抗剪强度试验

Southeast University 第 七 章 抗 剪 强 度 试 验1、 土 的 抗 剪 强 度 理 论 （ 1） 莫 尔 圆 （ 三 轴 剪 切 原 理 ） 在 三 轴 压 力 作 用 下 ， 在 土 体 内 任 何 一 个 平 面 上 都 作 用着 一 个 合 应 力 ， 可 以 分 解 法 向 应 力 和 切 向 应 力 ， 如 果某 一 个 平 面 上 只 有 法 向 应 力 而 没 有 切 向 应 力 ， 则 该 平 面 称为 主 应 力 面 。 由 材 料 力 学 可 知 ： 一 个 微 小 单 元 体 （ 立 方 体） 的 三 个 主 应 力 面 是 正 交 的 ， 则 三 个 主 应 力 1、 2、 3也 是 正 交 的 。 其 中 最 大 最 小 的 主 应 力 分 别 就 是 1、 3（ 利用 P18公 式 可 进 行 换 算 ） 。 利 用 大 小 主 应 力 可 以 画 出 莫 尔 圆。 Southeast University 莫 尔 圆 示 意 图 Southeast University （ 2） 库 仑 定 律 （ 直 剪 试 验 原 理 ） 土 体 中 任 何 一 个 滑 动 面 上 存 在 着 库 仑 定 律 ， 近 似 直 线 表示 ： C+ tg 土 的 抗 剪 强 度C 土 的 粘 聚 力 滑 动 面 的 法 向 应 力 内 摩 擦 角 通 过 剪 切 试 验 可 以 得到 不 同 法 向 应 力 下 的 抗剪 强 度 ， 把 它 们 绘 制 在 坐标 上 ,得 到 直 线 的 截 距 和 倾角 就 是 该 土 的 C和 。 Southeast University （ 3） 极 限 平 衡 和 强 度 理 论 利 用 库 仑 直 线 和 莫 尔 圆 判 断 土 体 是 否 破 坏 ！看 图 ： 如 果 利 用 土 体 试 验 数据 可 以 得 到 库 仑 定 律 直 线 ，那 么 根 据 土 体 存 在 的 状 态 数据 画 出 的 莫 尔 圆 C与 直 线 相交 ， 那 么 土 体 已 经 破 坏 ， 如果 莫 尔 圆 B相 切 则 是 极 限 状态 ， 如 果 是 莫 尔 圆 A则 没 有破 坏 ， 或 者 说 数 据 点 在 直 线外 侧 则 破 坏 了 ， 内 侧 没 有 破坏 。 Southeast University 同 时 可 得 到 ： 土 中 某 点 破 坏 时 ， 与 中 主 应 力 2无 关 。 破坏 面 与 大 主 应 力 作 用 面 （ 1） 夹 角 为 45 /2。 Southeast University 例 题 1： 设 地 基 土 的 内 摩 擦 角 为 30， 粘 聚 力 C为 10， 地基 中 某 点 的 大 小 主 应 力 1、 3分 别 是 138.4、 100， 问 该点 是 否 已 经 破 坏 ？解 ： 根 据 C和 确 定 库 仑 直线 和 莫 尔 圆 。 据 图 计 算 得 到OA=Cctg +( 1+ 3)/2sin =68.2 莫 尔 圆 的半 径 =19.2。 因 此 可 确 定 该 地 基 土 处于 稳 定 状 态 。 Southeast University 2、 直 接 剪 切 试 验 （ 试 验 步 骤 ） 绘 制 剪 应 力 随 位 移 变 化 的 曲 线 ， 确 定 抗 剪 强 度 ， 然 后画 出 法 向 应 力 与 抗 剪 强 度 的 直 线 关 系 ， 即 可 确 定 粘 聚 力 和 内 摩擦 角 两 个 强 度 指 标 。 仪 器 有 应 力 控 制 和 应 变控 制 式 两 种 。 一 般 用 应 变 控制 式 。 剪 切 方 法 有 ： 快 剪 、 固 结快 剪 和 慢 剪 。 Southeast University 1） 快 剪 施 压 后 立 即 快 速 剪 切 （ 35分 钟 破 坏 ） ， 不 发 生 固 结 （需 放 置 不 透 水 设 施 ， 周 围 涂 凡 士 林 ） 。 多 用 于 渗 透 系 数 小 于10-6cm /s的 粘 性 土 ， 用 来 模 拟 土 体 厚 施 工 速 度 快 的 情 况 。2） 固 结 快 剪 固 结 后 立 即 剪 切 ， 剪 切 过 程 中 不 固 结 。 适 用 渗 透 系 数 小于 10-6cm /s的 粘 性 土 和 砂 性 土 （ 砂 土 即 使 施 工 速 度 很 快 ， 土体 也 会 很 快 就 排 水 固 结 完 成 ） 。 用 来 模 拟 已 经 完 全 固 结 后 又突 然 施 加 荷 载 的 情 况 。3） 慢 剪 施 加 压 力 经 过 316 个 小 时 固 结 ， 然 后 再 剪 切 约 14小时 。 实 际 工 程 中 很 少 。 Southeast University 注 意 事 项 ：1） 渗 透 系 数 大 于 10-6cm /s的 不 能 做 快 剪 试 验 。2） 如 剪 切 曲 线 上 无 峰 值 出 现 ， 则 应 使 位 移 达 到 6m m ， 取剪 切 位 移 为 4m m 时 的 剪 应 力 为 抗 剪 强 度 。3） 固 结 快 剪 和 慢 剪 时 主 固 结 完 成 的 标 准 是 变 形 小 于0.005m m /h。4） 抗 剪 强 度 与 剪 切 速 率 有 关 ： 快 剪 固 结 快 剪 CUCD。 Southeast University 4） 当 主 应 力 差 无 峰 值 时 ， 采 用 15 的 轴 向 应 变 时 的 应 力差 值 作 为 破 坏 值 。5） 在 CD试 验 中 ， 孔 隙 水 压 力 消 散 95 时 算 作 固 结 完 成 。