直剪试验

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。在整个试验过程中， 不允许试样的原始含水率有所改变（试样两端用隔 水纸），即在试验过程中孔隙水压力保持不变。快 剪法可测定粘性土天然强度，适用于土体上施加荷 重和剪切过程中都不发生固结和排水的情况，这一 点难以保证，故仅适用于渗透系数小于10-6cm/s的 细粒土。

直接剪切试验是测定土的抗剪强度的一种常用方法。 该试验是对同一种土至少取4个重度和含水量相同 的试样，分别在不同垂直压力下，沿固定的剪切 面直接施加水平剪力，进行剪切破坏，一般可取垂 直压力为100、200、300、400 kPa，求得破坏时 的剪应力τ，将试验结果绘制抗剪强度τf 和垂直压力 之间关系曲线，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 。 为了近似模拟土体在现场受剪的排水条件，直剪试 验可分为快剪（Q）、固结快剪（CQ）和慢剪（S） 三种试验方法。
固结快剪试验
本试验方法适用于渗透系数小于10-6cm/s的
细粒土。
装样：
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。 透水板和滤纸的湿度接近试样的湿度。
ห้องสมุดไป่ตู้
安装仪器：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。 加压：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。
含水量、初始应力状态、应力历史及试验中 的排水条件等。

抗剪强度指标分为总应力指标：c， 和有效应力指 标 ：c´，´。在剪切试验中试样内的有效应力(或 孔隙水应力)将随剪切前试样的固结程度和剪切中的 排水条件而异。因此，同一种土如用不同的方法进 行试验，求出的总应力强度指标是不同的，即便剪 破面上的法向总应力相同，也未必就有相同的强度。 当采用有效应力表示试验结果时，不同试验方法引 起的强度差异是通过´项来反映，而有效应力强度 指标基本不变。
直接剪切试验优缺点





直接剪切仪具有构造简单，操作方便等优点，但它存在以下 若干缺点： ① 剪切面限定在上下盒之间的平面，而不是沿土样最薄弱 面剪切破坏； ② 剪切面上剪应力分布不均匀，土样剪切破坏时先从边缘 开始，在边缘发生应力集中现象； ③ 在剪切过程中，土样剪切面逐渐缩小，而在计算抗剪强 度时却是按土样的原截面积计算； ④ 试验时不能严格控制排水条件，不能量测孔隙水压力、 在进行不排水剪切时，试件仍有可能排水。特别对于饱和粘 粘性土，由于土的抗剪强度受排水条件的影响显著。故试验 结果不够理想。但由于它具有的优点，故仍为一般工程广泛 采用。




1773年C．A．库仑(Coulomb)根据砂土的试验，将土的抗 剪强度表达为滑动面上法向总应力的函数，即 τf = tan 以后（1776年）又提出了适合粘性土的更普遍的形式： τf = c＋ tan 式中，τf —— 土的抗剪强度，kPa —— 剪切滑动面上法向总应力，kPa c —— 土的粘聚力(内聚力)，kPa —— 土的内摩擦角，度。 以上两式统称为库仑公式或库仑定律，c、 称为抗剪强度 指标或抗剪强度参数。


拆卸试样
剪切结束后，吸去剪切盒中的积水，倒转手
轮，尽快移去垂直压力、框架、上盖板，取 出试样。
按下式计算各级垂直压力下所测的抗剪强度：
（6.1.4） 式中：τf —土的抗剪强度，kPa； C —测力计率定系数，kPa/0.01mm； R —测力计量表最大读数，或位移4毫米时的 读数(0.01mm)，0.01mm。

大量试验表明，土的抗剪强度不仅与土的性
质有关，还与试验时的排水条件、剪切速率、 应力状态和应力历史等许多因素有关。其中 最重要的是试验时的排水条件．
土的抗剪强度是土的一个重要力学性能指标．在计 算承载力、评价地基的稳定性以及计算挡土墙的土 压力时，都要用到土的抗剪强度指标，因此，正确 地测定土的抗剪强度在工程上具有重要意义。 抗剪强度的试验方法有多种，在实验室内常用的有 直接剪切试验、三轴压缩试验和无侧限抗压试验、 在现场原位测试的有十字板剪切试验，大型直接剪 切试验等。
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转的均匀速率旋转手轮，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。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 。（注：手轮每转 一圈推进下盒0.2毫米）。
装样
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 的环刀刃口向上，对准剪切盒盒口，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。 透水板和滤纸的湿度接近试样的湿度。
加压
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50、100、150、200kPa四种不同的垂 直压力下进行剪切。 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。
固结：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0.005mm。
剪切：拔去固定销，以0.8mm/min的剪切速度进行 剪切, 使试样在3-5min内剪损,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。 拆卸试样：剪切结束后，吸去剪切盒中的积水，倒 转手轮，尽快移去垂直压力、框架、上盖板，取出 试样。

f CR
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 6-3) ，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。

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6-4)，直 线的倾角为摩擦角，直线在纵坐标上的截距 为粘聚力。
由库伦公式可知： 无粘性土的抗剪强度与剪切面上的法向应力成正 比，其本质是由于土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，其大小决定于土粒 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 (与法向应力成正比)，另—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。
土的抗剪强度指标的工程数值
砂土的内摩擦角变化范围不是很大，中砂、
粗砂、砾砂一般为 =32°～40°；粉砂、 细砂一般为=28°～36°。e愈小，愈大， 但含水饱和粉砂、细砂很容易失稳，因此对 其内摩擦角的取值宜慎重，规定取 =20°左 右。砂土有时也有很小的粘聚力（约10 kPa 以内），这是由于砂土中夹有一些粘土颗粒， 也可能是由于毛细粘聚力的缘故。
直剪试验

学习目标
理解库仑定律 了解直剪试验的优缺点及发展 能熟练进行直剪试验 能确定抗剪强度指标

工作任务
直剪试验（快剪） 确定抗剪强度指标
土的抗剪强度指土体抵抗剪切破坏的极限能
力，是土的主要力学性质之一。在外荷载作 用下土体中将产生剪应力和剪切变形，土具 有抵抗剪应力的潜在能力——剪阻力，它随 着剪应力的增加而逐渐发挥，剪阻力被完全 发挥时，土就处于剪切破坏的极限状态，此 时剪应力也就到达极限，土的抗剪强度就等 于这个极限值。
土的抗剪强度指标的工程数值
粘性土的抗剪强度指标的变化范围很大，它
与土的种类有关，并且与土的天然结构是否 破坏、试样在法向压力下的排水固结程度及 试验方法等因素有关。内摩擦角的变化范围 大致为＝0°～30°；粘聚力则可从小于10 kPa变化到200 kPa以上。
影响抗剪强度的因素有土的种类、土的密度、
试验仪器
⑴应变控制式直接剪切仪：如图6-2，有剪力
盒、垂直加压框架、测力计及推动机构等。 ⑵其它：量表、砝码等。 直接剪切仪分为应变控制式和应力控制式两 种，前者是等速推动试样产生位移．测定相 应的剪应力，后者则是对试件分级施加水平 剪应力测定相应的位移，目前我国普遍采用 的是应变控制式直剪仪。

快剪试验（Q） —— 在试样施加垂直压力 后．立即快速施加水平剪应力使试样剪切破坏。 固结快剪（CQ） —— 在试样施加垂直压力 后， 允许试样充分排水，待固结完成后，再快速施加水 平剪应力使试样剪切破坏。 慢剪试验 （S）—— 在试样施加垂直压力 后，允 许试样充分排水，待固结完成后，以缓慢的速率施 加水平剪应力使试样剪切破坏。