土三軸剪切實(shí)訓(xùn)“六步教學(xué)法”教學(xué)設(shè)計(jì)

1、土三軸剪切實(shí)訓(xùn)“六步教學(xué)法”1. 資訊a. 實(shí)訓(xùn)基地：土工實(shí)訓(xùn)室b. 實(shí)訓(xùn)準(zhǔn)備：SJ-1A.G 三軸儀實(shí)訓(xùn)設(shè)備是否完好，實(shí)訓(xùn)耗材是足夠，實(shí)訓(xùn)安全工作是否到位，土三軸實(shí)訓(xùn)步驟說明c. 實(shí)訓(xùn)視頻：土三軸剪切實(shí)訓(xùn)視頻學(xué)生在未上課前首先對(duì)本次實(shí)訓(xùn)的實(shí)訓(xùn)步驟進(jìn)行預(yù)習(xí)，首先對(duì)會(huì)將實(shí)訓(xùn)步驟教給學(xué)生，視頻通過網(wǎng)絡(luò)傳給學(xué)生，讓學(xué)生可以學(xué)習(xí)。要讓學(xué)生根據(jù)實(shí)訓(xùn)步驟進(jìn)行學(xué)習(xí)，對(duì)本次試訓(xùn)進(jìn)行初步講解，這也是本次試訓(xùn)的一個(gè)前導(dǎo)，可以讓學(xué)生很好地了解本次課的重點(diǎn)內(nèi)容。根據(jù)土三軸剪切實(shí)訓(xùn)的特點(diǎn)，將學(xué)生進(jìn)行分組，方便學(xué)生之間的討論及老師對(duì)整體實(shí)訓(xùn)的控制。對(duì)本次課的目的進(jìn)行講解，讓學(xué)生了解土三軸實(shí)訓(xùn)需要掌握的內(nèi)容，這是本次實(shí)訓(xùn)的

2、講解是否具有一定的目的性至關(guān)重要。這個(gè)要讓學(xué)生知道本次試訓(xùn)需要掌握實(shí)訓(xùn)的基本操作方法。（5分鐘）本次實(shí)訓(xùn)的目的：1）、了解三軸剪切試訓(xùn)的基本原理；2）、掌握三軸剪切試訓(xùn)的基本操作方法；3）、了解三軸剪切試訓(xùn)不同排水條件的控制方法和孔隙壓力的測(cè)量原理；4）、進(jìn)一步鞏固抗剪強(qiáng)度的基本理論。2. 計(jì)劃原理學(xué)習(xí)：三軸剪切試訓(xùn)是用來(lái)測(cè)定土樣試件在某一固定周圍壓力下的抗剪強(qiáng)度，然后根據(jù)三個(gè)以上試件，在不同周圍壓力下測(cè)得的抗剪強(qiáng)度，利用摩爾-庫(kù)侖破壞準(zhǔn)則確定土體的抗剪強(qiáng)度參數(shù)。一般認(rèn)為，土體的破壞條件用摩爾-庫(kù)侖破壞準(zhǔn)則表示比較符合實(shí)際情況。即土體在各向主應(yīng)力的作用下，作用在某一應(yīng)力面上的剪應(yīng)力與法向應(yīng)力之

3、比達(dá)到某一比值，土體將沿該面發(fā)生剪切破壞，而與作用的各向主應(yīng)力的大小無(wú)關(guān)。常規(guī)三軸試訓(xùn)是取3-4個(gè)圓柱體試樣，分別在其四周施加不同的恒定周圍壓力（小主應(yīng)力），隨后逐漸增加軸向壓力（大主應(yīng)力）直至破壞為止。 說明：對(duì)該原理的講解不能只停留在理論層面，最好采用以前的實(shí)訓(xùn)數(shù)據(jù)，并采用數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，讓學(xué)生提前進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，在數(shù)據(jù)的處理中理解土三軸實(shí)訓(xùn)的理論。對(duì)三軸剪切實(shí)訓(xùn)的基本原理進(jìn)行講解，這是做實(shí)訓(xùn)前的主要內(nèi)容，首先講解該實(shí)訓(xùn)依據(jù)的原理，重點(diǎn)講解摩爾-庫(kù)侖破壞準(zhǔn)則的摩爾圓，時(shí)間大約控制在10分鐘，期間需要了解學(xué)生是否聽懂，并同時(shí)進(jìn)行一下課堂提問，這個(gè)只進(jìn)行一個(gè)到兩個(gè)學(xué)生的提問，采用隨機(jī)抽取的方法，提

