ICS93.080.01

CCSP66

15

內(nèi)蒙古自治區(qū)地方標(biāo)準(zhǔn)

DB15/T2423—2021

高緯度多年凍土區(qū)公路凍土靜三軸

壓縮試驗規(guī)程

Statictriaxialtestcodeofpracticeforfrozensoilofhighwayinhigh

latitudepermafrostregions

2021-10-15發(fā)布2021-11-15實施

內(nèi)蒙古自治區(qū)市場監(jiān)督管理局發(fā)布

DB15/T2423—2021

目次

前言.................................................................................II

1范圍...............................................................................1

2規(guī)范性引用文件.....................................................................1

3術(shù)語和定義.........................................................................1

4儀器與設(shè)備.........................................................................2

4.1取樣設(shè)備.......................................................................2

4.2試樣保存設(shè)備...................................................................2

4.3制樣儀器與設(shè)備.................................................................2

4.4試驗儀器與設(shè)備.................................................................3

5土樣采集與試樣制備.................................................................4

5.1土樣要求.......................................................................4

5.2試樣要求.......................................................................4

5.3取樣及接收管理.................................................................4

5.4試樣的制備.....................................................................5

6試驗步驟...........................................................................5

6.1前期準(zhǔn)備.......................................................................5

6.2測試過程.......................................................................6

7試驗結(jié)果計算分析...................................................................6

7.1軸向應(yīng)變.......................................................................6

7.2試樣面積的校正.................................................................6

7.3主應(yīng)力差.......................................................................7

7.4內(nèi)摩擦角和粘聚力...............................................................7

7.5彈性模量.......................................................................8

附錄A（規(guī)范性）凍土靜三軸壓縮試驗數(shù)據(jù)記錄表.........................................9

I

DB15/T2423—2021

前言

本文件按照GB/T1.1—2020《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)交通運輸廳歸口。

本文件起草單位：內(nèi)蒙古自治區(qū)交通運輸科學(xué)發(fā)展研究院、呼倫貝爾市公路勘測規(guī)劃設(shè)計有限公司、

內(nèi)蒙古大學(xué)、中國科學(xué)院西北生態(tài)環(huán)境資源研究院。

本文件主要起草人：謝春磊、徐湘田、趙鑫、劉振孝、鄭劍鋒、王永濤、于晨、劉偉、王振華、王

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。

II

DB15/T2423—2021

高緯度多年凍土區(qū)凍土靜三軸壓縮試驗規(guī)程

1范圍

本文件規(guī)定了高緯度多年凍土區(qū)凍土靜三軸壓縮試驗涉及的儀器設(shè)備、取樣、制樣、測試及數(shù)據(jù)分

析等要求。

本文件適用于高緯度多年凍土區(qū)各等級公路原狀土及重塑土，其他多年凍土區(qū)可參照執(zhí)行。

2規(guī)范性引用文件

下列文件中的內(nèi)容通過文中的規(guī)范性引用而構(gòu)成本文件必不可少的條款。其中，注日期的引用文件，

僅該日期對應(yīng)的版本適用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改單）適用于本

文件。

GB/T50123-2019土工試驗方法標(biāo)準(zhǔn)

JTG3430-2020公路土工試驗規(guī)程

MT/T593.1-2011人工凍土物理力學(xué)性能試驗第1部分：人工凍土試驗取樣及試樣制備方法

MT/T593.5-2011人工凍土物理力學(xué)性能試驗第5部分：人工凍土三軸剪切強度試驗方法

3術(shù)語和定義

MT/T593.1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-latitudepermafrostregions

我國東北北緯46°以北、存在多年凍土的地區(qū)。

3.3

原狀凍土試樣frozenundisturbedsoilspecimen

從凍結(jié)地層中取得凍結(jié)原狀土，進行加工而成的凍土試樣。

3.4

重塑凍土試樣frozenremoldedsoilspecimen

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/T593.1-2011，3.5]

