【www.zhuodaoren.com--推荐阅读】
试验土的抗剪强度目的(一)
土的抗剪强度试验
实验一 土的抗剪强度试验
一、实验目的
本试验的目的在于测定土的内摩擦角及内聚力，以供计算承载力、评价地基稳定性及计算土侧压力等用。
二、土的抗剪强度
土的抗剪强度是指土体抵抗剪切破坏的极限能力，土内某一面上的抗剪强度就是抵抗该面两侧土体发生滑动的最大阻力，这阻力由土的内摩擦力和内聚力所组成，可近似地用库仑公式表示如下：
粘土性 fatgc (kpa) 砂土 fatg (kpa) 式中f——土的抗剪强度 （kpa）
a——剪切面上土所承受的垂直压力，——土的内摩擦角（度）
c——土的内聚力 （kpa）
测定土的抗剪强度试验设备可分成两类：一类是具有能控制剪切面的仪器、其中广泛应用的是单剪切面应变控制式直接剪切仪和应力控制式直接剪切仪；另一类是三轴剪切仪。
就土样剪切过程中孔隙水变化情况的不同，采用直剪仪的试验方法有：
（1）慢剪法 加垂直压力使土样压缩达到稳定，然后以小于0.02 mm／min的剪切速度慢慢施加水平剪力，固结渗出的水能及时排出。
（2）快剪法 加垂直压力后，以0.8mm／min的剪切速度迅速施加剪力，在3~5分钟内剪断为止，整个试验过程中土样的含水量基本保持不变。
（3）固结快剪 先加垂直压力使土样完全固结，然后迅速施加剪力至剪断为止，在剪切过程中土样的含水量基本保持不变。
选定剪切方法时，应尽量与土在工程中的情况相符。 本试验采用应变控制式直接剪切仪作固结快剪。【试验土的抗剪强度目的】
三、设备及仪器
1、ZJ-2型等应变直剪仪主要部分为:（1） 剪切推动座部分；（2）剪切盒部分；（3）【试验土的抗剪强度目的】
测力环部分；（4）竖向加荷部分.主要技术指标如表：
表 ZJ-型直剪仪主要技术指标
2、百分表（精度0.01mm）两只； 3、停表一只。
四、仪器操作说明
1、仪器试用前，先校准杠杆水平（调节件16平衡锤），杠杆水平时，杠杆下沿应平齐立柱件（14）的中间红线。
2、将限位板10钢珠在导轨上放好，放上件18滑动框，按土工试验要求，放入土样，透水石，盖上传压板，放好钢珠（12），调节件5传压螺钉与钢珠接触，使杠杆下沿抬至立柱的上红线左右（若试样未经预压，可略抬高些），杠杆下沿处于上下红线之间，出力都有在精度范围内。
3、调整量力环、百分表对零。若需测下沉量，则安装垂直百分表、并对零。 4、按试验需施加垂直载荷，吊盘为一级荷重（50kpa）重复试验或连续试验中，无需每次将砝码、吊盘取下，加荷时可左旋手轮乙，使支起的杠杆慢慢放下，卸荷时右旋手轮乙，使传压螺钉脱离钢珠，容器部件能自由取放为止。
5、待土样达到固结要求时，拧出螺丝插销，以均匀速率转动手轮甲，进行剪切，若量力环中的百分表指针不再前进，或有显著后退，表示土样已剪坏，记下所需数据。
6、退回时，反方向旋转手轮甲，推动座上附有插销，以便每次试验结束后，拔出插销，手旋推进杆，可快速退至原位。
7、卸荷
8、试验结束后，应注意：（1）将砝码、吊盘取下，以保护刀口。（2）应将仪器全部擦拭干净，金属表面涂薄油脂，以防锈蚀，还要定期打开面板，在齿面、回转等处加适量黄油。
五、试验步骤
（1）量取（或抄录）剪切面积，放好下盒中的透水石，再放好上盒，插上销钉。 （2）用切土器细心地切取原状土，并用小刀将土样两面修平，然后移置到剪切盒上，并对齐盒凹口，将另一块透水石放在土样上面，用手指均匀地推透水石使和土样一并压入剪力盒中。
如系砂土，则用漏斗直接倒入盒中，厚约2~3cm，并用锤轻轻击至一定的孔隙比。再在砂面上放好透水石，每次装砂量应大致相等。
（3）将竖向加压横框置于活塞的钢球上，按规定的垂直应力用砝码加荷。 （4）准备好纪录纸和停表，拔去剪力盒销钉，剪切开始，转动手轮，快剪法控制每10秒钟转动一转，并在每10秒末读记百分表读数。手轮每转一转轴的进程为0.2mm。连续转动手轮，直到土样剪断为，快剪法全部剪切过程在3~5分钟内完成。
（5）取出土样，由（2）开始再作一次，取其平均值。 六、计算原理
借助应力钢环的变形，应用下式计算土的抗剪强度：
fR
——剪应力kpa，
——应力钢环的变形系数，即应力钢环直径缩短0.01mm时,相应的在剪力盒中沿
（土样剪切面上的剪应力值
kpa
.01mm），取2.062.
