直接剪切試驗

實驗六直接剪切試驗直接剪切試驗（手動）一、 基本概念及原理土的抗剪強度是指土體抵抗剪切破壞的極限能力，是土的重要力學性質(zhì)指標之一。工程中的地基承載力，擋土墻的土壓力，土坡穩(wěn)定等問題都與土的抗剪強度直接相關(guān)。根據(jù)庫侖定律，土的抗剪強度與剪切面上的法向應力成正比。其本質(zhì)是由于土粒之間的滑動摩擦以及凹凸面間的鑲嵌作用產(chǎn)生的摩阻力，其大小決定于土粒表面的粗糙度、密實度、土顆粒的大小以及顆粒級配等因素。粘性土的抗剪強度由兩部分組成，一部分是摩擦力，另一部分是土粒之間的粘結(jié)力。用庫侖定律公式表達為T=C+Otg^。二、 試驗目的直接剪切試驗是測定土抗剪強度指標的一種常用方法。通常將同一土樣切取不少于四個試樣；分別在不同的垂直壓力下施加水平剪切力，測得破壞時的切應力，以確定土的內(nèi)摩擦角和內(nèi)聚力，為工程實踐提供依據(jù)。三、 試驗方法及適應范圍由于土體在固結(jié)過程中孔隙水壓力的消散，荷載在土中產(chǎn)生的附加應力最后全部轉(zhuǎn)化為有效應力。其實質(zhì)是土體強度不斷增長的過程。因此，剪切試驗條件決定了同一種土在不同試驗條件下的抗剪強度不同。為了模擬現(xiàn)場土體的剪切條件，根據(jù)土的固結(jié)程度，剪切時的排水條件以及加荷速率，把剪切試驗分為三種：1、 快剪試驗（或不排水剪）：土樣施加法向應力后，立即施加水平剪切力，在3-5分鐘內(nèi)將試樣剪切破壞。在整個試驗過程中不允許土樣含水量有所變化，即孔隙水壓力保持不變。這種方法只適用于模擬現(xiàn)場土體較厚，透水性較差，施工速度較快，基本上來不及固結(jié)就被剪切破壞的情況（土的滲透系數(shù)小于10-6cm/s）。2、 固結(jié)快剪（或固結(jié)不排水剪）先將土樣在法向應力作用下達到完全固結(jié)，然后施加水平剪切力，與快剪方法一樣使土樣剪切破壞。此方法只適用于模擬現(xiàn)場土體在自重或正常荷載條件下已達到完全固結(jié)狀態(tài)，隨后，又遇到突然增加荷載或因土層較薄，透水性較差，施工速度快的情況。適用于土的滲透系數(shù)小于10-6cm/s的土類，對滲透系數(shù)大于10-6cm/s的土，應采用三軸儀進行試驗。3、慢剪試驗（或固結(jié)排水剪）先將土樣在法向應力作用下，達到完全固結(jié)。隨后施加慢速剪切（剪切速度應小于0.02mm/min）剪切過程中使土中水能充分排出，使孔隙水壓力消散，直至土樣剪切破壞。本次試驗采用快剪試驗。四、 儀器設(shè)備1、 應變控制式直接剪切儀，如圖6.1所示。2、 百分表：量程1-10mm，最小分度為0.01mm3、 其它：切土刀、環(huán)刀、秒表、蠟紙、鋼絲鋸等。五、操作步驟圖6.1:應變控制式:頃僅1一剪切傳動機構(gòu)；2—推動器；3一下盒：4—垂直加壓框架：5—垂宜位移甘；6一傳壓板：7一透水板；8一上盒；II水盒；10一測力計；11—水平位移計；12一液珠；13一試樣1、 切取土樣：用標準環(huán)刀，切取原狀土或制備的擾動試樣，方法同密度試驗，每組試驗不少于四個試樣，并分別測定其密度及含水量。密度差值不得超過0.03g/cm3。2、 儀器檢查：將調(diào)整平衡的白色手輪逆時針旋轉(zhuǎn)，使中心軸上升至頂端，以便加荷過程中調(diào)整杠桿水平；調(diào)整平衡錘使水平杠桿水平；檢查儀器各部分接觸是否緊密轉(zhuǎn)動是否靈敏；安裝百分表于量力環(huán)中，并檢查百分表是否接觸良好。