《现场直接剪切试验》由会员分享，可在线阅读，更多相关《现场直接剪切试验（56页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、,现场直接剪切试验,主要内容,一、概述,发展史 直剪试验最早在一百多年前被Alexandre Collin 用于边坡稳定研究所使用。 早期的直剪试验仪均为应力控制式，第一台现代的直剪仪是在1932 年Casagrande 在哈佛大学设计的， Gilboy 于1936 年在麻省理工学院将位移控制引入到直剪仪中， 从而可以得到土体材料较为准确的应力-位移关系和峰值以后的强度特性。目前常规的室内直剪仪一般都是应变控制式，试验时用环刀切出厚为20mm 的 圆形土饼，将土饼推入剪切盒内,分别在不同的垂直压力P 下，施加水平剪切力进行 剪切，使试样在上下剪切盒之间的水平面上发生剪切至破坏，求得破坏时的剪切
2、应 力，根据库伦定律确定土的抗剪强度参数：内摩擦角和粘聚力c。直剪试验所 测试的岩土体的抗剪强度，在工程应用中具有重要的参考价值。,优点: 由于现场直剪试验土样的受剪面积比室内试验大得多，且又是在现场直接进行 试验的，因此较室内试验更能符合天然状态，得出的结果更加符合实际工程的技术要 求。 适用条件现场直剪试验主要适用于粘性土、粉土、砂土、碎石土以及它们所组成的混合土层。,试验分类现场直剪试验可分为以下三种：,每种试验又可细分为： 1、抗剪断试验：试体在法向应力作用下沿剪切面剪切破坏的直剪试验； 2、抗剪试验（摩擦试验）：试体剪断后沿剪切面继续剪切的抗剪试验； 3、抗切试验：法向应力为0时对试
3、体进行的直剪试验。,二、试验基本原理,尽管现场直剪试验分类不同，试验的对象不同，试点的选取、试样的规格和制备要求、数据读取时间间隔等方面存在差异。但在试验原理、设备、步骤及结果处理分析方法上都基本一致。根据库仑定律，有f = c +tan式中 f 剪切破坏面上的剪应力（kPa），即土体的抗剪强 度；破坏面上的法向应力（kPa）；c 土的内聚力（kPa）； 土的内摩擦角（）。依据测得的f，就可以求出c和。,（1）平推法 法向应力：P/A 切向应力：=Q/A （2）斜推法 法向应力：P/AQsin/A 切向应力：= Qcos/A 式中，Q作用于剪切面上的总斜向荷载（N）；斜向荷载施力方向与剪切面之
4、间的夹角。,三、试验仪器设备,设备组成,1试体制备系统 手风钻（或切石机）、模具、人工开挖工具各1套。 2加荷系统 （1）液压千斤顶，2台；根据岩土体强度，最大荷载及剪切面积选用不同规格； （2）油压泵（附压力表、高压油管、测力计等），2台；手摇式或电动式，对千斤顶供油用。,3传力系统 （1）高压胶管，若干(配有快速接头)，输送油压用； （2）体力柱：无缝钢管一套，要求钢管必须有足够的刚度和强度； （3）钢垫板：用45钢制成，一套，其面积可根据试体尺寸而定； （4）滚轴排：一套，面积根据试体尺寸而定。,4测量系统 （1）压力表：精度为一级的标准压力表一套，测油压用； （2）千分表：812只；
5、（3）磁性表架：812只； （4）测量表架：工字钢2根； （5）测量标点：有机玻璃或不锈纲。,5反力系统若试验是在平硐中进行，则不需要另外的反力装置，直接利用岩体承担反力；若在井巷、露天场地的试坑或平的岩体表面进行，则需要安装加荷系统的反力装置，一般是打地锚。 6辅助系统 （1）安装工具一套； （2）浇捣混凝土工具一套； （3）照像设备一套。,图3-1 现场直剪,设备安装,在安装仪器设备之前，应按有关规定测定滚排摩擦力f0；安装垂直加荷反力装置卧式斜支撑应符合下列规定：1、在试样间隔处合适位置的槽壁上修制斜撑板的倒角。2、修制斜撑板倒角图3-2所示。,图3-2 卧式斜支撑安装示意图,施加垂直荷
