直接剪切试验
土力学直接剪切试验
土力学直接剪切试验
土力学直接剪切试验是一种用于研究土壤力学性质的试验方法。
该试验主要通过对土样在剪切平面上的应力-应变关系进行研究，来探究其剪切强度和变形特性等力学性质。
直接剪切试验通常采用正方形或圆形的土样，在试验开始前应将土样切平，并确保其表面光滑、平整。
试验时，土样被夹在两个平行的剪切面之间，以产生剪切应力。
在应用规定的剪切荷载后，土样将发生剪切变形，同时试验设备可以记录下荷载变化以及土样在剪切面上的应变变化。
直接剪切试验的结果可以用于计算土的剪切强度、摩擦角以及压缩强度等力学指标。
此外，直接剪切试验还可以用于研究土壤的孔隙结构、应力分布等问题。
直接剪切试验具有简单易行、结果准确等优点，已广泛应用于土力学领域，被广泛用于工程问题的研究及土力学试验教学中。
直接剪切试验
直接剪切试验1.1基本原理土的抗剪强度是土在外力作用下，其一部分土体对于另外一部分土体滑动时所具有的抵抗剪切的极限强度。
测定土的抗剪强度，可以提供计算地基强度和地基稳定性用的基本指标，即土的内聚力和内摩擦角。
土的内摩擦角和内聚力与抗剪强度之间的关系由库仑公式表示：τ=tgφ+cστ—抗剪强度(kPa)；σ—为正应力(kPa)；φ--内摩擦角(度)；c--内聚力(kPa)。
直接对试样施加剪力的设备叫直接剪力仪，常用的直接剪力仪根据施加剪应力的特点分为应力控制式和应变控制式两种。
应力控制式是分级施加等量水平剪力于土样使之受剪，应变控制式是等速推动剪切容器使土样受剪。
以应变式最为常用。
仪器的主要部件剪切容器是由固定的上盒和活动的下盒(应变式)或固定的下盒与活动的上盒（应力式）等部件组成。
试样置于上下盒之间，在试样上先施加预定的法向压力σφ，然后以一定速率分级施加水平力对试样施加剪力，可借助于与上盒相接触的量力环的变形或以所加水平力与杠杆力臂比关系确定。
为求得的抗剪强度参数（c，φ），一般至少用4～5个试样，以同样的方法分别在不同的法向压力σ1、σ2、σ3……的作用下测出相应的τf1、τf2、τf3……的值，根据这些σ，τf值，即可在直角坐标中绘出抗剪强度曲线。
无论是饱和粘性土的抗剪强度试验，还是天然粘性土地基加荷过程中，空隙水压力的消散，即荷载在土体中产生的应力全部转化为有效应力，需要一定的固结时间来完成。
因此，土的固结过程，实际上也是土体强度不断增长的过程。
对同一种土，即使在同一法向压力下，由于见切前试样的固结过程和剪切试样的条件不同，其强度指标也是各异的，为了近似地模拟现场土体的剪切条件，即按照剪切前的固结过程、剪切时的排水条件以及加荷快慢情况，将直剪试验分为快剪，固结快剪和慢剪三中试验方法。
1.2仪器简介应变控制式直剪仪如图，其中环刀，内径61.8mm，高20mm.。
位移量测设备，百分表和传感器，百分表量程应为10mm，分度值0.01mm，传感器的精度应为零级。
简述直接剪切试验的优缺点
简述直接剪切试验的优缺点
直接剪切试验是材料力学中常见的一种试验方法，其优缺点如下所述。
优点：
1. 直接剪切试验是一种简单易行的试验方法，不需要复杂的试验装置，只需要简单的样品和试验机即可进行试验。
2. 直接剪切试验可以直接测量材料的剪切强度和剪切模量，这对于材料的力学性能研究非常重要。
3. 直接剪切试验不受拉伸和压缩试验中存在的边界效应的影响，因此可以更准确地测量材料的力学性能。
4. 直接剪切试验的样品形状较为简单，可以根据需要进行不同尺寸的试验，适用于多种材料。
5. 直接剪切试验可以用来研究材料的剪切破坏机制和剪切变形行为，对于材料的应用和改进具有重要意义。
缺点：
1. 直接剪切试验只能测量材料的剪切性能，不能测量其其他力学性能，如拉伸和压缩强度等。
2. 直接剪切试验中样品的几何形状和试验条件对试验结果有很大影响，因此需要进行精确的试验设计和数据处理。
3. 直接剪切试验中样品的边缘效应会对试验结果产生影响，特别是在小尺寸样品试验中。
4. 直接剪切试验需要进行多次试验以获得可靠的结果，因此需要较长的试验时间。
5. 直接剪切试验中样品的制备和夹持需要一定的技术和经验，如果操作不当会影响试验结果。
直接剪切试验作为一种简单易行的试验方法，可以用来测量材料的剪切性能，并对材料的力学性能研究和应用具有重要意义。
但是，其也存在一些缺点需要注意，例如需要进行多次试验、样品制备和夹持需要一定的技术和经验等。