3.5

1

DB15/T2423—2021

凍土靜三軸壓縮試驗triaxialcompressiontestoffrozensoil

在試驗儀器壓力室內(nèi)以不同的恒定圍壓（小主應(yīng)力σ2=σ3）對凍土試樣施加軸向壓力（主應(yīng)力差

σ1-σ3）進行剪切直至破壞的試驗。

3.6

內(nèi)摩擦角internalfrictionangle

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elasticmodulus

材料的應(yīng)力與相應(yīng)的應(yīng)變之間的比值，表征物體彈性變形難易程度的物理量。本文件中取土體峰值

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-30℃～0℃，精度0.1℃，10h內(nèi)溫度波動度不超過0.5℃。

4.3制樣儀器與設(shè)備

4.3.1量具

天平：稱量1000g，最小分度值0.1g；天平：稱量500g，最小分度值0.02g；天平：稱量200g，

最小分度值0.01g；量筒：容積100mL，最小刻度值1mL；直角尺：200mm×200mm，分度1mm；游標(biāo)

卡尺：量程200mm，最小刻度值0.02mm。

4.3.2碎土設(shè)備

顎式碎土機或其他碎土設(shè)備。

4.3.3成型設(shè)備

擊實儀、環(huán)刀、切土盤、切土器、制樣機等。

4.3.4輔助設(shè)備

保濕器、干燥器、木錘、橡皮板、標(biāo)準(zhǔn)篩、修土刀、鋼鋸、橡皮膜等，橡皮膜應(yīng)滿足JTG3430-2020

T0144-19932.5的要求。

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DB15/T2423—2021

4.4試驗儀器與設(shè)備

4.4.1凍土靜三軸壓縮試驗儀

凍土靜三軸壓縮試驗儀（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200kN；最大圍壓20MPa，波動范圍不超過10kPa。

4.4.2應(yīng)力及變形測試元件

壓力傳感器：量程0kN～200kN，精度1%；位移傳感器：軸向量程0mm～50mm，精度1%；數(shù)據(jù)自

動采集系統(tǒng)等。

4.4.3溫度傳感器：量程-40℃～+40℃，精度為0.1℃。

4.4.4冷卻及溫控設(shè)備：溫度-40℃～20℃，精度0.1℃，10h內(nèi)溫度波動度不超過0.5℃。

標(biāo)引序號說明：

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儀示意圖

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DB15/T2423—2021

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)取細粒土、砂類土土樣，每塊土樣尺寸應(yīng)大于等于250mm×250mm×250mm；

鉆孔采集時，土樣直徑大于等于90mm，高度大于等于200mm。

5.1.2每組凍土三軸壓縮試驗需要試樣數(shù)量大于等于6個，需根據(jù)試驗參數(shù)及要求預(yù)估取樣數(shù)量。

5.1.3土樣采集時，對每塊土樣進行編號并記錄好采樣地點、天氣情況、時間、氣溫、深度、土樣號、

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61.8mm、高度125mm

或直徑50mm、高度100mm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：重塑土粗細顆粒應(yīng)混合均勻，試樣密度均勻。

5.2.4密度：重塑土密度與原狀土密度的差值小于等于0.03g/cm3。

5.2.5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40%時誤差小于等于1%，當(dāng)含水

率大于40%時誤差小于等于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，在多年凍土段、凍結(jié)黏性地層中，宜采用快速干鉆法，避免

