最新十字板剪切试验抗剪强度
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高等土力学22页将十字钢板插入土中,施加扭矩达到最大值T max 时,十字板在土中被扭动(如高土图1-29),通过这个扭矩来计算土的抗剪强度,对于野外试验,板高与外径之比一般为H/D=2。
对于各向同性的土:maxf 3T 6=7πD实际上,现场土常常是各向异性的,对于正常固结土,水平面上的抗剪强度一般大于垂直面上的抗剪强度。
用上述公式计算的τf 一般偏大,常经过修正后使用。
适用于软塑到硬塑状态的粘土,对于饱和软粘土,它测得的抗剪强度相当于不排水抗剪强度c u 。
十字板剪切试验是在钻孔中进行的,其目的是测定饱水软粘土的抗剪强度。
十字板剪切试验工程适用条件:(1)沿海软土分布地区但不会有砂层、砾石、贝壳等成分的软粘土。
(2)会有粉砂夹层者,其测定结果往往偏大。
可以获得的物理力学性质参数 软土的不排水抗剪强度(Cu );计算重塑土不排水抗剪强(Cu`),绘制抗剪强度随试验深度的变化曲线;计算出的灵敏度(S ),估计地基容许承载力[R]及确定软土路堤的临界高度或极限高度和变形模量(E0)。
主要试验目的1.测求饱和粘性土的不排水 抗剪强度和灵敏度; 不排水抗剪强度峰2.估算地基土承载力和单桩 十字板剪 值cu(kPa)和残余值 承载力;3.切试验 c’u(kPa) 3 计算边坡稳定性;4.判断软粘性土的应力历史 。
注意事项:1试验过程中,插入不同深度、十字板插入深度不应小于钻孔或套管直径的3-5倍;孔间距大于0.75-1米。
2、十字板插入土后应停留2-3分钟,太短或太长会使强度减小或增大。
3、剪切速度一般为1°-2°/10秒,过快(粘滞性)过慢(固结)会使强度增加。
一般3-10分钟会出现峰值后应继续剪切1分钟。
4、测出峰值后应快速转动6周,测重塑土的不排水抗剪强度。
5、十字板的规格:板高/板宽=2,刃角60°,面积比=13%-14%(越小越好)。
6、由于圆柱侧面和顶面达到剪切破坏不是同时的,因此强度并不是真正的峰值,是一种平均抗剪强度实验3:十字板剪切试验这是一种原位测试土抗剪强度的方法。
第52卷第12期2021年12月中南大学学报(自然科学版)Journal of Central South University (Science and Technology)V ol.52No.12Dec.2021十字板剪切速率对粉质黏土不排水抗剪强度的影响徐靓1,朱鸿鹄1,程刚1,2,王静1,张春新1,张诚成1(1.南京大学地球科学与工程学院,江苏南京,210023;2.华北科技学院(中国煤矿安全技术培训中心)计算机学院,北京,101601)摘要:为了研究十字板剪切速率对粉质黏土不排水抗剪强度的影响,首先,应用5种转速的十字板对3种含水率的粉质黏土进行剪切试验,得到不同剪切速率和含水率条件下的土体峰值抗剪强度和残余抗剪强度;其次,对十字板速率和归一化峰值抗剪强度、归一化残余抗剪强度的关系分别进行拟合;最后,基于拟合结果,改进Bjerrum 提出的十字板剪切速率修正系数。
研究结果表明:随着剪切速率增大,土体峰值抗剪强度和残余抗剪强度均显著增大;在高含水率条件下,剪切速率对土体抗剪强度的影响更显著,且土体残余抗剪强度对剪切速率变化更敏感;半对数函数和幂函数均能对归一化抗剪强度与剪切速率的关系进行较好拟合,半对数函数拟合参数α和幂函数拟合参数β与土体含水率之间均有良好的线性递增关系。
由α和β与含水率的线性关系,推导得到了剪切速率修正系数与土体含水率的经验公式。
关键词:剪切速率;十字板剪切试验;不排水抗剪强度;修正系数中图分类号:TU411.7文献标志码:A开放科学(资源服务)标识码(OSID )文章编号:1672-7207(2021)12-4372-09Effect of vane shear rate on undrained shear strength of silty clayXU Liang 1,ZHU Honghu 1,CHENG Gang 1,2,WANG Jing 1,ZHANG Chunxin 1,ZHANG Chengcheng 1(1.School of Earth Sciences and Engineering,Nanjing University,Nanjing 210023,China;2.School of Computer Science,North China Institute of Science and Technology (National Safety Training Centerof Coal Mines),Beijing 101601,China)Abstract:In order to study the influence of shear rate on undrained shear strength of silty clay,firstly,a series of vane shear tests were carried out on silty clay samples with three moisture ratios and five shear rates.The peak and residual shear strength at different shear rates and soil moisture ratio were obtained.Secondly,the relationships between normalized peak shear strength,normalized residual shear strength and vane rate were fitted.Finally,the收稿日期:2021−02−10;修回日期:2021−05−15基金项目(Foundation item):国家自然科学基金资助项目(41722209,41702347);国家重点研发计划项目(2018YFC1505104);河北省自然科学基金资助项目(D2018508107)(Projects(41722209,41702347)supported by the National Natural Science Foundation of China;Project(2018YFC1505104)supported by the National Key Research and Development Program of China;Project(D2018508107)supported by the Natural Science Foundation of Hebei Province)通信作者:朱鸿鹄,博士,教授,从事地质工程和岩土力学研究;E-mail:***********.cnDOI:10.11817/j.issn.1672-7207.2021.12.017引用格式:徐靓,朱鸿鹄,程刚,等.