浅谈土及抗剪强度试验.doc

浅谈土的抗剪强度试验岩土工程中土体的破坏主要是剪切破坏，研究土的强度主要就是研究土的抗剪强度，土的抗剪强度是指土抵抗剪切破坏的极限强度，它在很大程度上决定了土的承载力，在建筑物地基设计之前必须测定土的抗剪强度指标（粘聚力c和内摩擦角），并据此计算地基的承载力和评价地基的稳定性。土的抗剪强度指标是通过土工试验测得的，目前室内试验常用的方法是直接剪切试验和三轴压缩试验，野外试验常用的方法是十字板剪切试验和大型直剪试验。下面就这几种试验方法进行较全面的分析和梳理。 一、室内试验：1、直接剪切试验：直剪试验是最早最简单目前使用最多的测定土的抗剪强度的试验方法。直剪试验仪有应变控制式和应力控制式两种，一般用应变控制式，因为它能较准确地测定剪应力峰值且操作简便。直剪试验一般用于测定细粒土的c和及粒径小于2mm砂土的，通常每组取4个试样，在4种不同垂直压力（一般在100400kPa）下进行剪切试验，测得剪应力与位移关系曲线，取曲线上的峰值剪应力（若无峰值取剪切位移达4mm时的强度值）作为该垂直压力下的抗剪强度，通过几个试样的抗剪强度确定强度包线求出c和。直剪试验具有仪器简单、试样的制备和安装方便等优点；但仪器构造决定了试样不是沿土样中最薄弱的面破坏，剪切面上的剪应力分布不均匀，排水条件不能有效控制等，这些缺点使测得的指标不够理想，所以直剪试验多用于二三类普通工程。直剪试验根据固结、排水和剪切速率等情况的不同又可分为以下5种不同的试验方法：、快剪试验：适用于渗透系数小于10-6cm/s的细粒土，是在试样施加垂直压力后立即快速剪切，一般用0.8mm/min的速度在35分钟内剪损，目的是在剪切过程中尽量避免排水，使试验前后的含水率接近。当地基土透水性较差排水不良时可用这种方法，但是测出的结果往往离散性较大。、固结快剪试验：是在试样上施加垂直压力待排水固结稳定后，再快速施加水平剪切力进行剪切，剪切过程跟快剪一样避免排水。剪切速率的快和慢实际上是为了控制试样的排水条件，但对渗透性大的土类在快剪中还是要排水，所以这种方法也只适用渗透系数小于10-6cm/s的土，固结快剪比快剪测得的结果稳定。、慢剪试验：是在试样上施加垂直压力待排水固结稳定后，再以小于0.02mm/min的速度使试样在充分排水的条件下进行剪切。当地基土排水条件较好，地基容易在短时间内固结，且在施工期和工程使用期有充分时间允许排水固结时，可采用慢剪试验。、砂类土的直剪试验：由于砂土的透水性强，排水快，所以湿润状态与干燥状态的强度变化不大，可采用较快的剪切速率，它的受剪过程大多相当于固结排水剪情况。、排水反复直剪试验：是在试样上施加垂直压力待排水固结稳定后，再对试样在最大剪切位移下充分排水反复慢剪至剪应力达到稳定值，以测定土的残余抗剪强度。扰动试样和原状试样的残余强度通常相接近，同一种土在同一有效压力作用下，其残余强度相同，所以当无法取得原状土时可取扰动土进行试验。此方法适用于超固结粘性土及软弱岩石夹层的粘性土，反复直剪简单易行，对多数土均能测得较好的成果，因此应用较广。2、三轴压缩试验：三轴试验适用于测定粘性土和砂土的抗剪强度参数，应变控制式三轴压缩仪是目前测定抗剪强度较为完善的仪器，试验时通常每组制备3个高径比为22.5的圆柱形试样，分别在不同的恒定周围压力下施加轴向压力进行剪切直至破坏，取应力应变曲线上的峰值应力（无峰值时取纵向应变15%时的应力）作为抗剪强度。三轴试验较直剪试验完善，其优点是能严格控制排水条件，土的受力状态和孔隙水的影响比直剪试验更能接近实际情况，破坏面是最弱面，试验结果更可靠。缺点是仪器构造复杂，试样制备和操作比较麻烦等，因此多用于甲级建筑物等重大工程。三轴试验根据固结和排水条件等情况的不同，又可分以下5种不同的试验方法：、不固结不排水剪试验：是在施加周围压力和轴向压力直至破坏过程中都不允许试样排水固结，试验过程由始至终关闭排水阀门，土样在剪切破坏过程中不能将孔隙水排出。、固结不排水剪试验：是先对土样施加周围压力，然后打开排水阀门，让土样中的水排入量水管中直到排水终止土样完全固结，然后关闭排水阀门施加轴向压力，使土样在不排水条件下剪切破坏。、固结排水剪试验：是试样先在周围压力作用下排水固结，然后在允许试样充分排水的情况下增加轴向压力直至破坏，这种试验方法的特点是，在全部试验过程中一直打开排水阀门，让土样在固结和剪切过程中都充分排水，使土样中不产生孔隙水压力。、无侧限抗压试验：它是三轴压缩试验的特例，是三轴压缩试验中周围压力为0时测得的抗压强度，本试验适用于测定饱和软粘土的无侧限抗压强度及灵敏度，也可用来推求饱和粘土的不固结不排水剪强度。二、野外试验：1、十字板剪切试验：十字板剪切试验是在工地现场用十字板剪切仪直接测试地基土抗剪强度的一种原位测试方法，它的优点是不需钻取原状土样，对土的结构扰动性较小，适用于在现场测定饱和粘性土的原位不排水强度，特别适用于均匀的饱和软粘土。2、大型直剪试验：对于无法取得原状土样的土类，可采用现场大型直剪试验，它适用于测定边坡和滑坡的岩体软弱结合面、岩石和土的接触面、滑动面和土的混合层及其他粗颗粒土层的抗剪强度，由于大型直剪试验土样的剪切面面积较室内大得多，又在现场测试，因此它更符合实际情况。三、抗剪强度指标的一般规律：1、同样的土在不同方法的直剪试验中，测得的c值相差较小（快剪略大，慢剪略小），而值相差较大（快剪固结快剪慢剪）。2、同样的土在不同方法的三轴试验中，测得的c值的规律是：不固结不排水剪固结不排水剪固结排水剪=0；值的规律是：不固结不排水剪固结不排水剪固结排水剪。3、粗粒土的c值= 0，抗剪强度由值决定，而值与组成土的矿物质和土的密度有关；松散状态砂土的值天然休止角，同种砂土在相同的e0下饱和时的比干燥时稍小（一般小2左右）。4、细粒土的抗剪强度由c和组成，以c为主；细粒土粘性越强，c越大，越小；密度越大，c和越大；含水率越高，c和越小。5、饱和软粘土0， cu无侧限抗压强度的1/2十