因此，在进行直接剪切试验时，需要认真设计试验方案，精确处理数据，以获得准确可靠的试验结果。
高速铁道工程技术《直接剪切试验》
• 土的破坏主要是由于剪切引起的，剪切破 坏是土体破坏的重要特点
• 工程时间中与土的抗剪强度有关的工程主 要有以下3类
• 〔1〕土质土坝的稳定 • 〔2〕土压力 • 〔3〕地基的承载力问题
确定强度指标的试验
• 测定土抗剪强度指标的试验称为剪切试验。 • 按照常用的试验仪器将剪切试验分为： • 直接剪切试验 • 三轴压缩试验 • 无侧向抗压强度试验 • 十字板剪切试验 • 近似模拟
直接剪切试验
直接剪切试验仪器
直接剪切试验
直接剪切试验
直接剪切试验
• 在直剪试验过程中，不能量测孔隙水应力，也不能控制排水，所以只能以总应力法来表 示土的抗剪强度。但是为了考虑固结程度和排水条件对抗剪强度的影响，根据加荷速率 的快慢可将之间试验划分为：
• 快剪 • 固结快剪 • 慢剪
直接剪切试验
直接剪切试验
• 直剪试验的缺点 • 1、剪切破坏面固定为上下盒之间的水平面。 • 2、试验中试验的排水程度靠试验速的快慢控制。 • 3、由于上下土盒的错动，剪切过程中试样的有效面积减小，使试样中的应力分布不均
匀，主应力方向发生变化，当剪切变形
直接剪切试验原理
直接剪切试验原理直接剪切试验是一种常用的材料力学试验方法，用于测定材料的切割强度和剪切模量等力学性能参数。
在工程实践中，直接剪切试验被广泛应用于土壤、岩石、混凝土、金属等材料的强度和变形特性研究中。
本文将对直接剪切试验的原理进行详细介绍，以便读者更好地理解和应用这一试验方法。
首先，直接剪切试验是通过施加一个水平的剪切力和一个垂直的正应力来对材料进行切割，从而研究材料的切割强度和变形特性。
在试验中，材料样品被置于两个相对移动的剪切载荷板之间，一侧施加水平的剪切力，另一侧施加垂直的正应力。
通过测量施加的力和材料的变形，可以得到材料的切割强度和剪切模量等力学性能参数。
其次，直接剪切试验的原理基于莫尔－库伦岩石力学准则和库仑剪切准则。
根据莫尔－库伦准则，材料在达到破坏状态时，剪切面上的切应力和法向应力之间存在一定的线性关系；而库仑剪切准则则描述了材料在达到破坏状态时，剪切面上的切应力和法向应力之间的非线性关系。
通过直接剪切试验，可以验证和应用这些力学准则，从而揭示材料的内在力学性质。
再次，直接剪切试验的原理还涉及到材料的应变硬化特性。
在试验中，随着施加的剪切力的增加，材料会发生变形，并伴随着应变硬化效应的出现。
应变硬化是指材料在受到外力作用后，其应变随着应力的增加而不断增大的现象。
通过对材料的应变硬化特性进行研究，可以更好地理解材料的强度和变形行为。
最后，直接剪切试验的原理还包括了试验数据的处理和分析方法。
在试验中，需要测量和记录施加的力和材料的变形，然后利用这些数据计算出材料的切割强度和剪切模量等力学性能参数。
同时，还需要对试验数据进行统计分析和图表展示，以便更直观地展现材料的力学性能特征。
综上所述，直接剪切试验是一种重要的材料力学试验方法，其原理涉及到施加剪切力和正应力对材料进行切割，验证和应用莫尔－库伦准则和库仑剪切准则，研究材料的应变硬化特性，以及处理和分析试验数据等内容。
通过对直接剪切试验原理的深入理解，可以更好地应用这一试验方法，并为材料的强度和变形特性研究提供重要的参考依据。
直接剪切试验
直接剪切试验（快剪法）（一）试验目的直接剪切试验是测定土的抗剪强度的一种常用方法。
通常采用四个试样为一组，分别在不同的垂直压力σ下，施加水平剪应力进行剪切，求得破坏时的剪应力τ，然后根据库仑定律确定土的抗剪强度参数内摩擦角φ和凝聚力C。
直剪试验分为快剪（Q）、固结快剪（CQ）和慢剪（S）三种试验方法。
在教学中可采用快剪法。
（二）试验原理快剪试验是在试样上施加垂直压力后立即快速施加水平剪切力，以0.8~1.2mm/min的速率剪切，一般使试样在3～5min内剪破。
快剪法适用于测定粘性土天然强度。
附图9－1 应变控制式直剪仪结构示意图1－垂直变形百分表；2－垂直加压框架；3－推动座；4－剪切盒；5－试样；6－测力计；7－台板；8－杠杆；9－砝码（三）仪器设备1．应变控制式直接剪切仪：如附图9－1，有剪力盒、垂直加压框架、测力计及推动机构等。
2．其它：量表、砝码等。
（四）试验步骤1．切取试样：按工程需要用环刀切取一组试样，至少四个，并测定试样的密度及含水率。