4、問問題為：我們需要在實(shí)訓(xùn)中測(cè)得什么數(shù)據(jù)。（15分鐘）SJ-1A.G 三軸儀工作原理：把經(jīng)試樣制備工具制備好的試樣，用橡皮膜包裹安放在壓力室試樣座上，使其與測(cè)量系統(tǒng)連接，周圍壓力的大小由電機(jī)自動(dòng)調(diào)節(jié)。試訓(xùn)時(shí)試訓(xùn)機(jī)經(jīng)齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)，使壓力室以一定的速率上升，從而使試樣在活塞作用下產(chǎn)生軸向壓縮應(yīng)變。根據(jù)測(cè)力計(jì)的變形量，即可確定對(duì)試樣施加軸向荷重的大小。試樣內(nèi)部孔隙壓力發(fā)生變化，則通過孔隙壓力測(cè)量單元測(cè)讀其變化值。同時(shí)經(jīng)體變管可測(cè)體積變化量，直至試樣剪損破壞為止。說明：按照SJ-1A.G 三軸儀進(jìn)行工作原理的講解，讓學(xué)生對(duì)整個(gè)機(jī)器有一個(gè)大致了解，這個(gè)時(shí)間可以稍短，不作為該實(shí)訓(xùn)的重點(diǎn)部分。（5分鐘）SJ-

5、1A.G 三軸儀主要組成部分1）。 試訓(xùn)機(jī)試訓(xùn)機(jī)由變速箱、三相異步電機(jī)、壓力機(jī)(包括立柱、橫梁 、離合器、手輪、機(jī)架和測(cè)力計(jì)組成。主要技術(shù)指標(biāo)如下：最大出力：30kN 。壓力機(jī)升降范圍：090mm 。變速箱變速范圍：0.0022mm/min4.14mm/min，共15種速度。 1變速箱 用正齒輪有級(jí)變速方式，可變15種速度，由A06324型三相異步電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)。2壓力機(jī)傳動(dòng)經(jīng)鏈條鏈輪傳至壓力機(jī)，當(dāng)調(diào)節(jié)柄“細(xì)”字向上，齒爪離合器接合，旋轉(zhuǎn)前面手輪，即推動(dòng)升降柱和壓力室座向上移動(dòng)，以完成對(duì)試樣旋加軸向荷重。當(dāng)調(diào)節(jié)柄“粗”字向上，離合器脫開，旋轉(zhuǎn)右面手輪作手動(dòng)快速升降。旋轉(zhuǎn)滾花并帽，可使橫梁在兩根立柱

6、上作平行上下移動(dòng)，至調(diào)整所需位置。橫梁中間安放測(cè)力計(jì)。3機(jī)架機(jī)架下部安放變速箱，上部臺(tái)面安放壓力機(jī)。變速箱與壓力機(jī)通過鏈條連接。 4測(cè)力計(jì)測(cè)力計(jì)供測(cè)定試樣承受軸向荷重之用。測(cè)力計(jì)在軸向荷重作用下，產(chǎn)生變形，其變形量由百分表測(cè)讀，可間接地求出軸向荷重大小。2）。 壓力室壓力室是承放試樣的壓力容器，要求耐壓1MPa 不漏水。壓力室由底座、底圈、有機(jī)玻璃筒、上蓋、活塞環(huán)、橡膠密封圈等零件組成?；钊麠U與活塞套為一對(duì)精密偶件配合。上蓋之螺塞用以排氣，底座上三個(gè)接頭分別與孔隙壓力測(cè)量單元、周圍壓力控制單元及反壓力控制單元相連。3）。測(cè)控系統(tǒng)壓力測(cè)控柜主要功能是控制試訓(xùn)電機(jī)啟動(dòng)、設(shè)定周圍壓力、反壓力并自動(dòng)穩(wěn)

