测试理论与监测技术

土的抗剪强度试验方法与结果比较

试验指标

抗剪强度指标c、φ值，是土体的重要力学性质指标，正确地测定和选择土的抗剪强度指标是土工计算中十分重要的问题。

举例说明计算地基的极限荷载和承载力时,c、φ的重要性。计算:Pu=γbNr/2+cNc+qNq,式中:Pu———极限荷载,kPa;Nr、Nc、Nq———地基承载力系数,均为tgα=tg(45°+φ/2)的函数,亦即φ的函数。例如:某办公楼采用砖混结构条形基础,设计基础底宽b=1.50m,基础埋深d=1.40m,地基为粉土,天然密度γ=18.0kN/m3,内摩擦角φ=30°,黏聚力c=10kPa,地下水位深7.8m,计算此地基的极限荷载和地基承载力。a)地基的极限荷载：Pu=γbNr/2+cNc+qNq=1060.1kPa。b)地基承载力f：采用安全系数K=3.0,地基承载力为:f=Pu/K=1060.1kPa/3.0≈353.4kPa。c)若上题φ值改为20°,其余条件不变。地基极限荷载Pu=405.4kPa;地基承载力f=Pu/K=405.4kPa/3.0≈135kPa。可见其他条件不变,内摩擦角变化,极限荷载及地基承载力变化很大,与建筑物的安全性、经济性密切相关,尤其是对重大工程或承受倾斜荷载的建筑物更为重要土体的抗剪强度指标是通过土工试验确定的。室内试验常用的方法有直接剪切试验、三轴剪切试验；现场原位测试的方法有十字板剪切试验和大型直剪试验。一、直剪试验：应变控制式和应力控制式直剪试验根据排水条件可分为：快剪、固结快剪和慢剪．优点：直接剪切仪构造简单，操作方便等缺点：①限定的剪切面；②剪切面上剪应力分布不均匀；③在计算抗剪强度时按土样的原截面积计算的；④试验时不能严格控制排水条件，不能量测孔隙水压力。二、三轴剪切试验1、试验仪器与基本原理三轴剪切试验仪（也称三轴压缩仪）由受压室、周围压力控制系统、轴向加压系统、孔隙水压力系统以及试样体积变化量测系统等组成。三轴剪切仪

试验时，将圆柱体土样用乳胶膜包裹，固定在压力室内的底座上。先向压力室内注入液体，使试样受到周围压力σ3，并使σ3在试验过程中保持不变。然后在压力室上端的活塞杆上施加垂直压力直至土样受剪破坏。

设土样破坏时由活塞杆加在土样上的垂直压力为Δσ1，则土样上的最大主应力为σ1f=σ3+Δσ1，而最小主应力为σ3f。由σ1f和σ3f可绘制出一个莫尔圆。

用同一种土制成3~4个土样，按上述方法进行试验，对每个土样施加不同的周围压力σ3，可分别求得剪切破坏时对应的最大主应力σ1，将这些结果绘成一组莫尔圆。根据土的极限平衡条件可知，通过这些莫尔圆的切点的直线就是土的抗剪强度线，由此可得抗剪强度指标c、φ值(图-1)。图-1三轴试验基本原理(a)试样围压(b)破坏时试样主应力(c)应力圆与强度包线2.三轴试验方法分类按剪切前的固结程度和剪切过程中的排水条件三轴试验可分为三种类型：（1）不固结不排水试验（UU试验）

试验过程由始至终关闭排水阀门，土样在剪切破坏时不能将土中的孔隙水排出。土样在加压和剪切过程中，含水量始终保持不变，得到的抗剪强度指标用cu、φu表示。对应实际工程条件中饱和软粘土中快速加荷的应力情况观看试验过程动画演示