3、 安裝試樣：對準上、下剪切盒并插入固定銷釘。在下盒內(nèi)放入透水石一塊，其上放不透水蠟紙一張。將切取土樣的環(huán)刀刀口向上對準上剪切盒口，在土樣上面放上蠟紙一張，用推土器堆入剪切盒中，移去環(huán)刀，并在蠟紙上放塊透水石，然后依次加上傳壓蓋板，鋼珠及加壓框架，并調(diào)整加壓框，使鋼珠與框架之間的縫隙為1-3mm。4、 垂直加荷：每組試驗需要剪切不少于4個試樣，分別在不同的垂直壓力下剪切，垂直壓力由現(xiàn)場情況估計出的最大壓力決定，對一般的粘性土、砂土，宜采用50、100、200、300KPa或100、200、300、400KPa的垂直應力。對高含水量，低密度的土樣可選用20、50、100、200KPa的應力。5、 水平剪切：先轉(zhuǎn)動手輪，使上盒前端鋼鉸與量力環(huán)接觸，調(diào)整百分表計數(shù)為零；撥出固定銷釘、開動秒表，以1轉(zhuǎn)/10S的速率旋轉(zhuǎn)手輪，使試樣在3-5分鐘內(nèi)剪切破壞；剪切過程中，手輪應勻速不間斷地旋轉(zhuǎn)，并保持杠桿水平；剪切過程中，百分表指針不再上升，或有明顯后退時，表示試樣已剪切破壞。若變形繼續(xù)增加，而剪切變形（上下蓋錯開）4mm時，也認為試樣已剪切破壞；記錄手輪轉(zhuǎn)數(shù)n以及量力環(huán)中百分表的讀為R。6、 拆除容器：剪切結(jié)束，依次卸除百分表，垂直荷載，上盒等。重新裝上另一試樣進行下一級剪切試驗，直至全部結(jié)束。六、計算及繪圖1、根據(jù)百分表讀數(shù)，計算土樣的剪切位移和剪應力① AL=20n-R②T=QR式中：AL剪切位移(0.01mm)n手輪轉(zhuǎn)數(shù)R 量力環(huán)百分表讀數(shù)(0.01mm)t剪應力(KPa)匚 量力環(huán)率定系數(shù)(KPa.0.01mm)2、 以剪應力t為縱坐標，剪切位移為橫坐標繪制剪應力和剪切位移關(guān)系曲線t—AL，如圖所6.2示。取t—AL曲線的峰值為該垂直壓力作用下土的抗剪強度Tf,無峰值時，取剪切位移4mm所對應的剪應力為土的抗剪強度Tf。3、 以抗剪強度Tf為縱坐標，垂直壓力b為橫坐標繪制曲線，如圖6.3所示。將圖上各點連成直線，并延長與縱坐標相交，則直線的傾角為土的內(nèi)摩擦角，直線在縱坐標上的截距為土的內(nèi)聚力c(x=c)。圖6.2剪應力和剪切位移關(guān)系曲線 圖6.3抗剪強度與垂直壓力關(guān)系曲線七、記錄格式

表6.1直接剪切試驗試驗方法試樣編號： 固結(jié)時間： 小時儀器編號： 壓縮量： mm手輪轉(zhuǎn)速： 轉(zhuǎn)/分 剪切歷時： 分鐘垂直壓力： KPa 量力環(huán)率定系數(shù)： KPa.0.01mm抗剪強度： KPa手輪轉(zhuǎn)數(shù)n量力環(huán)百分表讀數(shù)R（0.01mm）剪切位移△L=20n-R(0.01mm)剪應力匚=很（KPa）手輪轉(zhuǎn)數(shù)n量力環(huán)百分表讀數(shù)R（0.01mm）剪切位移△L=20n-R(0.01mm)剪應力c=QR(KPa)八、 注意事項1、 對于一般黏性土采用峰值或穩(wěn)定值作為破壞應變。但對高含水量，低密度的軟粘土，應力一應變曲線峰值不明顯，應采用剪切位移為4mm的應變。因而應繪制剪應力和剪切位移關(guān)系曲線，選擇抗剪強度。2、 同組試樣應在同臺儀器上試驗，以消除儀器誤差