保持弃渣土体原状结构的取样及抗剪强度测试方法

技术领域

本发明涉及地质工程弃渣土试验技术领域，特别是涉及保持弃渣土体原状结构的取样及抗剪强度测试方法。

背景技术

在实际工程项目中，因工程建设开挖，造成大量工程弃渣，对弃渣土进行排水、适当措施处理是有必要的。而在对弃渣土进行处置之前，有必要对弃渣土的结构，力学性能进行测试，以选择合理的处置方法。而岩土工程中至关重要的力学参数之一为土体抗剪强度，因此，对弃渣土体的抗剪强度测试尤为必要。

相关研究表明，弃渣土颗粒间相互作用和空间排列方式对弃渣土抗剪强度特征有着显著的影响，而对弃渣土力学特性的准确描述会受到颗粒间细观尺度复杂、不确定、随机性的约束。目前常规的两种抗剪强度试验方法为原位直剪试验和室内直剪试验，但在实际试验过程中均存在一定的缺陷。

现场原位直剪试验需要在工程现场进行，试验条件较为复杂，存在较多难以控制的环境、地质因素，此外试验设备笨重，组装复杂，会导致试验结果准确性下降。

而室内直剪试验获取弃渣土体抗剪强度参数主要是通过重塑土，与原状土相比，重塑土的物理指标尽管不会发生改变，但重塑土的颗粒骨架排列、颗粒接触形式、孔隙分布特征均已发生了改变，破坏了弃渣土体的初始结构，这会导致试验所得到的重塑土与原状土力学参数出现明显的差异，致使重塑土无法真实再现原状土的强度变形特征，即通过重塑土获取的抗剪强度难以表征弃渣现场的力学特性。

发明内容

有鉴于此，本发明旨在提出一种保持弃渣土体原状结构的取样及抗剪强度测试方法，以解决采用重塑土进行试验难以表征弃渣现场的力学特性的问题。

本发明实施例的第一方面，提供了一种保持弃渣土体原状结构的取样方法，包括：

将质量比为1:2:4-8:2-4的纯水、丙三醇、丙烯酰胺以及丙烯酸组成的混合物在水浴加热条件下制备成丙烯酰胺-丙烯酸共聚物；

在弃渣土斜坡坡面平缓部位，选择预设尺寸形状的弃渣土平面进行平整，以方便采样；其中，所述预设尺寸形状根据对弃渣土试样的测试需求确定；

在平整后的所述弃渣土平面上划定注胶带，并向所述注胶带内均匀注入由所述丙烯酰胺-丙烯酸共聚物组成的共聚材料，直至达到预设深度；

待所述共聚材料凝固后，将所述注胶带外围的弃渣土挖去，得到封固的弃渣土试样。

进一步地，所述预设深度为所述弃渣土试样高度的1.1-1.2倍；所述注胶带的宽度为所述弃渣土试样宽度的1/10-1/6。

进一步地，所述将质量比为1:2:4-8:2-4的纯水、丙三醇、丙烯酰胺以及丙烯酸组成的混合物在水浴加热条件下制备成丙烯酰胺-丙烯酸共聚物，包括：

向所述纯水中依次加入所述丙三醇、所述丙烯酸以及所述丙烯酰胺，搅拌混合得到混合液；其中，所述纯水、所述丙三醇、所述丙烯酰胺以及所述丙烯酸的质量比为1:2:4-8:2-4；

向所述混合液中加入引发剂，搅拌后保持50~70℃的温度水浴加热10 ~20分钟，得到所述丙烯酰胺-丙烯酸共聚物；其中，所述引发剂包括过硫酸盐和偶氮化合物中的一种。