（2榴）固列结不客排水乞试验眠（C舌U试旗验）先对闯土样柳施加激周围冷压力续，粘将排歼水阀联门开漆启，房诚让土歼样中乖的水性排入得量水披管中夏，直浇至排葵水终坝止，桐土样服完全链固结耕。然以后关书闭排狸水阀旬门，擦施加酷竖向贩压力采Δσ引，使章土样课在不团排水赌条件波下剪训切破原坏，栗得到汤的抗春剪强注度指踢标用聋cc咏u、险φc坑u表燥示。实用借的工作程条壶件常壶为一馋般正喊常固彩结土然层在锄工程秤竣工菜或在济使用脱阶段贼受到耐大量质、快泰速的推活荷寒载或融新增角的荷驳载作类用时艇所对户应的扭受力林情况省。观看考试验慰过程动画俗演示（3怎）固私结排淘水试言验（街CD碑试验干）在固缎结过百程和损Δσ鸟的施榆加过报程中已，都海让土喝样充计分排炕水(犬将排烛水阀抽门开悄启)饮，使丈土样晌中不何产生光孔隙住水压照力。袄故施蒙加的编应力域就是辫作用删于土汗样上数的有毒效应蔽力，岗得到页的抗苗剪强墙度指浇标用模cc商d、到φc显d表决示。观看娇试验边过程动画茶演示3.演三轴侍试验每的优愚缺点沿优卷点：（1修）可害严格权控制参排水境条件扒；（乳2）罩可测枕量孔趋隙水决压力储；（多3）菠破裂砖面在暂最软乖弱处缺点：（1桂）受力勾轴对氏称；（映2）江实验服较为坐复杂三轴摧试验努的结茂果还算是比杯较可宅靠浮三轴枣压缩挽仪是粗土工稿试验裤不可啦缺少存的仪美器设晒备三、许无侧慈限抗垫压试姑验无侧激限仪无侧属限抗世压强顾度试戏验是蔑周围招压力浓σ3飞=0预（无眯侧限侄）的溉一种凯特殊知三轴省压缩坦试验垂，又咱称单怎轴试锐验，细该试炼验多赠在无自侧限躺抗压承仪上绞进行抗,其蒜结构绘示意衔图如狭图-娱2（滩a）无侧唯限抗行压强链度试匙验过摔程请量参见动画岂演示试验易时，祸在不坟加任棍何侧脖向压添力的筐情况疑下，奸对圆袖柱体隶试样挑施加锄轴向糕压力叉，直西至试引样剪浴切破南坏为饥止。烟试样棋破坏薄时的蚀轴向刷压力红以q粥u表失示，怪称为无侧帝限抗谊压强下度。对于劫饱和早软粘拼土，撒可以右认为扑φ=附0，庙此时赞其抗怎剪强纵度线熄与σ掩轴平乔行，帖且有临cu么=q雾u/澡2。债所以跨，可用谨无侧炕限抗佩压试植验测箭定饱刃和软凯粘土垒的强方度如图材-2顷（b离）。四、迅不同封剪切沫试验贴方法案及指惜标比计较1直剪慎快剪纱(Q赢)势与三眼轴不推固结透不排贱水剪馅(U票U)省快剪洒与不或排水嘉剪用装于模按拟土错体来鸦不及烦固结立排水点就较脑快加处载以声至剪箭切破巷坏的冠情况援。但乘由于直剪旧仪不胞能有倦效地凭控制奶排水臭条件乡丰,直令剪的熟快剪图试验舞与三扶轴剪梢的不语排水情剪试咽验结匠果并羽不完晒全相产同,村其差逼别大帜小主排要取扇决于雷土样卫的透监水性索强弱娇,对谦于透桂水性匀很强满的砂土,满直剪拴的快采剪可弄以相沟当于列三轴张剪的其排水雄剪;币而对服于透兵水性售较差梢的黏关性土液,两新种试笛验结朱果相葱近。近年举来由筐于工走程建壮筑施馒工周爷期短绕,结故构荷似载增郊长速瞒度快诱,地基捡稳定河性验折算一般眼应采啊用快剪堂或不道排水阻剪指鼻标;验根算斜配坡稳臂定性率时,醋若土誉体排及水条唱件差园、透俯水性血较弱衡,也右应采领用快支剪或驴不排伐水剪商指标肾。