土的剪切實(shí)驗(yàn)

地質(zhì)判識(shí)與巖土檢測(cè)》課程體驗(yàn)式教學(xué)教案任務(wù)一：土的剪切強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)計(jì)劃學(xué)時(shí)：2授課地點(diǎn)云巖203授課時(shí)間教研室審核班級(jí)14地遂授課教師教學(xué)目標(biāo)本試驗(yàn)的目的在于測(cè)定土的內(nèi)摩擦角及內(nèi)聚力，以供計(jì)算承載力、評(píng)價(jià)地基穩(wěn)定性及計(jì)算土側(cè)壓力等用。任務(wù)要求1?以組為單位，遵守紀(jì)律、聽(tīng)從安排，認(rèn)真完成實(shí)訓(xùn)。2?遵守實(shí)訓(xùn)室制度，注意安全，小心操作，保護(hù)好儀器，保持實(shí)訓(xùn)室干凈整潔。實(shí)訓(xùn)設(shè)備ZJ-2型等應(yīng)變直剪儀百分表（精度0.01mm）兩個(gè)教學(xué)方法學(xué)訓(xùn)一體教學(xué)組織資訊一計(jì)劃一決策一實(shí)施一檢查一評(píng)價(jià)任務(wù)實(shí)施步驟一、資訊土的抗剪強(qiáng)度土的抗剪強(qiáng)度是指土體抵抗剪切破壞的極限能力，土內(nèi)某一面上的抗剪強(qiáng)度就是抵抗該面兩側(cè)土體發(fā)生滑動(dòng)的最大阻力，這阻力由土的內(nèi)摩擦力和內(nèi)聚力所組成，可近似地用庫(kù)侖公式表示如下：粘土性T二◎tg^+c（kp）faa砂土t=gtg*（kp）faa式中T￡土的抗剪強(qiáng)度（kp）Jab剪切面上土所承受的垂直壓力，*土的內(nèi)摩擦角（度）ac土的內(nèi)聚力（kp）a測(cè)定土的抗剪強(qiáng)度試驗(yàn)設(shè)備可分成兩類：一類是具有能控制剪切面的儀器、其中廣泛應(yīng)用的是單剪切面應(yīng)變控制式直接剪切儀和應(yīng)力控制式直接剪切儀；另一類是三軸剪切儀。就土樣剪切過(guò)程中孔隙水變化情況的不冋，米用直剪儀的試驗(yàn)方法有：（1）慢剪法加垂直壓力使土樣壓縮達(dá)到穩(wěn)定，然后以小于0.02mm/min的剪切速度慢慢施加水平剪力，固結(jié)滲出的水能及時(shí)排出。（2）快剪法加垂直壓力后，以0.8mm/min的剪切速度迅速施加剪力，在3~5分鐘內(nèi)剪斷為止，整個(gè)試驗(yàn)過(guò)程中土樣的含水量基本保持不變。（3）固結(jié)快剪先加垂直壓力使土樣完全固結(jié)，然后迅速施加剪力至剪斷為止，在剪切過(guò)程中土樣的含水量基本保持不變。選定剪切方法時(shí)，應(yīng)盡量與土在工程中的情況相符。本試驗(yàn)采用應(yīng)變控制式直接剪切儀作固結(jié)快剪。儀器操作說(shuō)明1、儀器試用前，先校準(zhǔn)杠桿水平（調(diào)節(jié)件16平衡錘），杠桿水平時(shí)，杠桿下沿應(yīng)平齊立柱件（14）的中間紅線。2、將限位板10鋼珠在導(dǎo)軌上放好，放上件18滑動(dòng)框，按土工試驗(yàn)要求，放入土樣，透水石，蓋上傳壓板，放好鋼珠（12），調(diào)節(jié)件5傳壓螺釘與鋼珠接觸，使杠桿下沿抬至立柱的上紅線左右（若試樣未經(jīng)預(yù)壓，可略抬高些）杠桿下沿處于上下紅線之間，出力都有在精度范圍內(nèi)。3、調(diào)整量力環(huán)、百分表對(duì)零。若需測(cè)下沉量，則安裝垂直百分表、并對(duì)零。4、按試驗(yàn)需施加垂直載荷，吊盤為一級(jí)荷重（50kP）重復(fù)試驗(yàn)或連續(xù)試驗(yàn)中，a無(wú)需每次將砝碼、吊盤取下，加荷時(shí)可左旋手輪乙，使支起的杠桿慢慢放下，卸荷時(shí)右旋手輪乙，使傳壓螺釘脫離鋼珠，容器部件能自由取放為止。5、待土樣達(dá)到固結(jié)要求時(shí)，擰出螺絲插銷，以均勻速率轉(zhuǎn)動(dòng)手輪甲，進(jìn)行剪切，若量力環(huán)中的百分表指針不再前進(jìn)，或有顯著后退，表示土樣已剪壞，記下所需數(shù)據(jù)。6、退回時(shí)，反方向旋轉(zhuǎn)手輪甲，推動(dòng)座上附有插銷，以便每次試驗(yàn)結(jié)束后，拔出插銷，手旋推進(jìn)桿，可快速退至原位。7、卸荷8、試驗(yàn)結(jié)束后，應(yīng)注意：（1）將砝碼、吊盤取下，以保護(hù)刀口。（2）應(yīng)將儀器全部擦拭干凈，金屬表面涂薄油脂，以防銹蝕，還要定期打開(kāi)面板，在齒面、回轉(zhuǎn)等處加適量黃油。實(shí)驗(yàn)步驟：（1）量取（或抄錄）剪切面積，放好下盒中的透水石，再放好上盒，插上銷釘。