直接剪切试验(2010)

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1、实验六 直接剪切试验直接剪切试验（手动）一、基本概念及原理土的抗剪强度是指土体抵抗剪切破坏的极限能力，是土的重要力学性质指标之一。工 程中的地基承载力，挡土墙的土压力，土坡稳定等问题都与土的抗剪强度直接相关。根据 库仑定律，土的抗剪强度与剪切面上的法向应力成正比。其本质是由于土粒之间的滑动摩 擦以及凹凸面间的镶嵌作用产生的摩阻力，其大小决定于土粒表面的粗糙度、密实度、土 颗粒的大小以及颗粒级配等因素。粘性土的抗剪强度由两部分组成，一部分是摩擦力，另 一部分是土粒之间的粘结力。用库仑定律公式表达为 c+tg。二、试验目的直接剪切试验是测定土抗剪强度指标的一种常用方法。通常将同一土样切取不少于四

2、个试样；分别在不同的垂直压力下施加水平剪切力，测得破坏时的切应力，以确定土的内 摩擦角和内聚力，为工程实践提供依据。三、试验方法及适应范围由于土体在固结过程中孔隙水压力的消散，荷载在土中产生的附加应力最后全部转化 为有效应力。其实质是土体强度不断增长的过程。因此，剪切试验条件决定了同一种土在 不同试验条件下的抗剪强度不同。为了模拟现场土体的剪切条件，根据土的固结程度，剪 切时的排水条件以及加荷速率，把剪切试验分为三种： 1、快剪试验（或不排水剪）：土样施加法向应力后，立即施加水平剪切力，在 3-5 分 钟内将试样剪切破坏。在整个试验过程中不允许土样含水量有所变化，即孔隙水压力保持 不变。这种方

3、法只适用于模拟现场土体较厚，透水性较差，施工速度较快，基本上来不及 固结就被剪切破坏的情况（土的渗透系数小于 10-6cm/s） 。 2、固结快剪（或固结不排水剪）：先将土样在法向应力作用下达到完全固结，然后施 加水平剪切力，与快剪方法一样使土样剪切破坏。此方法只适用于模拟现场土体在自重或 正常荷载条件下已达到完全固结状态，随后，又遇到突然增加荷载或因土层较薄，透水性 较差，施工速度快的情况。适用于土的渗透系数小于 10-6cm/s 的土类，对渗透系数大于 10-6cm/s 的土，应采用三轴仪进行试验。3、慢剪试验（或固结排水剪）：先将土样在法向应力作用下，达到完全固结。随后施加慢 速剪切（剪

4、切速度应小于 0.02mm/min）剪切过程中使土中水能充分排出，使孔隙水压力消 散，直至土样剪切破坏。本次试验采用快剪试验。四、仪器设备1、应变控制式直接剪切仪，如图 6.1 所示。 2、百分表：量程 1-10mm，最小分度为 0.01mm 3、其它：切土刀、环刀、秒表、蜡纸、钢丝锯等。五、操作步骤1、切取土样：用标准环刀，切取原状土或制备的扰动试样，方法同密度试验，每组试验不 少于四个试样，并分别测定其密度及含水量。密度差值不得超过 0.03g/cm3。2、仪器检查： 将调整平衡的白色手轮逆时针旋转，使中心轴上升至顶端，以便加荷过程中调整杠杆水 平； 调整平衡锤使水平杠杆水平； 检查仪器各

5、部分接触是否紧密转动是否灵敏； 安装百分表于量力环中，并检查百分表是否接触良好。 3、安装试样：对准上、下剪切盒并插入固定销钉。在下盒内放入透水石一块，其上放不透 水蜡纸一张。将切取土样的环刀刀口向上对准上剪切盒口，在土样上面放上蜡纸一张，用 推 土器堆入剪切盒中，移去环刀，并在蜡纸上放块透水石，然后依次加上传压盖板，钢珠及 加压框架，并调整加压框，使钢珠与框架之间的缝隙为 1-3mm。 4、垂直加荷：每组试验需要剪切不少于 4 个试样，分别在不同的垂直压力下剪切，垂直压 力由现场情况估计出的最大压力决定，对一般的粘性土、砂土，宜采用 50、100、200、300KPa 或 100、200、3

6、00、400KPa 的垂直应力。对高含水量，低密度的土 样可选用 20、50、100、200KPa 的应力。 5、水平剪切： 先转动手轮，使上盒前端钢铰与量力环接触，调整百分表计数为零； 拨出固定销钉、开动秒表，以 1 转/10S 的速率旋转手轮，使试样在 3-5 分钟内剪切破坏；剪切过程中，手轮应匀速不间断地旋转，并保持杠杆水平； 剪切过程中，百分表指针不再上升，或有明显后退时，表示试样已剪切破坏。若变形继 续增加，而剪切变形(上下盖错开)4mm 时，也认为试样已剪切破坏； 记录手轮转数 n 以及量力环中百分表的读为 R 。 6、拆除容器：剪切结束，依次卸除百分表，垂直荷载，上盒等。重新装上

7、另一试样进行下 一级剪切试验，直至全部结束。六、计算及绘图6.111 11、根据百分表读数，计算土样的剪切位移和剪应力 RnL20 R式中：L_剪切位移(0.01mm)n_手轮转数R_量力环百分表读数(0.01mm)_剪应力(KPa)_量力环率定系数(KPa.0.01mm)2、以剪应力为纵坐标，剪切位移为横坐标绘制剪应力和剪切位移关系曲线L，如图所6.2 示。取L 曲线的峰值为该垂直压力作用下土的抗剪强度，无峰值时，取剪切位f移 4mm 所对应的剪应力为土的抗剪强度。f3、以抗剪强度为纵坐标，垂直压力为横坐标绘制曲线，如图 6.3 所示。将图上各点连f成直线，并延长与纵坐标相交，则直线的倾角为

8、土的内摩擦角，直线在纵坐标上的截距为 土的内聚力 c(x=c)。七、记录格式图 6.2 剪应力和剪切位移关系曲线图 6.3 抗剪强度与垂直压力关系曲线表 6.1 直接剪切试验 试验方法试样编号: 固结时间： 小时 仪器编号: 压缩量： mm 手轮转速: 转/分 剪切历时： 分钟 垂直压力： KPa 量力环率定系数： KPa.0.01mm 抗剪强度： KPa手轮转 数 n量力环百分 表读数 R（0.01mm ）剪切位移L=20n-R(0.01mm)剪应力R(KPa)手轮转 数 n量力环百分 表读数 R（0.01mm ）剪切位移L=20n-R(0.01mm)剪应力R(KPa)八、注意事项 1、对于一般黏性土采用峰值或稳定值作为破坏应变。但对高含水量，低密度的软粘土，应 力应变曲线峰值不明显，应采用剪切位移为 4mm 的应变。因而应绘制剪应力和剪切位移 关系曲线，选择抗剪强度。 2、同组试样应在同台仪器上试验，以消除仪器误差。 3、施加水平剪切力时，手轮务必要均匀连续转动，不得停顿间歇，以免引起受力不均匀。 4、量力环，不得摔打，并应定期校正。 九、预习问题 1、慢剪、固结快剪、快剪的适用条件是什么？本试验采用的是哪种方法？ 2、土的抗剪强度与哪些因素有关？ 3、找出影响试验数据的误差因素。