固结银快剪(C覆Q)与固案结不番排水调剪(C剪U)固结岩快剪(C旨Q)与固赚结不丈排水盟剪(C算U)试验寒用于孕模拟它土体衡在自矛重或澡正常肌荷载食下已狸充分子固结,而后径荷载宿突然哲增加白的情弓况。CQ与CU的结收果是慰否一帝致同暂样也准取决萍于土念体的禽渗透窄性大誓小。是对于剪砂土,直剪梯仪的液固结融快剪核相当者于三恨轴排魔水剪糕。在器实际页工程辉中,当建骆筑物害在施舞工期旺间已追排水语固结,但竣虾工后烦有大魄量或旨突发忆荷载残施于谢其上筹时,可采图用固蛮结快分剪或岩固结盆不排胀水剪总指标抽。慢剪(S搁)与排伟水剪(C姓D)慢剪(S圣)与排误水剪(C廉D)试验石用于管模拟醒土体腰充分固结承后才灰开始饲缓慢舱施加术荷载撒的情巴况。付由于S及CD试验慕中孔喉隙水归应力(U盾)已消忆散为染零,即总仆应力营就等于有彻效应迎力,其强伍度指集标φs、cs与φd、cd一致,可近似替晴代有墙效应庄力强病度指睁标φ’、c’,即φs=φd=φ’,cs=cd=c’。五、胃剪切薪试验宏方法止选取寒原则在选探取强阿度指刘标时连要根粪据工程苏实际泛和土免层情哀况决定茄采用酬总应算力或疗有效织应力悬强度莲指标,然后诵选择客测试秧方法狸。原饼则上案选取丝式时以技术姥理论剩合理娃性为主,以习惯裙用法赌的经统验性为辅深。一淹般认昆为,由三剂轴固识结不熔排水雀试验营确定齿的有报效应驼力强棒度参钳数c′和φ′值用亲于分裳析地同基的简长期晒稳定邪性(唤例如殿土坡静的长规期稳挨定分现析,荒估计近挡土怜结构钓物的迁土压股力、笑位于奏软土领地基助上结走构物废的地乐基长是期稳勾定分复析等回)衔;而足对于泪饱和帮软黏淹土一就般工恳程问愁题多秃采用橡总应增力分浸析法符,其石指标滩和测锄试方阴法的冠选择捕大致仗如下卷:a)家若永建筑闸物施件工速酱度较妈快,罢而地常基土个的透卧水性和排馋水条龄件不择良时贯,可骂采用怕三轴赵仪不绞固结衡不排振水试验或弄直剪现仪快司剪试秃验结旅果。b)率地当基为溪黏性捆土但催层厚半不大重且上员下土范层透梅水性好或陵采用粉了排幅水措眨施,狮可采叫用三辜轴固阻结不断排水抖或固结快剂剪试殿验结尾果。如果缎地基凤荷载湿增长漏速率堵较慢温,地遵基土耗的透器水性超不太倦小(劝如低冰塑性伶的黏沃土)交以刷及排喇水条阿件又妻较佳责时(摸如黏丈土层漠中夹蚂砂层艰)棍,则巴可以共采用初三轴假固结扬排水主或慢冲剪试萍验结灰果,修以有停效应阻力法会进行始分析厕。针对六土的母短期度稳定滩问题阅,则英宜采蔽用不座固结睬不排标水试铲验的贯强度泳指标蚕,以牙总应吩力法勺进行战分析肃。由某于实获际加检荷情泛况和第土的驾性质便是复贫杂的举,而历且在铺建筑雾物的示施工动和使赵用过挡程中王都要券经历去不同锯的固识结状埋态,呀因此排,在纲确定咽强度恐指标揉时还册应结管合工掀程经污验。总之摸,选耕择强舰度指参标应害按原绵则选余取,挥也因翠工程私情况玩和设麦计者长的不街同要员求而