如试样需要饱和，可对试样进行抽气饱和。
2．安装试样：对准上下盒，插入固定销钉。
在下盒内放入一透水石，上覆隔水蜡纸一张。
将装有试样的环刀平口向下，对准剪切盒，试样上放隔水蜡纸一张，再放上透水石，将试样徐徐推入剪切盒内，移去环刀。
3．施加垂直压力：转动手轮，使上盒前端钢珠刚好与测力计接触，调整测力计中的量表读数为零。
顺次加上盖板、钢珠压力框架。
每组四个试样，分别在四种不同的垂直压力下进行剪切。
在教学上，可取四个垂直压力分别为100、200、300、400kPa。
4．进行剪切：施加垂直压力后，立即拔出固定销钉，开动秒表，以每分钟4～6转的均匀速率旋转手轮（在教学中可采用每分钟6转）。
使试样在3～5分钟内剪破。
如测力计中的量表指针不再前进，或有显著后退，表示试样已经被剪破。
但一般宜剪至剪切变形达4mm。
若量表指针再继续增加，则剪切变形应达6mm为止。
手轮每转一圈，同时测记测力计量表读数，直到试样剪破为止。
直接剪切试验
直接剪切试验一、试验目的直接剪切试验就是直接对试样进行剪切试验，简称直剪试验，是测定土的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P 下，施加水平剪切力，测得试样破坏破坏时的剪应力τ，然后根据库伦定律确定土的抗剪强度参数内摩擦角φ和粘聚力c 。
二、试验原理用库仑公式表示如下：粘性土 c tg +⋅=ϕστ 非粘性土ϕστtg ⋅= 式中：τ —土体抗剪强度（kPa ） σ—承受的垂直压力（kPa ϕ—内摩擦角 （°）； c —粘聚力（kPa ）。
图6—1τ～σ关系曲线 图6—2τ～△L 关系曲线三、试验方法根据土样在剪切过程中孔隙水变化情况的不同，常用的直剪方法有三种：1.不固结快剪法：加法向力后，讯速施加剪力，在3～5分钟内将土样剪破试样。
整个试验过程中土样的含水量保持不变；2.固结快剪法：施加法向力后，让试样固结排水，产生竖向压缩变形，待固结稳定后，再快速施加水平剪应力使试样剪破。
要求试样在剪切过程中含水量保持不变；3.固结慢剪法：施加法向力后，让试样固结排水，产生竖向压缩变形，待固结稳定后，缓慢施加水平剪力，使试样剪切破坏。
要求试样在剪切过程中孔隙水能及时消散。
四、不固结快剪试验 试验方法适用于渗透系数小于10-6cm/s的细粒土。
1.试验设备 （1）应变控制直剪仪：由剪切盒、垂直加压设备、剪切传动装置、测力计、位 移测量系统组成。
见图6—3；（2）环刀：高度20mm ，内径61.8mm 。
（3）天平：感量0.1g 、称量500g ；（4）百分表：量程10mm ；（5）其它辅助工具：环刀、饱和器、削土刀、秒表、透水石、滤纸等。
2.试验步骤（1）按工程需要，从原状土样中切取原状土试样或制备给定干密度及含水率的扰动土试样。
切样方法同压密试验；（2）每组试验至少制备4个试样，按密度试验和含水率试验的方法测定试样的密度和含水率。
要求各试样间的重力密度差值不大于0.3kN/m 3，含水量不大于2%；（3）将上、下盒对准，插入固定销，在下盒内放入透水石和滤纸，将带有试样的环刀刀口向上，刀背向下，对准剪切盒口，放置滤纸和上透水石，将试样慢速推入剪切盒内，移去环刀，加上传力盖板；（4）安装滑动钢珠、剪切盒和量力环，施加0.01N/mm 2的预压荷载，转动手轮，将量力环中百分表读数调零。
直接剪切试验
实验五直接剪切试验一、土的抗剪强度是土在外力作用下，其一部分土体对于另一部分土体滑动时所具有的抵抗剪切的极限强度。
二、实验目的：是测定土的抗剪强度，提供计算地基强度和稳定用的基本指标（内摩擦角和内聚力）。
内摩擦角和内聚力与抗剪强度之间的关系可以用库伦公式表示：τ = σ tan φ +с式中：τ——抗剪强度，即破坏剪应力，KPa ；σ——正应力，KPa ；φ——内摩擦角，度；c ——内聚力，KPa ；三、实验方法：快剪、固结快剪、慢剪3种实验方法。
现介绍快剪法。
快剪法：采用原状土样尽量接近现场情况，然后于较短时间内完成试验。
这种方法将使粒间有效应力维持原状，不受试验时外力的影响，由于这种粒间有效应力的数值无法求得，所以试验结果只能得出（σ tan φ +с）的混合值。
四、仪器设备1．应变控制式直剪仪(见图)。
主要部件包括：剪切盒（上剪切盒、下剪切盒），垂直加压框架，测力计、剪切传动装置及位移量测系统等；2．位移计（百分表）：量程10㎜，分度值0.01㎜；3．环刀：内径6.18㎝，高2㎝；4．其它：切土刀、钢丝锯等。
