试验八 直接剪切试验

试验八、直接剪切试验

(一) 概述

直接剪切试验就是直接对试样进行剪切的试验，是测定抗剪强度的一种常用方法，，通常采用4个试样，分别在不同的垂直压力施加水平剪力，测试样破坏时的剪应力，然后根据库仑定律确定土的抗剪强度参数ϕ与c

(二) 试验方法

直接剪切试验一般可分为慢剪、固结快剪和快剪三种试验方法。 1.慢剪试验。先使土样在某一级垂直压力作用下，固结至排水变形稳定(变形稳定标准为每小时变形不大于0.005mm)，再以小于每分钟0.02 mm 的剪切速量缓慢施加水平剪应力，在施加剪应力的过程中，使土样内始终不产生孔隙水压力，用几个土样在不同垂直压力下进行剪切，将得到有效应力抗剪强度参数c s 和Фs 值，但历时较长，剪切破坏时间可按下式估算

式中 t f ——达到破坏所经历的时间； t 50——固结度达到50%的时间。

2.固结快剪试验。先使土样在某一级垂直压力作用下，固结至排水变形稳定，再以每分钟0.8mm 的剪切速率施加剪力，直至剪坏，一般在3～5min 内完成，适用于渗透系数小于10-6cm/s 的细粒土。由于时间短促，剪力所产生的超静水压力不会转化为粒间的有效应力，用几个土样在不同垂直压力下进行慢剪，便能求得抗剪强度参数cq cq C 与ϕ 值，这种c cq 、

cq

ϕ值称为总应力法抗剪强度参数。

3.快剪试验。采用原状土样尽量接近现场情况，以每分钟0.8mm 的剪切速率施加剪力，直至剪坏，一般在3～5 min 内完成，适用于渗透系数小于10-6cm/s 的细粒土。种方法将使粒间有效应力维持原状，不受试验外力的影响，但由于这种粒间有效应力的数值无法求得，所以试验结果只能求得(σtan Фq +c q )的混合值。快速法适用于测定粘性土天然强度，但φq 角将会偏大。

(三)仪器设备

1..直剪仪。采用应变控制式直接剪切仪，如图8-1所示，由剪切盒、垂直加压设备、剪切传动装置、测力计以及位移量测系统等组成。加压设备可采用杠杆传动，也可采用气压施加。

2.测力计。采用应变圈，量表为百分表或位移传感器。

3.环刀有。内径6.18cm ，高2.0 cm 。

2. 其他。切土刀、钢丝锯、滤纸、毛玻璃板、圆玻璃片以及润滑油等。

)

18(5050

-=t t f

图8-1 应变控制式直接剪切仪

(四)操作步骤

1. 对准剪切盒的上下盒，手稿固定销钉，在下盒内放洁净透水石一块及湿润滤纸一张。

2. 将盛有试样的环刀，平口向下、刀口向上，对准剪切盒的上盒，在试样面放湿润滤纸一张及透水石一块，然后将试样通过透水石徐徐压入剪切盒底，移去环刀，并顺次加上传压活塞及加压框架。

3. 取不少于4个试样，并分别施加不同的垂直压力，其压力大小根据工程实际和土的软硬程度而定，一般可按250kpa ，50 kpa ，100 kpa ，200 kpa ，300 kpa ，400 kpa ，600 kpa ，…施加，加荷时应轻轻加上，但必须注意，如土质松软，为防止试样被挤出，应分级施加。

4. 若试样是饱和试样，则在施加垂直压力5min 后，向剪切盒内注满水；若试样是非饱和土试样，不必注水，但应在加压板周围包以湿棉纱，以防止水分蒸发。

5. 当在试样上施加垂直压力后，若每小时垂直变形不大于0.005mm ，则认为试样已达到固结稳定。

6. 试样达到固结稳定后，安装测力计，徐徐转动手轮，使上盒前端的钢珠恰与测力计接触，测记测力计初读数。

7. 松开外面四只螺杆，拔去里面固定销钉，然后开动电动机，使应变圈受压，观察测力计的读数，它将随下盒位移的增大而增大，没测力计读数不再增加或开始倒退时，即出现峰值，认为试样已破坏，记下破坏值，并继续剪切至位移为4mm 停机；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。

8. 剪切结束后，卸支剪切力和垂直压力，取出试样，并测定试样的含水量。

(一) 成果整理

1. 计算

按式(8-1)计算每一试件的剪应力：

式中 τ——试样所受的剪应力(kpa)

K ——测力计率定系数(kpa/0.01mm)

R ——剪切时测力计的读数与初读数之差值(0.01mm)。 2. 制图

(1) 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。

(2) 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

)

18(-=KR τ

8-3)，直线的倾角为土的内摩擦角φ，直线在纵坐标上的截距为土的粘聚力c 。

图8-2 剪应力与剪切位移关系曲线图8-3 抗剪强度与垂直压力关系

(二)试验记录

直接试验记录见表8-1。

表8-1直接剪切试验记录

工程编号：试验者：

试验方法：计算者：

固结时间：校核者：