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1、直接剪切试验报告专业班级 港航 5 班 学号 1001060129 姓名李乾祯 同组者姓名 高晨晨 实验编号 实验名称 直接剪切试验 实验日期 2012.12.05 批报告日期 成绩 教师签名 一、 试验目的直接剪切试验简称直剪试验,它是测定土的抗剪强度的常用方法。直剪试验通常采用四个试样，分别在不同的垂直压力作用下，施加水平剪切力进行剪切，取得水平面破坏时的剪应力，然后根据库伦强度理论确定土的抗剪强度指标：内摩擦角和粘聚力。二、 试验原理直剪试验中，采用圆柱状试样。在竖直方向加法向力 P，在预定剪切面上，下加一对剪力 T 使试样剪切。试验时，剪力 T 自零开始增加，剪位移 也自零增加。剪破时
2、，剪力T 达到最大值 ，对应剪破面上剪应力达到抗剪强度，即：(10-1)PA(10-2)maxfT式中：剪破面上的法向应力；P，T 法向力和剪力；f剪破面上抗剪强度；Tmax试样能承受的最大剪力；A剪破面面积。当采用 4 个试样，用不同的法向力 i 作用于竖直方向，剪切时得到不同的抗剪强度 fi。将 4 组（ i， i） ，置于坐标系中，用最小二乘法作直线，称作库伦强度线。强度线在纵坐标上的截距为粘聚力 c 与水平线的夹角为内摩擦角 。直剪试验按法向力 P 和剪力 T 施加速度或作用时间长短分成下述三种：1.快剪（q） 法向力 P 刚加好，就快速加剪力 T 剪破试样。要求试样在加 P 至试样剪
3、破过程中来不及排水；2.固结快剪(C q） 法向力 P 作用于试样上后，让试样固结排水，产生竖向压缩变形，待固结稳定后，再快速施加水平剪力使试样剪破。要求试样在剪切过程中来不及排水；3.慢剪（S） 试样在法向力 P 作用下固结完成后，慢速施加水平剪力T，使试样剪切至破坏。要求试样在剪切过程中孔隙水应力能及时消解。三、 试验设备1.直剪仪 常用直剪仪为应变控制直剪仪，主要部件包括：剪切容器、法向力加力框架、水平力推力座及量力环等。还有一种为应力控制直剪仪，与前者差别在于水平力采用直接加载的方式而不是用控制剪位移的方式；2.其它辅助设备 百分表、天平、环刀、饱和器、削土刀、秒表、滤纸等。四、 试验
4、步骤（一）试样制备1.按工程需要，从原状土样中切取原状土试样或制备给定干密度及含水率的扰动土试样。切样方法同压缩试验；2.按密度试验和含水率试验的方法测定试样的密度和含水率。对扰动试样需要饱和时，可采用抽气饱和法进行；3.每组试验至少制备 4 个试样，在四种不同竖向压力作用下进行剪切试验。竖向压力的大小根据现场工程荷载和土层深度确定，原则上竖向压力范围应覆盖原状土从自重应力到自重应力加附加应力的范围，一般可取为：100，200，300，400kPa。对于软粘土应采用较小的竖向压力，以免产生挤出现象。（二）快剪试验1.对准上、下盒，插入固定销，在下盒内放入下透水石，不透水塑料膜，将试样对准剪切盒
5、口，放置上不透水塑料膜和上透水石，将试样慢速推入剪切盒，移去环刀；2.转动手轮，使上盒前端钢珠刚好与量力环接触，将量力环中百分表读数调零。顺序加上传力盖板、钢珠、压力框架；3.施加垂直压力 P 后立即拔除固定销，打开秒表，以每分钟 412 周(每转一周剪位移 0.2mm）匀速转动手轮，使试样在 35min 内剪破。剪破标准为：(1)量力环中量表（百分表）指针不再前进，或有明显后退；(2)百分表指针不后退时，以 =4mm 对应的剪应力为抗剪强度，这时使剪切位移达到 6mm 才停止剪切；4.剪切完后，倒转手轮，移去竖向压力，重复 13 的步骤对余下的试样进行不同竖向应力作用下的剪切试验。（三）固结
6、快剪1.装样基本同快剪，但试样上、下不透水塑料膜要换成透水滤纸；2.施加竖压力 P 后，使试样在法向应力作用 下排水固结。若系饱PA和试样，在 P 加上 5min 以后，往剪切盒中注水；若系非饱和试样，在剪切盒四周围以湿棉花，防止水分蒸发；3.按照压缩试验的标准，当试样在 作用下压缩稳定后，测记试样压缩变形量；4.按快剪试验的第 2,3,4 的步骤加剪力使试样剪破。（四）慢剪1.同固结快剪第 1,2,3 的步骤施加法向应力 并量测压缩变形量；2.当试样固结完成后，采用不大于 0.02mm/min(1 周/10min)的剪切速率进行剪切，直至剪破。一般每个试样在 35 小时内剪破；3.重复步骤
7、1,2 进行 4 个试样的剪切试验。五、 试验数据记录与处理表一 直接剪切试验数据记录表（部分）试验方法：快剪 初始孔隙比：剪切速度：4 r/min 初始含水率：法向应力(kPa) 100 200 300 400固结变形量(mm)剪前孔隙比钢环系数(kPa/0.01mm) 2.38 2.38 2.38 2.38手轮转数 剪切位移 (mm) 钢环读数(0.01mm) 剪应力 (kPa) 钢环读数(0.01mm) 剪应力 (kPa) 钢环读数(0.01mm) 剪应力 (kPa) 钢环读数(0.01mm) 剪应力 (kPa)1 0.2 8.9 21.182 12.6 29.988 18.1 43.0
