土的抗剪強(qiáng)度試驗(yàn)

1、 土的抗剪強(qiáng)度試驗(yàn) 土建03 1班 胡明輝 19號 林雪 16號 胡君燦 18號 趙子清 20號 邢恩波 09號1 歡迎各位老師抽出時間來聽我 們的試驗(yàn)課，我們非常高興，試驗(yàn)做的可能存在一些問題，希望老師幫助指正。2一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮鸵饬x： 這是一種快速有效求抗剪強(qiáng)度指標(biāo)的方法，在一般工程中普遍使用。通常采用4個試樣，分別在不同的垂直壓力P作用下，施加水平剪切力進(jìn)行剪切，測得剪切破壞時的剪應(yīng)力為f 。然后根據(jù)庫侖定律確定土的剪切強(qiáng)度指標(biāo)：內(nèi)摩擦角和粘聚力c 。 抗剪強(qiáng)度指標(biāo)c、值，是土體的重要力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)，正確地測定和選擇土的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)是土工計算中十分重要的問題。 土體的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)是通過土工試

2、驗(yàn)確定的。室內(nèi)試驗(yàn)常用的方法有直接剪切試驗(yàn)、三軸剪切試驗(yàn)；現(xiàn)場原位測試的方法有十字板剪切試驗(yàn)和大型直剪試驗(yàn)。 3二、國內(nèi)研究概況、水平及發(fā)展 直接剪切實(shí)驗(yàn)是發(fā)展較早的一種測定土的抗剪強(qiáng)度的方法，至今已有百年以上的歷史，由于其設(shè)備簡單，易于操作，在工程實(shí)踐中應(yīng)用廣泛，并且已經(jīng)積累了很多的寶貴經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)。 目前為了克服直剪儀式樣因應(yīng)變不均勻，不能控制排水條件及預(yù)先規(guī)定剪切面等缺點(diǎn)，在直剪儀的結(jié)構(gòu)上做了改進(jìn)，正在向單剪儀發(fā)展。單剪儀按其剪切容器結(jié)構(gòu)，可分為疊環(huán)式、加筋膜式和剛性板單剪儀三種。 單剪儀實(shí)驗(yàn)方法與直剪儀實(shí)驗(yàn)的不同僅在裝樣方面包括包橡皮膜和套上套環(huán)，其余方面都相同。目前在國內(nèi)僅科研及大學(xué)等研

3、究單位有這種儀器，作為研究之用，尚無定型產(chǎn)品。 4三、試驗(yàn)方法 （一）、直接剪切試驗(yàn) 1、試驗(yàn)儀器與基本原理 直接剪切試驗(yàn)所使用的儀器稱為直剪儀，按照加荷方式的不同，直剪儀可分為應(yīng)變控制式和應(yīng)力控制式兩種，前者是以等速水平推動試樣產(chǎn)生位移并測定相應(yīng)的剪應(yīng)力；后者則是對試樣分級施加水平剪應(yīng)力，同時測定相應(yīng)的位移。 目前常用的是應(yīng)變控制式直剪儀（示意圖）。 5 試驗(yàn)時，垂直壓力由杠桿系統(tǒng)通過加壓活塞和透水石傳給土樣，水平剪應(yīng)力則由輪軸推動活動的下盒施加給土樣。土體的抗剪強(qiáng)度可由量力環(huán)測定，剪切變形由百分表測定。在施加每一級法向應(yīng)力后，勻速增加剪切面上的剪應(yīng)力，直至試件剪切破壞（實(shí)驗(yàn)演示動畫）。 6

