的黄土试件200包括土柱210、矿脂层220、用于填充土柱210表面空洞的粉末削土230，矿脂层220位于土柱210的两端面；土柱210表面因有杂物而形成空洞，空洞使用切屑过程产生的粉末削土230填补，使黄土试件200表面平整。黄土属于沉积岩的范畴，凡是沉积岩一般都有层理，虽然黄土的层理用肉眼不易观察到，但为了在制作黄土试件200时不破坏原状土样100的性能，本实施例把原状土样100按照天然层次放置在切土器上，采用自上而下的方式把原状土样100切削成土柱210，这样通过实验获取的黄土参数准确性更高，黄土围岩分级也更准确。
如图1和图2所示，土柱210采用原状土样100在切土器中自上而下切削而成，原状土样100的表面涂抹有矿脂，原状土样100按照天然的层状结构固定在切土器的上下盘之间；原状土样100切削成土柱210后，原状土样100表面的矿脂形成黄土试件200的矿脂层220。由于黄土的组成物质主要是粉土物质，粉土在渐次堆积过程中形成非常薄的层理，因此用肉眼不易观察不层理。
优选土柱210的横截面为圆柱形，土柱210的直径为50mm～60mm，土柱210的高度与直径之比大于2。本实施例将土柱210的高度与直径的比值大于2，是为了全面获取黄土层状结构，提高了黄土参数的准确性。
当然，为了便于切削，在不影响无侧限抗压强度试验的前提下，本实施例中土柱210的横截面为方形，土柱210的高宽比大于2。本实施例将土柱210设置成方柱，是由于方柱与圆柱相比，土柱210周面切削成型更容易。
本实施例在原土层获取原状土样100时，尽量避免原状土样100发生扰动，不改变原状土样100的应力状态，并且原状土样100在运输时不产生扰动，避免取样及运输时外力对原状土样100力学性能产生影响，杜绝原状土样100产生变形。这样在无侧限抗压强度试验评价黄土的力学强度指标才更准确。优选原状土样100从原土层中取出，原状土样100与原土层的力学性能相同。例如，在修建隧道时，在隧道掌子面的中部右侧获取原状土样100，原状土样100的取样埋深可以是15m-159m。
由于无侧限抗压强度试验需要准确测定出原土层的力学性能，本实施例的黄土试件200与原土层的力学性能相同，提高了试验结果的准确度。黄土试件200与原土层的力学性能相同，黄土试件200切削时不发生扰动。
在本实施例中，原状土样100沿层状结构方向的两端切削成平面，原状土样100为方柱形，原状土样100的宽边尺寸略大于黄土试件200的直径。本实施例的原状土样100放置在切土器的上下盘之间，原状土样100的宽边尺寸略大于黄土试件200的直径，这样原状土样100在切土器中切削量变小，缩短了原状土样100在切土器中的切削时间。
本实施例的黄土试件200放置在路面材料强度试验仪上，路面材料强度试验仪由仪器本体、下加压板、上加压板、压力环和手轮，手轮与仪器本体上的驱动机构连接，转动手轮驱动上加压板和下加压板相对或相背运动；压力环位于上加压板和仪器本体之间，下加压板与仪器本体连接，下加压板和上加压板之间放置黄土试件200，黄土试件200与上加压板、下加压板接触时将压力环调至零点，转动手轮使下加压板和上加圧板相向运动，以实现向黄土试件200施加压力。
本实施例涂抹矿脂层220的目的，一方面是防止黄土试件200水分蒸发，另一方面放置在上加压板和下加压板时，上下加压板上原有的赃物不易污染试件，也不易损伤试件的端面。
上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本实用新型的可行性实施方式的具体说明，它们并非用以限制本实用新型的保护范围，凡未脱离本实用新型技艺精神所作的等效实施方式或变更均应包含在本实用新型的保护范围之内。
对于本领域技术人员而言，显然本实用新型不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本实用新型的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本实用新型。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本实用新型的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本实用新型内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
1.一种用于无侧限抗压强度试验的黄土试件，其特征在于，包括土柱（210）、矿脂层（220）、用于填充土柱（210）表面空洞的粉末削土（230），所述矿脂层（220）位于土柱（210）的两端面；
所述土柱（210）采用原状土样（100）在切土器中自上而下切削而成，所述原状土样（100）的表面涂抹有矿脂，所述原状土样（100）按照天然的层状结构固定在切土器的上下盘之间；
所述原状土样（100）切削成土柱（210）后，原状土样（100）表面的矿脂形成黄土试件的矿脂层（220）；
所述土柱（210）表面因有杂物而形成空洞；
所述空洞使用切屑过程产生的粉末削土（230）填补，使黄土试件表面平整。
2.根据权利要求1所述的黄土试件，其特征在于，所述土柱（210）的横截面为圆柱形，所述土柱（210）的直径为50mm～60mm，所述土柱（210）的高度与直径之比大于2。
3.根据权利要求1所述的黄土试件，其特征在于，所述土柱（210）的横截面为方形，所述土柱（210）的高宽比大于2。
4.根据权利要求1-3任一项所述的黄土试件，其特征在于，黄土试件放置在路面材料强度试验仪的上加压板和下加压板之间。
5.根据权利要求1所述的黄土试件，其特征在于，所述原状土样（100）从原土层中取出，所述原状土样（100）与原土层的力学性能相同。
6.根据权利要求1或5所述的黄土试件，其特征在于，黄土试件与原土层的力学性能相同，所述黄土试件切削时不发生扰动。
7.根据权利要求1所述的黄土试件，其特征在于，所述原状土样（100）沿层状结构方向的两端切削成平面，所述原状土样（100）为方柱形，所述原状土样（100）的宽边尺寸略大于黄土试件的直径。
技术总结