五、操作步骤（1）对准上下盒，插入固定销钉，在下盒内放入洁净透水板及塑料薄膜；（2）将装有试样的环刀刀口向上，平口向下，对准剪切盒上盒口，在试样上面放塑料薄膜及透水板，然后将试样徐徐压入盒底，移去环刀。
并顺次加上活塞钢珠及加压框架。
（3）转动手轮，使上盒前端钢珠刚好测力计接触。
顺次加上加压盖板、钢珠、加压框架。
调整测力计百分表初读数。
（4）施加垂直压力，本试验至少取四个试样，分别加不同的垂直压力，其大小按估计所受计算荷载的范围而定。
一般可按25、50、100、200、300、及400KPa施加。
加荷时一次轻轻加上。
但必须注意，如土质松软，为防止试样被挤出，应分级施加，切不可一次加上去。
14（5）施加垂直压力后，立即拨去固定销钉，以0.8mm/min的剪切速度进行剪切，使试样在3~5min内剪损。
16 直接剪切试验
16 直接剪切试验16.1 一般规定16.1.1 直接剪切试验，一般应取4个试样，在直剪仪中分别施加不同竖向压力，再分别对它们施加水平剪切力进行剪切，求得破坏时的剪应力τ。
然后根据库仑定律确定土的抗剪强度参数：内摩擦角Φ和黏聚力c。
16.1.2 直接剪试验可分为快剪、固结快剪、慢剪三种试验方法。
16.1.3 本试验适用于测定黏性土和粉土的抗剪强度参数c和Φ及土颗粒粒径小于2 mm砂类土的抗剪强度参数Φ。
渗透系数k>10－6cm/s的土不宜作快剪试验。
16.2 快剪试验为全量程0.2 %的传感器。
3 环刀：内径61.8 mm，高20 mm。
4透水板或不透水板：直径比环刀略小约0.2~0.5 mm。
5天平：称量500 g，分度值0.1 g。
1171186 其他：切土刀、滤纸、保湿器等。
16.2.2 试验操作应按下列步骤进行1 原状土试样制备应按本规程第3.3节的规定进行；扰动土试样制备应按本规程第 3.2节的规定进行；当试样需要进行饱和时，应按本规程第3.5节的规定进行。
2对准剪切容器的上下盒，插入固定销，在下盒内放入不透水板，将带有试样的环刀刃口向上，对准剪切盒口，在试样上面放不透水板（或透水板加薄膜塑料），然后将试样缓缓推入剪切盒内，再移去环刀。
3 转动传动装置，使上盒的前端钢珠刚好与测力计接触，调整测力计读数为零。
顺次加上传压板、钢珠、加压框架。
如需观测垂直变形，可安装垂直位移计，并记录初始读数。
4 施加垂直压力的大小应根据工程要求和土的软硬状态决定。
一般可按25、50、100、200kPa 或100、200、300、400 kPa 施加压力。
5 立即拔去固定销，将测力计调零后，开动秒表，以0.8~1.2 mm/min 的剪切速度对试样进行剪切，控制在3~5 min 内剪损。
当测力计的读数不变或出现后退，表示试样已被剪损，一般应剪切至剪切变形达4 mm 为止。
如测力计读数随剪切变形继续加大，则剪切变形应达到6 mm 为止。
11直接剪切试验解析
３．施加垂直压力Ｐ后，立即拔除固定销，开动秒表，以每分 钟4～12周（每转一周剪位移0.2mm;0.8mm/min）匀速转动手轮， 使试样在3～5min内剪破。剪破标准为：（1）量力环中量表 （百分表）指针不再前进，或有明显后退；（2）百分表指针 不后退 时 ，以剪切位移4mm对应的剪应力为抗剪强度，这时 使剪切位移达到6mm才停止剪切 ； ４．剪切完后，倒转手轮，移去 垂直压力，重复１～３的步骤对 余下的试样进行不同竖向应力作 用下的剪切试验。
试验步骤
（二）快剪试验
１．对准上、下盒，插入固定销，在下盒内放入下透水石，不 透水塑料膜，将试样对准剪切 盒口，放置上不透水塑料膜和 上透水石，将试样慢速推入剪切盒，移去环刀； ２．转动手轮，使上盒前端钢珠刚好与量力环接触，将量力环 中百分表读数调零。顺序加上 传力盖板、钢珠、压力框架；
试验步骤
法向力P作用时 试样不固结 剪力T作用时 强度指标 试样不排水
cQ , Q
cR , R
cS ,S
仪器设备
１．直剪仪，常用直剪仪为应变控制直剪仪。主要部件包 括：剪切容器 、法向力加力框架、水平力推力座及量力 环等。还有一种为应力控制直剪仪，与前者差别在于水平 力采用直接加载的方式而不是用控制剪位移的方式； ２．其它辅助设备：百分表、天平、环刀、饱和器、削土 刀、秒表、滤纸等。
直接剪切试验
试验目的
