直剪試驗和三軸剪切試驗對比分析[稻谷書屋]

1、直剪試驗和三軸剪切試驗對比分析 摘要：本文通過對直剪試驗和三軸剪試驗的比較，借此與同行交流。 關(guān)鍵字：直剪；三軸剪；對比分析 土的抗剪強度定義為土體抵抗剪切破壞的極限能力，是土的重要力學(xué)性質(zhì)之一。在土力學(xué)中，采用摩爾-庫侖強度準則，用內(nèi)摩擦角和內(nèi)聚力來表現(xiàn)土的抗剪強度規(guī)律，即是在土的破裂面上，抗剪強度隨法向應(yīng)力增長的規(guī)律。土的抗剪強度在計算承載力、評價地基穩(wěn)定性以及計算擋土墻土壓力時，都有重要的應(yīng)用。因此，正確的測定土的抗剪強度，在計算和評價土體的性質(zhì)有重要的意義。根據(jù)土體受力面和受力方式不同，測定土的抗剪強度的方法和儀器也不同，常用的方法主要有室內(nèi)的直接剪切試驗、無側(cè)限抗壓強度試驗和三軸壓縮

2、試驗及原位的十字板剪切試驗等。本文主要針對直接剪切試驗和三軸壓縮試驗進行分析對比。 一、直剪試驗 直接剪切試驗就是是在某一預(yù)訂的面上剪切土的試件，測定該面上的剪應(yīng)力和抗剪強度的試驗。我國目前普遍采用的是應(yīng)變控制式直剪儀。如圖1，試樣施加某一法向應(yīng)力，然后等速推動下盒，使試樣在沿上下盒之間的水平面上受剪直至破壞，剪應(yīng)力t的大小可借助與上盒接觸的量力環(huán)而確定。根據(jù)試樣在剪切過程中剪應(yīng)力t與剪切位移S之間的關(guān)系曲線， （2-a）可以確定抗剪強度f通常同一種土取4個試樣，分別在不同的法向應(yīng)力（J下剪切破壞，可將試驗結(jié)果繪制成如圖2（2 - b）所示的抗剪強度與法向應(yīng)力之間的關(guān)系曲線。 圖2 的（ 2

3、- a ）是剪應(yīng)力與剪切位移的關(guān)系；圖2的 （ 2 - b ） 是抗剪強度與法向應(yīng)力關(guān)系。按照剪切前土的固結(jié)程度，剪切時排水的條件以及剪切加荷的快慢，直接剪切試驗方法可分3種： （1）快剪試驗（不排水剪）。 （2）固結(jié)快剪試驗（固結(jié)不排水剪）。在法向壓力下試樣充分排 7JC，待完全固結(jié)后，再快速施加水平剪力使試樣剪切破壞。 二、三軸試驗 三軸壓縮試驗是測定土的抗剪強度一種比較完善的方法。它通常用34個圓柱形試樣，分別承受不同的周圍壓力并保持周圍壓力不變，然后施加軸向壓力，進行剪切直至破壞，再根據(jù)摩爾-庫侖理論，求得抗剪強度指標。三軸試驗?zāi)軌蚰M土體的三軸受力情況如圖3 （ 3 - a ） 和可

4、以控制排水條件以及可以量測土樣中孔隙水壓力的變化。其剪切破壞面不是人為規(guī)定的。如果試樣土質(zhì)均?潁?剪切破壞面與主應(yīng)力夾角=45+/2，如圖3 （ 3 - b ）若存在軟弱結(jié)構(gòu)面，則剪切破壞面沿著軟弱結(jié)構(gòu)面發(fā)展。 圖3 （3 - a）試樣受周圍壓力；圖3 （3 - b）破壞時試樣的主應(yīng)力。根據(jù)土樣剪切前固結(jié)的排水條件和剪切時的排水條件，三軸試驗可分為以下三種試驗方法： （1）不固結(jié)不排水剪（UU試驗），試樣在施加周圍壓力和隨后施加偏應(yīng)力直至剪壞的整個試驗過程中都不允許排水，這樣從開始加壓直至試樣剪壞，土中的含水量始終保持不變，孔隙水壓力也不可能消散。 （2）固結(jié)不排水剪（CU試驗），在施加某一周

5、圍壓力時，將排水閥門打開，允許試樣充分排水，待固結(jié)穩(wěn)定后關(guān)閉排水閥門，然后再施加偏應(yīng)力，使試樣在不排水的條件下剪切破壞。由于不排水，試樣在剪切過程中沒有任何體積變形。 三、試驗實例 杭州地鐵1號線標段建華站， 取土樣6# 30#吳秀勤不同剪切試驗數(shù)據(jù)差異性比較個， 樣品深度自地下4.75 16.25m，灰色，為粉土粉砂。比對試驗的結(jié)果如表5所示。 從表5可以看出， 固結(jié)不排水剪（CU）的總抗剪強度和總有效抗剪強度均大于固結(jié)快剪的抗剪強度。將表5的c和平均值與表4粉土的c與平均值進行比較， 兩者基本吻合（前者略大一些）。這是由于杭州地鐵1號線標段建華站在深度4.7516.25m的土樣為粉土粉砂，

6、 故表5抗剪強度的平均值略大于表4粉土的平均值。 舟山市北向疏港公路， 取土樣6個， 樣品深度自地下3.707. 80m，灰色，為淤泥淤泥質(zhì)黏土。將這6個土樣分別進行三軸不固結(jié)不排水剪（UU）和直接快剪比對試驗。 從表6可以看出，直接快剪測得的抗剪強度均大于三軸不固結(jié)不排水剪（UU）測得的抗剪強度。表6的c和平均值與表2淤泥質(zhì)黏土的c與平均值數(shù)據(jù)相近， 表明工程實例樣品測得的結(jié)果與試驗結(jié)果相吻合。 四、直接剪切試驗和三軸壓?s試驗優(yōu)缺點分析 直接剪切試驗和三軸壓縮試驗都是室內(nèi)常用測定土的抗剪強度的方法，但由于技術(shù)條件和設(shè)備的原因兩種試驗方法測定土的抗剪強度存在一定的差異性，這就需要我們正確的認

7、識兩種試驗的區(qū)別，選用合適的試驗方式測定土的抗剪強度。 由于直剪儀構(gòu)造問題，使土樣無法完全封閉，這就造成無論剪切速度多快，孔隙水總會沿著土樣和環(huán)刀之間的縫隙流失，這就不能保證抗剪強度是在嚴格不排水條件下測定的，也不能量測試樣內(nèi)孔隙水壓力的變化?？旒粼囼灥慕Y(jié)果特別離散，而且內(nèi)摩擦角往往偏大，用于工程是偏于危險的。 結(jié)語：對同一土樣用不同剪切方法進行實驗得出的抗剪強度不同，差異是因受荷機理和試驗方法的不同。實際工程中地基條件及加荷情況不清晰，而直剪實驗和三軸實驗的進行是在室內(nèi)，因此實驗結(jié)果與實際有差異，所以要提前分析地基的條件并結(jié)合之前的經(jīng)驗加以判斷，進而提出更好的剪切方法和實驗要求得出指標。國際中直接剪切實驗只適用于滲透系數(shù)小的高塑性黏土。因為簡單所以被普遍應(yīng)用于工程上，而結(jié)果表明三軸試