发布时间 : 星期日 文章《土力学》教程 5 土的抗剪强度更新完毕开始阅读
产生位移并测定相应的剪应力；后者则是对试样分级施加水平剪应力，同时测定相应的位移。我国目前普遍采用的是应变控制式直剪仪，该仪器的主要部件由固定的上盒和活动的下盒组成，试样放在盒内上下两块透水石之间，如图5-7所示。试验时，由杠杆系统通过加压活塞和透水石对试样施加某一法向应力?，然后等速推动下盒，使试样在沿上下盒之间的水平面上受剪直至破坏，剪应力? 的大小可借助与上盒接触的量力环测定，试验过程参见直剪试验演示。
试验中通常对同一种土取3～4个试样，分别在不同的法向应力下剪切破坏，可将试验结果绘制成抗剪强度 与法
?f
向应力? 之间的关系，如图
5-2所示。试验结果表明，对于砂性土，抗剪强度与法向应力之间的关系是一条通过原
点的直线，直线方程可用库仑公式（5-1）表示；对于粘性土，抗剪强度与法向应力之间也基本成直线关系，该直线与横轴的夹角为内摩擦角? ，在纵轴上的截距为粘聚力c ，直线方程可用库仑公式（5-2）表示。
直剪仪的各组成部分可查看直剪仪示意图
有关直剪试验的内容
直接剪切试验
一、试验目的
测定土的抗剪强度，提供计算地基强度和稳定使用的土的强度指标内摩擦角?和内聚力c。
二、仪器设备
目前广泛使用应变控制匣式直接剪切仪。试样盒分上、下两部分，上盒固定，下盒放在钢珠上，可以在水平方向滑动。也有上下盒都不固定的应变控制直剪仪，这可以避免由于钢珠的滚动摩擦所产生的影响。试验设备的其余部分包括：百分表（用以量测竖直变形）、加荷框架（采用杠杆传动的加荷方法，杠杆比为1:10）、推动座、剪切容器、测力计（亦称应力环）、环刀（内径6.18 cm、高20 cm）、切土工具、滤纸、毛玻璃板及润滑油等。
直剪仪设备
（2）直剪试验强度取值
剪切容器与应力环
置备的土样
试验结果表明，不同土性的土样在剪切试验时的剪应力? 与剪切位移? 关系曲线形态时有较大差异的。土样的抗剪强度应根据其?-?l 曲线形态分别确定：对密实砂土、坚硬粘土等，其?-?l 曲线将出现峰值(图5-7中3,4曲线)，可取峰值切应力作为该级法向应力?下的抗剪强度?f ；对松砂、软土等，?～?l 曲线一般无峰值出现（图5－7中1,2曲线），可取剪切位移?l＝4 mm时所对应的切应力作为该级法向应力?下的抗剪强度?f 。
图5-7 切应力? 与剪切位移 ?l 关系曲线
（3）直剪试验方法分类
大量的试验和工程实践都表明，土的抗剪强度是与土受力后的排水固结状况有关，故测定强度指标的试验方法应与现场的施工加荷条件一致。直剪试验由于其仪器构造的局限无法做到任意控制试样的排水条件，为了在直剪试验中
能尽量考虑实际工程中存在的不同固结排水条件，通常采用不同加荷速率的试验方法来近似模拟土体在受剪时的不同排水条件，由此产生了三种不同的直剪试验方法，即快剪、固结快剪和慢剪。
（1）快剪。快剪试验是在对试样施加竖向压力后，立即以0.8 mm/min的剪切速率快速施加水剪应力使试样剪切破坏。一般从加荷到土样剪坏只用3～5min。由于剪切速率较快，可认为对于渗透系数小于106 cm/s的粘性土在剪
－
切过程中试样没有排水固结，近似模拟了“不排水剪切”过程，得到的抗剪强度指标用
c，?q
q
表示。
（2）固结快剪。固结快剪是在对试样施加竖向压力后，让试样充分排水固结，待沉降稳定后，再0.8 mm/min的剪切速率快速施加水平剪应力使试样剪切破坏。固结快剪试验近似模拟了“固结不排水剪切”过程，它也只适用于渗透系数小于106 cm/s的粘性土，得到的抗剪强度指标用
－
c
，
cq
?cq
表示。
（3）慢剪。慢剪试样是在对试样施加竖向压力后，让试样充分排水固结，待沉降稳定后，以小于0.02 mm/min的剪切速率施加水平剪应力直至试样剪切破坏，使试样在受剪过程中一直充分排水和产生体积变形，模拟了“固结排水剪切”过程，得到的抗剪强度指标用
c，?s
s
表示。
（4）直剪试验的优缺点
直剪试验具有设备简单，土样制备及试验操作方便等优点，因而至今仍为国内一般工程所广泛使用。但也存在不少缺点，主要有：
l）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；
2）剪切面上剪应力分布不均匀，且竖向荷载会发生偏转（上下盒的中轴线不重合），主应力的大小及方向都是变化的；
3）在剪切过程中，土样剪切面逐渐缩小，而在计算抗剪强度时仍按土样的原截面面积计算；
4）试验时不能严格控制排水条件，并且不能量测孔隙水压力；
5）试验时上下盒之间的缝隙中易嵌入砂粒，使试验结果偏大。
2. 三轴压缩试验
（1）三轴压缩试验仪器
三轴压缩试验所使用的仪器是三轴压缩仪（也称三轴剪切仪），其构造示意图如图5-8所示，主要由三个部分所组成：主机、稳压调压系统以及量测系统。
主机部分包括压力室、轴向加荷系统等。压力室是三轴仪的主要组成部分，它是一个由金属上盖、底座以及透明有机玻璃圆筒组成的密闭容器，压力室底座通常有3个小孔分别与稳压系统以及体积变形和孔隙水压力量测系统相连。
稳压调压系统由压力泵、调压阀和压力表等组成。试验时通过压力室对试样施加周围压力，并在试验过程中根据不同的试验要求对压力予以控制或调节，如保持恒压或变化压力等。
量测系统由排水管、体变管和孔隙水压力量测装置等组成。试验时分别测出试样受力后土中排出的水量变化以及土中孔隙水压力的变化。对于试样的竖向变形，则利用置于压力室上方的测微表或位移传感器测读。
其它常用的三轴压缩仪
常规液压三轴仪
（2）三轴试验的基本原理
非饱和土三轴压缩仪 动静压缩仪
常规三轴试验一般按如下步骤进行：
1）将土样切制成圆柱体套在橡胶膜内，放在密闭的压力室中，根据试验排水要求启闭有关的阀门开关。
2）向压力室内注入气压或液压，使试样承受周围压力 作用，并使该周围压力在整个试验过程中保持不变。
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3）通过活塞杆对试样加竖向压力，随着竖向压力逐渐增大，试样最终将因受剪而破坏。
上述试验过程将依据试验要求不同而有所变化，可分别参见不固结不排水剪、固结不排水剪和固结排水剪的试验演示。
设剪切破坏时轴向加荷系统加在试样上的竖向压应力（称为偏应力）为 ，而小主应力为
△??
，则试样上的大主应力为
= +
?? ??
△??
，据此可作出一个极限应力圆。用同一种土样的若干个试件（一般3～4个）分别在不同的
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