6、载装置安装应按下列顺序进行：1、在试样表面铺砂、击实并末平整至剪切盒表面；2、安装下钢板、滚排、上钢板；3、安装油压千斤顶，将施力中心对准试样中心；4、安装滑块、传力柱，并对准工字形钢梁中心。,施加横向荷载装置安装应按下列顺序进行：1、安装定顶压钢板，并在底部垫约1cm厚木板2块，两端放置紧贴剪切盒，岩石试验还应在顶压钢板与剪切盒之间垫放橡皮垫；2、安装油压千斤顶，使其施力中心对准剪切面，且位于试样中线；3、安放滑块位于油压千斤顶后座中心；4、安放后座钢板，并将该钢板与试槽壁之间填实，,1、安装斜向千斤顶时，须严格定位。 斜向推力作用方向与剪切面的夹角一 般为1217，一般用15。使千斤 顶的
7、轴线穿过剪切面中心，力争剪切 面受力均匀。2、安装水平千斤顶时须严格定位，水 平推力应通过预定的剪断面。当难以满 足此要求时，着力点距剪切面距离应控 制在试件边长（岩剪切方向）的5以 内，试验前应对此距离进行实测记录， 供资料分析用。,针对斜推和平推两种不同情况，需要 特别关注以下两点：,油压剪切试验装置（竖向施力装置），可 参照图3-3进行安装测量垂直变形的百分表应安装在剪切盒对角线上。测量水平位移的百分表应安装在受剪方向的两侧。为保证试验的顺利进行，各测量仪表支架固定端应牢固可靠。,图3-3 油压剪切试验装置图,日本学者松冈元与刘斯宏等人开发研制了 一种新型现场直剪试验法，如图3-4所示：
8、用一格子状的剪切框代替通常直剪试验仪中 的上剪切盒，并取消下剪切盒，将格子状的剪切 框直接埋于要测定强度的地盆中，在剪切框内的 试样上先放上一块厚钢板，再在钢板上根据所需 要的垂直荷载堆上重铁块。水平方向上用一链条上的荷重计量测。在钢板的后侧中央部位设置一 水平位移计，用于测量试样的剪切位移，同时在钢板的前后对角线上各设置一垂直位移计，试样 的垂直位移取2只垂直位移计读数的平均值。,介绍一种新型直剪试验法,图3-4 新型现场直剪概念图,通常的直剪试验，由于用推动剪切盒的方法来使试样受剪，剪切盒与剪力环之间必 定是刚性连接。在剪切过程中，若试样发生剪胀，会在其接触点处产生一方向向下的摩擦力， 而
9、该摩擦力在试验中无法测定，从而使得剪切面上的正应力比实际外加的正应力要大。这就是 通常的直剪试验测得的抗剪强度高于其实际强度的原因，上述新型试验解决了这一难题，使测 得的指标更符合实际工程需要。,四、试验方法及技术要求,1、试验前准备工作,1、试验前准备工作,1试验前的地质描述地质描述为试验成果的整理分析和计算指标的选择提供可靠依据，并为综合评价岩体工程地质性质提供依据。具体内容包括： （1）试验地段开挖、试样制备方法及出现的问题； （2）试点编号、位置、尺寸； （3）试段编号、位置、高程、方位、深度、断面形状和尺寸； （4）岩土体岩性、结构、构造、主要造岩矿物、颜色等； （5）各种结构面的产
10、状、分布特点、结构面性质、组合关系等； （6）岩土体的风化程度、风化特点、风化深度等； （7）水文地质条件，包括地下水类型、化学成分、活动规律、出露位置等； （8）岩爆、硐室变形等与初始地应力有关的现象； （9）试验地段地质横剖面图、地质素描图、钻孔柱状图、试体展示图等。,2试点的选择及整理,（1）选试点试验场地应根据工程地质条件和建（构）筑物的受力 特点等选择在具有代表性的地段。同一地质单元，试 验组数不得少于3组，每一组试验不应少于5个试验点， 同一组各试验点应在同一地质单元。 （2）试点整理在所选试点上，对硐顶板及斜向(或水平)推力后座 大致加工平整。预浇混凝土地基面起伏差控制在试体 边
11、长的12内(沿推力方向)，试体范围外起伏差约为 试体边长的10。(平推法同时开挖放置水平千斤顶的 坑槽)。,根据岩土工程勘察规范（GB500212001）规定的试件布置、制备、 加工尺寸应符合一般规定： （1）试件宜加工成方形体（或楔形体），每组试体数量不宜少于3个，并尽 可能处在同一高程。 （2）试件剪切面积不宜小于2500cm2，边长不宜小于50cm，试件高度不宜小 于边长的2/3，试体间距应大于1.5倍试件最短边长。 （3）试件的推力部位应留有安装千斤顶的足够空间，平推法应开挖千斤顶槽。 （4）在试验之前，先测定混凝土的强度，为试验的分析提供合理参考依据。 （5）如需混凝土浇筑试件，待浇
