土的剪切試驗(yàn)

1、12（三）（三）土的抗剪強(qiáng)度的基本規(guī)律土的抗剪強(qiáng)度的基本規(guī)律庫侖定律庫侖定律 v1、庫侖定律17761776年，庫侖根據(jù)年，庫侖根據(jù)砂土砂土剪切試驗(yàn)剪切試驗(yàn) f = tan 砂土砂土后來，根據(jù)后來，根據(jù)粘性土粘性土剪切試驗(yàn)剪切試驗(yàn) f =c+ tan 粘土粘土c 庫侖定律：庫侖定律：土的抗剪強(qiáng)土的抗剪強(qiáng)度是剪切面上的法向總應(yīng)度是剪切面上的法向總應(yīng)力力 的線性函數(shù)的線性函數(shù) tanfcftan f f土的抗剪強(qiáng)度土的抗剪強(qiáng)度3一、試驗(yàn)?zāi)康囊?、試?yàn)?zāi)康?直接剪切試驗(yàn)是測定土的抗剪強(qiáng)度直接剪切試驗(yàn)是測定土的抗剪強(qiáng)度的一種常用方法。的一種常用方法。 通常采用通常采用4個(gè)試樣，分別在不同的個(gè)試樣，分別在

2、不同的垂直壓力垂直壓力p下，施加水平剪切力進(jìn)行下，施加水平剪切力進(jìn)行剪切，測得剪切破壞時(shí)的剪應(yīng)力剪切，測得剪切破壞時(shí)的剪應(yīng)力。 然后根據(jù)庫侖定律確定土的抗剪強(qiáng)然后根據(jù)庫侖定律確定土的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)：度指標(biāo)：內(nèi)摩擦角內(nèi)摩擦角 和黏聚力和黏聚力c。4二、試驗(yàn)方法與適用范圍二、試驗(yàn)方法與適用范圍v 1、試驗(yàn)方法、試驗(yàn)方法v 快剪試驗(yàn)快剪試驗(yàn)：在試樣上施加垂直壓力后立即快速施加水平在試樣上施加垂直壓力后立即快速施加水平剪應(yīng)力。剪應(yīng)力。v 固結(jié)快剪試驗(yàn)固結(jié)快剪試驗(yàn)：在試樣上施加垂直壓力，待試樣排水固結(jié)在試樣上施加垂直壓力，待試樣排水固結(jié)穩(wěn)定后，快速施加水平剪應(yīng)力。穩(wěn)定后，快速施加水平剪應(yīng)力。v 慢剪試驗(yàn)：

3、慢剪試驗(yàn)：在在試樣上施加垂直壓力及水平剪應(yīng)力的過程試樣上施加垂直壓力及水平剪應(yīng)力的過程中，均使試樣排水固結(jié)。中，均使試樣排水固結(jié)。v 2、適用范圍：、適用范圍：v 適用于測定適用于測定細(xì)粒土細(xì)粒土的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)c和及土顆粒的粒徑小和及土顆粒的粒徑小于于2mm的砂土的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)。滲透系數(shù)的砂土的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)。滲透系數(shù)k大于大于10-6cm/s的土的土不宜作快剪試驗(yàn)。不宜作快剪試驗(yàn)。 v 5三、土的剪切試驗(yàn)方法三、土的剪切試驗(yàn)方法 v直接剪切試驗(yàn)直接剪切試驗(yàn) 1 11 1、試驗(yàn)儀器：、試驗(yàn)儀器：直剪儀（應(yīng)力控制式，應(yīng)變控制式）直剪儀（應(yīng)力控制式，應(yīng)變控制式） 應(yīng)變控制式直剪儀：剪切

