土的剪切實驗

地質(zhì)判識與巖土檢測》課程體驗式教學教案任務一：土的剪切強度實驗計劃學時：2授課地點云巖203授課時間教研室審核班級14地遂授課教師教學目標本試驗的目的在于測定土的內(nèi)摩擦角及內(nèi)聚力，以供計算承載力、評價地基穩(wěn)定性及計算土側壓力等用。任務要求1?以組為單位，遵守紀律、聽從安排，認真完成實訓。2?遵守實訓室制度，注意安全，小心操作，保護好儀器，保持實訓室干凈整潔。實訓設備ZJ-2型等應變直剪儀百分表（精度0.01mm）兩個教學方法學訓一體教學組織資訊一計劃一決策一實施一檢查一評價任務實施步驟一、資訊土的抗剪強度土的抗剪強度是指土體抵抗剪切破壞的極限能力，土內(nèi)某一面上的抗剪強度就是抵抗該面兩側土體發(fā)生滑動的最大阻力，這阻力由土的內(nèi)摩擦力和內(nèi)聚力所組成，可近似地用庫侖公式表示如下：粘土性T二◎tg^+c（kp）faa砂土t=gtg*（kp）faa式中T￡土的抗剪強度（kp）Jab剪切面上土所承受的垂直壓力，*土的內(nèi)摩擦角（度）ac土的內(nèi)聚力（kp）a測定土的抗剪強度試驗設備可分成兩類：一類是具有能控制剪切面的儀器、其中廣泛應用的是單剪切面應變控制式直接剪切儀和應力控制式直接剪切儀；另一類是三軸剪切儀。就土樣剪切過程中孔隙水變化情況的不冋，米用直剪儀的試驗方法有：（1）慢剪法加垂直壓力使土樣壓縮達到穩(wěn)定，然后以小于0.02mm/min的剪切速度慢慢施加水平剪力，固結滲出的水能及時排出。（2）快剪法加垂直壓力后，以0.8mm/min的剪切速度迅速施加剪力，在3~5分鐘內(nèi)剪斷為止，整個試驗過程中土樣的含水量基本保持不變。（3）固結快剪先加垂直壓力使土樣完全固結，然后迅速施加剪力至剪斷為止，在剪切過程中土樣的含水量基本保持不變。選定剪切方法時，應盡量與土在工程中的情況相符。本試驗采用應變控制式直接剪切儀作固結快剪。儀器操作說明1、儀器試用前，先校準杠桿水平（調(diào)節(jié)件16平衡錘），杠桿水平時，杠桿下沿應平齊立柱件（14）的中間紅線。2、將限位板10鋼珠在導軌上放好，放上件18滑動框，按土工試驗要求，放入土樣，透水石，蓋上傳壓板，放好鋼珠（12），調(diào)節(jié)件5傳壓螺釘與鋼珠接觸，使杠桿下沿抬至立柱的上紅線左右（若試樣未經(jīng)預壓，可略抬高些）杠桿下沿處于上下紅線之間，出力都有在精度范圍內(nèi)。3、調(diào)整量力環(huán)、百分表對零。若需測下沉量，則安裝垂直百分表、并對零。4、按試驗需施加垂直載荷，吊盤為一級荷重（50kP）重復試驗或連續(xù)試驗中，a無需每次將砝碼、吊盤取下，加荷時可左旋手輪乙，使支起的杠桿慢慢放下，卸荷時右旋手輪乙，使傳壓螺釘脫離鋼珠，容器部件能自由取放為止。5、待土樣達到固結要求時，擰出螺絲插銷，以均勻速率轉(zhuǎn)動手輪甲，進行剪切，若量力環(huán)中的百分表指針不再前進，或有顯著后退，表示土樣已剪壞，記下所需數(shù)據(jù)。6、退回時，反方向旋轉(zhuǎn)手輪甲，推動座上附有插銷，以便每次試驗結束后，拔出插銷，手旋推進桿，可快速退至原位。7、卸荷8、試驗結束后，應注意：（1）將砝碼、吊盤取下，以保護刀口。（2）應將儀器全部擦拭干凈，金屬表面涂薄油脂，以防銹蝕，還要定期打開面板，在齒面、回轉(zhuǎn)等處加適量黃油。實驗步驟：（1）量取（或抄錄）剪切面積，放好下盒中的透水石，再放好上盒，插上銷釘。