擾動凍土，取芯樣時，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)冷藏運輸至試驗場所；

g)試驗人員根據(jù)土樣記錄驗收土樣，驗收合格后在驗收單上簽字登記；

h)將土樣按層位分別存放在溫度控制箱的指定位置，存放溫度按照試驗需求確定，應(yīng)盡量減少

存放過程中的搬運，以減少對土樣的擾動；

i)試驗后的土樣，應(yīng)按照相關(guān)規(guī)程、規(guī)范及委托單位事先要求進行保存。

5.3.2未凍土的取樣和接收，按下列步驟進行：

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行采?。?/p>

b)從現(xiàn)場采集的土樣應(yīng)符合5.1.1土樣塊體尺寸要求，并作好土樣特征、取樣深度、取樣層位、

土樣名稱、土樣數(shù)量等土樣記錄；

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；

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DB15/T2423—2021

d)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，運至試驗地點；

e)試驗人員根據(jù)土樣記錄驗收土樣，驗收合格后在驗收單上簽字登記；

f)將土樣按層位存放在常溫試驗室內(nèi)；

g)試驗后的土樣，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，按下列步驟進行：

a)在負(fù)溫試驗室內(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，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溫度下恒溫養(yǎng)護，養(yǎng)護時間為大于等于24h；

e)選取有代表性土樣整體或分層分部位進行天然含水率和干密度的測定，天然含水率的測試方

法按照GB/T50123-2019中5.2規(guī)定的烘干法進行、干密度的測試方法按照GB/T50123-2019

中6.2規(guī)定的環(huán)刀法進行。

5.4.2凍結(jié)重塑土試樣的制備，按下列步驟進行：

a)在試驗室內(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

土樣進行天然含水率和干密度的測定，天然含水率和干密度的測試方法按照GB/T50123-2019

中5.2規(guī)定的烘干法進行；

b)將土樣自然風(fēng)干，然后將其破碎、碾散，但切勿壓碎顆粒，然后測定其收濕含水率，收濕含

水率的測試方法按照GB/T50123-2019中5.2規(guī)定的烘干法進行；

c)根據(jù)試驗所需土樣數(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，計算并配置需水量，在限制蒸發(fā)條件下養(yǎng)護24h以上，使土

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5.2.4執(zhí)行；

f)將試樣連同模具貼上標(biāo)簽并密封在低于零下20℃的溫度控制箱內(nèi)進行快速完全凍結(jié)；

g)將試樣在所需試驗溫度下脫模，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，置于所需試驗溫度下恒溫養(yǎng)護，養(yǎng)護時間大于等于24h。

6試驗步驟

6.1前期準(zhǔn)備

6.1.1核對試樣的來源、編號、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儀管路應(yīng)通暢、活塞應(yīng)能滑動，各連接處應(yīng)無漏氣，加壓系統(tǒng)

應(yīng)無漏液情況；橡皮膜在使用前應(yīng)仔細檢查，方法是在膜內(nèi)充氣，扎緊兩端，然后在沉入水下檢查，應(yīng)

5

DB15/T2423—2021

無氣泡溢出。

6.1.3開啟溫度控制系統(tǒng)，設(shè)置試驗需要溫度，降低凍土靜三軸試驗儀壓力室環(huán)境溫度至試驗溫度并

穩(wěn)定1h以上，30min內(nèi)溫度波動范圍不超過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測試過程

6.2.1將凍土靜三軸壓縮試驗儀軸向壓頭與試樣輕輕接觸，固定位移并將讀數(shù)清零，測讀體變測量儀

的數(shù)值,然后開啟圍壓加載裝置施加圍壓至試驗要求的數(shù)值，試驗過程中圍壓波動范圍不大10kPa。

6.2.2軸向應(yīng)變速率取為1%/min，試驗開始階段，試樣應(yīng)變每增加0.3%～0.4%測記軸向荷載及變

形各一次，當(dāng)應(yīng)變達3%以后，應(yīng)變每增加0.7%～0.8%測讀一次，當(dāng)接近峰值時應(yīng)加密讀數(shù)，體積變

化由體變測量儀隨時記錄。如果試樣特別硬脆或軟弱，可加密或減少測讀的次數(shù)。

6.2.3當(dāng)軸向應(yīng)力出現(xiàn)峰值時，繼續(xù)加載到軸向應(yīng)變增加3%～5%；若軸向應(yīng)力無明顯減少時，應(yīng)按