7、壓、測(cè)孔隙壓力、測(cè)體變。4）。試樣制備工具1飽和器供試樣飽和用。將試樣放入飽和器內(nèi)，可作毛細(xì)管飽和或抽氣飽和用。它由上蓋、底座、透水石、三開筒組成。2擊實(shí)器擊實(shí)器供制備擾動(dòng)試樣用。將一定重量及含水量的土放入筒內(nèi)，分層擊實(shí)，使之達(dá)到規(guī)定的容量和尺寸，以便進(jìn)行試訓(xùn)。3對(duì)開膜對(duì)開膜可裝在壓力室上制備砂土試樣，它由兩瓣半圓形膜筒用緊箍箍緊，筒壁上之氣嘴用于連接抽氣設(shè)備。4承膜筒承膜筒是支撐橡皮膜以便套在度樣上的工具。5切土器切土器為制備試樣之用。說明：這是本次課的重點(diǎn)部分講解是將較長(zhǎng)，在老師講解前，可以先讓一部分學(xué)生根據(jù)實(shí)訓(xùn)步驟試著進(jìn)行機(jī)器各個(gè)部件的試學(xué)習(xí)，在學(xué)生自學(xué)完成后老師再根據(jù)不同的實(shí)訓(xùn)部分進(jìn)行

8、講解。在講解之前，先讓學(xué)生根據(jù)說明書對(duì)測(cè)量范圍進(jìn)行記錄，對(duì)不同實(shí)訓(xùn)機(jī)結(jié)構(gòu)進(jìn)行講解，這是講解的主要內(nèi)容，講解方法采用互動(dòng)的方式，學(xué)生可以邊操作邊講解，也可以老師配合試訓(xùn)機(jī)進(jìn)行講解。具體講解內(nèi)容如下。（20分鐘）實(shí)訓(xùn)方案的制定：說明：在實(shí)訓(xùn)前，給學(xué)生的實(shí)訓(xùn)步驟中并未有給出實(shí)際的參數(shù)計(jì)算公式，通過前面的理論學(xué)習(xí)，讓學(xué)生以小組的形式進(jìn)行討論，對(duì)所采取的公式進(jìn)行討論，看是否符合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際以及各個(gè)計(jì)算參數(shù)是否能夠很好的反應(yīng)所需參數(shù)的計(jì)算。本步驟這是學(xué)生自己操作的環(huán)節(jié)，也是采用現(xiàn)場(chǎng)教學(xué)法的實(shí)際展現(xiàn)，高職教育的目的是讓學(xué)生會(huì)操作，如何才能在有限的時(shí)間段內(nèi)讓學(xué)生對(duì)此次試訓(xùn)進(jìn)行多遍掌握是本次教學(xué)的目的。現(xiàn)在教學(xué)前的

9、時(shí)候進(jìn)行第一遍復(fù)述，理論掌握的時(shí)候再一次進(jìn)行試訓(xùn)操作，在實(shí)訓(xùn)操作的時(shí)候又一次進(jìn)行試訓(xùn)操作，而且后期學(xué)生還可以單獨(dú)做實(shí)訓(xùn)，多次的實(shí)訓(xùn)可以有效提高學(xué)生學(xué)習(xí)的效率。（30分鐘）學(xué)生參與設(shè)計(jì)實(shí)訓(xùn)步驟是對(duì)學(xué)生的一個(gè)很好考訓(xùn)，學(xué)生以小組討論的形式進(jìn)行，在討論過程中要有小組記錄，對(duì)采用的制備試樣所需的加水量、制樣所需的濕土量、軸向應(yīng)變公式、試樣面積的校正公式、主應(yīng)力差公式進(jìn)行討論，并對(duì)每一個(gè)參數(shù)表示的意義進(jìn)行解釋，通過公式讓學(xué)生列出需要掌控的主要實(shí)訓(xùn)參數(shù)及實(shí)訓(xùn)所需要記錄的數(shù)據(jù)。通過討論老師掌握學(xué)生對(duì)實(shí)訓(xùn)知識(shí)的掌握情況，這主要通過學(xué)生討論后所做的總結(jié)進(jìn)行評(píng)估，最后根據(jù)學(xué)生討論結(jié)果對(duì)結(jié)論進(jìn)行總結(jié)。通過多次教學(xué)發(fā)