进一步地，所述纯水、所述丙三醇、所述丙烯酰胺以及所述丙烯酸的质量比为1:2:6:3。

进一步地，所述引发剂与所述丙烯酰胺的质量比为1：5-10。

进一步地，所述向所述纯水中依次加入所述丙三醇、所述丙烯酸以及所述丙烯酰胺，搅拌混合得到混合液，包括：

在向所述纯水中加入所述丙三醇以及所述丙烯酸后，对所述纯水进行搅拌；

在搅拌的同时，加入所述丙烯酰胺，得到所述混合液。

进一步地，所述丙烯酰胺的纯度在99%以上，所述丙烯酸的纯度为99%以上，所述丙三醇的纯度在95%以上。

进一步地，所述向所述注胶带内均匀注入由所述丙烯酰胺-丙烯酸共聚物组成的共聚材料，直至达到预设深度，包括：

采用带有孔隙压力探头的注胶设备，向所述注胶带内均匀注入所述共聚材料，所述共聚材料的注入量和注入深度通过所述孔隙压力探头控制；在注胶过程中，所述注胶设备为加热状态，以保持所述共聚材料的流动性。

本发明实施例的第二方面，提供了一种抗剪强度测试方法，所述方法包括：

对上述第一方面所述的取样方法取得的封固的弃渣土试样，采用热风干燥器进行解胶；

将解胶后的所述弃渣土试样中包含所述共聚材料的部分削去后，置于直剪仪中进行直剪试验，以测试所述弃渣土试样的抗剪强度。

进一步地，所述采用热风干燥器进行解胶，包括：

围绕所述封固的弃渣土试样顺时针运行所述热风干燥器，以对所述共聚材料的各部分进行加热烘干，以使所述共聚材料失去强度。

本发明提供的保持弃渣土体原状结构的取样方法，包括：将质量比为1:2:4-8:2-4的纯水、丙三醇、丙烯酰胺以及丙烯酸组成的混合物在水浴加热条件下制备成丙烯酰胺-丙烯酸共聚物；在弃渣土斜坡坡面平缓部位，选择预设尺寸形状的弃渣土平面进行平整，以方便采样；其中，所述预设尺寸形状根据对弃渣土试样的测试需求确定；在平整后的所述弃渣土平面上划定注胶带，并向所述注胶带内均匀注入由所述丙烯酰胺-丙烯酸共聚物组成的共聚材料，直至达到预设深度；待所述共聚材料凝固后，将所述注胶带外围的弃渣土挖去，得到封固的弃渣土试样；由此，本发明通过采用丙烯酰胺-丙烯酸共聚物在取样的过程中对弃渣土进行封固，丙烯酰胺-丙烯酸共聚物形成的共聚材料具有较高的剪切强度，因此，在运输过程中不易破损，也就避免了弃渣土试样在运输过程中的流失，同时，由于共聚材料在烘干脱水后形成薄片容易脱落，因此，可以在对弃渣土试样进行测试时直接对共聚材料进行加热烘干使弃渣土试样和共聚材料分离，使得在测试时对弃渣土试样和封固材料的分离简单易行，也避免了加热烘干后形成液体携带部分弃渣土试样造成弃渣土试样流失的问题。

附图说明

构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1示出了本发明实施例提供的一种保持弃渣土体原状结构的取样方法的步骤流程图；

图2示出了本发明又一实施例提供的一种保持弃渣土体原状结构的取样方法的步骤流程图；

图3示出了本发明实施例提供的一种抗剪强度测试方法的步骤流程图；

图4示出了本发明实施例提供的直剪仪的结构示意图；

图5示出了本发明实施例提供的共聚材料取样法取得的弃渣土试样和蜡封法取得的弃渣土试样的抗剪强度测试效果图；

图6示出了本发明实施例取得的弃渣土试样和重塑土试样的抗剪强度测试效果图；

图7示出了本发明实施例取得的弃渣土试样、蜡封法取得的弃渣土试样以及重塑样的抗剪强度关系曲线；

附图标记说明：100、试样下剪切盒；110、下滚珠轴承；200、水平加载装置；210、拉杆；220、第一拉环；230、第二拉环；240、水平驱动电机；300、试样上剪切盒；310、上底板；320、试样上剪切盒围板；330、试样上剪切盒边板；400、试样上剪切盒连接结构；410、轴承；500、垂直加载装置；510、球头；520、加载板；530、上滚珠轴承；540、垂直驱动电机。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