8、78 16.1 38.3182 0.4 14.1 33.558 23 54.74 27.8 66.164 30.9 73.5423 0.6 18.5 44.03 31.1 74.018 34.5 82.11 45.9 109.2424 0.8 21 49.98 36.3 86.394 39.6 94.248 58 138.045 1.0 22.8 54.264 40 95.2 44 104.72 64.5 153.51抗剪强度(kPa) 59 123 167 239抗剪强度指标 c= 0 =30.4注：本试验全部试验数据见附录一。0 1 2 3 4 5 6050100150200250300图
9、1 剪应力与剪位移的关系剪应力(kPa)剪位移167123239=300kPa=200kPa=100kPa=400kPa590 50 100 150 200 250 300 350 400 450050100150200250300图2 抗剪强度 线f (kPa)(kPa)f = tg=30.4六、 思考题1.为什么直剪试验要分三种试验方式？答：固结程度和排水条件对抗剪强度是有影响的，为了考虑这种影响，所以根据加荷速率的快慢将直剪试验划分为快剪、固结快剪和慢剪三种试验类型。2.直剪试验有什么优缺点？答：优点：设备简单，试验的制备和安装方便，且操作容易掌握；缺点：剪破面固定为上下盒之间的水平面不
10、符合实际情况，因为该面不一定是土样的最薄弱的面；试验中，试样的排水程度靠试验速度的“快” 、 “慢”来控制，做不到严格的排水或不排水，这一点对透水性强的土来说尤为突出；由于上下盒的错动，剪切过程中试样的有效面积逐渐减小，使试样中的应力分布不均匀，主应力方向发生变化，当剪切变形较大时，这一缺陷表现的更为突出。七、 注意事项(1)开始剪切时，一定要切记拔掉销钉，否则试样报废，而且容易损坏仪器；若销钉弹出，还有伤人的危险；(2)加荷时应轻拿轻放，避免冲击、震动；(3)摇动手轮时应尽量做到匀速连续转动，切不可中途停顿；100kPa 200kPa 300kPa 400kPa手轮转数剪切位移(mm)钢环读
11、数(0.01mm) (kPa)钢环读数(0.01mm) (kPa)钢环读数(0.01mm) (kPa)钢环读数(0.01mm) (kPa)1 0.2 8.9 21.182 12.6 29.988 18.1 43.078 16.1 38.3182 0.4 14.1 33.558 23 54.74 27.8 66.164 30.9 73.5423 0.6 18.5 44.03 31.1 74.018 34.5 82.11 45.9 109.2424 0.8 21 49.98 36.3 86.394 39.6 94.248 58 138.045 1 22.8 54.264 40 95.2 44 10
12、4.72 64.5 153.516 1.2 23.5 55.93 43.5 103.53 48.4 115.192 70.4 167.5527 1.4 23.8 56.644 45.5 108.29 52.5 124.95 75.2 178.9768 1.6 24.7 58.786 47.2 112.336 56.1 133.518 79.6 189.4489 1.8 24.8 59.024 48.8 116.144 59.7 142.086 83 197.5410 2 24.8 59.024 49.8 118.524 61.2 145.656 85.9 204.44211 2.2 50.5
13、120.19 64.6 153.748 88.2 209.91612 2.4 51 121.38 66.4 158.032 91.2 217.05613 2.6 51.2 121.856 68 161.84 93.3 222.05414 2.8 51.3 122.094 69.5 165.41 94.2 224.196附录一直接剪切试验数据记录表（全部）15 3 51.3 122.094 70.1 166.838 96.3 229.19416 3.2 51.5 122.57 70.2 167.076 97.5 232.0517 3.4 51.6 122.808 69.2 164.696 98.8 235.14418 3.6 51.5 122.57 68.3 162.554 99.5 236.8119 3.8 51 121.38 66.9 159.222 99.9 237.76220 4 66.6 158.508 100.2 238.47621 4.2 100.5 239.1922 4.4 100.5 239.1923 4.6 100.6 239.42824 4.8 100.6 239.428
