塑封壓縮直剪試驗

1、實驗四 固結(jié)實驗 地基土在外荷載作用下，水和空氣逐漸被擠出，土的骨架顆粒之間相互擠緊，封閉氣泡的體積也將縮小，因而引起土層的壓縮變形。固結(jié)試驗是將天然狀態(tài)下原狀土樣或人工制備的擾動土，制備成一定規(guī)格的試件，然后置于壓縮儀內(nèi)，在不同荷載和在有側(cè)限條件下觀測其壓縮變形情況，得出土的壓縮性指標(biāo)：壓縮系數(shù)av壓縮模量Es、體積壓縮系數(shù)mv、壓縮指數(shù)CC、回彈指數(shù)CS、固結(jié)系數(shù)CV以及先期固結(jié)壓力PC等，用于地基變形沉降計算、承載力評價、應(yīng)力狀態(tài)分析等。測定項目可根據(jù)工程需要確定。一、實驗?zāi)康模罕緦嶒炌ㄟ^對試樣的受荷狀態(tài)下的變形觀測，測定土的壓縮系數(shù)av壓縮模量Es指標(biāo)，判斷土的壓縮性二、實驗方法： 1

2、標(biāo)準(zhǔn)固結(jié)試驗法(正常慢固結(jié)試驗法) , 以24h作為固結(jié)穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)。2快速固結(jié)試驗法,采用試樣再各級壓力下固結(jié)時間為12h，僅在最后一級壓力下除測記12h讀數(shù)外，再測記讀數(shù)達(dá)到穩(wěn)定時的量表讀數(shù)。穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)為量表讀數(shù)每小時變化小于0.005mm。工程中一般常采用砂性土固結(jié)時間為lh，粘性土固結(jié)時間宜用2h，然后施加下一級荷重。最后一級荷重延長至24h，并以等比例綜合固結(jié)度修正。 試驗的加荷形式為應(yīng)力控制法（即通過用杠桿加荷控制所加應(yīng)力）。三、實驗設(shè)備：1壓縮儀(土樣面積30cm2或50cm2，土樣高度2cm，固結(jié)壓力應(yīng)滿足12.5，25，50，100，200，300，400，600，800，1 60

3、0，3200，kPa等加荷等級，杠桿比為1：10，或用氣壓式固結(jié)儀)；2測微表(最大量程為l0mm、最小分辨力為0.0lmm的百分表)；3含水量、密度、比重試驗、真空飽和設(shè)備等； 4其他(毛玻璃板、圓玻璃片、濾紙、切土刀、鋼絲鋸和凡士林或硅油等)。 圖4.1 單軸向固結(jié)儀示意圖四、實驗步驟：（本實驗介紹標(biāo)準(zhǔn)固結(jié)法和快速固結(jié)法試驗步驟以供選做） （一） 標(biāo)準(zhǔn)固結(jié)法試驗步驟：1按需要選擇50cm2或30cm2切土環(huán)刀，環(huán)刀內(nèi)側(cè)涂一薄層的凡士林，刀口向下放在原狀土或人工制備的擾動土上，切取原狀土樣時應(yīng)與天然狀態(tài)時的垂直方向一致。2. 小心地邊壓邊削，注意避免環(huán)刀偏心入土，使整個土樣進(jìn)入環(huán)刀并從另一邊

4、凸出環(huán)刀為止。然后用鋼絲鋸(軟土)或用修土刀(較硬的或硬土)，將環(huán)刀兩端余土修平，擦凈環(huán)刀外壁。 3測定土樣密度，并在余土中取代表性土樣測定其含水量。4在壓縮儀的固結(jié)容器內(nèi)裝入裝有試樣的環(huán)刀(刀口向下)，土樣兩端應(yīng)貼上潔凈而濕潤的濾紙，再將導(dǎo)向環(huán)置于固結(jié)容器內(nèi)，然后放上透水石和傳壓活塞以及定向鋼球。5將裝有土樣的固結(jié)容器準(zhǔn)確地放在加荷橫梁的中心，杠桿加荷式壓縮儀應(yīng)調(diào)整杠桿平衡，并為保證試樣與容器上下各部件之間接觸良好（可施加不超過lkPa預(yù)壓荷重同時使各部件之間密合）。 6調(diào)整百分表初讀數(shù)，按工程需要確定加荷等級和測定項目以及試驗方法。7一般工程的加荷等級可采用50，100，200，400，8