直接剪切试验简称直剪试验，它是测定土的抗剪强度 的常用方法。直剪试验通常采用四个试 样，分别在不同 的垂直压力作用下，施加水平剪切力进行剪切，取得水平 面破坏时的剪应力 ，然后根据库仑强度理论确定土的抗 剪强度指标：内摩擦角和粘聚力。
试验原理
f c tg
直接剪切试验
土这种散粒体的强度特点。当正应力增大时，颗粒与颗粒间挤压得紧
密，若使之发生剪一切错动需要更大的剪应力，故抗剪强度大;反之 则小。
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第八章 直接剪切试验
• 2.黏性土的抗剪强度 • 3.有效应力表示的抗剪强度
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第八章 直接剪切试验
• (二)土的极限平衡条件 • 1.极限平衡状态 • 地基中任意一点的剪应力达到其抗剪强度时，该点即处于极限平衡状
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第八章 直接剪切试验
• (二)研究抗剪强度的意义 • 目前与抗剪强度有关的工程问题主要有下列三个方面: • (1)土工构筑物的稳定问题。 • (2)土压力问题，如挡土墙、地下结构等的周围土体，它的强度破
坏将造成过大的对墙体的侧向压力，以致可能导致构造物发生滑动、 倾覆等破坏事故。 • (3)土的承载力问题。土作为建筑物的地基，其承载力的确定是十 分关键的。如果上部结构传下的荷载引起的基底压力超过地基土的极 限承载力，地基土发生剪切破坏，将造成上部结构的严重破坏或倒塌， 或影响正常使用，这些都是工程上所不允许的。
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图8. 7
曲线
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图8. 8
直线
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表8. 1 直接剪切试验记录表
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图8. 9 i-p 关系曲线
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第八章 直接剪切试验
• 4.直剪仪的优缺点及适用条件 • 优点:构造简单，操作方便。一般性的室内试验多采用这种仪器。 • 缺点:①剪切破坏面限定在上、下盒之间的水平面上，该面不一定
是土样抗剪强度最弱的面;②剪一切面上剪应力分布不均匀，土样的 剪一切破坏先从边缘开始，在边缘也产生应力集中;③在剪切过程中， 土样抗剪面积逐渐缩小，而计算土样抗剪强度时，却是按土样原截面 面积计算的;④不能严格控制排水条件，不能测量孔隙水压力。 • 直接剪切试验主要适用于一般工程项目。
直剪切实验报告(3篇)
第1篇一、实验目的本次实验旨在通过直剪切试验，测定土体的抗剪强度指标，包括内摩擦角和粘聚力，为土压力、地基承载力和土坡稳定等工程计算提供基础数据。
二、实验原理土体在受到外力作用时，其内部会产生剪切应力，当剪切应力达到一定值时，土体将发生剪切破坏。
直剪切试验通过施加水平剪切力，使土体发生剪切变形，直至破坏，从而测定土体的抗剪强度。
三、实验仪器1. 直剪仪：用于施加剪切力，测量剪切位移。
2. 垂直加载设备：用于施加垂直压力。
3. 环刀：用于取样。
4. 天平：用于称量土样。
5. 量角器：用于测量内摩擦角。
四、实验步骤1. 样品制备：从原状土样中取出一定数量的土样，将其风干、筛分，并按要求的干密度进行制备。
2. 样品安装：将制备好的土样装入直剪仪的剪切盒中，并调整垂直压力。
3. 施加水平剪切力：启动直剪仪，逐渐施加水平剪切力，直至土样破坏。
4. 记录数据：记录剪切过程中施加的水平剪切力和对应的剪切位移。
5. 计算内摩擦角和粘聚力：根据实验数据，利用相关公式计算内摩擦角和粘聚力。
五、实验结果与分析1. 内摩擦角：本次实验测得土体的内摩擦角为26.9°，表明该土体具有一定的抗剪强度。
2. 粘聚力：本次实验测得土体的粘聚力为42.9 kPa，表明该土体具有一定的内聚力。
3. 结果分析：本次实验结果与理论计算值基本吻合，说明直剪切试验能够有效地测定土体的抗剪强度指标。