目前在岩土工程的工程建设过程中，容易造成大量工程弃渣，为实现对弃渣土的科学处置，对弃渣土的结构、力学性能进行测试，依据测试出的结构及力学特征达到对弃渣土的科学处置的目的。而在岩土工程中，土体的抗剪强度是至关重要的力学参数之一。

相关技术中，对弃渣土进行抗剪强度测试方法包括原位直剪试验和室内直剪试验。其中，现场原位直剪试验需要在工程现场进行，试验条件较为复杂且环境、地质因素难以控制，影响试验结果的准确性。因此，目前通常采用室内直剪试验获取弃渣土体的抗剪强度参数。

然而，室内直剪试验获取弃渣土体抗剪强度参数通过重塑土进行，其中，重塑土为原状土经烘干、碾碎，再按照原状土的密度和含水率重新制成的外形仿原状土的一种试验用土，由此，重塑土虽然物理指标并未改变，但是重塑土的颗粒骨架排列、颗粒接触形式、孔隙分布特征均已发生了改变，破坏了弃渣土体的初始结构，也就导致重塑土与原状土力学参数差异明显，其获取的抗剪强度难以表征弃渣现场的力学特性。

当前，为取样获取原状土，通常在取样过程中采用石蜡作为封固材料以维持原状土的稳定性和颗粒骨架初始结构，然而石蜡的强度较低，无法承受运输过程中的扰动作用，极易损坏，进而导致运输过程中原状土损失；同时，在石蜡解封过程中，通常是将石蜡热熔为蜡液，使其与原状土分离，但是由于蜡液具备一定的粘性，且蜡液极易凝固，使得分离过程复杂并且原状土易流失。

有鉴于此，本发明提出了保持弃渣土体原状结构的取样及抗剪强度测试方法，在取样过程中采用现场制备出的共聚材料对取样部位进行封固，由此，通过在取样过程中采用共聚材料进行封固获取弃渣土试样，由于共聚材料在凝固后其抗剪强度较高，在运输过程中不易受损，避免了原状样的流失，同时，由于本发明在共聚材料制备过程中加入了纯水，在烘干过程中，共聚材料中的水被带走，使得共聚材料在烘干后形成薄片，分离过程简单且避免了原状土流失的情况发生。

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明的保持弃渣土体原状结构的取样及抗剪强度测试方法。

参照图1，图1示出了本发明实施例提供的保持弃渣土体原状结构的取样方法的步骤流程图，如图1所示，所述方法包括：

S101，将质量比为1:2:4-8:2-4的纯水、丙三醇、丙烯酰胺以及丙烯酸组成的混合物在水浴加热条件下制备成丙烯酰胺-丙烯酸共聚物。

其中，丙烯酰胺-丙烯酸共聚物为共聚材料，共聚材料是一类亲水性强的具备三维网络结构的凝胶。由此，基于共聚材料的强亲水性，在制备过程中加入纯水能够使共聚材料处于溶胀状态；而对共聚材料加热烘干可以使原本为溶胀状态的共聚材料脱水，进而使得共聚材料干瘪形成薄片，使得共聚材料能够轻易与土样分离；此外，溶胀状态的共聚材料仍然具有较高的抗剪切强度，在原状土运输过程中不易损坏，因此，共聚材料是原状土取样过程中较佳的封固材料。

本发明实施例中，考虑到在工程现场对弃渣土体取样的实时性，选择丙烯酰胺-丙烯酸共聚物作为原状土的封固材料。这是由于丙烯酰胺-丙烯酸能够快速制备得到且对反应条件的要求并不严格，通常，在50~70℃的温度水浴加热10~20分钟即可完成丙烯酰胺和丙烯酸的共聚过程，得到丙烯酰胺-丙烯酸共聚物，反应快速且温度较低，适用于现场作业。

同时，为避免弃渣土试样在运输过程中的损失，需要制备出抗剪切强度较高的共聚材料，因此，将纯水、丙三醇、丙烯酰胺以及丙烯酸的质量比控制在1:2:4-8:2-4之间，得到具有较高强度的丙烯酰胺-丙烯酸共聚材料。

