直接剪切试验
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
上一页 下一页 返回
第八章 直接剪切试验
• (7)剪切结束后，吸去剪切盒中积水，倒转手轮，尽快移去珐码， • 传压板等，取出试样，测定剪一切面附近土的剪后含水率。 • (8)另装试样，重复以上步骤，测定其他三种垂直荷载加压框架
(200 kPa, 300 kPa、400 kPa)下的抗剪强度。
上一页 下一页 返回
上一页 下一页 返回
第八章 直接剪切试验
• (二)仪器设备 • (1)直剪仪:采用应变控制式直接剪切仪，它由剪切盒、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。加压设备采用 杠杆传动。 • (2)测力计:采用应变圈，量表为百分表。 • (3)环刀:内径6. 18 cm，高2. 0 cm。 • (4)其他:切土刀、钢丝锯、滤纸、毛玻璃板、凡士林等。
上一页 下一页 返回
第八章 直接剪切试验
• 根据内外角关系可得2a=9U0十，， 故破裂角
• 即剪一切破坏面与最大主应力 1 作用平面的夹角为
上一页 下一页 返回
第八章 直接剪切试验
• 三、直接剪切试验
• (一)概述
• 1.试脸原理
• 如图8. 6所示，将土样放在上、下两块透水石之间。试验时，先通 过加压板施加一个法向力P。由于上盒被固定住，推动下盒施加水平 力T，直至土样沿着上、下盒之间的水平面发生剪切破坏，记录下剪 切破坏时p和T的值，对于相同的土样，当施加的p不同时，所测得的 T值也不同。
第八章 直接剪切试验
• 一、抗剪强度概述
• (一)抗剪强度 • 土是以固体颗粒为主的散体，颗粒是岩块或岩屑，本身强度很高，
但粒间联结较弱。因此，土的强度问题表现为土粒间的错动、剪切、 以至于破坏。所以，研究土的强度主要是研究土的抗剪强度。 • 在土体自重和外荷载作用下，土体内部将产生剪应力和剪切变形。 随着剪应力的增加，剪切变形也越来越大。当剪应力增大到极限值时， 土就处于剪切破坏的极限状态，这个极限值就是土的抗剪强度。 • 土的抗剪强度是指土体对剪切破坏的极限抵抗能力。
上一页 下一页 返回
第八章 直接剪切试验
•
的关系曲线如图8. 2 (a)所示。
• 由图可8. 2 (a)可以看出，无黏性土的抗剪强度不仅与内摩擦角有
关，而且与正应力有关。土的抗剪强度随着正应力的增大而增大。这
与其他固体材料不同，对于其他固体材料，在一般应力范围内，其抗
剪强度为一常量，而土的抗剪强度随正应力成正比增加，这就反映出
• (3)将盛有试样的环刀平口朝下，刀口朝上，在试样面放湿润滤纸 一张及透水石一块，对准剪切盒的上盒，然后将试样通过透水石徐徐 压入剪切盒底，移去环刀，并顺次加上传压板及加压框架。
上一页 下一页 返回
第八章 直接剪切试验
• (4)在量力环上安装水平测微表，装好后应检查测微表是否装反， 表脚是否灵活和水平，然后按顺时针方向徐徐转动手轮，使上盒两端 的钢珠恰好与量力环按触(量力环中测微表指针被触动)。
态。 • 2.土中某点的应力状态 • 对于条形基础，可假设为一无限长条形荷载作用在地基土表面上，
如图8. 3所示。根据弹性理论，这属于平面变形问题。 • 可求得该点上的主应力及主应力方向，计算公式为:
上一页 下一页 返回
第八章 直接剪切试验
• 主平面方向: • 当已知某点的主应力时，可求任意点上的应力:
上一页 返回
图8.1 固定剪切面的剪切试验
返回
图8. 2 土的抗剪强度与法向正应力的关 系
返回
图8. 3 土体中一点的应力状态
返回
图8. 4 莫尔圆与抗剪强度包线之间的关 系
返回
图8.5 土中一点达到极限平衡状态时的 莫尔圆
返回
图8. 6 应变控制式直剪仪
返回
图8. 6 应变控制式直剪仪
第八章 直接剪切试验
• (四)成果整理 • (1) 计算抗剪强度: • (2) 计算剪切位移:
上一页 下一页 返回
第八章 直接剪切试验
• (3)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
的关系曲线，如试验图8. 7所示。取曲线上剪应力的峰值为抗剪强度， 无峰值时，取剪切位移4 mm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8. 8)，直线的倾角为土的内摩擦角，直线在纵坐标 上的截距为土的黏聚力。 • (五)试验记录 • 在表8. 1中记录相关数据。 • 在图8.9中画出相线曲线。
上一页 下一页 返回
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。