六、实验总结1. 直剪切试验是一种常用的土体抗剪强度测试方法，能够有效地测定土体的内摩擦角和粘聚力。
2. 实验过程中应注意以下几点：- 确保土样制备质量，避免因土样制备不当而影响实验结果。
- 正确操作实验仪器，确保实验数据的准确性。
- 仔细记录实验数据，为后续分析提供依据。
七、实验建议1. 增加实验次数，以提高实验结果的可靠性。
2. 研究不同土体的抗剪强度特性，为工程实践提供更全面的数据支持。
3. 探索直剪切试验在其他领域的应用，如岩土工程、地质勘探等。
一、直接剪切试验
由库伦公式可以看出，无粘性土的抗剪强度与剪切面上
的法向应力成正比，其本质是由于颗粒之间的滑动摩擦以
及”凹凸面间的镶嵌作用所产生的摩阻力，其大小决定于
颗粒表面的粗糙度、密实度、土颗粒的大小以及颗粒 级配等因素。粘性土的抗剪强度由两部分组成：一部 分是摩擦力，另一部分是土粒之间的粘结力，它是由 于粘性土颗粒之间的胶结作用和静电引力效应等因素 引起的。
2
c
O
3f
c ctg 1 3 f
2
1f
1 3 f
sin
1
2
3 f
c ctg
2
1 f
3
f
tg
2
45
2
2c
tg
45
2
3 f
1
f
tg
2
45
2
2c
tg
三轴压缩试验直接量测的是试样在不同恒定周围压力 下的抗压强度，然后利用莫尔－库仑准则间接推求土的抗 剪强度。
三轴压缩仪主要由压力室、加压系统和量测系统三大 部分组成。
4.3.2三轴压缩试验
有机玻璃罩 橡皮膜
接围压系统
试 样
底座
活塞 试样帽
透水石
透水石 阀门，接体变 量测系统
阀门，接孔压 量测系统
三轴压缩试验
第4章 土的抗剪强度与地基承载力
4.1 概述
当土中某点由外力所产生的剪应力达到土的抗剪强 度时,土体就会发生一部分相对于另一部分的移动，该点 便发生了剪切破坏。土体抵抗剪切破坏的极限能力即为 土的抗剪强度。实际工程中的地基承载力、挡土墙的土 压力以及土坡稳定都受土的抗剪强度所控制。因此，研 究土的抗剪强度及其变化规律对于工程设计、施工、管 理等都具有非常重要的意义。本章主要介绍土的抗剪强 度与极限平衡条件、土的抗剪强度试验方法、不同排水 条件时剪切试验成果、地基临塑荷载及极限承载力等。
直接剪切试验报告
直接剪切试验报告1. 引言直接剪切试验是一种常用的实验方法，用于评估材料的剪切性能。
该试验可以通过施加垂直于材料平面的力来剪切材料，从而观察材料的剪切行为和性能。
本报告旨在介绍直接剪切试验的目的、试验装置和步骤，以及对试验结果的分析和讨论。
2. 试验目的直接剪切试验的目的是评估材料的剪切强度和剪切刚度。
通过这个试验可以获得以下信息：•材料的剪切强度，即材料在剪切加载下的最大承载能力；•材料的剪切刚度，即材料在剪切加载下的变形特性。
3. 试验装置直接剪切试验通常使用剪切试验机进行。
剪切试验机是一种可以施加剪切载荷的试验设备，它通常由以下组成部分构成：•载荷传感器：用于测量施加在材料上的剪切载荷；•移动夹持装置：用于夹持材料，并施加剪切加载；•位移传感器：用于测量材料的变形；•控制系统：用于施加并控制剪切载荷。
4. 试验步骤以下是进行直接剪切试验的一般步骤：1.准备试样：根据实验要求，制备符合要求的试样，并记录试样的尺寸和几何形状。
2.安装试样：将试样安装到剪切试验机的夹持装置上，并确保试样紧固牢固。
3.设定实验参数：根据实验要求，设置剪切试验机的参数，包括加载速率、试验持续时间等。
4.进行试验：启动剪切试验机，开始施加剪切载荷，同时记录载荷和位移的变化。
5.记录数据：在试验过程中，记录剪切载荷和试样位移的变化，并定期采集数据。
6.停止试验：当试样发生破坏或达到预设的试验终止条件时，停止试验。
7.分析数据：根据试验数据，计算剪切强度和剪切刚度，并进行数据分析和讨论。
5. 试验结果分析根据直接剪切试验的结果，可以得出以下结论：1.材料的剪切强度：根据试验数据计算得到的材料的剪切强度是XX，说明材料在剪切加载下的最大承载能力为XX。
2.材料的剪切刚度：通过试验数据分析发现，在小应变范围内，材料的剪切刚度基本保持稳定，随着应变增加，剪切刚度逐渐减小。
3.剪切破坏模式：观察试样破坏后的形态可以发现，材料呈现出剪切破坏模式，表明材料在剪切加载下会发生剪切滑移。
第十六章 直接剪切试验
第十六章直接剪切试验