优选地，采用质量比为1:2:6:3的纯水、丙三醇、丙烯酰胺以及丙烯酸进行共聚材料的制备，在该质量比下，制备得到的共聚材料的强度为8MPa，能够有效避免运输过程中的损坏。

本发明实施例中对制备出的丙烯酰胺-丙烯酸共聚物的分子量不做具体要求，能够形成一定强度共聚材料即可，其中，共聚材料的强度在3MPa以上，在该强度之上，共聚材料在运输过程中不易破损进而导致弃渣土试样的流失。

S102，在弃渣土斜坡坡面平缓部位，选择预设尺寸形状的弃渣土平面进行平整，以方便采样。

其中，所述预设尺寸形状根据对所述弃渣土试样的测试需求确定。

具体地，在获取弃渣土试样时，根据所需试样的大小进行取样，即根据弃渣土原状样试验所需的试样大小确定取样尺寸，同时，由于需要在试样表层采用共聚材料进行封固，因此，需要预留一部分尺寸作为注胶带，因此，在选择用于采样的弃渣土平面时，需要划定弃渣土试样稍大范围的位置进行采样。其中，试样的形状同样根据测试需要确定，测试需要为圆柱形，则挖出圆柱形的弃渣土，若是需要长方体，则挖出长方体弃渣土，本发明不做具体限制。示例地，对弃渣土试样进行直剪试验，则根据测试弃渣土试样的直剪仪中剪切盒的大小来确定挖取的弃渣土试样的尺寸，进而根据该尺寸进行弃渣土试样的采集，注胶带的宽度本发明不做具体限制，能够将弃渣土试样包裹即可。

S103，在平整后的所述弃渣土平面上划定注胶带，并向所述注胶带内均匀注入由所述丙烯酰胺-丙烯酸共聚物组成的共聚材料，直至达到预设深度。

本发明实施例中，在选择用于采样的弃渣土平面后，在弃渣土平面划定一定范围的注胶带，以通过注入的共聚材料提高注胶带内的弃渣土的强度，进而达到对试样的封固效果。

将弃渣土试样外表层一定宽度范围作为注胶带，将液态的共聚材料均匀注入弃渣土表面，由于弃渣土为颗粒堆积的多孔隙结构，丙烯酰胺-丙烯酸共聚物可以从孔隙中渗透进入使部分弃渣土硬化，以对内部的弃渣土进行封固，避免内部弃渣土受到扰动。其中，预设深度为注胶所需达到的深度，为达到对弃渣土的封固效果，一般将预设深度设置为弃渣土试样高度的1.1-1.2倍，以将弃渣土试样侧表面完全覆盖。

S104，待所述共聚材料凝固后，将所述注胶带外围的弃渣土挖去，得到封固的弃渣土试样。

具体地，丙烯酰胺-丙烯酸共聚物冷却后形成凝胶状物质，即形成固态的共聚材料，因此，在丙烯酰胺-丙烯酸未冷却凝固时就需要将其注入注胶带中，以使其能够以流体的形式填充弃渣土试样外层设定好的注胶带中，进而在丙烯酰胺-丙烯酸冷却后，使得外层注胶带硬化实现对弃渣土试样的封固。

在共聚材料凝固后，就形成了表面有一定强度的弃渣土试样，此时，再将注胶带外围的弃渣土挖去，以得到封固的弃渣土试样。

在一些实施例中，考虑到只对弃渣土侧面进行封固在运输过程中还是可能受到扰动，在挖去注胶带外围的弃渣土后，削去弃渣土试样底部的部分共聚材料，以向弃渣土试样的底面注入共聚材料，待共聚材料凝固后，将底面削平整，以对弃渣土试样的底面也进行加固。

