巖土力學(xué)剪切實驗

1、1 .直接剪切試驗1.1基本原理土的抗剪強(qiáng)度是土在外力作用下，其一部分土體對于另外一部分土體滑動時所具有的抵 抗剪切的極限強(qiáng)度。測定土的抗剪強(qiáng)度，可以提供計算地基強(qiáng)度和地基穩(wěn)定性用的基本指標(biāo)， 即土的內(nèi)聚力和內(nèi)摩擦角。土的內(nèi)摩擦角和內(nèi)聚力與抗剪強(qiáng)度之間的關(guān)系由庫侖公式表示: T = btg +cT 一抗剪強(qiáng)度(kPa)；O 一為正應(yīng)力(kPa)；內(nèi)摩擦角(度)；c-內(nèi)聚力(kPa)。直接對試樣施加剪力的設(shè)備叫直接剪力儀，常用的直接剪力儀根據(jù)施加剪應(yīng)力的特點分 為應(yīng)力控制式和應(yīng)變控制式兩種。應(yīng)力控制式是分級施加等量水平剪力于土樣使之受剪，應(yīng) 變控制式是等速推動剪切容器使土樣受剪。以應(yīng)變式最為常用

2、。儀器的主要部件剪切容器是由固定的上盒和活動的下盒(應(yīng)變式)或固定的下盒與活動的上 盒(應(yīng)力式)等部件組成。試樣置于上下盒之間，在試樣上先施加預(yù)定的法向壓為中，然 后以一定速率分級施加水平力對試樣施加剪力，可借助于與上盒相接觸的量力環(huán)的變形或以 所加水平力與杠桿力臂比關(guān)系確定。為求得的抗剪強(qiáng)度參數(shù)(c，)，一般至少用45個試樣，以同樣的方法分別在不同的法向 壓力。a 2、a 3 的作用下測出相應(yīng)的t fi、t f2、t f3的值，根據(jù)這些。，t f值，即可在直角坐標(biāo)中繪出抗剪強(qiáng)度曲線。 n f2 f3f無論是飽和粘性土的抗剪強(qiáng)度試驗，還是天然粘性土地基加荷過程中，空隙水壓力的消 散，即荷載在土

3、體中產(chǎn)生的應(yīng)力全部轉(zhuǎn)化為有效應(yīng)力，需要一定的固結(jié)時間來完成。因此， 土的固結(jié)過程，實際上也是土體強(qiáng)度不斷增長的過程。對同一種土，即使在同一法向壓力下， 由于見切前試樣的固結(jié)過程和剪切試樣的條件不同，其強(qiáng)度指標(biāo)也是各異的，為了近似地模 擬現(xiàn)場土體的剪切條件，即按照剪切前的固結(jié)過程、剪切時的排水條件以及加荷快慢情況， 將直剪試驗分為快剪，固結(jié)快剪和慢剪三中試驗方法。1.2儀器簡介本實驗使用ZJ-2型等應(yīng)變直剪儀如圖1。1.3操作步驟試樣制備.對準(zhǔn)剪切容器上下盒，插入固定銷，在下盒內(nèi)放透水石和濾紙，將帶有試樣的環(huán)刀刃 向上,對準(zhǔn)剪切盒口，在試樣上放濾紙和透水石，將試樣小心地推入剪切盒內(nèi).移動轉(zhuǎn)動裝置

4、，使上盒前端鋼珠剛好與測力計接觸，依次加上傳壓板，加壓框架，安裝 垂直位移量測裝置，測記初始讀數(shù).根據(jù)工程實際和土的軟硬程度施加各級垂直壓力.一般為100、200、300、400kPa 等。各個垂直壓力可一次輕輕施加，若土質(zhì)松軟，也可分次施加，以防土擠出。（5）垂直壓力施加后，拔出固定銷，立即開動秒表，以）.4mm/min的剪切速度進(jìn)行。即 轉(zhuǎn)動手輪；對一般粘性土 15s轉(zhuǎn)一周。（6）當(dāng)測力計百分表讀數(shù)不變或者后退時，應(yīng)繼續(xù)剪切至剪切位移為4mm時停下，記下 破壞值。當(dāng)剪切過程中測力計百分表讀數(shù)無峰值時，則剪切至剪切位移達(dá)6mm時停止。（7）剪切結(jié)束，吸掉盒內(nèi)積水，退去剪切力和垂直壓力，移動壓

