土的剪切试验

1、12（三）（三）土的抗剪强度的基本规律土的抗剪强度的基本规律库仑定律库仑定律 v1、库仑定律17761776年，库仑根据年，库仑根据砂土砂土剪切试验剪切试验 f = tan 砂土砂土后来，根据后来，根据粘性土粘性土剪切试验剪切试验 f =c+ tan 粘土粘土c 库仑定律：库仑定律：土的抗剪强土的抗剪强度是剪切面上的法向总应度是剪切面上的法向总应力力 的线性函数的线性函数 tanfcftan f f土的抗剪强度土的抗剪强度3一、试验目的一、试验目的 直接剪切试验是测定土的抗剪强度直接剪切试验是测定土的抗剪强度的一种常用方法。的一种常用方法。 通常采用通常采用4个试样，分别在不同的个试样，分别在

2、不同的垂直压力垂直压力p下，施加水平剪切力进行下，施加水平剪切力进行剪切，测得剪切破坏时的剪应力剪切，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然后根据库仑定律确定土的抗剪强度指标：度指标：内摩擦角内摩擦角 和黏聚力和黏聚力c。4二、试验方法与适用范围二、试验方法与适用范围v 1、试验方法、试验方法v 快剪试验快剪试验：在试样上施加垂直压力后立即快速施加水平在试样上施加垂直压力后立即快速施加水平剪应力。剪应力。v 固结快剪试验固结快剪试验：在试样上施加垂直压力，待试样排水固结在试样上施加垂直压力，待试样排水固结稳定后，快速施加水平剪应力。稳定后，快速施加水平剪应力。v 慢剪试验：

3、慢剪试验：在在试样上施加垂直压力及水平剪应力的过程试样上施加垂直压力及水平剪应力的过程中，均使试样排水固结。中，均使试样排水固结。v 2、适用范围：、适用范围：v 适用于测定适用于测定细粒土细粒土的抗剪强度指标的抗剪强度指标c和及土颗粒的粒径小和及土颗粒的粒径小于于2mm的砂土的抗剪强度指标。渗透系数的砂土的抗剪强度指标。渗透系数k大于大于10-6cm/s的土的土不宜作快剪试验。不宜作快剪试验。 v 5三、土的剪切试验方法三、土的剪切试验方法 v直接剪切试验直接剪切试验 1 11 1、试验仪器：、试验仪器：直剪仪（应力控制式，应变控制式）直剪仪（应力控制式，应变控制式） 应变控制式直剪仪：剪切

4、盒、垂直加压框架、测力计、推 动机构等； 位移计（百分表）：量程510mm,分度值0.01mm； 天平、环刀、削土刀、饱和器、秒表、滤纸、直尺等。1116789 2、操作步骤（黏性土）、操作步骤（黏性土） v（1）试样制备：）试样制备：从原状土样中切取原状土试样或从原状土样中切取原状土试样或制备给定干密度和含水率的扰动土试样。按规范规制备给定干密度和含水率的扰动土试样。按规范规定，测定试样的密度及含水率。对于扰动土样需要定，测定试样的密度及含水率。对于扰动土样需要饱和时，按规范规定的方法进行抽气饱和饱和时，按规范规定的方法进行抽气饱和 v（2）试样安装：）试样安装：对准上下盒，插入固定销。在下

5、对准上下盒，插入固定销。在下盒内放湿滤纸和透水板。将装有试样的环刀平口向盒内放湿滤纸和透水板。将装有试样的环刀平口向下，对准剪切盒口，在试样顶面放湿滤纸和透水板，下，对准剪切盒口，在试样顶面放湿滤纸和透水板，然后将试样徐徐推入剪切盒内，移去环刀。转动手然后将试样徐徐推入剪切盒内，移去环刀。转动手轮，使上盒前端钢珠刚好与测力计接触。调整测力轮，使上盒前端钢珠刚好与测力计接触。调整测力计读数为零。依次加上加压盖板、钢珠、加压框架，计读数为零。依次加上加压盖板、钢珠、加压框架，安装垂直位移计，测记起始读数。安装垂直位移计，测记起始读数。10v（3）施加垂直压力）施加垂直压力：一个垂直压力相当于现场预

6、：一个垂直压力相当于现场预期的最大压力期的最大压力p，一个垂直压力要大于，一个垂直压力要大于p，其他垂，其他垂直压力均小于直压力均小于p。但垂直压力的各级差值要大致。但垂直压力的各级差值要大致相等。也可以取垂直压力分别为相等。也可以取垂直压力分别为100、200、300、400kPa 各级垂直压力可一次轻轻施加，若土质软各级垂直压力可一次轻轻施加，若土质软弱，也可以分级施加以防试样挤出。弱，也可以分级施加以防试样挤出。v（4）如系饱和试样，则在施加垂直压力）如系饱和试样，则在施加垂直压力5min后，后，往剪切盒水槽内注满水；如系非饱和试样，仅在往剪切盒水槽内注满水；如系非饱和试样，仅在活塞周围

7、包以湿棉花，以防止水分蒸发。活塞周围包以湿棉花，以防止水分蒸发。v （5）在试样上施加规定的垂直压力后，测记垂）在试样上施加规定的垂直压力后，测记垂直变形读数。当每小时垂直变形读数变化不超过直变形读数。当每小时垂直变形读数变化不超过0.005mm,认为以达到固结稳定。认为以达到固结稳定。 11v（6）试样达到固结稳定后，拔去固定销，）试样达到固结稳定后，拔去固定销，开动秒表，以开动秒表，以0.8mm/min的速率剪切（每分的速率剪切（每分钟钟46转的均匀速度旋转手轮），使试样在转的均匀速度旋转手轮），使试样在35min剪损。如果量力环中量表指针不再剪损。如果量力环中量表指针不再前进或有显著后退