5、00，1600，3200kPa，最后一級荷重應(yīng)大于土層的自重應(yīng)力與附加應(yīng)力之和的100200kPa。對于特殊要求的試驗，如高層建筑、重型廠房、海洋工程、較大的水土建筑和深層地基等，加荷等級可用125，25，50，100，200，300，400，600，800，1600，3200，Ida，必要時，可再增加到6400kPa和10000kPa，或12800kPa。當(dāng)需要作回彈試驗時，回彈荷重可由超過自重應(yīng)力或超過先期固結(jié)壓力的下一級荷重順次卸荷至25kPa，然后再順次加荷，一直加至最后一級荷重為止。試驗方法原則以24h施加一級荷重。卸荷和再加荷的時間，因考慮到固結(jié)已經(jīng)完成，穩(wěn)定較快，因此可采用12h

6、或更短的時間。如果由于工期緊迫而需縮短試驗周期時，也可以選擇快速試驗法，并進(jìn)行必要修正。8當(dāng)需要預(yù)估建筑物對于時間與變形(沉降)關(guān)系時，測定固結(jié)系數(shù)Cv。時間讀數(shù)可按6(5)，15，30，1，215，4，615，9，1215，16，2015，25，3015，36，4215，149，64，100，200，400，直到23h和24h為止或穩(wěn)定。9試驗結(jié)束后，拆除容器內(nèi)各部件，取出帶環(huán)刀的土樣。必要時，應(yīng)揩干試樣兩端和環(huán)刀外壁上的水分，盡快測定試驗后的密度和含水量。注：當(dāng)土樣處于地下水位以下或需要浸水時，在試樣受第一級荷重后應(yīng)注水浸沒，而對于非飽和土樣，須用濕棉紗或濕海綿覆蓋于容器上面，避免水分蒸發(fā)

7、。 （二）快速固結(jié)法試驗步驟：1試驗步驟基本同標(biāo)準(zhǔn)固結(jié)試驗法步驟，只是在測記時間上僅記錄每小時的沉降值和最后一級增加一次24小時穩(wěn)定測記值。2對快速試驗所得試驗結(jié)果，進(jìn)行必要沉降值修正。五、實驗成果：（一）標(biāo)準(zhǔn)固結(jié)法的成果整理：1按下式計算試樣的初始孔隙比e0、各級壓力下穩(wěn)定固結(jié)后的孔隙比ei： （41）2按下式計算某一壓力范圍內(nèi)的壓縮系數(shù)av、壓縮模量Es： （42）式中：Gs土粒比重；av某一壓力范圍的壓縮系數(shù) MPa-1Es某一壓力范圍的壓縮模量 MPae0、ei、ei+1初級、某級壓力下的孔隙比w水的密度 g/ cm30試樣的初始密度w0試驗的初始含水量 %hi某級壓力下試樣的累計變化

8、量 cmh0試樣的初始高度 cmpi，pi+1某級壓力值 MPa3以孔隙比e為縱坐標(biāo)，壓力p為橫坐標(biāo)，繪制孔隙比壓力的關(guān)系曲線圖：圖4.2 e p關(guān)系曲線圖（二）快速固結(jié)法的成果整理： 1按下式計算試樣的初始孔隙比e0、各級壓力下穩(wěn)定固結(jié)后的孔隙比ei： （43）2按下式計算某一壓力范圍內(nèi)的壓縮系數(shù)av、壓縮模量Es： （44）式中： Gs土粒比重；av某一壓力范圍的壓縮系數(shù) MPa-1Es某一壓力范圍的壓縮模量 MPae0、ei、ei+1初級、某級壓力下的孔隙比w水的密度 g/ cm30試樣的初始密度w0試驗的初始含水量 %hi某級壓力下試樣的累計變化量修正后值 cmhi某一壓力下固結(jié)1小時