（2）用切土器細(xì)心地切取原狀土，并用小刀將土樣兩面修平，然后移置到剪切盒上，并對(duì)齊盒凹口，將另一塊透水石放在土樣上面，用手指均勻地推透水石使和土樣一并壓入剪力盒中。如系砂土，則用漏斗直接倒入盒中，厚約2~3cm,并用錘輕輕擊至一定的孔隙比。再在砂面上放好透水石，每次裝砂量應(yīng)大致相等。（3）將豎向加壓橫框置于活塞的鋼球上，按規(guī)定的垂直應(yīng)力用砝碼加荷。（4）準(zhǔn)備好紀(jì)錄紙和停表，拔去剪力盒銷釘，剪切開(kāi)始，轉(zhuǎn)動(dòng)手輪，快剪法控制每10秒鐘轉(zhuǎn)動(dòng)一轉(zhuǎn)，并在每10秒末讀記百分表讀數(shù)。手輪每轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)軸的進(jìn)程為0.2mm。連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)手輪，直到土樣剪斷為，快剪法全部剪切過(guò)程在3~5分鐘內(nèi)完成。（5）取出土樣，由（2）開(kāi)始再作一次，取其平均值。加載比應(yīng)小于1；注意事項(xiàng)（1）計(jì)算需要施加的垂直荷重。（2）百分表應(yīng)裝置穩(wěn)固，并且有足夠的伸縮余地。（3）試樣在每小時(shí)的壓縮量不超過(guò)0.005mm時(shí)，視為穩(wěn)定。（4）剪切過(guò)程中應(yīng)均勻旋轉(zhuǎn)，不得有間斷。（5）剪切過(guò)程中不應(yīng)使土樣受振動(dòng)。（6）如系測(cè)定飽和土的抗剪強(qiáng)度，可先將土樣在飽和容器中飽和，然后放入剪力盒內(nèi)，再以水浸沒(méi)，即可進(jìn)行試驗(yàn)。（7）在剪切過(guò)程中，當(dāng)發(fā)現(xiàn)應(yīng)力鋼環(huán)中百分表的讀數(shù)不再變化或剪切位移達(dá)5mm時(shí)，則認(rèn)為土樣已被剪斷，對(duì)于緊砂或粘性土，還可以見(jiàn)到應(yīng)力鋼環(huán)中百分表讀數(shù)有回落現(xiàn)象，此時(shí)說(shuō)明土樣已被剪斷。（8）拿下剪力盒時(shí)，應(yīng)注意不要使盒下的鋼球脫落。（9）每種土應(yīng)在3~5個(gè)不同的垂直壓力下進(jìn)行剪切，以繪制剪切圖。在繪制Tf?◎曲線時(shí)，如果發(fā)現(xiàn)個(gè)別和其它點(diǎn)不在一條直線上，應(yīng)去掉此點(diǎn)，而將其它各點(diǎn)連成直線。二、計(jì)劃在這一階段中，學(xué)生針對(duì)本任務(wù)，以小組方式工作，獨(dú)立地尋找與任務(wù)相關(guān)的信息，制定完成任務(wù)的方法。將學(xué)生分為4組，每組8人。以組為單位進(jìn)行實(shí)訓(xùn)。三、決策計(jì)算原理借助應(yīng)力鋼環(huán)的變形，應(yīng)用下式計(jì)算土的抗剪強(qiáng)度：T?Rf剪應(yīng)力C),ag――應(yīng)力鋼環(huán)的變形系數(shù)，即應(yīng)力鋼環(huán)直徑縮短0.01mm時(shí),相應(yīng)的在剪力

盒中沿土樣剪切面上的剪應(yīng)力值（%oimm）,取2.062.R剪切過(guò)程中應(yīng)力鋼環(huán)中百分表的變形值，取全部剪切過(guò)程中應(yīng)力鋼環(huán)百分表的最大變形值，即與該垂直荷重下的抗剪強(qiáng)度ef相對(duì)應(yīng)。記錄及報(bào)告按報(bào)告紙上表格填入記錄數(shù)字。將以各種不同的垂直壓力（50、100、200、300kp）所得之結(jié)果匯總，以b（kp）為橫坐標(biāo)，及以各相應(yīng)的剪切強(qiáng)度e（kp）aafa為縱坐標(biāo)，繪出剪切強(qiáng)度曲線（圖4）。由此即可求得內(nèi)摩擦角?和內(nèi)聚力ckp。a抗剪強(qiáng)度試驗(yàn)表轉(zhuǎn)數(shù)手1輪總進(jìn)程垂直壓應(yīng)力bQp）a50100200300鋼環(huán)讀數(shù)剪應(yīng)力鋼環(huán)讀數(shù)剪應(yīng)力鋼環(huán)讀數(shù)剪應(yīng)力鋼環(huán)讀數(shù)剪應(yīng)力kpa轉(zhuǎn)0.01mmkpa0.01mmkpa0.01mmkpa0.01mm圖4抗剪強(qiáng)度與垂直壓力的關(guān)系曲線四、實(shí)施小組進(jìn)行實(shí)驗(yàn)；各組學(xué)習(xí)交流；完成任務(wù)規(guī)定題目。