R——剪切过程中应力钢环中百分表的变形值，取全部剪切过程中应力钢环百分表的
最大变形值，即与该垂直荷重下的抗剪强度f相对应。
七、记录及报告
按报告纸上表格填入记录数字。将以各种不同的垂直压力（50、100、200、300kpa ）所得之结果汇总，以(kpa)为横坐标，及以各相应的剪切强度f(kpa)为纵坐标，绘出剪切强度曲线（图4）。由此即可求得内摩擦角和内聚力ckpa。
八、注意事项
（1）计算需要施加的垂直荷重。
（2）百分表应装置稳固，并且有足够的伸缩余地。
（3）试样在每小时的压缩量不超过0.005mm时,视为稳定。
（4）剪切过程中应均匀旋转，不得有间断。 （5）剪切过程中不应使土样受振动。
（6）如系测定饱和土的抗剪强度，可先将土样在饱和容器中饱和，然后放入剪力盒内，再以水浸没，即可进行试验。
（7）在剪切过程中，当发现应力钢环中百分表的读数不再变化或剪切位移达5mm时，则认为土样已被剪断，对于紧砂或粘性土，还可以见到应力钢环中百分表读数有回落现象，此时说明土样已被剪断。【试验土的抗剪强度目的】
（8）拿下剪力盒时，应注意不要使盒下的钢球脱落。
（9）每种土应在3~5个不同的垂直压力下进行剪切，以绘制剪切图。在绘制f~曲线时，如果发现个别和其它点不在一条直线上，应去掉此点，而将其它各点连成直线。
抗 剪 强 度 试 验 表
抗剪强度与垂直压力的关系曲线 图 4
试验土的抗剪强度目的(二)
浅谈土的抗剪强度试验
浅谈土的抗剪强度试验
岩土工程中土体的破坏主要是剪切破坏，研究土的强度主要就是研究土的抗剪强度，土的抗剪强度是指土抵抗剪切破坏的极限强度，它在很大程度上决定了土的承载力，在建筑物地基设计之前必须测定土的抗剪强度指标（粘聚力c和内摩擦角φ），并据此计算地基的承载力和评价地基的稳定性。土的抗剪强度指标是通过土工试验测得的，目前室内试验常用的方法是直接剪切试验和三轴压缩试验，野外试验常用的方法是十字板剪切试验和大型直剪试验。下面就这几种试验方法进行较全面的分析和梳理。
一、室内试验：
1、直接剪切试验：直剪试验是最早最简单目前使用最多的测定土的抗剪强度的试验方法。直剪试验仪有应变控制式和应力控制式两种，一般用应变控制式，因为它能较准确地测定剪应力峰值且操作简便。直剪试验一般用于测定细粒土的c和φ及粒径小于2mm砂土的φ，通常每组取4个试样，在4种不同垂直压力（一般在100~400kPa）下进行剪切试验，测得剪应力与位移关系曲线，取曲线上的峰值剪应力（若无峰值取剪切位移达4mm时的强度值）作为该垂直压力下的抗剪强度，通过几个试样的抗剪强度确定强度包线求出c和φ。直剪试验具有仪器简单、试样的制备和安装方便等优点；但仪器构造决定了试样不是沿土样中最薄弱的面破坏，剪切面上的剪应力分布不均匀，排水条件不能有效控制等，这些缺点使测得的指标不够理想，所以直剪试验多用于二三类普通工程。直剪试验根据固结、排水和剪切速率等情况的不同又可分为以下5种不同的试验方法： ①、快剪试验：适用于渗透系数小于10-6cm/s的细粒土，是在试样施加垂直压力后立即快速剪切，一般用0.8mm/min的速度在3~5分钟内剪损，目的是在剪切过程中尽量避免排水，使试验前后的含水率接近。当地基土透水性较差排水不良时可用这种方法，但是测出的结果往往离散性较大。
②、固结快剪试验：是在试样上施加垂直压力待排水固结稳定后，再快速施加水平剪切力进行剪切，剪切过程跟快剪一样避免排水。剪切速率的快和慢实际上是为了控制试样的排水条件，但对渗透性大的土类在快剪中还是要排水，所以这种方法也只适用渗透系数小于10-6cm/s的土，固结快剪比快剪测得的结果稳定。 ③、慢剪试验：是在试样上施加垂直压力待排水固结稳定后，再以小于0.02mm/min的速度使试样在充分排水的条件下进行剪切。当地基土排水条件较好，地基容易在短时间内固结，且在施工期和工程使用期有充分时间允许排水固结时，可采用慢剪试验。