9、的試樣變形量 mm（hn）T最后一級壓力下達(dá)到穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)的變形量 mm（hn）t最后一級壓力下固結(jié)1小時試樣的變形兩 mmK校正系數(shù)h0試樣的初始高度 cmpi，pi+1某級壓力值 MPa3以孔隙比e為縱坐標(biāo)，壓力p為橫坐標(biāo)，繪制孔隙比壓力的關(guān)系曲線圖：（同上圖）六、實驗記錄表、繪圖紙：密度、含水量記錄表標(biāo)準(zhǔn)固結(jié)試驗密度、含水量試驗記環(huán)刀號環(huán)刀加濕土重g環(huán)刀重 g濕密度g/cm3盒號盒重g盒加濕土重 g盒加干土重 g含水量 備注試驗前飽和前飽和后試驗后快速固結(jié)試驗密度、含水量試驗記錄試驗前標(biāo)準(zhǔn)固結(jié)實驗記錄表試樣起始高度ho=20mm 試驗前土樣孔隙比e0 土樣比重Gs時間(min)壓 力 P(K

10、Pa)百分表讀數(shù)（0.01mm)百分表讀數(shù)(0.01mm)百分表讀數(shù)(0.01mm)百分表讀數(shù)(0.01mm)百分表讀數(shù)(0.01mm)00.2512.2546.25912.251620.252530.253642.256013801440總變形量(0.01mm)儀器變形量(0.01mm)土樣變形量 hi(0.01mm)孔隙比ei壓縮系數(shù)av(MPa-1)壓縮模量Es(MPa)快速固結(jié)實驗記錄表環(huán)刀編號: 試樣起始高度ho=20mm, 試驗前孔隙比eo= ,土樣比重Gs K=(hn)T/(hn)t=加荷時間壓力Pi百分表讀數(shù)R儀器校正校正前試樣總變形量hi校正后試樣總變形量（hi）壓縮后試樣高

11、度孔隙比ei壓縮系數(shù)av壓縮模量Es小時kPa0.01mm0.01mm0.01mm0.01mmmmMPa-1MPa011111穩(wěn)定繪圖紙：七、實驗要求：通過試驗了解實驗?zāi)康募肮こ虘?yīng)用，了解實驗方法、步驟，記錄原始數(shù)據(jù)，并進(jìn)行數(shù)值計算、繪圖、結(jié)果處理分析。實驗五 直接剪切實驗 土的抗剪強度是土在外力作用下，其一部分土體對于另一部分土體滑動時所具有的抵抗剪切的極限強度。一、實驗?zāi)康模簻y定土的抗剪強度，提供計算地基強度和穩(wěn)定用的基本指標(biāo)(內(nèi)摩擦角和內(nèi)聚力)。內(nèi)摩擦角和內(nèi)聚力與抗剪強度之間的關(guān)系可以用庫侖公式表示：（式中為抗剪強度，即破壞剪應(yīng)力；P為法向應(yīng)力；為破壞角度；c為內(nèi)聚力）。在實際工程中本試

12、驗的強度指標(biāo)常用來評價地基穩(wěn)定性，計算地基承載力，計算分析土坡、擋土墻壓力及穩(wěn)定性等。二、實驗方法： 試驗方法有固結(jié)慢剪法、固結(jié)快剪法和快剪法等。本實驗進(jìn)行快剪法試驗。1固結(jié)慢剪法先使土樣在某一級垂直壓力作用下，排水固結(jié)變形穩(wěn)定后，再以緩慢施加水平剪應(yīng)力（在施加剪應(yīng)力過程中，使土樣內(nèi)始終不產(chǎn)生孔隙水壓力）。用34個土樣在不同垂直壓力下進(jìn)行固結(jié)慢剪，得到有效應(yīng)力下的抗剪強度參數(shù)值。此方法宜于用盒式直接剪切儀進(jìn)行試驗，歷時較長。2固結(jié)快剪法先使土樣在某荷重下固結(jié)(排水變形穩(wěn)定)，再以較快速度施加剪力，直至剪壞，一般在35min內(nèi)完成。由于時間短促，剪力所產(chǎn)生的超靜水壓力不會轉(zhuǎn)化為粒間的有效應(yīng)力；用

