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1、土的抗剪强度土的抗剪强度试验方法试验方法一、室内一、室内 试验试验二、野外二、野外 试验试验抗剪强度试验抗剪强度试验 直剪试验、三轴试验等直剪试验、三轴试验等 制样（重塑土）或现场取样制样（重塑土）或现场取样 缺点：扰动缺点：扰动 优点：应力条件清楚，易重复优点：应力条件清楚，易重复 十字板扭剪试验十字板扭剪试验 旁压试验旁压试验 原位试验原位试验 缺点：应力条件不易掌握缺点：应力条件不易掌握 优点：原状土的原位强度优点：原状土的原位强度 直接剪切仪分为应变控制式和应力控制式两种，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，前者是等速推动试样产生位移测
2、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，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。目前我国普遍采用的是应变控制式直剪仪。一、直剪试验土样土样PAST=100KPa =200KPa=300KPa fOc 1、试验原理与资料处理 ff=ctan 通通过控制剪切速率来近控制剪切速率来近似模似模拟排水条件排水条件1.1.固结慢剪：固结慢剪：施加正应力至充分固结，慢慢施加正应力至充分固结，慢慢施加剪应力：小于施加剪应力：小于0.02mm/0.02mm/分，分，以保证无超静孔压水以保证无超静孔压水2.2.固结快剪固结快剪 施加正应力充分固
3、结在施加正应力充分固结在3-53-5分分钟内剪切破坏钟内剪切破坏3.3.快剪（不排水剪）快剪（不排水剪）施加正应力后立即剪切施加正应力后立即剪切3-53-5分钟分钟内剪切破坏内剪切破坏PSTA2、试验分类6转转/分钟慢剪分钟慢剪12转转/分钟快剪分钟快剪PSTA3 3、试验过程中的应力变化、试验过程中的应力变化在加剪在加剪应力以前，力以前，试件件处于于侧限状限状态，2 3 k 1加剪加剪应力力后，后，主主应力的方向力的方向产生偏生偏转，剪，剪应力愈大，偏力愈大，偏转角角也愈大，所以也愈大，所以试验过程中主程中主应力的方向是不断交化的。力的方向是不断交化的。在在试验资料的分析中，假定料的分析中，
4、假定试件中的剪件中的剪应力均匀分布，力均匀分布，但事但事实上并非如此。当上并非如此。当试件被剪破件被剪破时，靠近剪力盒，靠近剪力盒边缘的的应变最大，而最大，而试件的中件的中间部分的部分的应变相相对要小得要小得多，剪切面附近的多，剪切面附近的应变又大于又大于试件件顶部和底部的部和底部的应变。所以，在剪切所以，在剪切过程中，特程中，特别是在剪切破坏是在剪切破坏时，试件内件内的的应力和力和应变，既非均匀又，既非均匀又难确定。确定。直接剪切仪具有构造简单，操作方便等优点，但它存在若干直接剪切仪具有构造简单，操作方便等优点，但它存在若干缺点，主要有：缺点，主要有：剪切面限定在上下盒之间的平面，而不是沿土
5、样最薄弱的剪切面限定在上下盒之间的平面，而不是沿土样最薄弱的面剪切破坏；面剪切破坏；剪切面上剪应力分布不均匀，土样剪切破坏时先从边缘开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；始，在边缘发生应力集中现象；在剪切过程中，在剪切过程中，土样剪切面逐渐缩小，而在计算抗剪强度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；时却是按土样的原截面积计算；试验时不能严格控制排水条件，不能量测孔隙水压力、在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，特别对于饱和粘性进行不排水剪切时，试件仍有可能排水，特别对于饱和粘性
6、土。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。理想。但由于它具有的优点，故仍为一般工程广泛采用。4.4.试验优缺点试验优缺点l 设备简单，操作方便设备简单，操作方便l 结果便于整理结果便于整理l 测试时间短测试时间短优点优点l 试样应力状态复杂试样应力状态复杂l 应变不均匀应变不均匀l 不能精确控制排水条件不能精确控制排水条件l 剪切面固定剪切面固定缺点缺点PSTA类似试验：类似试验：环剪试验环剪试验单剪试验单剪试验试试样样压力室压力室压力水压力水排水管排水管阀门阀门轴向轴向加压