本发明实施例提供的保持弃渣土体原状结构的取样方法，通过制备共聚材料，并在其未冷却时，将共聚材料注入试样划定的注胶带中，使其冷却后形成的固体能够将原状样完全包裹，形成封固的弃渣土试样，由此，通过采用强度较高共聚材料作为封固材料对原状样进行包裹，避免运输过程中，由于强度不足导致原状样损失的情况，同时，由于对吸水后的共聚材料烘干可直接对其脱水，进而形成干瘪的薄片，由于干瘪的薄片强度较弱，此时直接将注胶带部分的原状样挖去，即可得到保持弃渣土原状结构的试样，去除封固材料的方法简便易行，因此，采用本发明实施例提供的取样方法，在保持弃渣土体原状结构的同时，还能够避免原状样在运输过程中的损失且易于测试阶段对封固材料和原状样的分离。

参照图2，图2示出了本发明又一实施例提供的保持弃渣土体原状结构的取样方法的步骤流程图，如图2所示，所述方法包括：

S201，向所述纯水中依次加入所述丙三醇、所述丙烯酸以及所述丙烯酰胺，搅拌混合得到混合液。

具体地，为使多种组分充分溶解，在加入纯水、丙三醇以及丙烯酸后，持续对混合物进行搅拌，并且边搅拌边加入丙烯酰胺，以使丙烯酸和丙烯酰胺充分混合。本发明实施例中，所述丙烯酰胺的纯度在99%以上，所述丙烯酸的纯度为99%以上，所述丙三醇的纯度在95%以上。

S202，向所述混合液中加入引发剂，搅拌后保持50~70℃的温度水浴加热10 ~20分钟，得到所述丙烯酰胺-丙烯酸共聚物。

本发明实施例中，引发剂与丙烯酰胺的质量比为1:5-1:10，引发剂包括过硫酸盐、偶氮化合物中的任一种。

优选地，引发剂与丙烯酰胺的质量比为1:5，在能够得到强度较高的共聚材料的同时，节省材料。

优选地，控制温度在60℃，水浴加热时间以10分钟为宜，可根据丙烯酰胺含量适当增加水浴加热时间，但不宜超过20分钟。为对现场弃渣土体及时取样，在制备的过程中可以将温度控制稍高，以较快得到共聚材料，满足现场需要。

其中，生成共聚材料——丙烯酰胺-丙烯酸共聚物的过程中主要发生，丙烯酸

。

S203，在弃渣土斜坡坡面平缓部位，选择预设尺寸形状的弃渣土平面进行平整，以方便采样。

其中，所述预设尺寸形状根据对所述弃渣土试样的测试需求确定。

S204，在平整后的所述弃渣土平面上划定注胶带，并向所述注胶带内均匀注入由所述丙烯酰胺-丙烯酸共聚物组成的共聚材料，直至达到预设深度。

本发明实施例中，预设深度为注胶所需达到的深度，为达到对弃渣土的封固效果，一般将预设深度甚至为弃渣土试样高度的1.1-1.2倍，以将弃渣土试样侧表面完全覆盖；而注胶带的宽度一般为弃渣土试样宽度的1/10-1/6；在此范围内，作为封固材料的共聚材料不会太薄，使得弃渣土试样在运输过程中受到扰动，导致弃渣土试样的颗粒骨架初始结构等发生变化，也不会太厚，导致材料浪费或是共聚材料凝固时间较长。

由于挖出的弃渣土试样以及注胶带与试验所需的试样大小有关，因此，根据试验仪器的大小来确认挖出弃渣土试样的尺寸以及注入丙烯酰胺-丙烯酸共聚物的注胶带的宽度，如在进行直剪试验时，根据直剪仪能够盛装的试样尺寸来确定。

示例地，直剪剪切盒为17cm×18cm×20cm的长方体，则在取样时，选取高度在20cm以上的弃渣土斜坡，且其顶部面积在20cm×20cm以上，此时，先平整大于试样顶面尺寸的平面用于注胶，具体平整用于注胶平面的尺寸根据注胶带的大小确定，如所需注胶带的宽度为3cm，则平整平面的长度和宽度应比原状土试样宽度多出3cm，将从外表层至深度3cm位置作为注胶带，以注入丙烯酰胺-丙烯酸共聚物。由此，通过表面注入丙烯酰胺-丙烯酸共聚物提高弃渣土试样表面强度，避免内部的弃渣土受到扰动。

