现场直接剪切试验

1、现场直接剪切试验，主要内容、一、概况、发展史直剪试验在一百多年前就已由Alexandre Collin在边坡稳定研究所使用。 早期的直剪试验器都是应力控制式的，最初的现代直剪器是Casagrande于1932年在哈佛大学设计的，Gilboy于1936年在麻省理工大学将位移控制导入直剪器，得到土体材料的比较准确的应力-位移关系和峰值以后的强度特性目前，通常的室内直剪器是应变控制式的，试验时用环切厚度20mm的圆形土饼，把土饼压入切箱，在各自不同的垂直压力p下施加水平剪断力，破坏样品直到在上下切箱之间的水平面上切，求出破坏时的剪切应力，库仑定律直剪试验测得的岩土体抗剪强度在工程应用中具有重要参考价

2、值。 试验目的：测定岩土体特定剪切面上的剪切强度指标的优点：现场直剪试验，土样剪切面积远大于室内试验，直接在现场进行试验，比室内试验更能满足天然状态，结果能满足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、碎石土及其组成的混合土层。 试验分类现场的直剪试验可分为以下两种：各试验还包括： 1、抗剪试验：试验体在垂直应力下沿剪切面断裂的直剪试验； 2 .剪切阻力试验(摩擦试验):试验体的剪切后沿着剪切面继续剪切的剪切阻力试验3、剪切阻力试验：法线应力为0时对试验体进行的剪切阻力试验。二、试验的基本原理和方法、一、基本原理在现场对几个图案(3个以上)施加不同的法线负荷，在其

3、固定稳定后施加水平剪应力使其破坏，同时记录几个图案破坏时的剪切应力，描绘剪切应力和法线应力的关系曲线，然后二、试验方法1 )试验的第一步是试井的挖掘和试样的配制，一般工作面的尺寸为2.5M1.6M .试样的配制在试井中进行，用下端带边缘的剪切箱一边压入土体一边削剪切箱外侧的土体，剪切箱全部切入到规定的试验深度，沿着边缘的深度形成与剪切面一致的试井基底平面，并且以超过剪断力的方式修剪剪切箱中的试料的顶面，完成试料的调制后，设置应力施加装置和水平推力施加装置相应的应力位移测定装置(参照图7-25 )，试验装置的设置结束后，可以开始试验。 2 )对样品等级施加垂直载荷，载荷的等效集中应力的作用位置位

4、于剪切面的中心，最大垂直载荷必须大于设计载荷，一般分4-5等级逐渐达到试验所需的最终垂直载荷。 各级法线施加载荷后，每隔5min测量一次试验变形，每隔1min变形不超过0.05mm时，可以施加下一级载荷。 最终段的法线施加载荷后，1h内的垂直变形不超过0.05mm时，成为相对稳定的状态，可以施加剪切载荷。 (3)加上水平剪力，各级剪力荷载可均等地加在估价最大荷载的8%等级上，也可均等地加在垂直荷载的5%-10%等级上。 剪切变形急剧增加，或者持续变形，剪切应力增加，或者剪切变形达到试料边的长度(直径)的1/10时，可以结束试验。 4 )如果需要根据剪切位移超过10mm时的试验结果来确定土的残留

5、剪切强度，则需要沿剪切面继续进行摩擦试验。 5 )绘制试验成果曲线(详见试验成果和应用部分)，三、试验设备、土的现场直接剪切试验的主要设备有： 1、制作剪力箱、土样进入。2、法向载荷施加系统由千斤顶、加压反作用力装置和滚动滑板构成，施加法向应力。 3、水平剪切力施加系统由千斤顶和附属装置(反作用力支撑台等)构成。 4、测量系统由位移测量系统(位移计、百分表等)和力测量系统(力传感器)组成，测量法向载荷、法向位移、水平剪力、水平位移等。 图7-25是常见的土场直接剪切试验装置的示意图。 图3-1现场直切、试验的技术要求、1、剪切面积(样品截面积)在0.3m2以下的高度不应该在20cm以下，或者不

6、应该是样品土粒子的最大粒径的4-8倍。 2 .挖试坑时，必须避免样品的土体紊乱和土样含水量发生显着变化。 在地下水位以下进行试验时，首先降低水位，回到地下水位后再进行试验，直到试验装置的设置完成。 3 .试验过程及法向应力、水平剪切应力的施加及试验结束的标准应满足上述试验方法的相关要求。 试验的成果和应用，现场直接剪切试验的主要成果是剪切应力和剪切位移的关系曲线，即剪切强度和法向应力的关系曲线。 利用剪应力和剪切位移的关系曲线，可以确定在一定的法向应力条件下剪切破坏面上的峰值剪切强度和残馀强度。 利用剪切强度与法向应力的关系曲线，可以在剪切面上确定土体的内摩擦角和内聚力。 此外，还可以通过绘制

