直接剪切试验

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T=C+Otg^。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0.01mm3、 其它：切土刀、环刀、秒表、蜡纸、钢丝锯等。五、操作步骤图6.1:应变控制式:顷仅1一剪切传动机构；2—推动器；3一下盒：4—垂直加压框架：5—垂宜位移甘；6一传压板：7一透水板；8一上盒；II水盒；10一测力计；11—水平位移计；12一液珠；13一试样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、300、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1、根据百分表读数，计算土样的剪切位移和剪应力① AL=20n-R②T=QR式中：AL剪切位移(0.01mm)n手轮转数R 量力环百分表读数(0.01mm)t剪应力(KPa)匚 量力环率定系数(KPa.0.01mm)2、 以剪应力t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t—AL，如图所6.2示。取t—AL曲线的峰值为该垂直压力作用下土的抗剪强度Tf,无峰值时，取剪切位移4mm所对应的剪应力为土的抗剪强度Tf。3、 以抗剪强度Tf为纵坐标，垂直压力b为横坐标绘制曲线，如图6.3所示。将图上各点连成直线，并延长与纵坐标相交，则直线的倾角为土的内摩擦角，直线在纵坐标上的截距为土的内聚力c(x=c)。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七、记录格式

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)剪应力匚=很（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c=QR(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，应力一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