剪切实验指导书

1/16剪切实验指导书测定岩石剪切强度实验指导书一、实验目的岩石在剪切载荷作用下达到破坏前所能承受的最大剪切应力称为岩石的抗剪切强度，是反映岩石力学性质的重要参数之一。剪切实验根据剪切面上有无正应力分为直剪实验和压剪实验。本实验通过采用压剪实验即脚模压剪实验测得岩石的内摩擦角和内聚力C。二、实验原理通过变角剪切夹具作用在试块上的力P可分解为与剪切面垂直的正应力和与剪切面平行的剪应力。当P大到某一值时，剪切力大于岩石的内聚力与因正应力而产生的摩擦力之和时，岩石即被剪切破坏。此时，可通过已知的值和破坏载荷P，计算得到几组正应力和剪应力，最终通过绘图和计算求得岩石的黏聚力C和内摩擦角。角模压剪实验及受力分析示意图三、仪器设备1.材料实验机；2.试样加工机械：锯石机、磨石机或磨床。3.变角剪切夹具；2/164.检验工具：游标卡尺，精度、钢板尺、直角尺、百分尺、百分表、水平检测台。四、试件制备1.标准试件：根据国际岩石力学学会规范要求，采用5cm5cm5cm的正方形试件，便于结构面的控制。2.试件数量：当取3个角度时，每个角度下做3个试件的剪切实验，取其算术平均值时，所需试件最低数量为9个。在计算平均值的同时，应计算偏离度。若偏离度超过20%，则应增补试件数量，使偏离度不大于20%。本实验采用第二种方法。3.加工精度：试件各边长公差不得超过+；两端面不平行度不大于?；相邻两平面的不垂直度，将试件放在水平检测台上，用直角尺紧贴试件垂直边侧，要求两者之间无明显缝隙。六、实验步骤1.岩石名称、颜色、矿物成分、结构、风化程序、胶结物性质等。除岩性外，重点应对其结构构造特征及风化程度等进行描述。2.对岩石进行分组编号，记为1组，2组，3组填入表1内；3.1、2、3组试件剪切角分别为?1、?2、?3，试3/16件上画出剪切线。变角变角板夹具的角度一般在4570AP?sin?-fcos?）AP式中：正应力；剪应力；P试件破坏荷载；A试件剪切面面积；试件放置角度，度；f1滚轴摩擦系数：f?，n为滚轴根数，d滚轴直径，mm。nd2.偏离度的计算偏离度是用标准方差与平均值的比值来衡量。M?1?V?1?M?1?M?M?p?100%,V?1?p?100%3.以剪应力为纵坐标，法向应力为横坐标，将每一试件的、标在坐标系中，以最小二乘法拟合一直线，并在图中求得岩石的内摩擦角和内聚力C。工程上，可将岩石强度曲线简化为直线，简化后可以用下列方程表示：?C?tan?式中：C岩石强度曲线在轴上的截距，即岩石的黏聚力；岩石强度的倾角，即岩石的内摩擦角。4.内摩擦角和内聚力C的计算4/16在简化后的直线上任意取点1和2，求出剪应力1和2、正应力1和2，代入下面公式，即可求出。土力学与基础工程实验指导书临沂大学建筑学院目录试验一液、塑限试验.1试验二土的压缩试验.5试验三击实试验.8试验四土的直接剪切试验.11试验五三轴剪切试验.14试验一液、塑限试验液、塑限联合测定法学时：1学时一、目的细粒土由于含水率不同，分别处于流动状态，可塑状态、半固体状态和固体状态。液限是细粒土呈可塑状态的上限含水率，塑限是细粒土呈可塑状态的下限含水率。本试验是测定细粒土的液限和塑限含水率，用作计算土的塑性指标和液性指数，以划分土的工程类别和确定土的状态。5/16二、试验方法1、含水率：采用烘干法测定。将土在105110下烘至恒量，所失去的水质量与干土质量的比值，即为土的含水率，用百分比表示。2、液、塑限：采用液、塑限联合测定法测定。用光电式液限、塑限联合测定仪测定土在三种不同含水率时的圆锥入土深度，在双对数坐标纸上绘成圆锥入土深度与含水率的关系直线。在直线上查得圆锥入土深度为17mm或10mm处相应含水率为液限，入土深度为2mm处的相应含水率为塑限。三、仪器设备1、光电式液限、塑限联合测定仪，由装有透明光学微分尺的圆锥仪、电磁铁、显示屏、控制开关和试样杯组成。圆锥质量76克，锥角30度，光学微分尺精确分度为。试样杯：内径不小于40mm，杯高不小于30mm。2、天平，称量200g，最小分度值。3、其它：烘箱、铝盒、调土刀、刮土刀、蒸馏水滴瓶、凡士林等。图1-1液限、塑限联合测定1仪四、试验步骤6/161、本次试验原则上应采用天然含水率的土样进行，也允许用风干土制备土样，土样过筛后，喷洒配制一定含水率的土样，然后装入密闭玻璃广口瓶内，润湿一昼夜备用。