实验七 匣式直接剪切试验.docx

实验七匣式直接剪切实验 1、 试验原理： 土的破坏都是剪切破坏，土的抗剪强度是土在外力作用下，其一部分土体对于另一部分土体滑动时所具有的抵抗剪切的极限强度。土体的一部分对于另一部分移动时，便认为该点发生了剪切破坏。无粘性土的抗剪强度与法向应力成正比；粘性土的抗剪强度除和法向应力有关外，还决定于土的粘聚力。剪切破坏是强度破坏的重要特点。土的摩擦角、粘聚力c是土压力、地基承载力和土坡稳定等强度计算必不可少的指标。土的强度为土木工程的设计和验算提供理论依据和计算指标。 2、 试验目的： 测定土的抗剪强度和土的内摩擦角、粘聚力，为计算地基强度和稳定性计算提供基本数据 库仑公式： 砂性土=tg粘性土f=tg+c 其中、f抗剪强度（kpa）正应力（kpa）内摩擦角(度)c内聚力（kpa） tg直线的斜率 砂土的内摩擦角取决于砂粒间的摩擦力以及连锁作用，一般，中砂、粗砂、砾砂的=320400，粉砂、细砂的=280360。 库仑定律表明，在一般的荷载范围内土的抗剪强度与法向应力之间呈直线关系。 3、 试验方法： 固接慢剪、固接快剪、快剪法。本试验常用方法：快剪法。 （1）固接慢剪原理：先使土样在某一级垂直压力作用下排水固结变形稳定，排水固结变形稳定16小时后，缓慢施加水平剪应力。在施加剪应力过程中，使土样始终不产生空隙水压力，如用几个土样在不同垂直压力下进行固结慢剪，将会得到有效应力下的抗剪强度参数内聚力C和。该试验历时时间较长，一般不用。 （2）固结快剪：先使土样在某荷载下固结，再以较快速度施加剪力，直至剪坏，一般35分钟内完成。由于时间短，剪力所产生的超静水压力不会转化为土颗粒间的有效应力；这样就使得库仑公式中的和P都被控制着。如用几个土样在不同的P作用下进行试验便能求得C和值，这种C和值称为总应力法强度参数。 （3）快剪法：尽量采用原壮土样或接近现场的土样，然后在较短的时间35分钟内完成，这种方法将使土颗粒间有效应力维持原状，不受实验时外力的影响，但由于这种颗粒间有效应力的数值无法求得，所以试验结果只能得出(ptg+cq)的混合值。快速法适合于测定粘性土天然强度，但q角将会偏大。 4、仪器设备 （1）ZJ-1、ZJ-2型等应变直剪仪本试验采用应变控制匣式直接剪切仪，由上盒及下盒、垂直加压框架、量力环、剪切传动装置等组成，试样置于剪力盒中，通过在垂直应力作用下施加水平力，使上下两盒错动导致试样被剪坏。上匣固定，下匣可以水平方向移动，且下匣放在钢珠上，目的是避免由于钢珠而导致滚动摩擦力影响。加压原理采用杠杆传动，杠杆比1：12。 （2）环刀试样底面积为30cm2，高度为2cm，环刀内径为6.18cm。 （3）应变圈附加百分表也叫测力计，根据编号查测力计校正系数，每台设备系数不同。 百分表作用：读出剪切变形量。 （4）切土刀作用：削土样用。 （5）钢丝锯作用：锯断土样。 （6）滤纸作用：吸取试样两端的表面水。 （7）圆玻璃片作用：放在试样的两端防止水分蒸发。 （8）透水石作用：土样受压时以便空隙水排除。 手摇应变控制式直接剪切仪结构如图： 5、操作步骤： （1）拿来事先准备好的土样，环刀刀口朝下，边压边削，直至土样露出环刀，用钢丝锯锯断土样，擦干净环刀外环，并将土样两侧削平，不平之处补平，土样两侧均放上玻璃片。 （2）不加荷载只加吊盘，调整加压杠杆系统平衡。 （3）将直剪仪的上下盒对准，插入固定销钉，缓慢转动手轮，直至百分表指针转动，说明此时应变圈和剪力盒接助良好。 （4）在试样下面放透水石一块及湿润滤纸一张，将盛有试样的环刀平口向下、刀口向上，放透水石一块对准剪切盒的上盒，用力将土样推入盒内，并顺次加上传压活塞及加压框架。 （5）拔下销钉，此时记录百分表的初度数，轻轻加上一级荷载50kpa（吊盘+0.319kg+0.637kg），以每分钟46圈的速度转动手轮，当表针不动或回转时试样被剪坏，记录终读数，填入表1中,取出破坏的土样。继续加二级荷载100kpa（吊盘+0.319kg+0.637kg+1.275kg）；三级荷载200kpa（吊盘+0.319kg+0.637kg+1.275kg+2.55kg）；四级荷载300kpa（吊盘+0.319kg+0.637kg+1.275kg+2.55kg+2.55kg）；取出土样，按上述程序重新放置土样，并加不同的载荷，记录初、终读数。原则上在35分钟内剪完。 （6）根据仪器编号及应变圈编号抄写应变圈系数K。 编号9034K=1.556kPa/0.01mm编号9033K=1.565kPa/0.01mm 编号23586K=1.684kPa/0.01mm（认为J0158对应的K与此一样） 6、计算和制图 表1 荷载kPa50kpa100kpa200kpa300kpa所使用设备的应变圈编号J0158J0158J0158J0158应变圈系数kPa/0.01mm1.6841.6841.6841.684初读数R1（0.01mm）2312终读数R2（0.01mm）3884115180读数差R（0.01mm）3681114178抗剪强度=KR（kPa）60.624136.404191.976299.752由SP关系曲线测得C、 C=21.3kps =9.30 按下式计算每一试样的抗剪强度： =KR式中S抗剪强度（kPa）K应变圈系数（kPa/0.01mm） R剪切时应变圈中测微表的初读数与剪坏时终读数之差（0.01mm） C内聚力 以剪应力为纵坐标，剪切位移L为横坐标，绘制剪应力与剪切位移L关系曲线（L关系曲线）；以剪应力为纵坐标，垂直压应力P为横坐标（注意纵、横坐标比例尺应一致），绘制剪应力与垂直压应力P的关系曲线（p关系曲线），该直线的倾角即为土的内摩擦角（），该直线在纵坐标上的截距即为土的粘聚力c（kPa）。 7、试验思考题 （1）、直接剪切试验目的是什么？ 答：测定土的抗剪强度和土的内摩擦角、粘聚力，为计算地基强度和稳定性计算提供基