（2）用切土器細心地切取原狀土，并用小刀將土樣兩面修平，然后移置到剪切盒上，并對齊盒凹口，將另一塊透水石放在土樣上面，用手指均勻地推透水石使和土樣一并壓入剪力盒中。如系砂土，則用漏斗直接倒入盒中，厚約2~3cm,并用錘輕輕擊至一定的孔隙比。再在砂面上放好透水石，每次裝砂量應大致相等。（3）將豎向加壓橫框置于活塞的鋼球上，按規(guī)定的垂直應力用砝碼加荷。（4）準備好紀錄紙和停表，拔去剪力盒銷釘，剪切開始，轉(zhuǎn)動手輪，快剪法控制每10秒鐘轉(zhuǎn)動一轉(zhuǎn)，并在每10秒末讀記百分表讀數(shù)。手輪每轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)軸的進程為0.2mm。連續(xù)轉(zhuǎn)動手輪，直到土樣剪斷為，快剪法全部剪切過程在3~5分鐘內(nèi)完成。（5）取出土樣，由（2）開始再作一次，取其平均值。加載比應小于1；注意事項（1）計算需要施加的垂直荷重。（2）百分表應裝置穩(wěn)固，并且有足夠的伸縮余地。（3）試樣在每小時的壓縮量不超過0.005mm時，視為穩(wěn)定。（4）剪切過程中應均勻旋轉(zhuǎn)，不得有間斷。（5）剪切過程中不應使土樣受振動。（6）如系測定飽和土的抗剪強度，可先將土樣在飽和容器中飽和，然后放入剪力盒內(nèi)，再以水浸沒，即可進行試驗。（7）在剪切過程中，當發(fā)現(xiàn)應力鋼環(huán)中百分表的讀數(shù)不再變化或剪切位移達5mm時，則認為土樣已被剪斷，對于緊砂或粘性土，還可以見到應力鋼環(huán)中百分表讀數(shù)有回落現(xiàn)象，此時說明土樣已被剪斷。（8）拿下剪力盒時，應注意不要使盒下的鋼球脫落。（9）每種土應在3~5個不同的垂直壓力下進行剪切，以繪制剪切圖。在繪制Tf?◎曲線時，如果發(fā)現(xiàn)個別和其它點不在一條直線上，應去掉此點，而將其它各點連成直線。二、計劃在這一階段中，學生針對本任務，以小組方式工作，獨立地尋找與任務相關的信息，制定完成任務的方法。將學生分為4組，每組8人。以組為單位進行實訓。三、決策計算原理借助應力鋼環(huán)的變形，應用下式計算土的抗剪強度：T?Rf剪應力C),ag――應力鋼環(huán)的變形系數(shù)，即應力鋼環(huán)直徑縮短0.01mm時,相應的在剪力

盒中沿土樣剪切面上的剪應力值（%oimm）,取2.062.R剪切過程中應力鋼環(huán)中百分表的變形值，取全部剪切過程中應力鋼環(huán)百分表的最大變形值，即與該垂直荷重下的抗剪強度ef相對應。記錄及報告按報告紙上表格填入記錄數(shù)字。將以各種不同的垂直壓力（50、100、200、300kp）所得之結果匯總，以b（kp）為橫坐標，及以各相應的剪切強度e（kp）aafa為縱坐標，繪出剪切強度曲線（圖4）。由此即可求得內(nèi)摩擦角?和內(nèi)聚力ckp。a抗剪強度試驗表轉(zhuǎn)數(shù)手1輪總進程垂直壓應力bQp）a50100200300鋼環(huán)讀數(shù)剪應力鋼環(huán)讀數(shù)剪應力鋼環(huán)讀數(shù)剪應力鋼環(huán)讀數(shù)剪應力kpa轉(zhuǎn)0.01mmkpa0.01mmkpa0.01mmkpa0.01mm圖4抗剪強度與垂直壓力的關系曲線四、實施小組進行實驗；各組學習交流；完成任務規(guī)定題目。