4、 將試驗(yàn)結(jié)果繪制成剪應(yīng)力和剪切變形S的關(guān)系曲線（見圖5-9）。一般地，將曲線的峰值作為該級法向應(yīng)力下相應(yīng)的抗剪強(qiáng)度f。7 變換幾種法向應(yīng)力的大小，測出相應(yīng)的抗剪強(qiáng)度f。在-坐標(biāo)上，繪制曲線，即為土的抗剪強(qiáng)度曲線，也就是莫爾-庫倫破壞包線。82、試驗(yàn)方法分類 為了在直剪試驗(yàn)中能盡量考慮實(shí)際工程中存在的不同固結(jié)排水條件，通常采用不同加荷速率的試驗(yàn)方法來近似模擬土體在受剪時的不同排水條件，由此產(chǎn)生了三種不同的直剪試驗(yàn)方法，即快剪、固結(jié)快剪和慢剪。 （1）快剪?？旒粼囼?yàn)是在土樣上下兩面均貼以臘紙，在加法向壓力后即施加水平剪力，使土樣在35分鐘內(nèi)剪壞，由于剪切速率較快，得到的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)用cq、q表示。

5、 9 （2）固結(jié)快剪。固結(jié)快剪是在法向壓力作用下使土樣完全固結(jié)。然后很快施加水平剪力，使土樣在剪切過程中來不及排水，得到的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)用ccq、cq表示。 （3）慢剪。慢剪試樣是先讓土樣在豎向壓力下充分固結(jié)，然后再慢慢施加水平剪力，直至土樣發(fā)生剪切破壞。使試樣在受剪過程中一直充分排水和產(chǎn)生體積變形，得到的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)用cs、s表示。3、試驗(yàn)優(yōu)缺點(diǎn)和適用范圍 直接剪切試驗(yàn)是測定土的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)常用的一種試驗(yàn)方法。它的優(yōu)點(diǎn)是具有儀器設(shè)備簡單，操作方便等。它的缺點(diǎn)主要包括以下幾點(diǎn)：10 （2）剪切面上剪應(yīng)力分布不均勻； （l）剪切面限定在上下盒之間的平面，而不是沿土樣最薄弱的面剪切破壞； （3）在剪

6、切過程中，土樣剪切面逐漸縮小，而在計算抗剪強(qiáng)度時仍按土樣的原截面積計算； （4）試驗(yàn)時不能嚴(yán)格控制排水條件，并且不能量測孔隙水壓力。 直接剪切試驗(yàn)適用于二、三級建筑的可塑狀態(tài)粘性土與飽和度不大于0.5的粉土。11（二）、三軸剪切試驗(yàn) 1、試驗(yàn)儀器與基本原理 三軸剪切試驗(yàn)儀（也稱三軸壓縮儀）由受壓室、周圍壓力控制系統(tǒng)、軸向加壓系統(tǒng)、孔隙水壓力系統(tǒng)以及試樣體積變化量測系統(tǒng)等組成。三軸剪切儀1213 試驗(yàn)時，將圓柱體土樣用乳膠膜包裹，固定在壓力室內(nèi)的底座上。先向壓力室內(nèi)注入液體(一般為水)，使試樣受到周圍壓力3，并使3在試驗(yàn)過程中保持不變。然后在壓力室上端的活塞桿上施加垂直壓力直至土樣受剪破壞。 設(shè)

7、土樣破壞時由活塞桿加在土樣上的垂直壓力為1 ，則土樣上的最大主應(yīng)力為1f=3+1，而最小主應(yīng)力為3f。由1f和3f可繪制出一個莫爾圓。 用同一種土制成34個土樣，按上述方法進(jìn)行試驗(yàn)，對每個土樣施加不同的周圍壓力3，可分別求得剪切破壞時對應(yīng)的最大主應(yīng)力1，將這些結(jié)果繪成一組莫爾圓。根據(jù)土的極限平衡條件可知，通過這些莫爾圓的切點(diǎn)的直線就是土的抗剪強(qiáng)度線，由此可得抗剪強(qiáng)度指標(biāo)c、值(圖5-11)。14圖-1 三軸試驗(yàn)基本原理(a)試樣圍壓 (b)破壞時試樣主應(yīng)力 (c)應(yīng)力圓與強(qiáng)度包線152、試驗(yàn)方法分類 按剪切前的固結(jié)程度和剪切過程中的排水條件三軸試驗(yàn)可分為三種類型： （1）不固結(jié)不排水試驗(yàn)（UU