上一页 下一页 返回
第八章 直接剪切试验
• 二、土的强度理论
• (一)库仑定律 • 如图8. 1所示，将一块土样装在有开缝的上、下刚性金属盒内，上
盒固定，推动下盒，让土样在预定的(虚线所示)横截面进行剪切，直 至土样破坏。破坏时，剪切面上的剪应力就是土的抗剪强度。 • 1.无钻性土 • 法国工程师库仑(Coulomb)于1776年根据砂土剪切试验，将土的抗 剪强度表达为
上一页 下一页 返回
第八章 直接剪切试验
• 3.土发生剪切破坏的列断方法。如图 ８．４ 所示 • (1)整个莫尔圆位于抗剪强度包线的下方(圆Ⅰ)，表明通过该点任意
平面上的剪应力都小于相应面上的抗剪强度。 • (2)莫尔圆与抗剪强度包线相割(圆Ⅲ)，说明该点某些平面上的剪应
力已超过了相应面上的抗剪强度，故用虚线表示。 • (3)莫尔圆与抗剪强度包线相切(圆Ⅱ)，切点为A，说明在A点所代
返回
图8. 7
曲线
返回
图8. 8
直线
返回
表8. 1 直接剪切试验记录表
返回
图8. 9 i-p 关系曲线
返回
表的平面上，剪应力正好等于相应面上的抗剪强度。因此，该点处于 濒临剪切破坏的极限应力状态，称为极限平衡状态。与抗剪强度包线 相一切的圆Ⅱ，称为极限应力圆。剪一切破坏的倾角
上一页 下一页 返回
第八章 直接剪切试验
• 4.土的极限平衡条件(剪切破坏条件) • 根据极限应力圆与抗剪强度曲线的几何关系，可建立极限平衡条件，
如图8.5所示Leabharlann Baidu • 将抗剪强度曲线延长与:轴相交于R点，由三角形ARD可得:
• 由此得：
上一页 下一页 返回
第八章 直接剪切试验
• 整理可得：
• 而三角函数关系有:
上一页 下一页 返回
第八章 直接剪切试验
• 化简并整理可得茹性土的极限平衡条件: • 对黏性土c=0，代入上式可得无茹性土的极限平衡条件:
等速前进)，然后测定破坏时的水平推力T，如图8. 6所示。目前，应 变控制剪切仪较为普通，使用较多。 • (2)应力控制式直剪仪:在试验过程中，控制剪应力的增加量为定值， 直至剪切破坏。
上一页 下一页 返回
第八章 直接剪切试验
• 3.试验方法 • (1)快剪:竖向压力施加后，立即施加水平剪力进行剪切，而且剪切
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。
上一页 下一页 返回
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
上一页 下一页 返回
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
的速率很快。一般从加荷到剪坏只需3~5 minx • (2)固结快剪:竖向压力施加后，给以充分的时间使土样排水固结。
固结终了后再施加水平剪力，快速(在3~5 min内)把土样剪坏，即剪 切时模拟不排水条件。 • (3)慢剪:竖向压力施加后，先让土样排水固结，使孔隙水压力完全 消散。固结后以慢速施加水平剪力，使土样在受剪过程中有充分时间 排水，即试样中的孔隙水压力u=0,直至土试样剪坏。
• 试验时，一般采用4个完全相同的土样，分别在不同的垂直压
• 推
下进行直接剪切试验，可相应测得破坏时的水平 。则:
上一页 下一页 返回
第八章 直接剪切试验
• (1)剪切破坏向上的正应力为: • (2)土的抗剪强度:
上一页 下一页 返回
第八章 直接剪切试验
• 2.试验仪器 • 当前直接剪一切仪主要可分为两种: • (1)应变控制式直剪仪:在试验时，控制下盒的位移速率为定值(下盒
下一页 返回
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。
上一页 下一页 返回
第八章 直接剪切试验
• (1)将试样表面削平，用环刀切取试件，测密度，每组试验至少取 四个试样，各级垂直荷载的大小根据工程实际和土的软硬程度而定。
• (2)检查下盒底下两滑槽内钢珠是否分布均匀，在上下盒接触面上 涂抹少许润滑油，对准剪切盒的上下盒，插入固定销钉，在下盒内顺 次放洁净透水石一块及湿润滤纸一张。
• (5)顺次小心地加上传压板、钢珠，加压框架和相应质量的珐码(避 免撞击和摇动)。
• (6)施加垂直压力后应立即拔去固定销(此项工作切勿忘记)。开动秒 表，同时以4 ~12 r/min的均匀速度转动手轮，转动过程不应中途停 顿或时快时慢，使试样在3~5 min内剪破，手轮每转一圈应测记测微 表读数一次，直至量力环中的测微表指针不再前进或后退，即说明试 样已经剪破;如测微表指针一直缓慢前进，说明不出现峰值和终值， 则试验应进行至剪切变形达到4 mm(手轮转20 r)为止。