④、砂类土的直剪试验：由于砂土的透水性强，排水快，所以湿润状态与干燥状态的强度变化不大，可采用较快的剪切速率，它的受剪过程大多相当于固结排水剪情况。
⑤、排水反复直剪试验：是在试样上施加垂直压力待排水固结稳定后，再对试样在最大剪切位移下充分排水反复慢剪至剪应力达到稳定值，以测定土的残余抗剪强度。扰动试样和原状试样的残余强度通常相接近，同一种土在同一有效压力作
用下，其残余强度相同，所以当无法取得原状土时可取扰动土进行试验。此方法适用于超固结粘性土及软弱岩石夹层的粘性土，反复直剪简单易行，对多数土均能测得较好的成果，因此应用较广。
2、三轴压缩试验：三轴试验适用于测定粘性土和砂土的抗剪强度参数，应变控制式三轴压缩仪是目前测定抗剪强度较为完善的仪器，试验时通常每组制备3个高径比为2~2.5的圆柱形试样，分别在不同的恒定周围压力下施加轴向压力进行剪切直至破坏，取应力应变曲线上的峰值应力（无峰值时取纵向应变15%时的应力）作为抗剪强度。三轴试验较直剪试验完善，其优点是能严格控制排水条件，土的受力状态和孔隙水的影响比直剪试验更能接近实际情况，破坏面是最弱面，试验结果更可靠。缺点是仪器构造复杂，试样制备和操作比较麻烦等，因此多用于甲级建筑物等重大工程。三轴试验根据固结和排水条件等情况的不同，又可分以下5种不同的试验方法：
①、不固结不排水剪试验：是在施加周围压力和轴向压力直至破坏过程中都不允许试样排水固结，试验过程由始至终关闭排水阀门，土样在剪切破坏过程中不能将孔隙水排出。
②、固结不排水剪试验：是先对土样施加周围压力，然后打开排水阀门，让土样中的水排入量水管中直到排水终止土样完全固结，然后关闭排水阀门施加轴向压力，使土样在不排水条件下剪切破坏。
③、固结排水剪试验：是试样先在周围压力作用下排水固结，然后在允许试样充分排水的情况下增加轴向压力直至破坏，这种试验方法的特点是，在全部试验过程中一直打开排水阀门，让土样在固结和剪切过程中都充分排水，使土样中不产生孔隙水压力。
④、无侧限抗压试验：它是三轴压缩试验的特例，是三轴压缩试验中周围压力为0时测得的抗压强度，本试验适用于测定饱和软粘土的无侧限抗压强度及灵敏度，也可用来推求饱和粘土的不固结不排水剪强度。
二、野外试验：
1、十字板剪切试验：十字板剪切试验是在工地现场用十字板剪切仪直接测试地基土抗剪强度的一种原位测试方法，它的优点是不需钻取原状土样，对土的结构扰动性较小，适用于在现场测定饱和粘性土的原位不排水强度，特别适用于均匀的饱和软粘土。
2、大型直剪试验：对于无法取得原状土样的土类，可采用现场大型直剪试验，它适用于测定边坡和滑坡的岩体软弱结合面、岩石和土的接触面、滑动面和土的混合层及其他粗颗粒土层的抗剪强度，由于大型直剪试验土样的剪切面面积较室内大得多，又在现场测试，因此它更符合实际情况。
三、抗剪强度指标的一般规律：
1、同样的土在不同方法的直剪试验中，测得的c值相差较小（快剪略大，慢剪略小），而φ值相差较大（快剪﹤固结快剪﹤慢剪）。
2、同样的土在不同方法的三轴试验中，测得的c值的规律是：不固结不排水剪＞固结不排水剪＞固结排水剪=0；φ值的规律是：不固结不排水剪﹤固结不排水剪﹤固结排水剪。
3、粗粒土的c值= 0，抗剪强度由φ值决定，而φ值与组成土的矿物质和土的密度有关；松散状态砂土的φ值≈天然休止角，同种砂土在相同的e0下饱和时的φ比干燥时稍小（一般小2°左右）。
4、细粒土的抗剪强度由c和φ组成，以c为主；细粒土粘性越强，c越大，φ越小；密度越大，c和φ越大；含水率越高，c和φ越小。
5、饱和软粘土φ＝0， cu≈无侧限抗压强度的1/2≈十字板剪切试验测出的强度。
综上所述，土的抗剪强度不仅与土本身的类型、密实度及含水率等内在因素有关，还与土受剪切时的固结情况、排水条件等外界因素有关。在实际工作中应根据各类建筑工程的具体情况，选择相应的仪器与方法进行试验，才能保证为工程设计提供可靠的抗剪强度参数。
本文来源：http://www.zhuodaoren.com/tuijian287354/
推荐访问:岩石抗剪强度试验 土的抗剪强度指标