12、注完毕，即可注水饱和，同时对混凝土进行 养护，待28天后，即可进行试验。有时因工作需要，需提早进行试验，在浇注 混凝土时可适当添加些速凝剂，待混凝土标号达到要求后即可试验。,3、试件的制备,2、试验前的资料准备,1斜推法试验 （1）加荷分析首先应对每一个试体施加一定的垂直荷载，然后再 施加斜向剪切荷载，进行试验。由于斜向荷载可分解为 平行于剪切面的切应力和垂直剪切面的正应力，故一旦 加上斜向荷载，剪切面上的正应力随之增加这个分量。 从而出现了正应力的处理问题，即在剪切过程中，剪切 面上的正应力是保持常数还是变数的问题。当正应力为变数时，剪切面上的应力条件比较复杂， 而且作出的剪应力剪位移曲线图
13、形失真，对试验成果 的整理和分析都带来困难，因此，现行规范将正应力视 作常数处理。为此，在试验前，就要求设计出试体应施 加多大的垂直荷载和斜向荷载，才能使试验顾利进行。,2）施力公式推导1）应力计算法向应力： P/AQsin/Apqsin （记P/Ap，Q/A=q） 切向应力： = Qcos/A qcos,2) 最大单位推力qmax的估算在试验进行之前，需要预估试体发生剪切破坏时的 最大单位推力qmax，从而计算出斜向总荷载Q。据此， 可在试验过程中分级施加斜向推力，直至试体剪断。 在极限状态下，应力条件应满足库仑公式：,因此，只要预估出剪切面上的f（摩擦系数，tan）、C值，、都可给定，即可
14、计算qmax。然后乘以剪切面积A就是Qmax，按Qmax分级加载试验。,3）同步加减荷载计算在试验过程中，为了保持剪切面上的正应力为常数， 因此逐级施加q的同时，须同步成少p值。同步加减的荷载 按下式计算： 由pqsin，得出： pP/Aqsin 4）最小正应力min的确定为了避兔试验过程中p值不够减的情况发生，必须首先 确定剪切面上的最小正应力min值。 为使在剪切时p0，即：qsin0 在极限状态下，还应满足：,建立联立方程组,解得：,把根据试体实际情况估计的剪切面的f、C及值代入上式，即可计算出剪切面上所需施加的min值。如小于此值，将会出现P值不够减的情况。显然，还要对f、C值的估 计
15、应接近剪切面的实际值；估计值偏大时，试件破坏时的斜向荷载Q将达不到设计的值，估计值偏小时，同样全出现P值不够减的情况。,2平推法试验不需要减少P值，但试验前，也要对剪切荷载进行估算。 在极限平衡状态下，剪切面上的应力条件符合莫尔库仑 公式：,得：,如果根据岩性、构造等条件，预估出f、C值，代入上 式即可估算出试体剪切破坏时最大剪切荷载，方便在试验 过程中分级施加。,3、试验步骤及技术要求,1仪器的标定、检测试验前，根据对千斤顶（或液压枕）作的率定曲线 和试体剪切面面积，计算施加的荷载和压力表读数对应 关系。检查各测表的工作状态，测读初始读数。,2施加垂直荷载 1）在每组(3个)试体上，分别施加
16、不同的垂直荷载， 加于试体上的最大垂直荷载，以不小于设计法向应力 为宜。当剪切面有软弱物充填时，最大法向应力以不 挤出充填物为限。,2）按变形控制：荷载可分4到5级等量施加，每施加一级 荷载，立即测记垂直变形，此后每隔5min读数一次，当 5min内垂直变形值不超过0.05mm时，可施加下一级荷载， 施加最后一级荷载后按5min、10min、15min的时间间隔 测记垂直变形值当连续两个15min垂直变形累计不超过 0.05mm时，即认为垂直变形已经稳定，可施加剪切荷载,3施加剪切荷载剪切荷载的施加应符合下列规定：1） 每级剪切荷载按预估计最大剪切荷载的8%10%或按 垂直荷载的5%10%分级等量施加。2） 当施加剪切荷载所引起的剪切变形为前一级的1.5倍 以上时，下一级剪切荷载则减半施加。3） 岩体按每5min10min，土体按30s施加一级剪切荷载。4）每级剪切荷载施加完成后，应立即测记垂直变形量、 剪切荷载和剪切变形量。5） 当达到剪应力峰值或剪切变形急剧增加或剪切变形 大于试件直径（或变长）的1/10时，即认为已剪切破坏，可 终止试验。,
