原位剪切试验报告

F P

=σF

q =

τ原位剪切试验

1.1试验的目的

（1）测定土体在外力作用下土体沿软弱面和地基土与混凝土接触面及岩土体本身的抗剪强度；测定土不同压力下的抗剪强度，得出土的抗剪强度指标粘聚力c 和摩擦角ϕ，可以估算地基承载力，评价地基稳定性，计算挡土墙土压力等。 （2）熟悉现场原位剪切试验的操作步骤。

1.2试验的适用范围

主要适用于粘性土、粉土、砂土、碎石土以及它们组成的混合土层。

1.3试验的基本原理

原位剪切试验的原理是根据库伦定律，土的内摩擦力与剪切面上的法 向压力成正比，将同一种土制备成几个土样，分别在不同的法向压力下，沿固定的剪切面直接施加水平剪力，得其剪坏时剪应力，即为抗剪强度τf，然后根据剪切定律确定土的抗剪强度指标内摩擦角φ和内粘聚力c 。 其原理和室内剪切试验一样根据库伦定律，根据库伦定律有

ϕστtan +=C f

式中 度；），即岩土体的抗剪强力（—剪切破坏面上的剪应—kpa f τ ）；（—破坏面上的法向应力—kpa σ ）；—岩土体的内聚力（—kpa C ）。—岩土体的内摩擦角（—︒ϕ

依据测得的f τ就可求出相应的ϕ、C 值。

本次试验采用平推法，所以按下列公式计算各法向荷载下的法向应力和剪切应力：

式中 ）；向应力（—作用于剪切面上的法—pa M σ ）；切应力（—作用于剪切面上的剪—pa M τ ）；法向荷载（—作用于剪切面上的总—N P ）；剪切荷载（—作用于剪切面上的总—N q

）。—剪切面面积（—2m m F

1.4试验的仪器设备及制样工具

1.4.1仪器设备

垂直加压千斤顶1个、水平加压千斤顶1个、百分表1个、垂直加压钢垫板2块、滚排1块、水平加压钢垫板2块、垂直加压斜撑反力装置1套、剪切盒1组，剪切盒面积为0.12平方米（32.5 cm×37cm）。

1.4.2 制样工具

大铲子、小铲子、锄头、刮土刀等

1.5注意事项

（1）挖土时应该让试样留出高出剪切盒1mm左右，方便用刮土刀整平；

（2）剪切盒下方不能悬空，应该与下面土体保持接触；

（3）开挖试坑时应避免对土体的扰动，在地下水位以下试验时，应避免水压力和渗流对试验的影响；

（4）施加的法向荷载、剪切荷载应位于剪切面、剪切缝的中心，并保持法向荷载不变，最大法向荷载应大于设计荷载，并按等量分级；荷载精度应为试验最大荷载的±2％；

1.6试验步骤

（1）开挖试坑，开挖到预定深度后用用剪切盒制备试验，试验大小刚好让剪切盒套入为宜，套入剪切盒后，轻轻平整表面的土，安放工字钢作为提供反力装置。（2）在土体上表面放置垂直加压钢垫板，然后把滚排放在垂直加压钢垫板上，再安放垂直千斤顶，使千斤顶紧密压着土体。

（3）安放水平加压钢垫板以及水平加压千斤顶，再安装百分表。

（4）开始施加垂直加压千斤顶，第一组试验的垂直千斤顶的压力稳定为4Mpa，待垂直千斤顶稳定后开始施加水平加压千斤顶，每级按照0.2Mpa施加，稳定缓慢地加载，当水平加压千斤顶读数不再增大或者开始变小时停止施加水平力，记录下此时的水平加压千斤顶的读数和百分表读数。

（5）在原来施加水平力的相反方向施加水平力，使土体回到原来的位置上，然后按照步骤4开始试验，此时得到的强度为残余强度。

1.7试验数据

土体原位峰值抗剪强度试验数据表

1.8试验数据处理

根据标定曲线可以得出原状土峰值抗剪强度油压表读数、千斤顶出力、剪应力之间的关系表

（1）峰值抗剪强度试验数据

土体原位峰值抗剪强度试验数据处理表表3

由上图可得到土的原位抗剪强度与法向压应力之间的关系：

tan 31.110.30f f c τσφτσ

=+=+

粘聚力c=19.995kpa ，内摩擦角为φ=19.397

（2）土体原位残余抗剪强度试验数据

表2 土体原位残余抗剪强度试验数据表

千斤顶率定曲线： 水平千斤顶：y=1.75*x

y 为千斤出力（KN ），x 为油压读数（MPa ）

垂直千斤顶： y=1.8*x -0.792

y 为千斤出力（KN ），x 为油压读数（MPa ）

由上图可得到土的粘聚力C=14.50kpa，内摩擦角为φ=25。

1.9试验成果分析及工程应用

该数据得到的土的原位直接剪切试验得到的粘聚力c=19.995kpa，内摩擦角为φ=19.397符合一般粘性土的参数范围。残余抗剪强度测得的粘聚力C=14.50kpa，内摩擦角为φ=25。

该数据的峰值抗剪强度大于残余抗剪强度，符合工程实际。

*我们自己测得数据中残余抗剪强度大于峰值抗剪强度，因为土体才刚刚放置了三个月，且扰动较严重。第一次试验相当于把土压实，所以第二次试验所得的值比第一次的大。不符合工程实际