8、） 試驗(yàn)過程由始至終關(guān)閉排水閥門，土樣在剪切破壞時不能將土中的孔隙水排出。土樣在加壓和剪切過程中，含水量始終保持不變，得到的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)用cu、u表示。觀看試驗(yàn)過程動畫演示16（2）固結(jié)不排水試驗(yàn)（CU） 先對土樣施加周圍壓力 ，將排水閥門開啟，讓土樣中的水排入量水管中，直至排水終止，土樣完全固結(jié)。然后關(guān)閉排水閥門，施加豎向壓力，使土樣在不排水條件下剪切破壞，得到的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)用ccu、cu表示。 觀看試驗(yàn)過程動畫演示17（3）固結(jié)排水試驗(yàn)（CD） 在固結(jié)過程和的施加過程中，都讓土樣充分排水(將排水閥門開啟)，使土樣中不產(chǎn)生孔隙水壓力。故施加的應(yīng)力就是作用于土樣上的有效應(yīng)力，得到的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)

9、用ccd、cd表示。觀看試驗(yàn)過程動畫演示3、試驗(yàn)優(yōu)缺點(diǎn) 優(yōu)點(diǎn)：（1）可嚴(yán)格控制排水條件；（2）可量測孔隙水壓力；（3）破裂面在最軟弱處 缺點(diǎn)：（1）2=3，軸對稱；（2）實(shí)驗(yàn)比較復(fù)雜18（三）、無側(cè)限抗壓試驗(yàn) 無側(cè)限儀 無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)是周圍壓力3=0（無側(cè)限）的一種特殊三軸壓縮試驗(yàn)，又稱單軸試驗(yàn)，該試驗(yàn)多在無側(cè)限抗壓儀上進(jìn)行,其結(jié)構(gòu)示意圖如圖5-12（a）。1920無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)過程請參見動畫演示 試驗(yàn)時，在不加任何側(cè)向壓力的情況下，對圓柱體試樣施加軸向壓力，直至試樣剪切破壞為止。試樣破壞時的軸向壓力以qu表示，稱為無側(cè)限抗壓強(qiáng)度。 對于飽和軟粘土，可以認(rèn)為=0，此時其抗剪強(qiáng)度線與軸平

10、行，且有cu=qu/2。所以，可用無側(cè)限抗壓試驗(yàn)測定飽和軟粘土的強(qiáng)度如圖5-12（b）。21（四）、十字板剪切試驗(yàn) 十字板剪切試驗(yàn)是一種土的抗剪強(qiáng)度的原位測試方法，這種試驗(yàn)方法適合于在現(xiàn)場測定飽和軟粘土的原位不排水抗剪強(qiáng)度。十字板剪切試驗(yàn)采用的試驗(yàn)設(shè)備主要是十字板剪力儀。 試驗(yàn)時，先將十字板壓入土中至測試的深度，然后由地面上的扭力裝置對鉆桿施加扭矩，使埋在土中的十字板扭轉(zhuǎn)，直至土體剪切破壞（破壞面為十字板旋轉(zhuǎn)所形成的圓柱面）。 22 圖-2 十字板剪力儀 圖-3由十字板測定的土的抗剪強(qiáng)度隨深度的變化23四、實(shí)驗(yàn)室條件 我們實(shí)驗(yàn)室擁有國內(nèi)先進(jìn)的尖端實(shí)驗(yàn)儀器，剪切實(shí)驗(yàn)的有四聯(lián)直剪儀、三軸剪切儀等，

