直剪试验和三轴剪切试验对比分析(总5页)--本页仅作为文档封面，使用时请直接删除即可----内页可以根据需求调整合适字体及大小--直剪试验和三轴剪切试验对比分析摘要：本文通过对直剪试验和三轴剪试验的比较，借此与同行交流。
关键字：直剪；三轴剪；对比分析土的抗剪强度定义为土体抵抗剪切破坏的极限能力，是土的重要力学性质之一。
在土力学中，采用摩尔-库仑强度准则，用内摩擦角和内聚力来表现土的抗剪强度规律，即是在土的破裂面上，抗剪强度随法向应力增长的规律。
土的抗剪强度在计算承载力、评价地基稳定性以及计算挡土墙土压力时，都有重要的应用。
因此，正确的测定土的抗剪强度，在计算和评价土体的性质有重要的意义。
根据土体受力面和受力方式不同，测定土的抗剪强度的方法和仪器也不同，常用的方法主要有室内的直接剪切试验、无侧限抗压强度试验和三轴压缩试验及原位的十字板剪切试验等。
本文主要针对直接剪切试验和三轴压缩试验进行分析对比。
一、直剪试验直接剪切试验就是是在某一预订的面上剪切土的试件，测定该面上的剪应力和抗剪强度的试验。
我国目前普遍采用的是应变控制式直剪仪。
如图1，试样施加某一法向应力σ，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t的大小可借助与上盒接触的量力环而确定。
根据试样在剪切过程中剪应力t与剪切位移S之间的关系曲线，（2-a）可以确定抗剪强度τf通常同一种土取4个试样，分别在不同的法向应力（J下剪切破坏，可将试验结果绘制成如图2（2 - b）所示的抗剪强度与法向应力之间的关系曲线。
图2 的（ 2 - a ）是剪应力与剪切位移的关系；图2的（ 2 - b ）是抗剪强度与法向应力关系。
按照剪切前土的固结程度，剪切时排水的条件以及剪切加荷的快慢，直接剪切试验方法可分3种：（1）快剪试验（不排水剪）。
（2）固结快剪试验（固结不排水剪）。
在法向压力下试样充分排7JC，待完全固结后，再快速施加水平剪力使试样剪切破坏。
轴向拉伸与压缩正应力ζ=F N/A正应变ε=Δl/l (无量纲）l/EA EA为抗拉（压)刚度胡克定律Δl=FNζ=Eε E为弹性模量泊松比ν=【ε’/ε】横向比纵向刚度条件：Δl=Fl/EA <=[Δl] 或δ<=[δ]N先计算每段的轴力，每段的Δl加起来即为总的Δl注意节点是位移 P151拉压超静定：1按照约束的性质画出杆件或节点的受力图2根据静力平衡列出所有独立的方程3画出杆件或杆系节点的变形-位移图4根据变形几何关系图建立变形几何关系方程，建立补充方程5将胡可定律带入变形几何方程，/得到解题需要的补充方程6独立方程与补充方程联立，求的所有的约束力剪切1剪切胡克定律η=GγG~MPa为剪切弹性模量,γ为切应变（无量纲）2 G=E/2(1+ν）ν泊松比3剪切与挤压实例校核铆钉的剪切强度单剪（两层板）η=Fs/As =F/A F为一个方向的拉力双剪（三层板）η=Fs/As =F/nA n整块板上所有的铆钉校核铆钉的挤压强度挤压ζc=Fc/Acζc=Fc/nAc=F/ntd n为对称轴一侧的铆钉数校核板（主板、盖板）的抗拉强度ζ=F/A=F/t(b-nd)<<[ζ] n 为危险截面上的铆钉数1外力偶矩：T=9550 N k / n ( N k~kw,n~r/min)2扭矩Mn = T (Mn~N*m) 判断方向，右手螺旋定则，向外为正，内为负3扭矩图4切应变、剪切角γ= θ*ρ(θ为单位扭转角）5切应力：ηρ=G*γρ=Gρθ扭转角公式：dψ=Mdx/GIp6θ=Mn/G*Ip 刚度校核公式Ip~mm4 极惯性矩, 与截面形状有关，GIp 抗扭刚度，θ~rad/m7ηmax=Mn/Wp=Mnρ/Ip 强度校核公式Wp~mm3抗扭截面模量，与截面形状有关8 Ip 和Wp 的计算：实心圆截面: Wp = ПD3/16 Ip = ПD4/32空心圆截面：Wp = ПD3（1-α4）/16 Ip = ПD4（1-α4）/32薄壁圆截面：Wp = 2Пr02t r=D/2=D/2 Ip = 2Пr3t9 扭转角θ= Mn*l/G*Ip (l为杆长）θ~rad/m10 自由扭转截面周边的切应力方向与周边平行，角点出切应力为0ηmax=Mn/αhb2 长边中点处θ=Mn/βGhb3 b为短边，h为长边，αβ为相关系数无论是扭转强度，还是扭转刚度，圆形截面比正方形截面要好。
土工试验直接剪切试验和三轴剪切试验的优缺点和适用范围土工试验直接剪切试验和三轴剪切试验的优缺点和适用范围摘要：在建筑工程中，土的抗剪强度测试是一项十分重要的工作，土的抗剪强度关系到工程地基的稳定性与工程结构的稳固性。
当前常用的土的抗剪强度测试方法有直接剪切试验以及三轴压缩试验。
本文联系实际，对这两种试验方法的原理、优缺点与适用范围进行分析论述，以供参考。
