水利工程甲级资质所需要掌握的技能之直接剪切试验

直接剪切试验

21.1.1本试验方法分为快剪、固结快剪和慢剪三种。
21.1.2快剪试验和固结快剪试验的土样宜为渗透系数小于1×10-6cm/s的细粒土。

21.2.1本试验所用的仪器设备应符合下列规定:
1应变控制式直剪仪(图21.2.1):包括剪切盒(水槽、上剪切盒、下剪切盒),垂直加压框架,负荷传感器或测力计及推动机构等,其技术条件应符合现行国家标准《岩土工程仪器基本参数及通用技术条件》GB/T15406的规定;

2位移传感器或位移计(百分表):量程5mm~10mm,分度值0.01mm;
3天平:称量500g,分度值0.1g。
21.2.2本试验所用的其他仪器设备应符合下列规定:
1环刀:内径6.18cm,高2cm;
2其他:饱和器、削土刀或钢丝锯、秒表、滤纸、直尺。

21.3.1试样制备应按下列步骤进行:
1黏性土试样制备:
1)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。制备方法应符合本标准第4.5节的规定;
2)测定试样的含水率及密度,应符合本标准第5.2节及本标准第6.2节的规定。对于试样需要饱和时,应按本标准第4.6节规定的方法进行抽气饱和。
2砂类土试样制备
1)取过2mm筛孔的代表性风干砂样1200g备用。按要求的干密度称每个试样所需风干砂量,准确至0.1g
2)对准上下盒,插入固定销,将洁净的透水板放入剪切盒内;
3)将准备好的砂样倒入剪力盒内,拂平表面,放上一块硬木块,用手轻轻敲打,使试样达到要求的干密度。然后取出硬木块。
3垂直压力应符合下列规定:每组试验应取4个试样,在4种不同垂直压力下进行剪切试验。可根据工程实际和土的软硬程度施加各级垂直压力,垂直压力的各级差值要大致相等。也可取垂直压力分别为100kPa、200kPa、300kPa、400kPa,各个垂直压力可一次轻轻施加,若土质松软,也可分级施加以防试样挤出。
21.3.2试样安装与剪切应按下列步骤进行
1快剪试验:
1)对准上下盒,插入固定销。在下盒内放不透水板。将装有试样的环刀平口向下,对准剪切盒口,在试样顶面放不透水板,然后将试样徐徐推入剪切盒内,移去环刀。对砂类土,应按本标准第21.3.1条第2款的规定制备和安装试样;
2)转动手轮,使上盒前端钢珠刚好与负荷传感器或测力计接触。调整负荷传感器或测力计读数为零。顺次加上加压盖板、钢珠、加压框架,安装垂直位移传感器或位移计,测记起始读数;
3)应按本标准第21.3.1条第3款的规定施加垂直压力
4)施加垂直压力后,立即拔去固定销。开动秒表,宜采用8mm/min~1.2mm/min的速率剪切,每分钟4转~6转的均匀速度旋转手轮,使试样在3min~5min内剪损。当剪应力的读数达到稳定或有显著后退时,表示试样已剪损,宜剪至剪切变形达到4mm。当剪应力读数继续增加时,剪切变形应达到6mm为止,手轮每转一转,同时测记负荷传感器或测力计读数并根据需要测记垂直位移读数,直至剪损为止;
5)剪切结束后,吸去剪切盒中积水,倒转手轮,移去垂直压力框架、钢珠、加压盖板等,取出试样。需要时,测定剪切面附近土的含水率。
固结快剪试验:
1)试样安装和定位应符合本条第1款第1项、第2项的规定。试样上下两面的不透水板改放湿滤纸和透水板
2)当试样为饱和样时,在施加垂直压力5min后,往剪切盒水槽内注满水;当试样为非饱和土时,仅在活塞周围包以湿棉花,防止水分蒸发;
3)在试样上施加规定的垂直压力后,测记垂直变形读数。当每小时垂直变形读数变化不大于0.005mm时,认为已达到固结稳定。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
4)试样达到固结稳定后,剪切应按本条第1款第4项执行,剪切后取试样测定剪切面附近试样的含水率。
3慢剪试验:
1)安装试样应符合本条第1款第1项、第2项的规定;试样固结应符合本条第2款第1项~第3项的规定。待试样固结稳定后进行剪切。剪切速率应小于0.02mm/min。也可按下式估算剪切破坏时间:

2)剪损标准应按本条第1款第4项的规定选取;
3)应按本条第1款第5项的规定进行拆卸试样及测定含水率。

21.4.1试样的剪应力应按下式计算:

21.4.2以剪应力为纵坐标,剪切位移为横坐标,绘制剪应力r与剪切位移△L关系曲线。
21.4.3选取剪应力r与剪切位移△L关系曲线上的峰值点或稳定值作为抗剪强度S。当无明显峰点时,取剪切位移△L=4mm对应的剪应力作为抗剪强度S
21.4.4以抗剪强度S为纵坐标,垂直单位压力p为横坐标,绘制抗剪强度S与垂直压力p的关系曲线。根据图上各点,绘一视测的直线。直线的倾角为土的内摩擦角φ,直线在纵坐标轴上的截距为土的黏聚力c。各种试验方法所测得的c、φ值,快剪试验应表示为c及固结快剪试验应表示为c及;慢剪试验应表示为c及。
21.4.5本试验的记录格式应符合本标准附录D表D.38、表D.39的规定。

本文主要引述自GB/T50123-2019规范