11、為我們做實(shí)驗(yàn)了解新知識提供了非常方便的條件。24五、實(shí)驗(yàn)方法 本實(shí)驗(yàn)采用的是直接剪切方法測定土體的抗剪強(qiáng)度，直接剪切實(shí)驗(yàn)是一種快速有效求指標(biāo)的方法，在一般工程中普遍使用。 直接剪切儀分為應(yīng)變控制式和應(yīng)力控制式兩種，前者是等速推動試樣產(chǎn)生位移，測定相應(yīng)的剪應(yīng)力，后者則是對試件分級施加水平剪應(yīng)力測定相應(yīng)的位移，目前我國普遍采用的是應(yīng)變控制式直剪儀，該儀器的主要部件由固定的上盒和活動的下盒組成，試樣放在盒內(nèi)上下兩塊透水石之間。試驗(yàn)時，由杠桿系統(tǒng)通過加壓活塞和透水石對試件施加某一垂直壓力，然后等速轉(zhuǎn)動手輪對下盒施加水平推力，使試樣在上下盒的水平接觸面上產(chǎn)生剪切變形，直至破壞，剪應(yīng)力的大小可借助與上盒接

12、觸的量力環(huán)的變形值計算確定。25 為了近似模擬土體在現(xiàn)場受剪的排水條件，直接剪切試驗(yàn)可分為快剪、固結(jié)快剪和固結(jié)慢剪三種方法:快剪試驗(yàn)是在試樣施加豎向壓力后，立即快速施加水平剪應(yīng)力使試樣剪切破壞。固結(jié)快剪是允許試樣在豎向壓力下充分排水，待固結(jié)穩(wěn)定后，再快速施加水平剪應(yīng)力使試樣剪切破壞。慢剪試驗(yàn)則是允許試樣在豎向壓力下排水，待固結(jié)穩(wěn)定后，以緩慢的速率施加水平剪應(yīng)力使試樣剪切破壞。我們選擇的是快剪方法來測定土的抗剪強(qiáng)度，具體操作步驟如下： 1切取土樣，按照要求切取4個原狀土樣，本方法適用于細(xì)粒土。26 2儀器檢查。上下盒間接觸及盒內(nèi)應(yīng)涂抹凡士林，以減少阻力，百分表是否靈敏，插銷是否失靈，鋼珠是否脫落

13、。 3安裝試樣對準(zhǔn)上下盒，插入固定銷，在下盒內(nèi)放入透水石一塊，放入蠟紙一張（或透水板和濾紙），將帶有土樣的環(huán)刀刃口朝上、對準(zhǔn)剪切盒口，將試樣推入盒內(nèi)，然后在試驗(yàn)樣上放上蠟紙、透水石及盒蓋（濕度與試樣相近），裝入儀器內(nèi)，加上壓力，轉(zhuǎn)動手輪，讓其接觸，撥掉插銷，開始實(shí)驗(yàn)。 4垂直加壓。一般垂直壓力分別為0.1、0.2、0.3、0.4 MPa，若土質(zhì)松軟，可調(diào)整加壓荷載，以免擠出。27 5水平剪切。轉(zhuǎn)動手輪，使上盒前端鋼珠剛好與量力環(huán)接觸。調(diào)整量力環(huán)中的百分表讀數(shù)為零。 6拔出固定銷，開動秒表，慢剪法剪切速率應(yīng)小于0.02mm/min，一般采用電動裝置。式樣每產(chǎn)生剪切位移0.2-0.4時記測力計和位移讀數(shù)，直至測力計讀數(shù)出現(xiàn)峰值，應(yīng)繼續(xù)剪切至剪切位移為4mm時停機(jī)，記下破壞值；若測力計讀數(shù)無峰值，應(yīng)剪切至位移達(dá)6mm時停機(jī)。同時測記手輪轉(zhuǎn)數(shù)n和量力環(huán)測微表讀數(shù)R0。28六、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)整理及資料整理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄如下 土樣編號量力環(huán)讀數(shù)(0.01mm)剪應(yīng)力(KPa)垂直壓力(KPa)(1)(2)(3)(4)1200.485.61002201.0161.42003188.0216.63004195.0224.040029七、計算及實(shí)驗(yàn)誤差 通過計算的出C=54.23KPa、=25.22 并繪出圖線，圖線的相似