十字板剪切速率对粉质黏土不排水抗剪强度的影响[J].中南大学学报(自然科学版),2021,52(12):4372−4380.Citation:XU Liang,ZHU Honghu,CHENG Gang,et al.Effect of vane shear rate on undrained shear strength of silty clay[J].Journal of Central South University(Science and Technology),2021,52(12):4372−4380.第12期徐靓,等:十字板剪切速率对粉质黏土不排水抗剪强度的影响vane shear rate correction coefficient proposed by Bjerrum was modified based on fitting results.The results show that with the increase of shear rate,the soil peak and residual shear strengths increase markedly.Under the condition of high moisture ratio,the effect of shear rate on soil shear strength is more significant,and the residual shear strength is more sensitive to the change of shear rate.The relationship between the normalized shear strength and shear rate could be well fitted by both Semi-logarithmic function and power function.The semi-logarithmic law fitting parametersαand power law fitting parametersβhave a good linear increasing relationship with soil moisture ratio.Considering the relationship betweenα,βand soil moisture ratio,the empirical equation between the rate correction coefficient and soil moisture ratio is obtained.Key words:shear rate;vane shear test;undrain shear strength;correction factor十字板剪切试验(vane shear test,VST)是一种测定饱和黏性土不排水抗剪强度和灵敏度的土工试验,属于岩土原位测试方法。
十字板剪切试验十字板剪切试验(VST)是用插入士中的标准十字板探头,以一定速率扭转,量测土破坏时的抵抗力矩,测定土的不排水剪的抗剪强度和残余抗剪强度。
十字板剪切试验可用于测定饱和软黏性土(φ≈0)的不排水抗剪强度和灵敏度。
所测得的抗剪强度值,相当于试验深度处天然土层在原位压力下固结的不排水抗剪强度。
十字板剪切试验不需要采取土样,避免了土样扰动及天然应力状态的改变,是一种有效的现场测定士的不排水强度试验方法。
一、十字板剪切试验的设备1、十字板剪切试验设备由十字板头、试验用探杆、贯人主机、测力计与记录仪等组成,一般分为以下两种形式:(1)机械式:开口钢环式十字板剪切仪,按轴杆与十字板头的连接方式有离合式和牙嵌式两种。
国内广泛采用离合式,离合式连接方式是利用一离合器装置,使轴杆与十字板头能够离合,以便分别作十字板总剪力试验和轴杆摩擦校正试验。
开口钢环测力装置 十字板头(2)电测式:电阻应变式十字板剪切仪,其十字板头可通过扭力传感器与探杆相连接。
扭力柱的上下端分别与十字板头和轴杆相连接。
扭力柱的外套筒主要用以保护传感器,它的上端丝扣与扭力柱接头用环氧树脂固定,下端呈自由状态,并用润滑防水剂保持它与扭力柱的良好接触。
这样,应用这种装置就可以通过电阻应变传感器直接测读十字板头所受的扭力,而不受轴杆摩擦、钻杆弯曲及坍孔等因素的影响,提高了测试精度。
电测式-十字板头结构示意图1—十字板;2—扭力柱;3—应变片;4—套筒;5—出线孔;2、十字板头的规格十字板头宜采用不锈钢整体制造,且板面粗糙度不大于6.3µm。
对于不同土类应选用不同尺寸的十字板头,在浅部软弱的淤泥、淤泥质黏性士、软黏士中一般选择75mm×150mm的十字板头较为合适,在稍硬士中可用50mm×100mm的十字板头。
十字板头规格表3、贯入主机机械式十字板剪切试验应使用钻机或其他成孔机械预先成孔;电测式十字板采用静力触探贯人主机将十字板头压人指定深度。
一、术语十字板剪切试验:用插入土中的标准十字板探头,以一定速率扭转,量测土破坏时的抵抗力矩,测定土的不排水抗剪强度的一种原位测试方法。
二、试验目的和适用范围十字板剪切试验可用于检测软粘土及其预压处理地基的不排水抗剪强度和灵敏度。
根据《建筑地基处理技术规范》5.4.2条第2款:“应对预压的地基土进行原位十字板剪切试验和室内土工试验。
必要时,尚应进行现场载荷试验,试验数量不应少于3点。
”三、试验设备十字板剪切仪根据其测力方式,主要分为机械式和电测式。
机械式十字板剪切仪是利用蜗轮旋转插入土层中的十字板头,由开口钢环测出抵抗力矩,计算土的抗剪强度。
电测式十字板剪切仪是通过在十字板头上连接一贴有电阻片的受扭力矩的传感器,用电阻应变仪测剪切扭力。
十字板剪切试验设备主要为压入主机、十字板头、扭力传感器、量测扭力仪表、施加扭力装置。
四、原理用插入软粘土的十字板头,以一定的速率旋转,将土体破坏,测出土的抵抗力矩,通过换算得到土体的抗剪强度,它相当于内摩擦角φu=0时的凝聚力值。
五、执行标准国家标准《岩土工程勘察规范》GB50021-2001;行业标准《建筑地基处理技术规范》JGJ 79-2002;广东省标准《建筑地基基础检测规范》DBJ15-60-2008。
六、操作步骤目前现场十字板剪切测试基本上采用电测十字板剪切仪,其操作步骤如下:1、试验前,十字板探头应连同量测仪器、电缆进行率定;2、十字板探头压入前,宜将探头的电缆线一次穿入需用的全部探杆;3、现场量测仪器应与率定探头时的量测仪器相同。
贯入前,应连接量测仪器对探头进行试力,检查探头是否能正常工作;4、将十字板头直接缓慢贯入至欲测深度处,使用旋转装置卡盘卡住探杆;至少应静止3min后,测读初始读数ε0或调整零位,方可开始正式试验;5、施加扭力,以6°~12°/min的转速旋转,每1°~2°测读数据一次.当出现峰值或稳定值后,再继续测读1min。