7、剪切应力与垂直位移的关系曲线来求出土体的剪切强度。 施加垂直载荷的装置的安装应该按照1、在试样表面铺上砂子，施加冲击，最后使剪切箱表面平坦的顺序进行2 .安装下钢板、辊列、上钢板3 .安装液压千斤顶，使施力中心与试样的中心对齐4 .滑块、杆施加横向载荷的装置的安装按照以下顺序进行。 1、安装按压钢板，在底部贴上2块厚度约1cm的板，在两端放置剪切箱，岩石试验中在按压钢板和剪切箱之间放置橡胶垫2 .安装液压千斤顶，使其施力中心与剪切面一致，使滑动装置位于试料的中心线3 .液压千斤顶1、安装倾斜千斤顶时，必须严格定位。 倾斜推力的作用方向和剪切面所成的角度一般为1217，一般为15。 使千斤顶的轴

8、线通过剪切面的中心，努力使剪切面的力均匀。 2 .安装水平千斤顶时，必须严格定位，水平推力必须通过规定的剪切面。 难以满足这一要求时，距着力点剪切面的距离控制在试验片边长(岩剪切方向)的5以内，在试验前实测记录该距离，供资料分析。 需要特别关注斜推和和平推两种不同情况：日本学者松冈元和刘斯宏等将普通直剪试验机的上剪切箱替换为格子状的剪切框，取消下剪切箱，将格子状的剪切框直接埋在想测定强度的盆地中，将厚钢板放在剪切框内的样品上，在钢板上需要水平方向用链条上的载荷测量。 在钢板的后侧中央部设置水平位移计，测量样品的剪切位移，同时在钢板前后的对角线上设置垂直位移计，样品的垂直位移取垂直位移计读取值的

9、平均值。 介绍一种新型直剪试验法。 图3-4的新型现场直剪概念图，通常的直剪试验，由于用按压剪箱的方法剪切试样，剪箱和剪环之间必定是刚性连接。 在剪切过程中试样剪切膨胀时，在该接触点产生向下的摩擦力，该摩擦力在试验中不能测定，因此剪切面的正应力比实际施加的正应力大。这就是通常直剪试验测得的剪切强度高于实际强度的原因，上述新型试验解决了这一难题，并使测得的指标符合实际工程的需要。 四、试验方法和技术要求，一、试验前的准备工作，一、试验前的地质描述为试验成果的整理分析和计算指标的选择提供了可靠的依据，为岩体工程地质性质的综合评价提供依据。 具体内容包括： (1)试验区域的挖掘、样品的制造方法及问题

10、点；(2)试验编号、位置、尺寸(3)试验段编号、位置、海拔、方位、深度、断面形状和尺寸(4)岩土体的岩性、结构、结构、主要造岩矿物、颜色等(5)各种结构面的生产状、分布组合关系等(6)岩土体的风化程度、风化特征、风化深度等(7)水文地质条件、地下水类型、化学成分、活动规律、露出位置等；(8)岩土爆炸、室变形等与初期应力有关的现象；(9)试验区域的地质横截面图、地质草图、钻杆图、样品展示2 .试验地的选定和整理；(1)试验地的选定必须根据工程地质条件和建筑物的受力特性等选定有代表性的地区。 同样的地质单元、试验组数必须比3组少。 各组考试分数要少于五个。 同一组的各试验点是相同的地质单元。 (2

11、)飞行员整理成选定的飞行员，只将顶板和斜方向(或水平方向)的推力后部座位加工得几乎平坦。 预制混凝土地面的起伏差控制在试料边长的12以内(推力方向)，试料范围外的起伏差约为试料边长的10。 (平压法同时挖放置水平千斤顶的坑)。 岩土工程调查规范(GB500212001 )中规定的试验片的配置、制造、加工尺寸必须符合一般规定： (1)试验片应加工成方形体(或楔型体)，一组试验体的数量不是3个以下，尽可能处于相同的海拔。 (2)样品的剪切面积不在2500cm2以下，边的长度不在50cm以下，样品的高度不在边的长度的2/3以下，样品的间隔必须在1.5倍样品的最短边的长度以上。 (3)确保在试验片推力

12、部安装千斤顶的足够空间，用平压法挖千斤顶槽。 (4)试验前测定混凝土强度，为试验分析提供合理的参考依据。 (5)需要混凝土浇筑样品时，注水饱和，可以养护混凝土，28天后进行试验，直到浇筑完成。 因为需要工作，所以可能需要尽早进行考试。 浇筑混凝土时，可以适当添加速水剂，直到混凝土标签要求为止进行试验。 3、试验片的制备、2、试验前的资料准备、1斜压法试验(1)负荷分析首先对各试验体施加一定的垂直负荷，然后施加斜剪负荷进行试验。 因为斜向载荷可以分解为平行于剪切面的剪切应力和垂直于剪切面的正应力，所以施加斜向载荷时，剪切面的正应力会增加此分量。 因此，在剪切过程中产生了剪切截面的正应力是一定还是