关键词：土的抗剪强度；直接剪切试验；三轴剪切试验土的抗剪强度指的是土体抵抗剪切破坏的极限能力，抗剪强度是土的一大重要力学性质。
土的的抗剪强度并非固定不变，它是不断变化的，且这一变化具有规律。
研究证明，在土的破裂面上，抗剪强度随法向应力增长。
在测试土的抗剪强度时，要根据土的受力方式以及受力面选择相应的测试方法与仪器，方能保证测试结果科学准确【1】。
下面就土工试验直接剪切试验和三轴剪切试验的优缺点与适用范围做具体分析。
1土的直接剪切试验所谓直接剪切试验，是指直接在某一预定的面上剪切土的试件，在剪切过程中记录、测算这一预定面的抗剪强度与剪应力。
在进行土的直接剪切试验时，最常用的仪器是应变控制式直剪仪。
在试验时，通过该仪器向试样的预定面施加法向应力，等速推动下盒，试样在沿上下盒之间的水平面上受剪切直到被破坏。
试验过程中的剪应力通过与上盒接触的量力环确定。
在试验过程中，随着法向应力的增加会出现剪切位移，且剪切位移与剪应力之间会产生一个关系曲线，借助这一关系曲线了解试样在受剪切破坏时其性能的变化。
当前，直接剪切试验被具体分为不排水剪切试验也称为快剪试验、固结不排水剪切试验也称为固结快剪试验以及慢剪试验等几种。
这三种剪切试验的不同点是剪切时的排水条件、土的固结程度以及剪切加荷速度不同。
通过土的直接剪切试验可知，当剪应力与剪切位移关系曲线中有明显的峰值或是稳定值时，取其作为抗剪强度破坏值，此时试样发生的是脆性破坏。
随着剪切位移发生变化，剪应力不断增长，峰值消失或是峰值不再稳定，此时的剪切强度破坏值一般是取剪切位移为4mm 时的剪应力。
实验十 三轴剪切试验一、概述三轴剪切试验是测定土的抗剪强度的主要方法之一。
它通常用3~4个圆柱形试样分别在不同的围压下施加轴向压力对试样进行剪切，直至破坏，然后根据摩尔——库伦理论，求得土的抗剪强度指标φ和c 。
根据排水条件的不同，三轴剪切试验可分为不固结不排水剪(UU)、固结不排水剪(CU)和固结排水剪(CD)三种试验方法。
不固结不排水剪试验，在施加周围压力σ3和轴向偏应力（σ1-σ3），直至试样剪坏的整个过程中，均不允许试样排水固结，即不让孔隙水压力消散。
固结不排水剪试验，在施加周围压力时，允许试样充分排水固结；在施加偏应力时，不允许排水至试样剪坏。
固结排水剪试验，在施加周围压力和轴向偏应力，直至试样剪坏的整个过程中，使试样充分排水固结。
这里只介绍饱和试样的固结不排水剪试验。
二、试验原理三轴试验采用圆柱形试样，对试样在空间三个坐标方向上施加压力。
试验时先通过压力室有压液体，使试样在三个轴向受到相同的周围压力σ3，并维持整个试验过程不变。
然后通过活塞杆向试样施加垂直轴向压力，直到试样剪坏。
若由活塞杆所加的试样破坏时的压力强度为q ＝σ1-σ3，小主应力是周围压力σ3。
由一个试样所得的σ1和σ3，可以绘制一个极限应力圆。
若干个试样，可得在不同周围压力作用下，试样剪坏时的最大主应力，从而可绘制若干个极限应力圆，作这些应力圆的公切线，便是土的抗剪强度包线，由此包线可求得强度指标c 和φ，附图10.1所示。
三、仪器设备 1、常用的三轴剪切仪，按施加轴向压力方式的不同，分为应变控制式和应力控制式两种。
2、应变控制式三轴仪见附图10.9所示。
包括压力室、轴向加压设备、施加周围压力系统、体积变化和孔隙压力量测系统等。
3、附属设备：击实筒、饱和器、切土盘、切土器和切土架、分样器、承膜筒、天平、量表、橡皮膜等。
附图10.1 抗剪强度包线附图10.2 原状土分样器 1.钢丝架；2一滑杆；3一底座附图10.3 对开圆膜 1.压力室底座；2.透水石；3.制样圆模； 4.圆箍；5.橡皮膜；6.橡皮圈1 2 7 6 5 4 3 附图10.4 承膜筒 1.压力室底座；2.透水石；3.试样； 4.承膜筒；5.橡皮膜；6.上帽1 2 3 4 5 附图10.5 击实器 1.环；2.位螺丝；3.杆；4.击锤；5.底板 附图10.6 饱和器 1.土样筒；2.紧箍；3.夹板； 4一拉杆；5.透水石 1 2 3 4 5 1 2 3 附图10.7 切土盘1.轴2.上盘3.下盘 1 2 3 附图10.8 切土器 1.土样 2.切土器 3.支架 附图10.9 应变控制式三轴剪切仪 l.调压筒；2.周围压力表；3.周围压力阀；4.排水阀；5.体变管；6.排水管；7.变形量表；8.量力环；9.排气孔；10.轴向加压设备；1l.压力室；12.量管阀；13.零位指示器；14.孔隙压力表；15.量管；16.孔隙压力阀；17.离合器；18.手轮四、试验步骤1、使用前三轴剪切仪应进行检查(1)周围压力的精度要求达到最大压力的土1％，测读分值一般应为5kPa ，根据试样强度的大小，选择不同量程的量力环，使最大轴向压力的精度不小于1％。