照MT/T593.5-2011中7.1.7規(guī)定的試驗直至軸向應(yīng)變達到20%為止，記錄荷載及變形終值。

6.2.4試驗結(jié)束后卸去軸向荷載和圍壓，描述試樣破壞后形狀，測定試驗后試樣的含水率和密度，天

然含水率的測試方法按照GB/T50123-2019中5.2規(guī)定的烘干法進行、干密度的測試方法按照GB/T

50123-2019中6.2規(guī)定的環(huán)刀法進行。

6.2.5對其它試樣，不同圍壓下按6.1.1～6.1.4和6.2.1～6.2.4規(guī)定的步驟進行。

7試驗結(jié)果計算分析

7.1軸向應(yīng)變

軸向應(yīng)變按式1計算：

h

=i

1…………（1）

h0

式中：

ε1—軸向應(yīng)變值，用百分比表示；

hi—軸向變形，單位為毫米（mm）；

h

0—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2計算：

A

A=0

a1?

1…………（2）

式中：

2

Aa—試樣的校正截面積，單位為平方毫米（mm）；

6

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2

A0—試樣初始截面積，單位為平方毫米（mm）；

ε1—軸向應(yīng)變值，用百分比表示。

7.3主應(yīng)力差

主應(yīng)力差按式3計算：

CR

13?=10

Aa…………（3）

式中：

σ1—大主應(yīng)力，單位為千帕（kPa）；

σ3—小主應(yīng)力，單位為千帕（kPa）；

C—測力計校正系數(shù)，單位為牛每零點零一毫米（N/0.01mm）；

R—測力計讀數(shù)，單位為零點零一毫米（0.01mm）；

Aa—試樣的校正截面積，單位為平方毫米（mm2）。

7.4內(nèi)摩擦角和粘聚力

7.4.1繪制應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系曲線

在直角坐標(biāo)紙繪制主應(yīng)力差（）與應(yīng)變ε1關(guān)系曲線。

7.4.2繪制莫爾破損應(yīng)力圓

?

以（13）的峰值點為破壞點，無峰值時，取15%軸向應(yīng)變主應(yīng)力差值作為破壞點。以軸向應(yīng)

13ff+13ff?

力為橫坐標(biāo)，剪應(yīng)力為縱坐標(biāo)，在橫坐標(biāo)上以為圓心，為半徑（f注腳表示破

22

壞），在?應(yīng)力平面圖上繪制破損應(yīng)力圖，并繪制不同圍壓力下破損應(yīng)力圓的包線，如圖2所示。

圖2凍土靜三軸壓縮試驗剪切強度包線圖

7.4.3求解抗剪強度

7

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莫爾破損應(yīng)力圓包線與縱坐標(biāo)的截距為粘聚力c，破損應(yīng)力圓包線與水平線的夾角為內(nèi)摩擦角。

7.5彈性模量

彈性模量按式4計算

?

(13)0.5

Et=

0.5……（4）

式中：

Et—彈性模量，單位為兆帕（MPa）；

（σ1—σ3）0.5—50%的破壞應(yīng)力，單位為兆帕（MPa）；

ε0.5—（σ1—σ3）0.5對應(yīng)的應(yīng)變值，用百分比表示。

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A

A

附錄A

（規(guī)范性）

凍土靜三軸壓縮試驗數(shù)據(jù)記錄表

凍土靜三軸壓縮試驗數(shù)據(jù)記錄表見表A.1。

表A.1凍土靜三軸壓縮試驗數(shù)據(jù)記錄表

工程名稱：試驗者：

土樣編號：計算者：

試樣編號：校核者：

土樣說明：試驗日期：

試樣狀態(tài)記錄試驗條件與結(jié)果描述記錄

試驗溫度

試驗前試驗后

℃

試樣高度圍壓

mmMPa

試樣直徑軸向應(yīng)變速率

mm%/min

試樣截面積