13、幾個土樣在不同的p作用下進(jìn)行試驗，求得值稱為總應(yīng)力法強度參數(shù)。3快剪法采用原狀土樣（接近現(xiàn)場情況），在較短時間內(nèi)完成試驗。一般在35min內(nèi)完成，此試驗將使粒間有效應(yīng)力維持原狀，不受試驗時外力的影響，但由于這種粒間有效應(yīng)力的數(shù)值無法求得，所以，試驗結(jié)果只能得出(ptan+c)的混合值?？焖俜ㄟm用于測定粘性土天然強度，但角將會偏大。 三、實驗設(shè)備：1剪力儀應(yīng)變控制盒式直接剪切儀(上、下盒均不固定，下盒受推桿作用可以水平方向移動，上盒隨下盒向量力環(huán)方向水平移動。土樣一半在下盒里，一半在上盒里。下盒放在鋼珠上，以減少摩擦力)。(見下圖8)圖5.1 應(yīng)變控制式直剪儀簡圖2其他：環(huán)刀（內(nèi)徑6.18cm（

14、30cm2），高2.0cm）、切土刀、濾紙、玻璃片等。 四、實驗步驟：1 對準(zhǔn)上、下盒，插入固定銷釘，在下盒內(nèi)放潔凈不透水石一塊。2 將裝有試樣的環(huán)刀背口向下、刀口向上，對準(zhǔn)剪切上盒的定位槽，在試樣上面放置不透水石一塊，然后將試樣均勻用力徐徐壓入盒底，再加上加壓蓋板。調(diào)整手輪推動剪切盒，使得推桿、剪切盒、量力環(huán)之間充分接觸，且沒有水平推力產(chǎn)生（即量力環(huán)不受力，量表無讀數(shù)變化），然后順次加上傳壓活塞及加壓框架。3 本試驗取34個試樣，分別施加不同的垂直壓力，其大小按試驗方法和估計所受計算荷重的范圍而定。一般可取100，200，300，400kpa施加。加荷時，應(yīng)輕輕加上，但必須注意，如土質(zhì)輕軟，

15、應(yīng)適當(dāng)減小荷載等級（如取25，50kpa等）以及減少荷載級差以防止被擠出（可以分級累加荷載）。4 如系飽和試樣，則在施加垂直壓力5min后，加水飽和，非飽和土不必加水飽和。5 試樣裝調(diào)好后，記錄量力環(huán)量表初讀數(shù)，拔去上下盒的定位銷釘，徐徐轉(zhuǎn)動手輪。快剪法按每分鐘剪切位移0.81.0mm。如手輪轉(zhuǎn)動每圈，推桿前進(jìn)0.2mm，則按每分鐘手輪46圈速度進(jìn)行剪切，手輪轉(zhuǎn)動過程應(yīng)是連續(xù)、勻速進(jìn)行，同時記錄相應(yīng)圈數(shù)是的量力環(huán)量表變形量。6 當(dāng)量力環(huán)量表讀數(shù)不再前進(jìn)或指針開始倒退時，認(rèn)為試樣已剪壞(但有時不一定很明顯地有上述現(xiàn)象，建議試驗進(jìn)行到剪切位移超過4mm，剪切位移量應(yīng)等于手輪圈數(shù)乘以每圈推桿前進(jìn)距離

16、減去量環(huán)變形值)。記下終讀數(shù)，退回手輪，撤下剪切盒。7 重復(fù)上述16步驟，進(jìn)行其余荷載下的試樣塊試驗。8 繪制每級荷載下的試樣“剪切應(yīng)力剪切位移”圖，確定每級荷載下的剪切應(yīng)力峰值，再匯總繪制試驗抗剪強度與垂直壓力關(guān)系圖，得出強度指標(biāo)。五、實驗成果：1按下式計算試驗樣的剪力值： （51）式中：剪切力 kPak測力計率定系數(shù) kPa/0.01mmR量力環(huán)量表讀數(shù)（即量力環(huán)受力變形量） 0.01mm2按下式計算試驗樣的剪切位移： （52） 式中： 剪切位移 mm n手輪轉(zhuǎn)動圈數(shù) a手輪每轉(zhuǎn)動一圈推桿前進(jìn)位移 mm3以剪應(yīng)力為縱坐標(biāo)，剪切位移為橫坐標(biāo)，繪制每塊試樣的剪應(yīng)力與剪切位移關(guān)系圖；以上圖確定每