4、盒、垂直加壓框架、測力計(jì)、推 動(dòng)機(jī)構(gòu)等； 位移計(jì)（百分表）：量程510mm,分度值0.01mm； 天平、環(huán)刀、削土刀、飽和器、秒表、濾紙、直尺等。1116789 2、操作步驟（黏性土）、操作步驟（黏性土） v（1）試樣制備：）試樣制備：從原狀土樣中切取原狀土試樣或從原狀土樣中切取原狀土試樣或制備給定干密度和含水率的擾動(dòng)土試樣。按規(guī)范規(guī)制備給定干密度和含水率的擾動(dòng)土試樣。按規(guī)范規(guī)定，測定試樣的密度及含水率。對于擾動(dòng)土樣需要定，測定試樣的密度及含水率。對于擾動(dòng)土樣需要飽和時(shí)，按規(guī)范規(guī)定的方法進(jìn)行抽氣飽和飽和時(shí)，按規(guī)范規(guī)定的方法進(jìn)行抽氣飽和 v（2）試樣安裝：）試樣安裝：對準(zhǔn)上下盒，插入固定銷。在下

5、對準(zhǔn)上下盒，插入固定銷。在下盒內(nèi)放濕濾紙和透水板。將裝有試樣的環(huán)刀平口向盒內(nèi)放濕濾紙和透水板。將裝有試樣的環(huán)刀平口向下，對準(zhǔn)剪切盒口，在試樣頂面放濕濾紙和透水板，下，對準(zhǔn)剪切盒口，在試樣頂面放濕濾紙和透水板，然后將試樣徐徐推入剪切盒內(nèi)，移去環(huán)刀。轉(zhuǎn)動(dòng)手然后將試樣徐徐推入剪切盒內(nèi)，移去環(huán)刀。轉(zhuǎn)動(dòng)手輪，使上盒前端鋼珠剛好與測力計(jì)接觸。調(diào)整測力輪，使上盒前端鋼珠剛好與測力計(jì)接觸。調(diào)整測力計(jì)讀數(shù)為零。依次加上加壓蓋板、鋼珠、加壓框架，計(jì)讀數(shù)為零。依次加上加壓蓋板、鋼珠、加壓框架，安裝垂直位移計(jì)，測記起始讀數(shù)。安裝垂直位移計(jì)，測記起始讀數(shù)。10v（3）施加垂直壓力）施加垂直壓力：一個(gè)垂直壓力相當(dāng)于現(xiàn)場預(yù)

6、：一個(gè)垂直壓力相當(dāng)于現(xiàn)場預(yù)期的最大壓力期的最大壓力p，一個(gè)垂直壓力要大于，一個(gè)垂直壓力要大于p，其他垂，其他垂直壓力均小于直壓力均小于p。但垂直壓力的各級差值要大致。但垂直壓力的各級差值要大致相等。也可以取垂直壓力分別為相等。也可以取垂直壓力分別為100、200、300、400kPa 各級垂直壓力可一次輕輕施加，若土質(zhì)軟各級垂直壓力可一次輕輕施加，若土質(zhì)軟弱，也可以分級施加以防試樣擠出。弱，也可以分級施加以防試樣擠出。v（4）如系飽和試樣，則在施加垂直壓力）如系飽和試樣，則在施加垂直壓力5min后，后，往剪切盒水槽內(nèi)注滿水；如系非飽和試樣，僅在往剪切盒水槽內(nèi)注滿水；如系非飽和試樣，僅在活塞周圍

7、包以濕棉花，以防止水分蒸發(fā)。活塞周圍包以濕棉花，以防止水分蒸發(fā)。v （5）在試樣上施加規(guī)定的垂直壓力后，測記垂）在試樣上施加規(guī)定的垂直壓力后，測記垂直變形讀數(shù)。當(dāng)每小時(shí)垂直變形讀數(shù)變化不超過直變形讀數(shù)。當(dāng)每小時(shí)垂直變形讀數(shù)變化不超過0.005mm,認(rèn)為以達(dá)到固結(jié)穩(wěn)定。認(rèn)為以達(dá)到固結(jié)穩(wěn)定。 11v（6）試樣達(dá)到固結(jié)穩(wěn)定后，拔去固定銷，）試樣達(dá)到固結(jié)穩(wěn)定后，拔去固定銷，開動(dòng)秒表，以開動(dòng)秒表，以0.8mm/min的速率剪切（每分的速率剪切（每分鐘鐘46轉(zhuǎn)的均勻速度旋轉(zhuǎn)手輪），使試樣在轉(zhuǎn)的均勻速度旋轉(zhuǎn)手輪），使試樣在35min剪損。如果量力環(huán)中量表指針不再剪損。如果量力環(huán)中量表指針不再前進(jìn)或有顯著后退