2、将已制备好的土样取出，放在搪瓷碗中加水或电吹风吹干并调匀后，密实地装入试样杯中，高出试样杯口的余土，用刮土刀刮平，随即将试样杯放在升降底座上。3、接通电源，按下“开”按钮，把装有透明光学微分尺的圆锥仪，在锥体上抹以薄层凡士林，使电磁铁吸稳固锥仪。并使光学微分尺垂直于光轴。4、调节零点，使读数屏幕上的零线与光学微分尺影像零线重合，按下“手”按钮，使仪器处于备用状态。5、转动升降座，待试样杯上升到土面刚好与圆锥仪锥尖接触时，“接触”蓝灯亮，按“放”按钮，圆锥仪自由下落，历时5秒，当音响讯号自动发出声响时，立即从读数屏幕上读出圆锥仪下沉深度。6、把升降座降下，细心取出试样杯，剔除锥尖处含有凡士林的土，取出锥体附近的试样不少于10g放入称量铝盒内，称量得质量m1，并记下盒号，测定含水率。7、将称量过的铝盒，放入烘箱；在105110的温度下烘至恒量，取出土样盒放入玻璃干燥皿内冷却，称干土的质量m2。7/168、重复27条的步骤，测试另二种含水率土样的圆锥入土深度和含水率。五、成果整理1、含水率计算?式中：?圆锥入土任意深度下试样的含水率，%，计算至%；m1湿土样及称量盒质量，g；m2烘干后土样及称量盒质量，g；m0称量盒质量，g；2、塑限和液限确定以含水率为横坐标，以圆锥入土深度为纵坐标在双对数坐标纸上绘制含水率与相应的圆锥入土2m1?m2?100%m2?m0深度关系曲线，如图1-2所示。三点应在一根直线上，如图中A线。如果三点不在同一直线上，通过高含水率的一点与其余两点连两根直线，在圆锥入土深工为2mm处查得相应的两个含水率，如果两个含水率的差值小于2%，用该两含水率的平均值的点与高含水率的测点作直线，如图1-2中的B线，若两个含水率差值等于、大于2%，则应补点或重做试验。在含水率与圆锥下沉深度的关系图上查得下沉深度8/16为17mm对应的含水率为液限，查得下沉深度为10mm对应的含水率为10mm液限，查得下沉深度为2mm对应的含水率为塑限。3、塑性指数计算IP?L?P式中：IP塑性指数，精确至；?L液限；?P塑限。4、液性指数计算IPI式中：L液性指数，精确至；IL?0?P?0天然含水率。5、试验记录试验记录格式见试验记录表。六、注意事项1、在接通电源，把装有光学微分尺的圆锥仪提起与电磁铁调试对中时，切勿先按“吸”按钮，因为电磁铁吸住圆锥仪后，在左右、前后移动圆锥仪对准电磁铁正中很困难，应该先按“放”按钮，使圆锥仪能自由移动，在对中后，再按“吸”按钮，把圆锥仪吸住。2、当试样在三只搪瓷碗内配制三种不同含水率的状态时，可分别将试样集中拨到碗边，利用不带光学微分9/16尺的圆锥仪上的四条刻线初步估测入土深度，以便估计试样的湿度配制是否适当。3、对于含水率接近塑限的试样，由于含水率较低，用调土刀不易调拌均匀，须用手反复将试样揉捏均匀，才能保证试验成果的正确性。3试验项目三直剪试验试验目的：测定土样在不同正压力下的抗剪强度指标内摩擦角和粘聚力，为估算地基承载力、评价地基及土坡的稳定性、计算挡土墙土压力等提供必需的资料。试验方法：通常采用4个试样，分别在不同的垂直压力p下，施加水平剪切力进行剪切，测得剪切破坏时的剪应力。然后根据库仑定律确定土的抗剪强度指标：内摩擦角和粘聚力c。根据试验时的剪切速率和排水条件不同，直接剪切试验可分为：快剪、固结快剪和慢剪三种方法。试验方法的选择，原则上应该尽量模拟工程的实际情况，如施工情况，土层排水条件等。试验指导书：10/16直接剪切试验一、目的1、掌握应变控制式直剪仪快剪的操作方法；2、测定土样在不同正压力下的抗剪强度并确定土的内摩擦角和内聚力；3、巩固抗剪强度的理论概念。二、试验原理当地基上施加外荷载后，如取出一单元体来分析时，在单元体任意角度a的平面上，如图7-1上mn平面，作用着法向应力n和剪应力n,而剪应力有使m-n面以上土体向左滑动的趋势。因此，土颗粒之间的阻力便要阻止它滑动，这阻力称为抗剪强度f。因此，剪应力n和抗剪强度f在不同的荷载作用下有可能出现下列三种情况：当荷载较小时，n当荷载继续增加，使nf，这时土体内已开始形成剪切滑动面；但尚未滑动而是处于极限平衡状态。从理论上说只要外载稍有增加，土体内某面m-n上便开始剪切滑动。如荷载继续加大，使nf，这时剪应力超过土的抗剪强度，直至在土体内某一面上的剪应力大于抗剪强度时，便形成了剪切滑动面，使土体沿滑动面滑动。而在工程上所关心的是土体在什么情况下处于极限11/16平衡状态，如何求得土的抗剪强度。