17、塊試樣在不同荷載下之峰值強度，繪制以各級峰值強度為縱坐標(biāo)，各級壓力為橫坐標(biāo)的抗剪強度與垂直壓力關(guān)系圖，由圖中確定強度指標(biāo)：c，值。圖5.2 剪應(yīng)力與剪切位移關(guān)系曲線 圖5.3 抗剪強度與垂直壓力的關(guān)系曲線六、實驗記錄：直接剪切實驗記錄儀器編號： 量力環(huán)率定系數(shù)： 手輪轉(zhuǎn)速： 圈/分鐘 手輪每圈行程： mm手輪轉(zhuǎn)數(shù)n垂直壓力： p(kPa)垂直壓力： p(kPa)垂直壓力： p(kPa)垂直壓力： p(kPa)量力環(huán)量表讀數(shù)R剪切位移L剪切應(yīng)力量力環(huán)量表讀數(shù)R剪切位移L剪切應(yīng)力量力環(huán)量表讀數(shù)R剪切位移L剪切應(yīng)力量力環(huán)量表讀數(shù)R剪切位移L剪切應(yīng)力圈0.01mm0.01mmkPa0.01mm0.01

18、mmkPa0.01mm0.01mmkPa0.01mm0.01mmkPamax 凝聚力： kPa 摩擦角： ° 七、實驗要求：通過試驗了解實驗?zāi)康募肮こ虘?yīng)用，了解實驗方法、步驟，記錄原始數(shù)據(jù)，并進(jìn)行數(shù)值計算、繪圖、結(jié)果處理分析。實驗六 巖石的單軸壓縮實驗 巖石單軸壓縮變形試驗是為了測定試件在單軸壓縮應(yīng)力條件下的縱向應(yīng)變值及橫向應(yīng)變值，據(jù)此計算巖石的彈性模量和泊松比。 巖石單軸壓縮變形時，記錄應(yīng)力與相應(yīng)的應(yīng)變值，繪制應(yīng)力應(yīng)變曲線。應(yīng)力、應(yīng)變在屈服應(yīng)力以下任一點的切線斜率稱為切線彈性模量；在屈服應(yīng)力以下，直線段起點和終點連線的斜率稱為巖石的平均彈性模量；某一點的應(yīng)力到曲線起點的連線的斜率稱

19、為巖石割線彈性模量。 巖石由單軸壓縮變形試驗求得的彈性模量和泊松比是巖石變形特性的最基本參數(shù)。在進(jìn)行各種計算時，這兩個參數(shù)必不可少。尤其是在采用各種數(shù)值計算方法評價巖體的穩(wěn)定性和分析巖體內(nèi)的應(yīng)力分布時，顯得更為重要。巖石的彈性模量和泊松比與巖石的單軸抗壓強度一樣，也將受到許多試驗條件、試驗環(huán)境和不同巖性的影響。但是，彈性模量和泊松比并不像巖石單軸抗壓強度對這些因素那么敏感，且并不具有很明顯的規(guī)律性。 在工程中，巖石的平均彈性模量和巖石的割線彈性模量(通常用巖石單軸抗壓強度值的一半求其割線模量)以及與其各自相對應(yīng)的泊松比應(yīng)用最多。在某些特殊的條件下，也可按不同的應(yīng)力水平確定其彈性模量和泊松比。一

20、、實驗?zāi)康模?計算巖石的彈性模量和泊松比。二、試驗方法：通過巖石在單軸壓縮應(yīng)力條件下的縱向應(yīng)變值及橫向應(yīng)變值測定試驗。三、實驗設(shè)備：1巖石單軸/三軸儀； 2其他設(shè)備，游標(biāo)卡尺，巖樣加工的設(shè)備（切、磨機等）。四、實驗步驟： 1按要求加工試驗用的試驗樣成合格試件（一般采用50mm的圓柱體，徑高比為1 ：2或采用50×50×100mm的長方體），加工好的試件應(yīng)滿足單軸抗壓強度試驗中對尺寸、加工精度的規(guī)定，并對其描述。 2在準(zhǔn)備進(jìn)行試驗的試件上粘貼電阻應(yīng)變片： (1) 選擇電阻應(yīng)變片：電阻片阻柵長度應(yīng)大于巖石顆粒的lO倍，小于試件的半徑；同一試件所選工作片與補償片的規(guī)格、靈敏系數(shù)等

