直剪试验课件讲解

土力学与地基基础任务四直剪试验2测定土的抗剪强度τf与垂直压力σ的关系，以确定土的抗剪强度指标：内摩擦角φ及凝聚力C值。可用于估算地基承载力，评价地基稳定性，计算边坡稳定性以及支挡结构物的土压力计算。1.试验目的：任务四：直剪试验2.原理：土的抗剪强度是指土在外力作用下，土体的一部分对另一部分产生相对滑动时所具有的抵抗剪切破坏的极限强度。它是由土颗粒之间的内摩擦角φ及由胶结物和束缚水膜的分子所产生的凝聚力c两个参数所组成，c、φ称为土的抗剪强度指标。通常用库伦公式表达土的抗剪强度，即：τf=C+σtanΦ式中：τf——土的抗剪强度，kPaσ——作用于剪切面上的正应力，kPaΦ——土的内摩擦角，（°）C——土的凝聚力，kPa3任务四：直剪试验3.仪器设备应变控制式直接剪切仪如图1，主要部件包括：剪切盒，垂直加压框架，测力计及推动机构等；百分表(量程5~10mm，分度值0.01mm)；天平；环刀；秒表、削土刀、钢丝锯、滤纸、凡士林等。图1.应变控制式直接剪切仪44.试验步骤任务四：直剪试验4.1.选择实验方法。4.2.试样的制备与切取（1）原状土：用直剪仪环刀至少切取4个试样，其密度相差不得大于±0.1g/cm3，含水率差值不大于2%。在切取过程中须格外小心操作，勿使试样的原状结构受到破坏。（2）扰动土：作为路堤填料需作扰动土的夯后剪切试验，根据击实试验的结果及压实系数来控制试样的最佳含水率与最大干密度。数量和要求同原状土。（3）试样如需饱和，根据土的性质决定饱和方法，这里不详述。4.3.将电动直剪仪接通电源。旋转平衡锤使杠杆下沿平齐立柱的中间凹线。将手轮换挡至“0”档（手动档）。倒转手轮，使推动杆后端与后方限位钮之间留有少许空隙。在量力环内安装百分表，使表脚与量力环内安百分表的固定杆的位置相反，并使其与量力环内壁接触，百分表大指针对零。4.4.将剪切盒的上下盒的接触面涂上润滑油，对准剪切上下盒，拧紧固定销，擦净盒内壁上的润滑油。在下盒内放透水石和滤纸（透水石和滤纸的湿度接近试样的湿度），将带有土样的环刀刃口向上，对准剪切盒口，在试样上放滤纸和透水石，将土样小心地推入剪切盒内，移去空环刀，顺次加上传压板及Φ12钢珠。在直剪仪轨道上放上限位板和Φ10钢珠，将剪切盒放到Φ10钢珠上。4.5.旋转加压框架横梁上的传压螺钉，使杠杆下沿抬至立柱的上凹线左右。54.试验步骤任务四：直剪试验4.6.使整个水平剪切系统接触：①转动量力环右端螺钉，使上盒前端钢珠恰好与量力环接触，即量力环中百分表的指针刚被触动，然后锁紧螺母。②将手轮换挡至所需要的速率（换档困难时，可将开关打向“进”或“退”换挡较容易，手轮转动后停止开关）。③将开关打向“进”，直到百分表大指针前进，再将开关打向“退”，直到百分表指针不动，百分表大指针对零。来回反复调整，使整个水平剪切系统刚好接触。如为慢剪和固结快剪试验，还应安装垂直百分表测下沉降量，方法同固结实验。4.7.根据工程实际和土的软硬程度，施加垂直压力（一般为50，100，200，300，400KPa），应一次将砝码轻轻加上，避免冲击摇晃。加上垂直压力后，杠杆下沿应在立柱上下线之间，否则调横梁上的传压螺钉，然后应再次检查水平百分表是否触动，再调零。注：杠杆下沿处于上下凹线之间，压力都在精度范围内。对松软土样垂直压力应在在1min内分级施加，以防土样挤出。施加垂直压力后，如为饱水试样，向盒内注水，如为非饱和试样，应在加压板周围包以湿棉花。如为慢剪和固结快剪试验，施加垂直压力后，每1h测记垂直变形一次，试样固结稳定时的垂直变形为每1h不大于0.005mm，待土样达到固结要求后，方可进行剪切。如为快剪试验应在加上垂直压力后，立即进行剪切。64.试验步骤任务四：直剪试验4.8.将手轮柄收回，记住手轮柄初始位置。拧出固定销（千万勿忘）。开关打向“进”，即可进行剪切。手轮每转一圈，测记相应百分表读数R，估读至0.001mm，直至剪损。当量力环中的百分表指针不再前进、或有显著后退，或出现摆动，表示土样已剪损。当量力环百分表读数不变或后退时，继续剪切至剪切位移为4mm时停止，记下破坏值。当剪切过程中量力环无峰值时，剪切至剪切位移达6mm时停止。4.9.剪切结束，开关打向“退”，推动杆即自动退回，或换档至“0”转，倒转手轮退到原位。卸除砝码，清除土样。如需检验成果正确性时，应将试样表表面浮水用干燥滤纸吸净，在可能情况下，测定剪后土的密度；并既沿试样剪切面取土测定剪后含水率。4.10.改变垂直压力，重复以上步骤，测定不同垂直压力下的抗剪强度。4.11.抄录量力环系数C。75.结果处理任务四：直剪试验剪应力按下式计算：

式中：τ——剪应力，计算至0.1kPa；C——测力计率定系数（N/0.01mm）；R——测力计读数（0.01mm）；A0——试样初始的面积（cm2）；10——单位换算系数。85.结果处理任务二：直剪试验5.2以剪应力τ为纵坐标，剪切位移Δl为横坐标，绘制τ—Δl的关系曲线，如图2。5.3以垂直压力p为横坐标，抗剪强度S为纵坐标，将每一试样的抗剪强度点绘在坐标纸上，