剪切试验便是解决这个问题，可在同一种土样上施加不同的法向力，进行剪切，将剪切破坏时的剪应力作为土的抗剪强度。按照库伦定律，剪应力与法向应力近似成线性关系。因此可根据不同的法向应力和相应的抗剪强度得fn曲线。同时该曲线可用直线来代替，在直线上任意一点的纵坐标表示在土体内某一个平面处于极限平衡状态时土的抗剪强度。三、主要仪器设备应变控制式直剪仪1砝码若干；测微表1；秒表1；切土环刀1；切土刀1；铝盒2；推土塞1；方玻璃2；腊纸2；螺丝起子1。四、试验步骤：1、取下加压框架，了解剪刀盒的构造。剪刀盒分上、下盒，下盒放在钢珠滑槽上，下盒中有一内圈，中间圆孔直径与上盒孔径相同，土样放在中间。上盒侧面有传压块及钢珠，使其顶在测力环上。剪切前为了固定上下盒，用固定插销销住。2、将下盒内圈对准放入下盒。在下盒内圈孔中放一透水石并在上面放一张腊纸，防止水分散失。套上土盒，并插入固定插销，使上、下盒暂时不能相对位移。12/163、将切有土样的环刀刃口向上，反放在土盒上，并使环刀顶边嵌入上盒顶面的浅槽中对准孔位。在环刀上面的土面上，放一张腊纸后，用推土塞将试样轻轻地压入剪切盒中，并依次放上透水石，活塞和传力钢珠。4、在测力环中装上测微表。5、调整垂直压力加压系统，它由加压框架、加压杠杆和砝码组成。试验前检查一下框架上下螺丝帽是否上紧、加压杠杆滑动是否正常。而后将加压框架上横梁的中间圆孔对准钢珠放下，这时杠杆尾端必须挂在钩上。6、加垂直压力：本试验每组试样4个，分别加垂直压力为公斤/厘米2、公斤/厘米2、公斤/厘米2和公斤/厘米2。7、如推轴离下盒的距离较大时，可拔出推轴插销并旋转推轴，使其靠近下盒，再插回插销，并缓缓转手轮，使推轴与剪切盒及测力环正好接触，但尚未加力。而后拔去上、下盒固定插销，这时，试样已安装完毕。将杠杆尾从钩子上放下，立即进行剪切。8、在转动手轮的同时，开动秒表并以每分钟6转的速度均匀地摇转手轮进行剪切试验，每转一圈应读数一次。一般在35分钟内测微表读数已不再增加甚至减少时，土样已被剪坏，但读数还需继续读35次后便可停止这一13/16试样的试验。9、卸除垂直荷载，取出试样，并在剪切面附近切取约3040克土样，分装在三个小铝盒中，以测定试验后的含水量，而后重复第2步第9步，对其余3个试样进行试验。试验完毕后，拆除测微表，并除去剪切盒内和仪器上的余土，然后将仪器装置复原。五、计算与绘图1、计算各个试样得抗剪强度fAR式中A测力计率定系数，已由实验室事先对测力环进行校正后求得；R测微表读数，以计。本试验取峰值。2、以垂直压力为横坐标，抗剪强度f为纵坐标，绘制fn关系曲线，从图上求得粘聚力和内摩擦角，如图74所示。图74抗剪强度与垂直压力的关系曲线六、实验时注意事项：在剪切开始前，一定要检查一下，上、下盒的固定插销是否拔掉。剪切时转动手轮速度是6圈/分，在试验前可先练习一下，以便控制剪切速度。读数可直接读测微表的小格数，而后以格数最多的一次乘以测力环校正系数A，便14/16是抗剪强度。直剪试验试验记录表工程名称试验者土样说明计算者试验日期校核者直接剪切实验报告专业班级学号姓名同组者姓名实验编号10002实验名称直接剪切实验实验日期批报告日期成绩一、实验目的直接剪切实验是测定土的抗剪强度的一种常用方法，通常采用四个试样，分别在不同的垂直压力下，施加水平剪切力进行剪切，测出破坏时剪应力，然后根据库仑定律确定土的抗剪强度指标：内摩擦角和粘聚力c。二、实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。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。15/16三、实验仪器1.应变控制式直剪仪：由剪切容器、垂直加压设备、水平力推力座、量力环等组成。2.其它辅助设备：百分表、天平、环刀、秒表、饱和器、透水石、削土刀等。四、实验步骤1.按要求的干密度，称出一个环刀体积所需的风干试样。本实验使用扰动土试样。制备四份试样，在四种不同竖向压力下进行剪切试验。2.取出剪切容器的加压盖及上部透水石，将上下盒对准，插入固定销。3.将试样徐徐倒入剪切容器内，在试样面上依次放好透水石、加压盖、钢珠和加力框架。4.徐徐转动手轮至量力环上的百分表长针微微转动为止，将百分表的长针调至零，即R0=0。5.在试样面上施加第一级垂直压力P=