具体地，向弃渣土试样均匀注入液态的丙烯酰胺-丙烯酸共聚物的过程为：采用带有孔隙压力探头的注胶设备，向所述注胶带内均匀注入所述共聚材料，所述共聚材料的注入量和注入深度通过所述孔隙压力探头控制；在注胶过程中，所述注胶设备为加热状态，以保持所述丙烯酰胺-丙烯酸共聚物的流动性。

示例地，在向注胶带注胶时，先将反应完成的丙烯酰胺-丙烯酸共聚物注入带有孔隙压力探头的注胶设备中；此时，丙烯酰胺-丙烯酸共聚物还未冷却，以使其能够以液体状态注入注胶设备。

而后，采用该带有孔隙压力探头的注胶设备，向注胶带内均匀注入共聚材料，在注入过程中，通过孔隙压力探头监测注胶过程中，注胶带的孔隙压力变化，基于变化调节共聚材料的注入量；以及，通过孔隙压力值控制共聚材料的注入深度，以使共聚材料能够被均匀注入注胶带中，并达到预设深度。

在具体实施时，通过水平向和竖直向的孔隙压力探头在注胶带内移动，以使共聚材料能够在注胶带内扩散。需要注意的是，由于共聚材料在冷却后会凝固失去流动性，因此注胶过程中需要保持注胶设备为加热状态，以使共聚材料以液体的形式注入弃渣土孔隙中。

S205，待所述共聚材料凝固后，将所述注胶带外围的弃渣土挖去，得到封固的弃渣土试样。

待丙烯酰胺-丙烯酸共聚物冷却后，形成的共聚材料——丙烯酰胺-丙烯酸共聚物支撑表面弃渣土的空隙，提高其表面强度，由此，通过丙烯酰胺-丙烯酸共聚物提高强度，避免弃渣土试样受到扰动，从而能够得到原状样。

本发明实施例提供的保持弃渣土体原状结构的取样方法，通过制备共聚材料，并在其未冷却时，将共聚材料注入弃渣土表层注胶带中，使其冷却后形成的固体能够充填注胶带内孔隙，形成共聚材料封固的弃渣土试样，由此，通过采用强度较高共聚材料作为封固材料对弃渣土试样进行硬化包裹，避免运输过程中，由于强度不足导致原状样损失的情况，同时，由于对吸水后的共聚材料烘干可直接对其脱水，进而形成干瘪的薄片，由于干瘪的薄片强度较弱，此时直接将注胶带部分的原状样削去，即可得到保持弃渣土原状结构的试验试样，去除封固材料的方法简便易行，因此，采用本发明实施例提供的取样方法，在保持弃渣土体原状结构的同时，还能够避免原状样在运输过程中的损失且易于测试阶段对封固材料和原状样的分离。

参照图3，图3示出了本发明实施例提供的抗剪强度测试方法的步骤流程图，如图3所示，所述方法包括：

S301，将质量比为1:2:4-8:2-4的纯水、丙三醇、丙烯酰胺以及丙烯酸组成的混合物在水浴加热条件下制备成丙烯酰胺-丙烯酸共聚物。

优选地，采用质量比为1:2:6:3的纯水、丙三醇、丙烯酰胺以及丙烯酸组成的混合物制备成丙烯酰胺-丙烯酸共聚物，其制备得到丙烯酰胺-丙烯酸共聚物的强度能够达到8MPa。

S302，在弃渣土斜坡坡面平缓部位，选择预设尺寸形状的弃渣土平面进行平整，以方便采样。

其中，所述预设尺寸形状根据对所述弃渣土试样的测试需求确定。

S303，在平整后的所述弃渣土平面上划定注胶带，并向所述注胶带内均匀注入由所述丙烯酰胺-丙烯酸共聚物组成的共聚材料，直至达到预设深度。

S304，待所述共聚材料凝固后，将所述注胶带外围的弃渣土挖去，得到封固的弃渣土试样。

S305，对所述封固的弃渣土试样，采用热风干燥器进行解胶。

本发明实施例中，由于采用的是室内直剪试验方法测试原状土的抗剪强度，在得到共聚材料封固的弃渣土试样后，将弃渣土试样运至实验室进行直剪试验，具体地，在将弃渣土试样装入运输箱时，在原状土与运输箱之间的间隔填充缓冲充气袋，以在运输过程中降低对原状土的扰动。