直接剪切试验是一种用于研究材料在剪切应力作用下的力学性质的试验方法。
在这种试验中，样品通常是一个矩形梁或圆柱体，被切成两部分，然后在剪切装置中用一定的速度施加剪切力，以测量样品的剪切强度和剪切模量。
直接剪切试验可以用于探测材料的强度和韧性，以及用于比较不同材料的性能。
在工程和建筑领域中，直接剪切试验常用于测试弹性体的性能，例如混凝土、岩石和土壤。
在地质研究中，直接剪切试验还可以用于研究岩石的断裂和滑动特性。
直接剪切试验的结果通常以剪切强度和剪切模量表示。
剪切强度是材料抵抗剪切应力的能力，它可以用来评估材料在剪切过程中的破坏强度。
剪切模量是材料在剪切应力下变形的程度，它可以用来描述材料的弹性性质。
这些性质可以通过直接剪切试验的结果来评估，并可以用于材料的设计和工程应用中。
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 )18(5050−=t t f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(σtanФq +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。
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 )18(5050−=t t f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(σtanФq +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。
直接剪切试验
直接剪切试验实验五直接剪切试验⼀、⼟的抗剪强度是⼟在外⼒作⽤下，其⼀部分⼟体对于另⼀部分⼟体滑动时所具有的抵抗剪切的极限强度。
⼆、实验⽬的：是测定⼟的抗剪强度，提供计算地基强度和稳定⽤的基本指标（内摩擦⾓和内聚⼒）。
内摩擦⾓和内聚⼒与抗剪强度之间的关系可以⽤库伦公式表⽰：τ = σ tan φ +с式中：τ——抗剪强度，即破坏剪应⼒，KPa ；σ——正应⼒，KPa ；φ——内摩擦⾓，度；c ——内聚⼒，KPa ；三、实验⽅法：快剪、固结快剪、慢剪3种实验⽅法。
现介绍快剪法。
快剪法：采⽤原状⼟样尽量接近现场情况，然后于较短时间内完成试验。
这种⽅法将使粒间有效应⼒维持原状，不受试验时外⼒的影响，由于这种粒间有效应⼒的数值⽆法求得，所以试验结果只能得出（σ tan φ +с）的混合值。
四、仪器设备1．应变控制式直剪仪(见图)。
主要部件包括：剪切盒（上剪切盒、下剪切盒），垂直加压框架，测⼒计、剪切传动装置及位移量测系统等；2．位移计（百分表）：量程10㎜，分度值0.01㎜；3．环⼑：内径6.18㎝，⾼2㎝；4．其它：切⼟⼑、钢丝锯等。
五、操作步骤（1）对准上下盒，插⼊固定销钉，在下盒内放⼊洁净透⽔板及塑料薄膜；（2）将装有试样的环⼑⼑⼝向上，平⼝向下，对准剪切盒上盒⼝，在试样上⾯放塑料薄膜及透⽔板，然后将试样徐徐压⼊盒底，移去环⼑。
并顺次加上活塞钢珠及加压框架。
（3）转动⼿轮，使上盒前端钢珠刚好测⼒计接触。
顺次加上加压盖板、钢珠、加压框架。
调整测⼒计百分表初读数。
（4）施加垂直压⼒，本试验⾄少取四个试样，分别加不同的垂直压⼒，其⼤⼩按估计所受计算荷载的范围⽽定。
⼀般可按25、50、100、200、300、及400KPa施加。
加荷时⼀次轻轻加上。
但必须注意，如⼟质松软，为防⽌试样被挤出，应分级施加，切不可⼀次加上去。
14（5）施加垂直压⼒后，⽴即拨去固定销钉，以0.8mm/min的剪切速度进⾏剪切，使试样在3~5min内剪损。
直接剪切试验
按本规程
之 和 规定进行试样安装 按本规程
之 规定进行试样固结 待试样固结稳定后进行剪切 剪
切速率 应 小 于
也可按式
估算剪切破坏时
间
式中
达到破坏所经历的时间
固结度达到 的时间
剪损标准按本规程
之 规定选取
按本规程
之 规定进行拆卸试样及测定含水率
计算和制图
按式
计算试样的剪应力
式中
剪应力
测力计率定系数
测力计读数
直接剪切试验
目的和适用范围
直接剪切试验是测定土的抗剪强度的一种常用方法 通
常采用 个试样 分别在不同的垂直压力 下 施加水平剪切力进
行剪切 求得破坏时的剪应力 然后根据库仑定律确定土的抗剪
强度参数 内摩擦角 和粘聚力
直接剪切试验分为快剪 固结快剪 和慢剪 种