8、，表示試樣已剪壞。但前進(jìn)或有顯著后退，表示試樣已剪壞。但一般宜剪至剪切變形達(dá)到一般宜剪至剪切變形達(dá)到4mm。如果量力如果量力環(huán)中量表指針繼續(xù)前進(jìn)，則剪切變形應(yīng)達(dá)環(huán)中量表指針繼續(xù)前進(jìn)，則剪切變形應(yīng)達(dá)到到6mm為止。為止。v （7）剪切結(jié)束后，吸去剪切盒中積水，倒）剪切結(jié)束后，吸去剪切盒中積水，倒轉(zhuǎn)手輪，盡快移去垂直壓力、框架、鋼珠、轉(zhuǎn)手輪，盡快移去垂直壓力、框架、鋼珠、加壓蓋板等。取出試樣，測定剪切面附近加壓蓋板等。取出試樣，測定剪切面附近的含水率。的含水率。12直剪試驗(yàn)優(yōu)缺點(diǎn)直剪試驗(yàn)優(yōu)缺點(diǎn)v優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：儀器構(gòu)造簡單，試樣的制備和安裝方便，易于操作 v缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：剪切破壞面固定為上下盒之間的水平

9、面不符合實(shí)際情況，不一定是土樣的最薄弱面。試驗(yàn)中不能嚴(yán)格控制排水條件，對透水性強(qiáng)的土尤為突出，不能量測土樣的孔隙水壓力。 上下盒的錯(cuò)動(dòng)，剪切過程中試樣剪切面積逐漸減小，剪切面上的剪應(yīng)力分布不均勻。13v 試驗(yàn)演示試驗(yàn)演示14滾珠滾珠15底座底座-下盒下盒16上盒上盒17對準(zhǔn)上下盒，插入固定銷釘對準(zhǔn)上下盒，插入固定銷釘18在下盒內(nèi)放潔凈透水板和濾紙?jiān)谙潞袃?nèi)放潔凈透水板和濾紙 19將土樣輕輕壓入環(huán)刀內(nèi)將土樣輕輕壓入環(huán)刀內(nèi), ,并整理將其切平并整理將其切平20對準(zhǔn)剪切盒口放入環(huán)刀（刃口向上）對準(zhǔn)剪切盒口放入環(huán)刀（刃口向上）21在試樣上放濾紙?jiān)谠嚇由戏艦V紙22在濾紙上放透水板在濾紙上放透水板23在透水

10、板上放傳壓蓋在透水板上放傳壓蓋24將試樣將試樣徐徐徐徐推入剪切盒內(nèi)，推入剪切盒內(nèi)，移去環(huán)刀移去環(huán)刀25固定測力計(jì)固定測力計(jì)最好長點(diǎn)最好長點(diǎn)26固定測力計(jì)固定測力計(jì)27移動(dòng)傳動(dòng)裝置（轉(zhuǎn)動(dòng)手輪），使上盒前端移動(dòng)傳動(dòng)裝置（轉(zhuǎn)動(dòng)手輪），使上盒前端鋼珠鋼珠剛好與測力計(jì)接觸剛好與測力計(jì)接觸緊：逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)緊：逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)松：順時(shí)針旋轉(zhuǎn)松：順時(shí)針旋轉(zhuǎn)上盒與測力計(jì)接觸處上盒與測力計(jì)接觸處28移動(dòng)傳動(dòng)裝置（轉(zhuǎn)動(dòng)手輪），使上盒前端移動(dòng)傳動(dòng)裝置（轉(zhuǎn)動(dòng)手輪），使上盒前端鋼珠鋼珠剛好與測力計(jì)接觸剛好與測力計(jì)接觸最好長點(diǎn)最好長點(diǎn)最好短點(diǎn)最好短點(diǎn)29不太好！不太好！最好短點(diǎn)最好短點(diǎn)移動(dòng)傳動(dòng)裝置（轉(zhuǎn)動(dòng)手輪），使上盒前端鋼珠剛好與

