测定土的抗剪强度指标 二

测定土的抗剪强度指标 二 测定土的抗剪强度指标(二) (三轴剪切试验法) 一、基本原理 三轴剪切试验也是测定土抗剪强度的一种方法。试验是用橡皮包封一圆柱状试样，将其置于透明密封容器中，然后向容器中注入液体，并加压力，使试样各方向受到均匀的液体压力(即最小主应力σ3);此后，在试样两端通过活塞杆逐渐施加竖向压力σV，则最大主应力σ1=σ3+σV，一直加到试样被破坏时为止。根据极限平衡理论，用破裂时的最大和最小主应力绘制摩尔圆。同一土样，可取三个以上试样，分别在不同周围压力(即最小主应力σ3)下，在不同垂直压力(最大主应力σ1)作用下剪坏，并在同一坐标中绘制相应的摩尔圆的包络线，此线即为该土的抗剪强度曲线。通常以近似的直线表示，其倾角即为内摩擦角υ，在纵轴上的截距即为内聚力C(图10-1)。 图10-1三轴剪切试验的应力圆及强度包络线 三轴剪切仪，分为应变控制式和应力控制式两种(图10-2)。前者操作方便，应用广泛;后者除施加轴向压力不同外，主要部件与前者相同，操作比较麻烦，难以测定应力--应变曲线上的峰值，但对于测固结排水的抗剪强度以及测定土的长期强度及静变形模量等仍有一定用途。 根据排水条件不同，将三轴剪切试验分为三种类型，即不固结不排水剪、固结不排水剪和固结排水剪。试验方法的选择应根据 工程 路基工程安全技术交底工程项目施工成本控制工程量增项单年度零星工程技术标正投影法基本原理 情况、土的性质、建筑物施工和运用条件，以及所采用的分析方法而定。 图10-2三轴剪切仪示意图 a:应变控制式:1-压力室;2-试样;3-活塞;4-量力环;5-测微表;6-压力表;7-量水管;8-压力库;9-接空气压缩机;10-毛细管;11-压力控制室;12-U形测压管;13-供水瓶 b:应力控制式:1-压力室;2-试样;3-加压横梁;4-测微表;5-量水管;6-压力库;7-接空气压缩机; (1)不固结不排水剪试验，是在整个试验过程中，从施加周围压力和轴向压力直至剪坏为止，均不允许试样排水。饱和试样，可测得总抗剪强度参数Cu、υu。(2)固结不排水剪试验，是先使试样在某一周围压力下固结排水，然后保持在不排水情况下，增加轴向压力，直至剪坏为止;可测得总抗剪强度参数Ccu、υcu或有效抗剪强度参数C′、υ′和孔隙水压力系数。 (3)固结排水剪试验，是在整个试验过程中允许试样充分排水，即在某一周围压力下排水固结，然后在充分排水的情况下增加轴向压力，直至剪坏为止;可以测得有效抗剪强度参数Cd、υd .仪器设备， 二 我们使用的三轴仪是国家电力南京土壤仪器设备总厂生产的TSZ30-2.0台式三轴仪。它的主要组成部分是压力室、施加周围压力系统、施加轴向荷载系统、孔隙水压力量测系统、反压系统、体积变形量测系统组成。 压力室分为大中小三种尺寸，试样的直径分别为10.1，6.18，3.91cm。压力室所能承受的最大压力为600kPa。 施加周围压力系统主要由调压唧筒、压力表、数字表及传感器组成。 施加轴向荷载系统主要由电动机、齿轮变速箱、链条、离合器、压力机活塞(可按选定的速度升降)、立柱、横梁、量力环(分为25kN、10kN、5kN、3kN、1kN，根据预计的试验强度选用合适的量力环) 孔隙水压力量测系统主要由传感器、孔隙压力阀门及数字显示表组成。 反压系统由体变管、传感器、数字显示表，还有量水管和排水阀门。 其它配件:三瓣模、底座、击实锤、套筒、对开模、承膜筒、扳手、水准瓶、乳胶膜、乳胶条。 