10、現(xiàn)，學(xué)生容易出問題的地方主要有軸向應(yīng)變公式、試樣面積的校正公式的學(xué)習(xí)，要多次進(jìn)行講解，并根據(jù)以前類似參數(shù)進(jìn)行詳解，以此加深學(xué)生對(duì)實(shí)訓(xùn)步驟的掌握。3 決策實(shí)訓(xùn)人員決策：以小組為單位進(jìn)行實(shí)訓(xùn)，并將試樣制作、儀器操作、數(shù)據(jù)記錄、設(shè)備維護(hù)、現(xiàn)場(chǎng)衛(wèi)生清理項(xiàng)目進(jìn)行責(zé)任人員制定。實(shí)訓(xùn)步驟制定：根據(jù)學(xué)生的討論，將實(shí)訓(xùn)的步驟進(jìn)行完善，完善方面包括計(jì)算公式的制定，數(shù)據(jù)記錄表的制定等。實(shí)訓(xùn)步驟：1）. 試樣制備擾動(dòng)土試樣的制樣，應(yīng)按下列步驟進(jìn)行：1試樣的數(shù)量視試訓(xùn)項(xiàng)目而定，應(yīng)有備用試樣34個(gè)。 2將碾散的風(fēng)干土樣通過孔徑2mm 或5mm 的篩，取篩下足夠試訓(xùn)用的土樣，充分拌勻，測(cè)定風(fēng)干含水率，裝入保濕缸或塑料袋內(nèi)備

11、用。3根據(jù)試訓(xùn)所需的土量與含水率，制備試樣所需的加水量應(yīng)按下式計(jì)算： (01. 001. 01m m 0100w -+= 式中： w m 制備試樣所需要的加水量(g；0m 濕土(或風(fēng)干土 質(zhì)量(g；0濕土(或風(fēng)干土 含水率( ；1制樣要求的含水率( 。4稱取過篩的風(fēng)干土樣平鋪于搪瓷盤內(nèi)，將水均勻噴灑于土樣上，充分拌勻后裝入盛土容器內(nèi)蓋緊，潤(rùn)濕一晝夜，砂土的潤(rùn)濕時(shí)間可酌減。5測(cè)定潤(rùn)濕土樣不同位置處的含水率，不應(yīng)少于兩點(diǎn)，含水率差值應(yīng)不大于1%。 6根據(jù)環(huán)刀容積及所需的干密度，制樣所需的濕土量應(yīng)按下式計(jì)算： V 01. 01(m d 00+=式中：d 試樣的干密度(g/cm3； V 試樣體積(環(huán)刀

12、容積(cm3 。2）. 裝土。先把乳膠薄膜裝在承膜筒內(nèi)，用吸耳球從氣嘴中吸氣，使乳膠薄膜貼緊筒壁，然后套在制備好試件外面，放在壓力室的底座上 (在之前應(yīng)首先將壓力室底座的透水石與管路系統(tǒng)以及孔隙水測(cè)定裝置均需充分飽和并放上一張濾紙 ，翻下乳膠膜的下端與底座用橡皮筋扎緊，翻開乳膠膜的上端與土樣帽用橡皮筋扎緊，最后裝上壓力筒擰緊密封螺帽，并使傳壓活塞與上樣帽接觸；3. 施加周圍壓力。 周圍壓力大小根據(jù)土樣埋深或應(yīng)力歷史來(lái)決定， 若土樣為正常壓密狀態(tài)， 則 3-4 個(gè)土樣的周圍壓力，應(yīng)在自重應(yīng)力附近選擇，不宜過大以免擾動(dòng)土的結(jié)構(gòu)； 4. 在不排水條件下測(cè)定試件的孔隙水壓力； 5. 調(diào)整測(cè)量軸骸形的位

13、移計(jì)和軸向壓力測(cè)力環(huán)百分表的初始“零點(diǎn)”讀數(shù)； 6. 施加軸向壓力，按剪切應(yīng)變速率取每分鐘 0.51.0啟動(dòng)電動(dòng)機(jī)，當(dāng)試樣每產(chǎn)生軸向 應(yīng)變?yōu)?0.2或 0.5時(shí)， 測(cè)計(jì)測(cè)力環(huán)變形和孔隙水壓力， 直至土樣破壞或應(yīng)變量進(jìn)行到 20 為止； 7. 試訓(xùn)結(jié)束即停機(jī)，卸除周圍壓力并拆除試樣，描述試樣破壞時(shí)形狀； 8.計(jì)算及繪圖 軸向應(yīng)變應(yīng)按下式計(jì)算： e1 = D h1 h0 100 式中， e 1 軸向應(yīng)變(； h 1 剪切過程中試樣的高度變化(mm； h 0 試樣初始高度(mm。 試樣面積的校正應(yīng)按下式計(jì)算： Aa = 2 A0 1 - e1 2 式中， A a 試樣的校正斷面積( cm ； A 0