11、測力計(jì)接觸移動(dòng)傳動(dòng)裝置（轉(zhuǎn)動(dòng)手輪），使上盒前端鋼珠剛好與測力計(jì)接觸30安裝加壓框架安裝加壓框架 安裝前是否加吊盤？安裝前是否加吊盤？否否31施加垂直壓力施加垂直壓力 如何施加荷載？（做三次試驗(yàn)）如何施加荷載？（做三次試驗(yàn)）第一個(gè)試件：一個(gè)砝碼第一個(gè)試件：一個(gè)砝碼（100kp)100kp)第二個(gè)試件：兩個(gè)砝碼第二個(gè)試件：兩個(gè)砝碼（200kp)200kp)第三個(gè)試件：三個(gè)砝碼第三個(gè)試件：三個(gè)砝碼（300kp)300kp)32拔去固定銷釘拔去固定銷釘33調(diào)整測力計(jì)讀數(shù)為零調(diào)整測力計(jì)讀數(shù)為零34立即以立即以0.8mm/min的剪切速度進(jìn)行剪切的剪切速度進(jìn)行剪切（每分鐘（每分鐘4-64-6轉(zhuǎn)的均勻轉(zhuǎn)的均

12、勻速度旋轉(zhuǎn)手輪），使試樣在速度旋轉(zhuǎn)手輪），使試樣在3-5min3-5min剪損。剪損。如何讀數(shù)？（與指針旋轉(zhuǎn)方向一致的數(shù)字）如何讀數(shù)？（與指針旋轉(zhuǎn)方向一致的數(shù)字）指針順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，因此讀黑色數(shù)字！指針順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，因此讀黑色數(shù)字！35剪損的標(biāo)準(zhǔn)的判別剪損的標(biāo)準(zhǔn)的判別當(dāng)測力計(jì)的讀數(shù)達(dá)到穩(wěn)定，或有明顯后退表示試樣剪當(dāng)測力計(jì)的讀數(shù)達(dá)到穩(wěn)定，或有明顯后退表示試樣剪損；損；一般宜剪切至剪切變形達(dá)到一般宜剪切至剪切變形達(dá)到4mm4mm；若測力計(jì)的讀數(shù)繼續(xù)增加，則剪切變形達(dá)到若測力計(jì)的讀數(shù)繼續(xù)增加，則剪切變形達(dá)到6mm6mm為止。為止。3637數(shù)據(jù)處理數(shù)據(jù)處理環(huán)刀號環(huán)刀號環(huán)刀質(zhì)量（環(huán)刀質(zhì)量（g）濕土濕土+干土質(zhì)

13、量干土質(zhì)量(g）質(zhì)量密度質(zhì)量密度(g/cm3)含水率（含水率（%）垂直壓力垂直壓力P100200300量力環(huán)系數(shù)量力環(huán)系數(shù)C1.6251.6251.625試試驗(yàn)驗(yàn)數(shù)數(shù)據(jù)據(jù)整整理理nRLnRLnRL4158.10.6542413.0 0.5643016.30.5082413.01.3683217.3 1.2883820.61.22122915.72.11123619.5 2.04124423.51.96163016.32.9163921.1 2.81164524.42.75203317.93.67204122.2 3.59194725.53.33233518.94.2502010300.20.0

14、1-(/0.01)-0.01)CRAAcmLnRCNmmRmm 測測力力計(jì)計(jì)率率定定系系數(shù)數(shù)測測力力計(jì)計(jì)讀讀數(shù)數(shù)（破壞時(shí)所對應(yīng)的破壞時(shí)所對應(yīng)的n n值一值一定是定是n n的倍數(shù)嗎？的倍數(shù)嗎？不一定！不一定！：逐漸增大：逐漸增大R R：逐漸增大：逐漸增大38數(shù)據(jù)處理數(shù)據(jù)處理- -L L曲線圖曲線圖1 12 20 04 43 35 55 515152020101030302525f1f1f3f3f2f2f1=18.9f2=22.2f3=25.5:100kPa:100kPa:200kPa:200kPa:300kPa:300kPa剪切位移剪切位移L(mm)L(mm)剪剪切切應(yīng)應(yīng)力力(kPa)(kPa)誤差分析：誤差分析：取土樣時(shí)不