直剪试验

八、直接剪切试验

基本原理直接剪切试验是测定土的抗剪强度的一种常用方法。试验的原理是根据库仑定律，土的内摩擦力与剪切面上的法向压力成正比。将土制备成几个土样，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进行剪切，

,然后，根据剪切定律确定土的抗剪强得其剪坏时的剪应力，即为抗剪强度τ

f

度指标Φ和C。

按土样在荷重作用下压缩及受剪时的排水情况不同，试验方法可分三种：

(1) 快剪法(或称不排水剪)：即在试样上施加垂直压力后，立即加水平剪切力。在整个试验中，不允许试样的原始含水率有所改变(试样两端敷以隔水纸)，即在试验过程中孔隙水压力保持不变(3-5min内剪坏)。

(2) 慢剪法(或称排水剪)：即在加垂直荷重后，使其充分排水(试样两端敷以滤纸)，在土样达到完全固结时，再加水平剪力；每加一次水平剪力后，均需经过一段时间，待土样因剪切引起的孔隙水压力完全消失后，再继续加下一次水平剪力。

(3) 固结快剪法：在垂直压力下土样完全排水固结稳定后，以很快速度施加水平剪力。在剪切过程中不允许排水(规定在3-5min内剪坏)。

8.1 慢剪试验

1 本试验方法适用于细粒土。

2 本试验所用的主要仪器设备，应符合下列规定：

(1) 主要结构(见附图8.1)

1、推动座部分

2、剪切盒部分

3、测力环部分

4、杠杆加压部分

5、加荷、卸荷部分

6、电动等应变直剪仪另加变速箱部分

(2) 环刀：内径61．8mm，高度20mm。

(3) 位移量测设备：量程为10mm，分度值为0．01mm的百分表；或准确度为全量程0．2%的传感器。

3 慢剪试验，应按下列步骤进行：

(1) 原状土试样制备，应按有关标准进行，扰动土试样制备按有关标准进行，每组试样不得少于4个；当试样需要饱和时，应按有关标准的步骤进行。

(2)仪器使用时，先校准杠杆水平(调节件16平衡锤)，杠杆水平时，杠杆下沿平齐立柱(件14)的中间白线。将限位板及ф10钢珠在导轨上放好，放在件18滑动框。对准剪切容器上下盒，插入固定销，在下盒内放透水板和滤纸，将带有试样的环刀刃口向上，对准剪切盒口，在试样上放滤纸和透水板，将试样小心地推入剪切盒内。

注：透水板和滤纸的湿度接近试样的湿度。

(3) 移动传动装置，使上盒前端钢珠刚好与测力计接触，依次放上传压板、加压框架，安装垂直位移和水平位移量测装置，并调至零位或测记初读数。

(4) 根据工程实际和土的软硬程度施加各级垂直压力，对松软试样垂直压力应分级施加，以防土样挤出。施加压力后，向盒内注水，当试样为非饱和试样时，应在加压板周围包以湿棉纱。吊盘为一级荷重(50KPa)，在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。(传压螺钉约抬高3mm)。

(5) 施加垂直压力后，每1h测读垂直变形一次。直至试样固结变形稳定。变形稳定标准为每小时不大于O．005mm。

(6) 拔去固定销，以小于0．02mm／min的剪切速度进行剪切，试样每产生剪切位移0.2-0.4mm测记测力计和位移读数，直至测力计读数出现峰值，应继续剪切至剪切位移为4mm时停机，记下破坏值；当剪切过程中测力计读数无峰值时，应剪切至剪切位移为6mm时停机。

(7) 当需要估算试样的剪切破坏时间，可按下式计算：

t

f =50t

50

式中t

f

——达到破坏所经历的时间(min)；

t

50

----固结度达50％所需的时间(min)。

(8) 剪切结束，吸去盒内积水，退去剪切力和垂直压力，移动加压框架，取出试样，测定试样含水率。

4 剪应力应按下式计算：

τ= C * R

×10 A

式中τ——试样所受的剪应力(kPa)；

R——测力计量表读数(0．01ram)。

5 以剪应力为纵坐标，剪切位移为横坐标，绘制剪应力与剪切位移关系曲线(图8．2)，取曲线上剪应力的峰值为抗剪强度，无峰值时，取剪切位移4mm所对应的剪应力为抗剪强度。

图8．2剪应力与剪切位移关系曲线

6 以抗剪强度为纵坐标，垂直压力为横坐标，绘制抗剪强度与垂直压力关系曲线(图7．3)，直线的倾角为摩擦角，直线在纵坐标上的截距为粘聚力。．

图8．3抗剪强度与垂直压力关系曲线

8.2 固结快剪试验

1 本试验方法适用于渗透系数小于l0-6 cm／s的细粒土。

2 本试验所用的主要仪器设备，应与慢剪试验第2条相同。

3 固结快剪试验，应按下列步骤进行：

(1) 试样制备、安装和固结，应按慢剪试验第(1)～(5)款的步骤进行。

(2) 固结快剪试验的剪切速度为0．8mm／min，使试样在3～5min内剪损，其剪切步骤应按慢剪试验第3条(6)、(8)款的步骤进行。

4 固结快剪试验的计算应按慢剪试验第4条的规定进行。

5 固结快剪试验的绘图应按慢剪试验第5、6条的规定进行。

6 固结快剪试验的记录格式与慢剪试验第7条相同。

8．3 快剪试验

1 本试验方法适用于渗透系数小于10-6cm／s的细粒土。

2 本试验所用的主要仪器设备，应与慢剪试验第2条相同。

3 快剪试验，应按下列步骤进行：

(1) 试样制备、安装应按慢剪试验第3条(1)～(4)款的步骤进行。安装时应以硬塑料薄膜代替滤纸，不需安装垂直位移量测装置。

(2) 施加垂直压力，拔去固定销，立即以0.8mm／min的剪切速度按慢剪试验第3条(6)、(8)款的步骤进行剪切至试验结束。使试样在3～5min内剪损。

4 快剪试验的计算应按慢剪试验第4条的规定进行。

5 快剪试验的绘图应按慢剪试验第5、6条的规定进行。

6 快剪试验的记录格式与慢剪试验第7条相同。

8．4 砂类土的直剪试验

1 本试验方法适用于砂类土。

2 本试验所用的主要仪器设备，应与慢剪试验第2条相同。

3 砂类土的直剪试验，应按下列步骤进行：

(l) 取过2mm筛的风干砂样1200g，按慢剪试验第5条的步骤制备砂样。

(2) 根据要求的试样干密度和试样体积称取每个试样所需的风干砂样质量，准确至O．1g。

(3) 对准剪切容器上下盒，插入固定销，放干透水板和干滤纸。将砂样倒入剪切容器内，拂平表面，放上硬木块轻轻敲打，使试样达到预定的干密度，取出硬木块，拂平砂面。依次放上干滤纸、干透水板和传压板。

(4) 安装垂直加压框架，施加垂直压力，试样剪切应按慢剪试验第3条2款的步骤进行。

4 砂类土直剪试验的计算，应按本慢剪试验第4条的规定进行。

5 砂类土直剪试验的绘图，应按慢剪试验第5、6条的规定进行。

6 砂类土直剪试验的记录格式与慢剪试验第7条相同。

7 剪切试验的记录格式见表8-1。