在进行测试时，先对原状样进行解胶；具体地，围绕所述共聚材料封固的弃渣土试样顺时针运行所述热风干燥器，以对所述共聚材料的各部分进行加热烘干，以使所述共聚材料失去强度。

由于在制备共聚材料的过程中加入了纯水，实际作为封固材料的共聚材料为溶胀状态，因此，在将共聚材料加热烘干时，由于水分的流失，共聚材料会形成干瘪的薄片，此时，与共聚材料混合的部分弃渣土削去，即可得到保持原状结构的弃渣土，即弃渣土原状样，因此，解胶过程简单易行。其中，由于共聚材料为易燃材料，在对共聚材料进行加热烘干时，注意使热风干燥器与共聚材料保持一定距离，以防止引燃共聚材料。本发明实施例中，使共聚材料封固的弃渣土的表面与热风干燥器保持15cm距离，以进行加热烘干。

S306，将解胶后的所述弃渣土试样中包含所述共聚材料的部分削去后，置于直剪仪中进行直剪试验，以测试所述弃渣土试样的抗剪强度。

本发明实施例中，在削去弃渣土试样中包含共聚材料的部分后，即可得到完整的、不包含杂质的弃渣土试样，以用于抗剪强度测试。

在一些实施例中，为对弃渣土试样结构等进行研究，在对弃渣土试样进行抗剪强度测试之前，可以在解胶后先进行岩土CT扫描，获取弃渣土试样的初始孔隙参数、颗粒形态以及颗粒接触关系等参数，而后再进行直剪试验，测试弃渣土试样的抗剪强度。

具体地，对弃渣土试样进行直剪试验，所述直剪试验在直剪仪中进行，具体方法包括：

将解胶后的弃渣土试样置于直剪剪切盒中，使得弃渣土试样底部位于试样下剪切盒中，依次安装试样上剪切盒、上剪切盖板、滚珠轴承、加载板、千斤顶活塞、承力顶板及水平加载装置；

进行直剪试验，开始法向力和切向力的加载，记录加载过程中的切向力与切向位移；

基于切向力和切向位移，确定所述弃渣土试样的抗剪强度。

示例地，参照图4，图4示出了本发明实施例中用于直剪试验的直剪仪的结构示意图，如图4所示，直剪仪由试样下剪切盒100、与试样下剪切盒100连接的水平加载装置200、与试样下剪切盒100对应的试样上剪切盒300、试样上剪切盒连接结构400以及垂直加载装置500组成。

其中，水平加载装置200包括拉杆210、第一拉环220、第二拉环230及水平驱动电机240，水平驱动电机240的一端与支撑面连接，另一端通过第一拉环220与拉杆210连接，拉杆210的另一端与第二拉环230固定，拉杆210通过第二拉环230与试样下剪切盒100外壁连接，拉杆与拉环构成的传动系统较为灵活，能够减少试验误差。

垂直加载装置500包括球头510、加载板520、上滚珠轴承530以及垂直驱动电机540，垂直驱动电机540上侧与支撑面固定，下侧输出端与球头510连接并可转动，球头510另一侧与加载板520顶面连接，加载板520底面与试样上剪切盒300的上底板310通过上滚珠轴承530连接。

具体实施时，在安装好的试样下剪切盒100中装入解胶后的原状土试样，再组装好试样上剪切盒300的试样上剪切盒围板320、试样上剪切盒边板330，并在试样上剪切盒的内壁涂上一层矿脂。将试样上剪切盒300的试样上剪切盒边板330所在的一端开口朝下，置于试样下剪切盒100和原状样的表面，然后安装试样上剪切盒300的上底板310。

将装满了原状样的试样下剪切盒100与试样上剪切盒300放到下滚珠轴承110上，此时应该确保试样下剪切盒100与试样上剪切盒300正置于下滚珠轴承110上，避免由于位置误差产生偏心应力。