试验方法
快剪试验 是在试样上施加垂直压力后立即快速施加
试样面积
单位换算系数
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 见图
选取剪应力 与剪切位移 关系曲线上的峰值点或稳定
值作为抗剪强度 如图
中曲线上的箭头所示 如无明显峰
试样也可在其他仪器上固结 然后移至剪切盒内 继续固结至稳定后 再进行剪切
图
剪应力与剪切位移关系曲线
图
抗剪强度与垂直压力的关系曲线
直接剪切试验记录表 计算者 校核者 试验者 试验日期
剪切位移
剪切前固结时间 剪切前压缩量 剪切历时 抗剪强度
剪应力
垂直位移
从原状土样中切取原状土试样或制备给定干密度及含水
率的扰动土试样 制备方法应按
规程规定进
行
按
直接剪切试验
direct shear test
2010-9-23
1
实验目的
测定天然土体的抗剪强度指标 C 和 ； 土的抗剪强度定义：土体对于外荷载所产生的剪应 力的极限抵抗能力； 说明：取自地基中的原状土样，制成几个试样，在 几个不同垂直压力作用下，施加剪切力，测得剪应 力与位移的关系曲线，从曲线上找出试样的极限剪 应力作-23
9
实验步骤
剪切结束后，倒转手轮，顺序去掉荷载、加压框架、 加压盖与上盒，取出试样； 重复上述步骤，做其他各垂直压力下的剪切试验； 全部做完后，取下土样，把仪器打扫干净。
2010-9-23
10
成果整理
按下式计算剪应力： τ = C1 × R 式中： ——剪应力（KPa）； τ R ——量力环中测微表读数（0.01mm） C1——量力环校正系数（KPa/0.01mm）
15
2010-9-23
6
实验方法
快剪试验：在试样上施加垂直压力后，立即施加水 平剪切力剪切，试验过程不发生固结排水情况； 本次试验采用快剪方法。
2010-9-23
7
实验步骤
用环刀切取3～4个试样备用，并测相应的含水量和 密度； 安装好剪切盒，插入销钉，在下盒透水石上放一张 蜡纸； 将带试样的环刀平口向下，对准上盒盒口放好，在 试样上面顺序放蜡纸和透水石，然后用将试样平稳 推入剪切盒中，移去环刀，放上加压盖； 本实验加荷顺序为100、200、300和400KPa；
τ = σtg + c
2010-9-23
4
实验用仪器及材料
主要设备： ZJ-2型应变控制式直接剪切仪 （如下图所示）； 其它：环刀、测微表、天平、烘箱、蜡纸、修土刀等。
2010-9-23
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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 )
18(5050
−=t t f
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(σtanФq +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。
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：
pa)
mm)
差值(0.01mm)。
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(，垂直压力为横坐标，绘制抗剪强度与垂直压力关系曲)
18(−=KR
τ式中 τ——试样所受的剪应力(k K ——测力计率定系数(kpa/0.01 R ——剪切时测力计的读数与初读数之2. 制图
(1) 以图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线(图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。
8-1直接剪切试验记录
工程编号： 表 试验者： 试验方法： 计算者： 固结时间： 校核者： 环刀面积： 试验日期：
仪器编号 测力计编号 测力计系数 K(kpa/0.01mm)
垂直压力p( kpa) 测力计初读数R 0 (0.01mm)
测力计终读数R t
(0.01mm) 测力计读数差)
(R t - R 0) (0.01mm 抗剪强度 (kpa) 备注
粘聚力c= (pa)k
内摩擦角 = (°)
抗 ) 剪 强 度
(kpa
p
垂直压力(kpa)。