21、應(yīng)相同，阻值相差應(yīng)介于±O.2。 (2) 在試件中部選定粘貼電阻應(yīng)變片的位置，并對此位置進(jìn)行清洗、潔凈工作。貼片處選擇應(yīng)避開裂隙或斑晶。根據(jù)試件含水狀態(tài)選擇粘結(jié)劑。電阻應(yīng)變片應(yīng)牢固、均勻地粘貼在試件表面，排凈試件表面和應(yīng)變片之間的氣泡和多余的膠液。 (3) 橫、縱向電阻應(yīng)變片粘貼在試件中部的對稱位置上，縱向或橫向電阻應(yīng)變片的數(shù)量不得少于2片，其絕緣電阻值應(yīng)大于200M。 3將試件置于試驗機承壓板中心，調(diào)整球形座（確保試件均勻受力）。 4 以0510MPas速度加荷，逐級測讀荷載與應(yīng)變值至破壞，讀數(shù)不少于10組測值。 5記錄加荷過程及破壞時出現(xiàn)的現(xiàn)象，并對破壞后的試件進(jìn)行描述。 采用粘

22、貼電阻應(yīng)變片的方法進(jìn)行試驗時，若要求進(jìn)行飽和試驗時，則先飽和試件、再貼應(yīng)變片的順序進(jìn)行試驗。以減少粘貼應(yīng)變片后對試件飽和度的影響。五、實驗成果： 按巖石單軸抗壓強度中的計算方法確定其強度值。 1按下式計算各級應(yīng)力： （61） 式中： 各級應(yīng)力 MPa P不同應(yīng)變下對應(yīng)的荷載 N A試件截面積 mm22體積應(yīng)變按下式計算： （62）式中：v體積應(yīng)變值l縱向應(yīng)變值d橫向應(yīng)變值繪制應(yīng)力縱向應(yīng)變曲線；應(yīng)力橫向應(yīng)變曲線；應(yīng)力體積應(yīng)變曲線。 3變形參數(shù)計算： 按下式計算巖石平均彈性模量和巖石平均泊松比： （63） 式中：Ear 巖石平均彈性模量 MPa ar巖石平均泊松比 a 應(yīng)力與縱向應(yīng)變關(guān)系曲線上直線

23、段始點的應(yīng)力值 MPa b 應(yīng)力與縱向應(yīng)變關(guān)系曲線上直線段終點的應(yīng)力值 MPa la 應(yīng)力為a 時的縱向應(yīng)變值 lb 應(yīng)力為b 時的縱向應(yīng)變值 da 應(yīng)力為a 時的橫向應(yīng)變值 db 應(yīng)力為b 時的橫向應(yīng)變值按下式計算巖石割線彈性模量及相應(yīng)的巖石泊松比： （64）式中： Eso 巖石割線彈性模量(MPa) 50巖石泊松比 50相當(dāng)于巖石單軸抗壓強度50時的應(yīng)力值(MPa) l50應(yīng)力為50 時的縱向應(yīng)變值 d50應(yīng)力為50 時的橫向應(yīng)變值 彈性模量計算取三位有效數(shù)字；泊松比計算精確至O.01。六、實驗記錄：巖石單軸壓縮實驗記錄表格 試驗日期：試樣編號： 試件長 mm、寬 mm、直徑 mm、面積 mm2測記次數(shù)荷載P（N）橫向應(yīng)變縱向應(yīng)變體積應(yīng)變縱向應(yīng)力（MPa）備注（描述）dav1234567七、實驗要求：通過試驗了解實驗?zāi)康募肮こ虘?yīng)用，了解實驗方法、步驟，記錄原始數(shù)據(jù)，并進(jìn)行數(shù)值計算、繪圖、結(jié)