土的抗剪强度试验.doc

实验一 土的抗剪强度试验
一、实验目的
本试验的目的在于测定土的内摩擦角及内聚力，以供计算承载力、评价地基稳定性及计算土侧压力等用。
二、土的抗剪强度
土的抗剪强度是指土体抵抗剪切破坏的极限能力，土内某一面上的抗剪强度就是抵抗该面两侧土体发生滑动的最大阻力，这阻力由土的内摩擦力和内聚力所组成，可近似地用库仑公式表示如下：
粘土性 ()
砂土 ()
式中——土的抗剪强度 （）
——剪切面上土所承受的垂直压力，——土的内摩擦角（度）
c——土的内聚力 （）
测定土的抗剪强度试验设备可分成两类：一类是具有能控制剪切面的仪器、其中广泛应用的是单剪切面应变控制式直接剪切仪和应力控制式直接剪切仪；另一类是三轴剪切仪。
就土样剪切过程中孔隙水变化情况的不同，采用直剪仪的试验方法有：
（1）慢剪法 加垂直压力使土样压缩达到稳定，然后以小于0.02 mm／min的剪切速度慢慢施加水平剪力，固结渗出的水能及时排出。
（2）快剪法 加垂直压力后，以0.8mm／min的剪切速度迅速施加剪力，在3~5分钟内剪断为止，整个试验过程中土样的含水量基本保持不变。
（3）固结快剪 先加垂直压力使土样完全固结，然后迅速施加剪力至剪断为止，在剪切过程中土样的含水量基本保持不变。
选定剪切方法时，应尽量与土在工程中的情况相符。
本试验采用应变控制式直接剪切仪作固结快剪。
三、设备及仪器
1、ZJ-2型等应变直剪仪主要部分为:（1） 剪切推动座部分；（2）剪切盒部分；（3）测力环部分；（4）竖向加荷部分.主要技术指标如表：
表 ZJ-型直剪仪主要技术指标
最大垂直荷载
压力级别
对应砝码重量

土样
最大水平剪力

手轮速度

仪器净重

400

50,100,
200,300,
500
1.275,2.55,
5.1,7.65,
10.2

30

1.2
手轮每转推进杆位移0.2

32

吊盘为第一级

高

2、百分表（精度0.01mm）两只；
3、停表一只。
四、仪器操作说明
1、仪器试用前，先校准杠杆水平（调节件16平衡锤），杠杆水平时，杠杆下沿应平齐立柱件（14）的中间红线。
2、将限位板10钢珠在导轨上放好，放上件18滑动框，按土工试验要求，放入土样，透水石，盖上传压板，放好钢珠（12），调节件5传压螺钉与钢珠接触，使杠杆下沿抬至立柱的上红线左右（若试样未经预压，可略抬高些），杠杆下沿处于上下红线之间，出力都有在精度范围内。
3、调整量力环、百分表对零。若需测下沉量，则安装垂直百分表、并对零。
4、按试验需施加垂直载荷，吊盘为一级荷重（50）重复试验或连续试验中，无需每次将砝码、吊盘取下，加荷时可左旋手轮乙，使支起的杠杆慢慢放下，卸荷时右旋手轮乙，使传压螺钉脱离钢珠，容器部件能自由取放为止。
5、待土样达到固结要求时，拧出螺丝插销，以均匀速率转动手轮甲，进行剪切，若量力环中的百分表指针不再前进，或有显著后退，表示土样已剪坏，记下所需数据。
6、退回时，反方向旋转手轮甲，推动座上附有插销，以便每次试验结束后，拔出插销，手旋推进杆，可快速退至原位。
7、卸荷
8、试验结束后，应注意：（1）将砝码、吊盘取下，以保护刀口。（2）应将仪器全部擦拭干净，金属表面涂薄油脂，以防锈蚀，还要定期打开面板，在齿面、回转等处加适量黄油。
五、试验步骤
（1）量取（或抄录）剪切面积，放好下盒中的透水石，再放好上盒，插上销钉。
（2）用切土器细心地切取原状土，并用小刀将土样两面修平，然后移置到剪切盒上，并对齐盒凹口，将另一块透水石放在土样上面，用手指均匀地推透水石使和土样一并压入剪力盒中。
如系砂土，则用漏斗直接倒入盒中，厚约2~3cm，并用锤轻轻击至一定的孔隙比。再在砂面上放好透水石，每次装砂量应大致相等。
（3）将竖向加压横框置于活塞的钢球上，按规定的垂直应力用砝码加荷。
（4）准备好纪录纸和停表，拔去剪力盒销钉，剪切开始，转动手轮，快剪法控制每10秒钟转动一转，并在每10秒末读记百分表读数。手轮每转一转轴的进程为0.2mm。连续转动手轮，直到土样剪断为，快剪法全部剪切过程在3~5分钟内完成。
（5）取出土样，由（2）开始再作一次，取其平均值。
六、计算原理
借助应力钢环的变形，应用下式计算土的抗剪强度：

——剪应力，
——应力钢环的变形系数，即应力钢环直径缩短0.01时,相应的在剪力盒中沿土样剪切面上的剪应力值
——剪切过程中应力钢环中百分表的变形值，取全部剪切过程中应力钢环百分表的最大变形值，即与该垂直荷重下的抗剪强度相对应。
七、记录及报告
按报告纸上表格填入记录数字。将以各种不同的垂直压力（50、100、200、300 ）所得之结果汇总，以为横坐标，及以各相应的剪切强度为纵坐标，绘出剪切强度曲线（图4）。由此即可求得内摩擦角和内聚力c。
八、注意事项
（1）计算需要施加的垂直荷重。
（2）百分表应装置稳固，并且有足够的伸缩余地。
（3）试样在每小时的压缩量不超过0.005时,视为稳定。
（4）剪切过程中应均匀旋转，不得有间断。
（5）剪切过程中不应使土样受振动。
（6）如系测定饱和土的抗剪强度，可先将土样在饱和容器中饱和，然后放入剪力盒内，再以水浸没，即可进行试验。
（7）在剪切过程中，当发现应力钢环中百分表的读数不再变化或剪切位移达5mm时，则认为土样已被剪断，对于紧砂或粘性土，还可以见到应力钢环中百分表读数有回落现象，此时说明土样已被剪断。
（8）拿下剪力盒时，应注意不要使盒下的钢球脱落。
（9）每种土应在3~5个不同的垂直压力下进行剪切，以绘制剪切图。在绘制曲线时，如果发现个别和其它点不在一条直线上，应去掉此点，而将其它各点连成直线。
抗 剪 强 度 试 验 表

转

数

手轮总进程
垂直压应力
50
100
200
300
钢环读数

剪应力
钢环读数

剪应力
钢环读数

剪应力
钢环读数

剪应力
转

抗剪强度与垂直压力的关系曲线

图 4

5