三、操作 步骤 新产品开发流程的步骤课题研究的五个步骤成本核算步骤微型课题研究步骤数控铣床操作步骤 : 1.土样的制备 土样分为两类，一类是从地基中取出的原状土样，一类是扰动土样。我们试验中所使用的是扰动土样。下面我们主要介绍一下扰动土样的制备。 (1)选取一定数量的代表性土样约2公斤，经风干碾碎过筛。测出风干含水率,按要求含水率算出所需加的水。 (2)将需加的水量喷洒到土料上，稍静置后装入塑料袋,然后置于密闭容器内，至少20小时,使含水率均匀。取出土料复测其含水率，若所测的含水率与要求的含水率差值在1%以内，则可以击实土样，否则需调整含水率至符合要求为止。根据要求的干密度(我们所要求的干密度为1.75g/cm3)及试样的体积(95.57cm3)来计算所需土质量。按照试样的高度8cm我们分4层进行击实，每层的高度为2cm。各层的土料质量相等，每层击实至要求高度后，将表面抛毛，然后我们再加第二层土料。如此继续直至击完最后一层。加入最后一层土料时 我们所用的模具为三瓣膜，它的直径为3.91cm，高要在三瓣膜上加一套筒。( 为8cm，使用时要先检查三瓣膜中每一瓣的号是否一致，还要检查三瓣中相邻瓣的号是否一致。)(4)将击实好的三瓣膜箍紧，放好透水石及上下夹板，拧紧拉杆螺母，放入真空罐内。 2.试样饱和 将试样装入真空罐内后，拧紧盖，进行抽气，当真空度接近一个大气压后，对粉质土(壤土)再继续抽半小时以上，粘质土抽1小时以上，然后徐徐注入清水，并使真空度保持稳定。待饱和器三瓣膜完全淹没水中后，停止抽气，慢慢解除真空罐内的真空，让试样在真空罐内静置10小时以上，然后使用。 3.试样安装 (1)打开通底座的孔隙压力阀门，使仪器底座充水，关闭孔隙压力阀门。 (2)打开三瓣膜的箍，小心地脱去三瓣膜，将试样取出，放好滤纸及透水石，轻轻地推到仪器底座上。(要求有动画表示拆样步骤) (3)把乳胶膜放在承膜筒内，二头翻在承膜筒上并用洗耳球吸气，使乳胶膜紧贴在承膜筒内壁上，然后套在试样外面。放气，翻下乳胶膜两头取下承膜筒。把试样下端的乳胶膜与仪器底座用乳胶带扎紧。然后放上对开模(保护试样)，充水，排出气泡，盖上上帽，关闭排水阀门，同样将上帽和乳胶膜扎紧。取走对开模。(4)装上压力室(注意不要碰试样)，并从注水孔向压力室里注水，水满后拧好注水口 3.试样排水固结 (1)将两根量水管的水位均放在试样中心位置，打开所有阀门，待水位稳定 注意管中不能后，关闭排水阀门及底座孔隙压力阀门，读通上帽排水管的读数(有气泡)。 打开周围压力控制系统的电源将黑色开关调到压力设置位置，转动调压(2) 旋钮，设置所需周围压力值。调好后，将黑色开关调回稳压位置，用调零旋钮将周围压力值调零。打开孔隙压力量测装置电源，并用调零旋钮调零。按下周围压力电机启动按钮，施加周围压力(100，200kPa)。 (3)施加周压力的同时量测孔隙压力值，计算孔压系数。 (4)慢慢打开排水阀门，使试样中的水通过上帽流入量水管中(试样开始固结)，使孔隙压力慢慢消散。 (5)不断观察量水管的读数，同时注意保持量水管水面应置于试样中心高度处。 (6)当量水管的水位基本稳定后，孔压基本上消散到0kPa(小于周围压力的5%)即认为固结完成(全部孔压消散为0时间较长,因学时关系我们就不等了)。 (7)关闭排水阀,记下排水量管及孔压表读数。 (8)旋转微动(细)手轮,当量力环表微动时表示活塞已与试样帽接触,调量力环量表和变形量表的指针为0位置。