13、变量的问题。 正应力为变量时，剪切面上的应力条件复杂，剪应力剪切位移曲线歪曲，难以整理和分析试验结果，因此目前的规范将正应力作为常数。 因此，在进行试验之前，要求设计应该对试验体施加多大程度的垂直载荷和倾斜载荷。 2 )力式导出1 )应力计算方法方向应力： P/AQsin/Apqsin (上述P/Ap，Q/A=q )切向应力：=Qcos/A qcos，2 )在进行最大单位推力qmax的推定试验之前，推定样品发生剪切破坏时的最大单位推力qmax，并向斜方向因此，可以在试验中阶段性地施加倾斜方向的推力，直到试验体剪切为止。在极限状态下，应力条件必须满足库仑式：因此，在剪切面上的f (摩擦系数，ta

14、n )、c值都能够被给予，就能够计算qmax。 然后将剪切面积a乘以Qmax，按每个Qmax阶段性地进行负荷试验。 3 )同步加减载荷计算在试验中，为了使剪切面上的正应力保持一定，在阶段性地施加q的同时，必须与少的p值同步。 同步加减的载荷通过下式计算：从pqsin确定pP/Aqsin 4)最小正应力min为了避免在兔子试验中p值不减少的情况，必须首先确定截面上的最小正应力min值。 在剪切时p0，即qsin0为极限状态下，确立联立方程式，解：通过将从试样的实际状态推定的剪切面的f、c及值代入上式，可以计算剪切面所需的min值。 如果小于该值，p的值可能不会减少。 很明显，如果f、c值的推定应

15、该接近剪切面的实际值的推定值变大，试料破坏时的斜向负荷q无法达到设计值，如果推定值变小，同样有p值不减少的情况。 2平压法试验不需要减少p值，但在试验前也估计剪切负荷。 在极限平衡状态下，剪切面上的应力条件根据摩尔库仑式：得：岩性、结构等条件估计f、c值，代入上式，可以估计样品剪切破坏时的最大剪切负荷，试验中阶段性的施加变得容易。 3、试验步骤和技术要求、1机器的标定、检查试验前，根据相对于千斤顶(或液压枕)的速率曲线和试验体剪切面积，计算施加的载荷和压力计读数的对应关系。 检查各测量表的动作状态，测量初始读取值。 施加2垂直载荷1 )对各组(3个)的试验体分别施加不同的垂直载荷，施加于试验体

16、的最大垂直载荷优选为设计法线应力以上。 剪切面填充柔软物时，最大法线应力以不挤出填充物为限度。 2 )根据变形控制，载荷可以分为45个阶段的等量施加，每施加一个阶段的载荷，就立即测量垂直变形，然后每5min读取一次，5min内的垂直变形值不超过0.05mm时，就能施加下一个阶段的载荷的最后一级的载荷在连续的两个15min的垂直变形累积不超过0.05mm的情况下，即被认为垂直变形稳定，可以施加剪切载荷。 3 )施加剪切载荷的剪切载荷的施加应满足以下规定。 1 )各级剪切载荷以预计最大剪切载荷的8%或垂直载荷的5%等级施加于同等量。 2 )施加剪切负荷引起的剪切变形为前一段的1.5倍以上时，下一段

17、的剪切负荷减半而施加。 3 )岩体每隔5分钟10分钟，土体每隔30秒施加一段剪切载荷。 4 )各阶段的剪切载荷施加完成后，必须马上测量垂直变形量、剪切载荷、剪切变形量。 5 )达到剪切应力的峰值，剪切变形急剧增加，剪切变形达到试验片直径的1/10以上时，认为剪切破坏，结束试验。 从现在的资料来看，剪切载荷的施加也分为应变控制和时间控制，海外大部分采用变形控制法。 国内五十年代多遵循苏联的方法，采用变形控制法，最近多转向时间控制。 试验体剪切后，可进行剪切面的残留剪切强度试验，恢复剪切试验后的样品，重新检查调整器械设备，使其满足第3章所述的要求，再次进行剪切。 试验需要注意以下几点： 1、残留剪切强度试验必须分为单点法和多点法2 .残留剪切强度试验的各种垂直载荷的确定必须与峰值试验一致3 .横向推力的施加必须与峰值试验一致4 .在各级垂直载荷下的残留剪切强度试验完成后， 在现场对试验结果进行初步制图，如果发现某小组的数据不合理，应立即补充该