14、 試樣的初始斷面積( cm 。 主應(yīng)力差應(yīng)按下式計(jì)算： s1 -s = CR As 10 3 式中， s 1 - s 3 主應(yīng)力差(kPa； s 1 大總主應(yīng)力(kPa； s 3 小總主應(yīng)力(kPa；C 測(cè)力 計(jì)率定系數(shù)(N0. 01mm 或 NmV；R 測(cè)力計(jì)讀數(shù)(0. 01mm；10 單位換算系數(shù)。 以主應(yīng)力差為縱坐標(biāo)， 軸向應(yīng)變?yōu)闄M坐標(biāo)； 繪制主應(yīng)力差與軸向應(yīng)變關(guān)系曲線取曲線上 主應(yīng)力差的峰值作為破壞點(diǎn)，無(wú)峰值時(shí)，取 15軸向應(yīng)變時(shí)的主應(yīng)力差值作為破壞點(diǎn)。 以剪應(yīng)力為縱坐標(biāo)，法向應(yīng)力為橫坐標(biāo)，在橫坐標(biāo)軸以破壞時(shí)的 s1 -s3 2 s1 + s3 2 為圓心，以 為半徑，在 t - s

15、應(yīng)力平面上繪制破損應(yīng)力圓，并繪制不同周圍壓力下破損應(yīng)力圓 的包線。 9.數(shù)據(jù)記錄 根據(jù)不固結(jié)不排水剪三軸試訓(xùn)記錄表填寫實(shí)訓(xùn)數(shù)據(jù)并計(jì)算。 不固結(jié)不排水剪三軸試訓(xùn)記錄表： 不固結(jié)不排水剪三軸試訓(xùn)記錄表 試樣直徑 d0= 試樣質(zhì)量 m0= 剪切速率= 周圍 壓力 (kPa 量力 軸向 環(huán)讀數(shù) 荷重(n (0.01mm (0.01mm 變形 (% 減量 ( cm e1 = 2 cm 試樣高度 h0= g 試樣密度 = mm/min 軸向 cm 試樣面積 A0= g/cm 鋼環(huán)系數(shù) C= cm 試樣體積 V0= N/0.01mm cm 校正后試樣 軸向應(yīng)變 應(yīng)變 面積 主應(yīng)力差 軸向 應(yīng)力 (kPa (

16、kPa s1 -s3 = P Aa e1 R P = CR Dh Dh h0 1 - e1 Aa = A0 1 - e1 s1 4 實(shí)踐 通過以上訓(xùn)練，學(xué)生對(duì)土三軸剪切實(shí)訓(xùn)的實(shí)訓(xùn)理論、操作步驟、實(shí)訓(xùn)注意事項(xiàng)，學(xué)生對(duì) 實(shí)訓(xùn)有了一定的了解，實(shí)訓(xùn)環(huán)節(jié)要分為兩步。 第一步：在討論過程中，可以很好的對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)有一個(gè)很好的了解，選取一組較好的 學(xué)生，老師在旁邊作指導(dǎo)，進(jìn)行實(shí)訓(xùn)操作，重點(diǎn)關(guān)注實(shí)訓(xùn)設(shè)備的操作，并同時(shí)對(duì)實(shí)訓(xùn)的情況 進(jìn)行講解，同時(shí)進(jìn)行試訓(xùn)參數(shù)記錄。 第二步： 在多次實(shí)訓(xùn)訓(xùn)練的基礎(chǔ)上， 以小組為單位， 根據(jù)不同的實(shí)訓(xùn)責(zé)任分工進(jìn)行實(shí)訓(xùn)， 并做好實(shí)訓(xùn)數(shù)據(jù)處理， 老師在這個(gè)地方的任務(wù)就是對(duì)實(shí)訓(xùn)中學(xué)生提出的問題進(jìn)行講解， 并對(duì) 實(shí)訓(xùn)數(shù)據(jù)進(jìn)行檢查，通過實(shí)訓(xùn)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性來(lái)定量觀察學(xué)生是否很好掌握了實(shí)訓(xùn)的學(xué)習(xí)效 果。 5 檢查 檢查通過多種方式進(jìn)行： 1） 。實(shí)訓(xùn)數(shù)據(jù)的處理并形成實(shí)訓(xùn)報(bào)告，實(shí)訓(xùn)報(bào)告每個(gè)學(xué)生都需要完成，老師在這進(jìn)行量化考 核； 2） 。通過試訓(xùn)中的參數(shù)進(jìn)行考核：實(shí)訓(xùn)預(yù)習(xí)情況、小組討論情況、土試樣的制作過程及制作 尺寸、機(jī)具的安