7、杆加压杆有机玻璃罩有机玻璃罩橡皮膜橡皮膜透水石透水石顶帽顶帽二、二、三轴剪切试验三轴剪切试验 应变控制式三轴仪：周围压力系统，轴向加压系统，孔隙水压力量测系统组成 3 3 3 3 3 3 试验过程：先加周围压力 3；然后施加轴向力1=1-3，增大1直到破坏。分别做围压为100 kPa、200 kPa、300 kPa的三轴试验，得到破坏时相应的1(一）试验过程一）试验过程 3 3 3 3 3 3 绘制三个破坏状态的摩尔应力圆，画出它们的公切线抗剪强度包线，得到强度指标 c 与 c (1-)f(1-)f v固结不排水试验（CUCU试验）v不固结不排水试验（UUUU试验）抗剪强度线为水平线抗剪强度线
8、为水平线(饱和黏性土）饱和黏性土）cd、d ccu、cu cu、u v固结排水试验（CDCD试验）（二）试验类型（二）试验类型v固结排水试验（固结排水试验（CDCD试验）试验）1 打打开开排排水水阀阀门门，施施加加围围压压 后后充充分分固固结结，超超静静孔孔隙水压力完全消散；隙水压力完全消散；2 打打开开排排水水阀阀门门，慢慢慢慢施施加加轴轴向向应应力力差差 以以便便充分排水，避免产生超静孔压充分排水，避免产生超静孔压v固结不排水试验（CUCU试验）1 打打开开排排水水阀阀门门，施施加加围围压压 后后充充分分固固结结，超超静静孔孔隙隙水压力完全消散；水压力完全消散；2 关关闭闭排排水水阀阀门门
9、，很很快快剪剪切切破破坏坏，在在施施加加轴轴向向应应力力差差 过程中不排水过程中不排水cd、d v不固结不排水试验（UUUU试验）1 关闭排水阀门，关闭排水阀门，围压围压 下不固结；下不固结；2 关关闭闭排排水水阀阀门门，很很快快剪剪切切破破坏坏，在在施施加加轴轴向向应应力力差差 过程中不排水过程中不排水cu、u ccu、cu（三）优点和缺点（三）优点和缺点优点：优点：1 1 应力状态明确应力状态明确,模拟了土实际受力状态；模拟了土实际受力状态；2 2 排水条件清楚，可控制；排水条件清楚，可控制；3 3 破坏面不是人为固定的；破坏面不是人为固定的；缺点：缺点：设备相对复杂，现场无法试验设备相对
10、复杂，现场无法试验说明：说明：3 30 0 即为即为无侧限压缩试验无侧限压缩试验,主要用于评价土的灵敏度问题主要用于评价土的灵敏度问题.三、无侧限压缩试验（特殊的三轴试验）三、无侧限压缩试验（特殊的三轴试验）只施加竖向压力只施加竖向压力（3 30 0），直至，直至破坏破坏。破坏时的轴向压应力破坏时的轴向压应力q qu u称为称为无侧无侧限抗压强度。限抗压强度。c =0qu 由由饱和粘性土，进行不固结不排饱和粘性土，进行不固结不排水试验，其破坏包线近于一条水试验，其破坏包线近于一条水平线。水平线。v原位试验，适应于测定软粘土原位试验，适应于测定软粘土的不排水强度指标；的不排水强度指标；v先钻孔到
11、指定的土层，插先钻孔到指定的土层，插入十字形的探头；入十字形的探头；v通过施加的最大扭矩计算通过施加的最大扭矩计算土的抗剪强度土的抗剪强度四、十字板剪切试验四、十字板剪切试验粘性土、C 参考值粘土粘土亚粘土亚粘土(粘质粘质粘土粘土)亚砂土（粉亚砂土（粉土）土）()C(kPa)()C(kPa)()C(kPa)0221002560282000.252060234026150.250.501840212524100.500.75142017152050.751.0081013101821.00665510105514140.00土类指 标液性指数砂土的内摩擦角参考值（）粗砂中砂细砂粉砂松散34302
12、826稍密36333028中密38363432密实41383634土类土类状态状态抗剪强度指标应用情况举例类别三轴试验直剪试验加载速率透水性或排水条件固结、破坏情况总应力指标不排水(UU)快剪（）快差土体在加载过程中来不及固结就被破坏1.透水性差（如粘土、粉质粘土等）或排水条件差（如地基中无砂夹层）、施工速度快的粘性土地基稳定分析2.施工期短的软粘土地基堤坝的稳定分析固结不排水剪(CU)固结快剪（）快好土体在加载破坏前，已完成固结，在破坏时来不及排水1.一般粘性土地基的稳定分析2.天然土坡上建筑物地基的稳定分析3.建筑物加层时地基稳定分析4.抗震稳定分析慢差固结排水剪(CD)慢剪（）慢好土体在整个加载过程和破坏时均不产生超静孔隙水压力1.透水性好、施工极慢的粘性土地基稳定分析2.地基长期稳定分析3.软基上施工速率极慢的堤坝的稳定分析有效应力指标有效应力法反应了抗剪强度的本质，可用于分析地基或土工建筑物加载后任何时刻的稳定状况1.地基稳定计算2.土坝在稳定渗流期下游坡的稳定分析3.土坝在水位骤降时上游坡的稳定计算