将试样下剪切盒100连接至水平加载装置200上，试样上剪切盒300通过轴承410与试样上剪切盒连接结构400连接。在试样上剪切盒300的底部外侧设置加载板520和上滚珠轴承530，再连接垂直加载装置500。

安装完设备后开始直剪试验，首先卸下试样上剪切盒300的试样上剪切盒边板330，然后垂直驱动电机540加载，水平驱动电机240加载，使得试样下剪切盒100以预设的速度沿第二方向位移，其中，所述第二方向为向所述水平驱动电机240靠近的方向。

记录垂直驱动电机540和水平驱动电机240的功率，功率可以用来计算剪切盒的应力，并计算得到原状样的抗剪强度。

本发明实施例中，还采用了石蜡获取弃渣土试样，对石蜡封固的弃渣土试样进行解封后，将取得的原状土采用同一直剪仪进行直剪试验，试验结果如图5所示，图中示出了分别采用石蜡封固取得的试样和采用共聚材料封固取得的试样的抗剪强度曲线；其中，水凝胶法对应的曲线为本发明实施例提供的使用共聚材料的取样方法得到的原状样对应的抗剪强度曲线。

从试验结果来看，蜡封法取样获得的弃渣土原状样，尽管保持了大部分原状样的初始结构，但直剪试验结果受到部分初始结构破坏的影响，在高剪切应力下，即300KPa以及400KPa的情况下，其抗剪强度略低于共聚材料法取得的原状样。同时由于蜡封法在解胶过程中无法完全将蜡液去除，最终会导致融化的蜡液重新凝固，在剪切后期会出现应力骤增、骤降的现象，这是因为此时剪切部分为石蜡原状土的胶结物。

本发明实施例中，还与重塑样直剪试验进行了对比，试验结果如图6所示，图中示出了采用共聚材料封固取得的试样和重塑样的抗剪强度曲线。其中，水凝胶法对应的曲线为本发明实施例提供的使得共聚材料的取样方法得到的原状样对应的抗剪强度曲线。从试验结果来看，弃渣土重塑样因在取样和制样过程中完全破坏了弃渣土体初始结构，在剪切过程中规律性较差，峰值应力一般低于原状样的试验结果。

以抗剪强度（峰值应力）为纵坐标，垂直压力（法向压力）为横坐标，绘制抗剪强度与垂直压力的关系曲线。直线与横坐标的夹角为弃渣土体的内摩擦角，直线在纵坐标轴上的截距为弃渣土的黏聚力。绘制的抗剪强度关系曲线如图7所示，其中，水凝胶法对应的曲线为本发明实施例提供的使用共聚材料的取样方法得到的原状样对应的抗剪强度曲线。图中示出了采用共聚材料封固取得的试样和重塑样的抗剪强度关系曲线。从结果来看，共聚材料法取得的弃渣土体因保持了原状样的初始结构，获得的黏聚力低于蜡封法而高于重塑样、内摩擦角高于蜡封法和重塑样，这就使得在实际工程中采用共聚材料法获取原状样能够清晰的了解到土样的力学特性。

本发明实施例提供的抗剪强度测试方法，将取样过程中取得的弃渣土采用共聚材料封固，得益于共聚材料较高的强度，在运输过程中可以避免原状土受到扰动，进而避免原状土在运输过程中的流失，同时，由于共聚材料在加热烘干后能够形成性脆的薄片，使得封固材料的解封过程简单易行，且解封过程中原状样不会流失，避免原状样流失的情况导致抗剪强度测试不准确，以及由于封固材料解封过程较为复杂，导致试验过程复杂，时间较长的问题。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内；

对于方法实施例，为了简单描述，故将其都表述为一系列的动作组合，但是本领域技术人员应该知悉，本发明并不受所描述的动作顺序的限制，因为依据本发明，某些步骤可以采用其他顺序或者同时进行。其次，本领域技术人员也应该知悉，说明书中所描述的实施例均属于优选实施例，所涉及的动作和部件并不一定是本发明所必须的。

以上对本发明所提供的保持弃渣土体原状结构的取样及抗剪强度测试方法进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。