5、力框架，取出試樣，測 定試樣含水率。1.4成果整理（1）按下式計算每一試樣的抗剪強(qiáng)度C - RAx 10_ . 0 4一、 式中-相應(yīng)于某一垂直壓力的抗剪強(qiáng)度（kPa）C試驗溫度下的量力環(huán)應(yīng)力系數(shù)（kPa/0.01mm）R一剪切時量力環(huán)中百分表的最大讀數(shù)（0.01mm）A0試樣的初始斷面積（cm2）（2）作抗剪強(qiáng)度與垂直壓力的關(guān)系圖以抗剪強(qiáng)度為縱坐標(biāo)，垂直壓力為橫坐標(biāo)，繪制抗剪強(qiáng)度與垂直壓力關(guān)系曲線，直線的傾角為摩擦角（中），直線在縱坐標(biāo)上的截距為粘聚力（C）。（3）快剪試驗記錄.表4-1快剪試驗記錄土樣編號校核者試驗方法計算者環(huán)刀面積試驗者量力環(huán)系數(shù)-日期試樣垂直壓力100kPa垂直壓力20

6、0 kPa垂直壓力300 kPa垂直壓力400 kPa百分表讀 數(shù)抗剪強(qiáng)度百分表讀 數(shù)抗剪強(qiáng)度百分表讀 數(shù)抗剪強(qiáng)度百分表讀 數(shù)抗剪強(qiáng)度試樣1試樣2試樣3試樣41.5注意事項（1）直接試驗方法的適用性快剪試驗、固結(jié)快剪試驗一般用于滲透參數(shù)小于10-6cm/s的粘性土，而慢剪試驗則對滲 透系數(shù)無要求。對于砂性土一般用固結(jié)快剪的方法進(jìn)行。（2）試驗方法的選擇每種試驗方法適用于一定排水條件下的土體和施工情況?？旒粼囼炗糜谠谕馏w上施加荷 載和剪切過程中都不發(fā)生固結(jié)和排水作用的情況。如土體有一定濕度，施工中逐步壓實固結(jié)， 就可以用固結(jié)快剪害死眼。如在施工期和工程使用期有充分時間允許排水固結(jié)，則用慢剪試 驗

7、?？傊?，應(yīng)根據(jù)工程實際情況選擇恰當(dāng)?shù)脑囼灧椒?。?）加荷方法和固結(jié)標(biāo)準(zhǔn)對于正常固結(jié)土，一般在荷載100400kPa的作用下，可以認(rèn)為符合庫侖公式。如果在 試驗時，已可以確定現(xiàn)場預(yù)期的最大壓力，則四個試驗的垂直壓力為：第一個是預(yù)期的最大 壓力，第二個為比預(yù)期壓力大的壓力，第三、第四個則小于預(yù)期的最大壓力，而且這四級垂 直壓力的級差要大致相等。如果在試驗時確定不了預(yù)期的最大壓力，讓可用100、200、300、 400kPa四級垂直壓力。固結(jié)時間對一般粘性土，當(dāng)垂直測微表讀數(shù)不超過0.005mm/h，即認(rèn)為達(dá)到壓縮穩(wěn)定。（4）剪切速率粘土的抗剪強(qiáng)度一般會隨著剪切速率而增加。剪切速率的控制應(yīng)由試驗方法確定。（5）剪切標(biāo)準(zhǔn)一般由三種情況。一種時剪應(yīng)力與剪切變形的曲線由峰值時，表現(xiàn)在量力環(huán)中百分表指 針不前進(jìn)或后退時微剪損。二是無明顯峰值時，表現(xiàn)在量力環(huán)中百分表指針隨著手輪轉(zhuǎn)動仍 繼續(xù)前進(jìn)，則規(guī)定某一剪切位移的剪應(yīng)力作為破壞值。對64mm直徑