抗剪强度指标测定

抗剪强度指标测定电子教材《土工技术与应用》项目组2015年3月抗剪强度指标测定确定土的抗剪强度的试验称为剪切试验剪切试验的方法有多种，在试验室内 常用的有直接剪切试验、三轴剪切试验和无侧限抗压试验等，现场原位测试有十字 板剪切试验等1. 直接剪切试验直接剪切试验是测定土的抗剪强度的最简便和最常用的方法通常取四个试样，分别施加不同的垂直压力a进行剪切试验，求得相应的抗剪强度t将t与q绘于f f直角坐标系中，即得该土的抗剪强度包线，如图1所示强度包线与a轴的夹角即 为内摩擦角申，在t轴上的截距即为土的黏聚力c绘图时须注意纵横坐标的比例一 致图1直剪试验的成果表示直剪仪构造简单，操作方便，因而在一般工程中被广泛采用但该试验存在着 下述不足：（1）不能严格控制排水条件,不能量测试验过程中试样的孔隙水压力；（2） 试验中人为限定上下盒的接触面为剪切面，而不是沿土样最薄弱的面剪切破坏；（3） 剪切过程中剪切面上的剪应力分布不均匀，剪切面积随剪切位移的增加而减小因 此，直剪试验不宜作为深入研究土的抗剪强度特性的手段2. 三轴剪切试验三轴剪切试验所用的仪器是三轴剪力仪，有应变控制式和应力控制式两种前 者操作较后者简单，因而使用广泛。

应变控制式三轴剪力仪的主要工作部分包括反 压力控制系统、周围压力控制系统、压力室、孔隙水压力测量系统、试验机等图 2为三轴剪力仪组成示意图Z —T图2三轴剪力仪示意图I一反压力拎制累知2"轴向圖力计，3轴向位腿好；，1试一強机战架；S扎探水企力tflht耒址；fi裁塞沁-压力室；&—-斤降台：9—卅忒計；山―-试验机；u-^IWj控制系扯；12—圧力嫌t 13-^变作；M—周I拥雄力阀、15—戟夥.制I 1—扎酿庄力17-T-ftr1«库变输側：19排水rh no •孔隙販力苦酸器匸21诽术符阀三轴试验采用正圆柱形试样试验的主要步骤为：(1)将制备好的试样套在橡 皮膜内置于压力室底座上，装上压力室外罩并密封；(2)向压力窀充水使周围压力达 到所需的a，并使液压在整个试验过程中保持不变；(3)按照试验要求关闭或开启3各阀门，开动马达使压力室按选定的速率上升，活塞即对试样施加轴向压力增量Aa，a =a +Aa，如图3-39(a)所示假定试验上下端所受约束的影响忽略不计,1 3则轴向即为大主应力方向，试样剪破面方向与大主应力作用面平面的夹角为a = 45 +土，如图3 (b)所示按试样剪破时的a和a作极限应力圆，它必与抗剪 f 2 1 3强度包线切于A点，如图3 (c)所示。

A点的坐标值即为剪破面m-n上的法向应力af与极限剪切应力T图3三轴剪切试验示意图⑺ 试样览到周国压应力；(&)的外时试样t应力；9)张喂应力岡；e 抗曲强圧也耀试验时一般采用3〜4个土样，在不同的a作用下进行剪切，得出3〜4个不同的破坏应力圆，绘出各应力圆的公切线，即为抗剪强度包线，通常近似取一直线 由此求得抗剪强度指标C、申值如图3(d)所示三轴试验的突出优点是能严格地控制试样的排水条件，从而可以量测试样中的 孔隙水压力，以定量地获得土中有效应力的变化情况，试样中的应力分布比较均匀, 所以三轴试验成果较直剪试验成果更加可靠、准确；但该仪器较复杂，操作技术要 求高，且试样制备也比较麻烦，且试验是在轴对称情况下进行的，即a = a，这与2 3一般土体实际受力有所差异为此，有a za za的真三轴剪力仪、平面应变仪等1 2 3能更准确地测定不同应力状态下土的强度指标的实验仪器3. 不同排水条件下的试验方法土的抗剪强度与试验时的排水条件密切相关，根据土体现场受剪的排水条件， 有三种特定的试验方法可供选择，即三轴剪切试验中的不固结不排水剪、固结不排 水剪和固结排水剪，对应直剪试验中的快剪、固结快剪和慢剪。

按上述三种特定试 验方法进行试验所得的成果，其表示方法是在C、申符号右下角分别标以表示不同排 水条件的符号，见表1表1剪切试验成果表达直接剪切三轴剪切试验方法成果表达试验方法成果表达快剪 固结快剪慢剪C，0q qC， 0cq cqC， 0不排水剪 固结不排水剪 排水剪C，0u uc，0cu cuc，0d d在剪切试验中，C、申称为总应力强度指标根据土的有效应力原理和固结理 论可知，土的抗剪强度并不是由剪切面上的法向总应力决定，而是取决于剪切面上 的有效法向应力，因此按有效应力计算的土的抗剪强度t 二c +a'tan0 (1)f式中 a 剪切破坏面上的法向有效应力(kPa)；C、0 分别为土的有效黏聚力和有效内摩擦角，即土的有效应力强度指标目前在工程中存在着两套指标并用的现象对于三轴试验成果，除用总应力强 度指标表达外，还可用有效应力指标C、0表示，且对同一种土无论是用UU、CU 或CD试验成果，都可获得相同的C、0，它们不随试验方法而改变，如图4所示图4 CU试验成果确定c、®如前所述，土的抗剪强度指标随试验方法、排水条件的不同而异，因而在实际 工程中应该尽可能根据现场条件决定室内试验方法，以获得合适的抗剪强度指标。

见表2表2地基土抗剪强度指标的选用试验方法适用条件不排水剪或快剪 排水剪或慢剪 固结不排水剪或固 结慢剪地基土的透水性和排水条件不良，建筑物施工速度较快地基土的透水性好，排水条件较佳，建筑物加荷速率较慢建筑物竣工以后较久，荷载又突然增大（如房屋增层），或地基条件等价于上述两种 情况之间4.无侧限抗压试验无侧限抗压试验是三轴剪切试验的一种特例，即对正圆柱形试样不施加周围压 力（b二0），而只对它施加垂直的轴向压力b，由此测出试样在无侧向压力的条件3 1下，抵抗轴向压力的极限强度，称之为无侧限抗压强度图5（a）为应变控制式无侧限压缩仪，试样受力情况如图5（b）I图5应变控制式无侧限抗压强度试验］轴向抑压架；2—轴向测力计；3试样匸4上、卜•传出战*5手动或陀动转轮；6升降.板；7轴向位移ft无侧限抗压试验适用于测定饱和软黏土的不排水强度，如图5（C）所示，即饱和黏性土的强度与土的结构有关，当土的结构遭受破坏时，其强度会迅速降低，工程上常用灵敏度S来反映土的结构性的强弱:ts 二 qut q0式中q ――原状土的无侧限抗压强度(kPa)；uq0备的土)的无侧限抗压强度(kPa)重塑土(指在含水量不变的条件下使土的天然结构彻底破坏再重新制根据灵敏度大小可将饱和黏性土分为三类:低灵敏度14。