第八章 直接剪切试验
• (7)剪切结束后，吸去剪切盒中积水，倒转手轮，尽快移去珐码， • 传压板等，取出试样，测定剪一切面附近土的剪后含水率。 • (8)另装试样，重复以上步骤，测定其他三种垂直荷载加压框架
(200 kPa, 300 kPa、400 kPa)下的抗剪强度。
上一页 下一页 返回
上一页 下一页 返回
第八章 直接剪切试验
• (二)仪器设备 • (1)直剪仪:采用应变控制式直接剪切仪，它由剪切盒、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。加压设备采用 杠杆传动。 • (2)测力计:采用应变圈，量表为百分表。 • (3)环刀:内径6. 18 cm，高2. 0 cm。 • (4)其他:切土刀、钢丝锯、滤纸、毛玻璃板、凡士林等。
上一页 下一页 返回
第八章 直接剪切试验
• 根据内外角关系可得2a=9U0十，， 故破裂角
• 即剪一切破坏面与最大主应力 1 作用平面的夹角为
上一页 下一页 返回
第八章 直接剪切试验
• 三、直接剪切试验
• (一)概述
• 1.试脸原理
• 如图8. 6所示，将土样放在上、下两块透水石之间。试验时，先通 过加压板施加一个法向力P。由于上盒被固定住，推动下盒施加水平 力T，直至土样沿着上、下盒之间的水平面发生剪切破坏，记录下剪 切破坏时p和T的值，对于相同的土样，当施加的p不同时，所测得的 T值也不同。
第八章 直接剪切试验
• 一、抗剪强度概述
• (一)抗剪强度 • 土是以固体颗粒为主的散体，颗粒是岩块或岩屑，本身强度很高，
但粒间联结较弱。因此，土的强度问题表现为土粒间的错动、剪切、 以至于破坏。所以，研究土的强度主要是研究土的抗剪强度。 • 在土体自重和外荷载作用下，土体内部将产生剪应力和剪切变形。 随着剪应力的增加，剪切变形也越来越大。当剪应力增大到极限值时， 土就处于剪切破坏的极限状态，这个极限值就是土的抗剪强度。 • 土的抗剪强度是指土体对剪切破坏的极限抵抗能力。
上一页 下一页 返回
第八章 直接剪切试验
•
的关系曲线如图8. 2 (a)所示。
• 由图可8. 2 (a)可以看出，无黏性土的抗剪强度不仅与内摩擦角有
关，而且与正应力有关。土的抗剪强度随着正应力的增大而增大。这
与其他固体材料不同，对于其他固体材料，在一般应力范围内，其抗
剪强度为一常量，而土的抗剪强度随正应力成正比增加，这就反映出
• (3)将盛有试样的环刀平口朝下，刀口朝上，在试样面放湿润滤纸 一张及透水石一块，对准剪切盒的上盒，然后将试样通过透水石徐徐 压入剪切盒底，移去环刀，并顺次加上传压板及加压框架。
上一页 下一页 返回
第八章 直接剪切试验
• (4)在量力环上安装水平测微表，装好后应检查测微表是否装反， 表脚是否灵活和水平，然后按顺时针方向徐徐转动手轮，使上盒两端 的钢珠恰好与量力环按触(量力环中测微表指针被触动)。
态。 • 2.土中某点的应力状态 • 对于条形基础，可假设为一无限长条形荷载作用在地基土表面上，
如图8. 3所示。根据弹性理论，这属于平面变形问题。 • 可求得该点上的主应力及主应力方向，计算公式为:
上一页 下一页 返回
第八章 直接剪切试验
• 主平面方向: • 当已知某点的主应力时，可求任意点上的应力:
上一页 返回
图8.1 固定剪切面的剪切试验
返回
图8. 2 土的抗剪强度与法向正应力的关 系
返回
图8. 3 土体中一点的应力状态
返回
图8. 4 莫尔圆与抗剪强度包线之间的关 系
返回
图8.5 土中一点达到极限平衡状态时的 莫尔圆
返回
图8. 6 应变控制式直剪仪
返回
图8. 6 应变控制式直剪仪
第八章 直接剪切试验
• (四)成果整理 • (1) 计算抗剪强度: • (2) 计算剪切位移:
上一页 下一页 返回
第八章 直接剪切试验
• (3)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
的关系曲线，如试验图8. 7所示。取曲线上剪应力的峰值为抗剪强度， 无峰值时，取剪切位移4 mm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8. 8)，直线的倾角为土的内摩擦角，直线在纵坐标 上的截距为土的黏聚力。 • (五)试验记录 • 在表8. 1中记录相关数据。 • 在图8.9中画出相线曲线。
上一页 下一页 返回
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。
上一页 下一页 返回