试样剪切 (1)剪切应变速率取为每分钟0.9mm(因学时所限)。 (2)开动主机控制单元的上升按钮，接上离合器，进行剪切。当试样每产生 垂直应变0.5mm时，测记量力环表及孔压传感器显示的读数。 (3)当出现峰值后,再继续剪3~5%垂直应变。若量力环表无明显减少，表明 不出现峰值，则垂直应变进行到15%。 (4)试验结束后，关闭马达，使周围压力慢慢降到0。拔开离合器，倒转手 轮，然后打开注水孔，排出压力室内的水，拆除压力室外罩，拆除试样。 (5)装下一个试样，重复上述试验步骤。 四、成果整理 (1)计算固结后试样的高度hc、面积Ac、体积Vc及剪切时的面积Aa (10-2) (10-3) 式中: ho--试样起始高度，cm; Δhc--固结下沉量，由轴向变形测微表测得，cm; Δhi--试样剪切时高度变化，由轴向变形测微表测得，cm; A0--试样起始面积，cm2; Vo--试样起始体积，cm3; ΔV--固结排水量，cm3; ΔVi--排水剪时的试样体积变化，按排水管读数求得，cm3; ε1--轴向应变，%;不固结不排水剪;固结不排水及固结排水剪。 (2)计算主应力差(σ1-σ3)和有效主应力比(σ1′/σ3′) (10-8) (10-9) 式中:σ1、σ3--大主应力和小主应力，MPa; ′、σ3′--有效大主应力和有效小主应力，MPa;; σ1 u--孔隙水压力，MPa; C--量力环校正系数，N/0.01mm; R--量力环测微表读数，0.01mm。 (3)绘制关系曲线:以轴向应变值为横坐标，分别以(σ1-σ3)、(σ1′/σ3′)、u为纵坐标，绘制(σ1-σ3)与ε1的关系曲线及(σ1′/σ3′)与ε1的关系曲线及u-ε1的关系曲线。 (4)选择破坏应力值:以(σ1-σ3)与ε1或(σ1′/σ3′)与ε1的关系曲线的峰值相应的主应力差或有效主应力比值作为破坏值。如无峰值，则以应变ε1为15%处的主应力差或有效主应力比值为破坏应力值。 (5)绘制主应力圆和强度包络线: ?不固结不排水剪和固结不排水剪试验:以法向应力σ为横坐标，以剪应力τ为纵坐标，在横坐标上以(σ1f+σ3f)/2为圆心，以(σ1f-σ3f)/2为半径(下角标f表示破损时的最大、最小主应力)，绘制破损总应力圆。在绘制不同周围压力下的应力圆后，做诸圆的包络线(图10-1)。该包络线的倾角即为内摩擦角υu或υcu;包络线在纵轴的截距即为内聚力Cu或Ccu。 ?固结不排水剪中测孔隙水压力:先确定试样破损时的有效主应力，以有效主应力σ′为横坐标，以剪应力τ为纵坐标，绘制不同周围压力下的应力圆，做诸圆的包络线，求得有效内摩擦角υ′和有效内聚力C′。 ?固结排水剪试验:孔隙水压力等于零，绘出的包络线为有效抗剪强度曲线，求得υd和Cd。 (6)计算孔隙水压力系数B、、A、: 式中:ui--某周围压力下的起始孔隙水压力，MPa; uf--某周围压力下试样破损时的总孔隙水压力，MPa; --试样在主应力差(σ1-σ3)下出现的孔隙水压力，MPa; ud σ1f--某周围压力下试样破损时的最大主应力，MPa。 五、思考题 1.1.做固结不排水剪时，在试样周围贴上滤纸条的作用是什么? 2.2.在什么情况下固结时，不用排水管? 3.3.为什么试样面积需要随时校正? 4.4.当试样在某级压力下达到Δu/Δσ3=1时，为什么还需要对试样进行 校验是否饱和?