8、，表示试样已剪坏。但前进或有显著后退，表示试样已剪坏。但一般宜剪至剪切变形达到一般宜剪至剪切变形达到4mm。如果量力如果量力环中量表指针继续前进，则剪切变形应达环中量表指针继续前进，则剪切变形应达到到6mm为止。为止。v （7）剪切结束后，吸去剪切盒中积水，倒）剪切结束后，吸去剪切盒中积水，倒转手轮，尽快移去垂直压力、框架、钢珠、转手轮，尽快移去垂直压力、框架、钢珠、加压盖板等。取出试样，测定剪切面附近加压盖板等。取出试样，测定剪切面附近的含水率。的含水率。12直剪试验优缺点直剪试验优缺点v优点：优点：仪器构造简单，试样的制备和安装方便，易于操作 v缺点：缺点：剪切破坏面固定为上下盒之间的水平

9、面不符合实际情况，不一定是土样的最薄弱面。试验中不能严格控制排水条件，对透水性强的土尤为突出，不能量测土样的孔隙水压力。 上下盒的错动，剪切过程中试样剪切面积逐渐减小，剪切面上的剪应力分布不均匀。13v 试验演示试验演示14滚珠滚珠15底座底座-下盒下盒16上盒上盒17对准上下盒，插入固定销钉对准上下盒，插入固定销钉18在下盒内放洁净透水板和滤纸在下盒内放洁净透水板和滤纸 19将土样轻轻压入环刀内将土样轻轻压入环刀内, ,并整理将其切平并整理将其切平20对准剪切盒口放入环刀（刃口向上）对准剪切盒口放入环刀（刃口向上）21在试样上放滤纸在试样上放滤纸22在滤纸上放透水板在滤纸上放透水板23在透水

10、板上放传压盖在透水板上放传压盖24将试样将试样徐徐徐徐推入剪切盒内，推入剪切盒内，移去环刀移去环刀25固定测力计固定测力计最好长点最好长点26固定测力计固定测力计27移动传动装置（转动手轮），使上盒前端移动传动装置（转动手轮），使上盒前端钢珠钢珠刚好与测力计接触刚好与测力计接触紧：逆时针旋转紧：逆时针旋转松：顺时针旋转松：顺时针旋转上盒与测力计接触处上盒与测力计接触处28移动传动装置（转动手轮），使上盒前端移动传动装置（转动手轮），使上盒前端钢珠钢珠刚好与测力计接触刚好与测力计接触最好长点最好长点最好短点最好短点29不太好！不太好！最好短点最好短点移动传动装置（转动手轮），使上盒前端钢珠刚好与

11、测力计接触移动传动装置（转动手轮），使上盒前端钢珠刚好与测力计接触30安装加压框架安装加压框架 安装前是否加吊盘？安装前是否加吊盘？否否31施加垂直压力施加垂直压力 如何施加荷载？（做三次试验）如何施加荷载？（做三次试验）第一个试件：一个砝码第一个试件：一个砝码（100kp)100kp)第二个试件：两个砝码第二个试件：两个砝码（200kp)200kp)第三个试件：三个砝码第三个试件：三个砝码（300kp)300kp)32拔去固定销钉拔去固定销钉33调整测力计读数为零调整测力计读数为零34立即以立即以0.8mm/min的剪切速度进行剪切的剪切速度进行剪切（每分钟（每分钟4-64-6转的均匀转的均

12、匀速度旋转手轮），使试样在速度旋转手轮），使试样在3-5min3-5min剪损。剪损。如何读数？（与指针旋转方向一致的数字）如何读数？（与指针旋转方向一致的数字）指针顺时针旋转，因此读黑色数字！指针顺时针旋转，因此读黑色数字！35剪损的标准的判别剪损的标准的判别当测力计的读数达到稳定，或有明显后退表示试样剪当测力计的读数达到稳定，或有明显后退表示试样剪损；损；一般宜剪切至剪切变形达到一般宜剪切至剪切变形达到4mm4mm；若测力计的读数继续增加，则剪切变形达到若测力计的读数继续增加，则剪切变形达到6mm6mm为止。为止。3637数据处理数据处理环刀号环刀号环刀质量（环刀质量（g）湿土湿土+干土质

13、量干土质量(g）质量密度质量密度(g/cm3)含水率（含水率（%）垂直压力垂直压力P100200300量力环系数量力环系数C1.6251.6251.625试试验验数数据据整整理理nRLnRLnRL4158.10.6542413.0 0.5643016.30.5082413.01.3683217.3 1.2883820.61.22122915.72.11123619.5 2.04124423.51.96163016.32.9163921.1 2.81164524.42.75203317.93.67204122.2 3.59194725.53.33233518.94.2502010300.20.0

14、1-(/0.01)-0.01)CRAAcmLnRCNmmRmm 测测力力计计率率定定系系数数测测力力计计读读数数（破坏时所对应的破坏时所对应的n n值一值一定是定是n n的倍数吗？的倍数吗？不一定！不一定！：逐渐增大：逐渐增大R R：逐渐增大：逐渐增大38数据处理数据处理- -L L曲线图曲线图1 12 20 04 43 35 55 515152020101030302525f1f1f3f3f2f2f1=18.9f2=22.2f3=25.5:100kPa:100kPa:200kPa:200kPa:300kPa:300kPa剪切位移剪切位移L(mm)L(mm)剪剪切切应应力力(kPa)(kPa)误差分析：误差分析：取土样时不