第八章 直接剪切试验
• 二、土的强度理论
• (一)库仑定律 • 如图8. 1所示，将一块土样装在有开缝的上、下刚性金属盒内，上
盒固定，推动下盒，让土样在预定的(虚线所示)横截面进行剪切，直 至土样破坏。破坏时，剪切面上的剪应力就是土的抗剪强度。 • 1.无钻性土 • 法国工程师库仑(Coulomb)于1776年根据砂土剪切试验，将土的抗 剪强度表达为
上一页 下一页 返回
第八章 直接剪切试验
• 3.土发生剪切破坏的列断方法。如图 ８．４ 所示 • (1)整个莫尔圆位于抗剪强度包线的下方(圆Ⅰ)，表明通过该点任意
平面上的剪应力都小于相应面上的抗剪强度。 • (2)莫尔圆与抗剪强度包线相割(圆Ⅲ)，说明该点某些平面上的剪应
力已超过了相应面上的抗剪强度，故用虚线表示。 • (3)莫尔圆与抗剪强度包线相切(圆Ⅱ)，切点为A，说明在A点所代
返回
图8. 7
曲线
返回
图8. 8
直线
返回
表8. 1 直接剪切试验记录表
返回
图8. 9 i-p 关系曲线
返回
表的平面上，剪应力正好等于相应面上的抗剪强度。因此，该点处于 濒临剪切破坏的极限应力状态，称为极限平衡状态。与抗剪强度包线 相一切的圆Ⅱ，称为极限应力圆。剪一切破坏的倾角
上一页 下一页 返回
第八章 直接剪切试验
• 4.土的极限平衡条件(剪切破坏条件) • 根据极限应力圆与抗剪强度曲线的几何关系，可建立极限平衡条件，
如图8.5所示Leabharlann Baidu • 将抗剪强度曲线延长与:轴相交于R点，由三角形ARD可得:
• 由此得：
上一页 下一页 返回
第八章 直接剪切试验
• 整理可得：
• 而三角函数关系有:
上一页 下一页 返回
第八章 直接剪切试验
• 化简并整理可得茹性土的极限平衡条件: • 对黏性土c=0，代入上式可得无茹性土的极限平衡条件:
等速前进)，然后测定破坏时的水平推力T，如图8. 6所示。目前，应 变控制剪切仪较为普通，使用较多。 • (2)应力控制式直剪仪:在试验过程中，控制剪应力的增加量为定值， 直至剪切破坏。
上一页 下一页 返回
第八章 直接剪切试验
• 3.试验方法 • (1)快剪:竖向压力施加后，立即施加水平剪力进行剪切，而且剪切
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。
上一页 下一页 返回
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
上一页 下一页 返回
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
的速率很快。一般从加荷到剪坏只需3~5 minx • (2)固结快剪:竖向压力施加后，给以充分的时间使土样排水固结。
固结终了后再施加水平剪力，快速(在3~5 min内)把土样剪坏，即剪 切时模拟不排水条件。 • (3)慢剪:竖向压力施加后，先让土样排水固结，使孔隙水压力完全 消散。固结后以慢速施加水平剪力，使土样在受剪过程中有充分时间 排水，即试样中的孔隙水压力u=0,直至土试样剪坏。
• 试验时，一般采用4个完全相同的土样，分别在不同的垂直压
• 推
下进行直接剪切试验，可相应测得破坏时的水平 。则:
上一页 下一页 返回
第八章 直接剪切试验
• (1)剪切破坏向上的正应力为: • (2)土的抗剪强度:
上一页 下一页 返回
第八章 直接剪切试验
• 2.试验仪器 • 当前直接剪一切仪主要可分为两种: • (1)应变控制式直剪仪:在试验时，控制下盒的位移速率为定值(下盒
下一页 返回
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。
上一页 下一页 返回
第八章 直接剪切试验
• (1)将试样表面削平，用环刀切取试件，测密度，每组试验至少取 四个试样，各级垂直荷载的大小根据工程实际和土的软硬程度而定。
• (2)检查下盒底下两滑槽内钢珠是否分布均匀，在上下盒接触面上 涂抹少许润滑油，对准剪切盒的上下盒，插入固定销钉，在下盒内顺 次放洁净透水石一块及湿润滤纸一张。
• (5)顺次小心地加上传压板、钢珠，加压框架和相应质量的珐码(避 免撞击和摇动)。
• (6)施加垂直压力后应立即拔去固定销(此项工作切勿忘记)。开动秒 表，同时以4 ~12 r/min的均匀速度转动手轮，转动过程不应中途停 顿或时快时慢，使试样在3~5 min内剪破，手轮每转一圈应测记测微 表读数一次，直至量力环中的测微表指针不再前进或后退，即说明试 样已经剪破;如测微表指针一直缓慢前进，说明不出现峰值和终值， 则试验应进行至剪切变形达到4 mm(手轮转20 r)为止。