现场直接剪切试验 ppt课件

无法全面反映土体的力学性质和 变形特性。
最后，由于试验条件和操作方法 的限制，直接剪切试验结果的重 复性和精度也可能会受到影响。
改进方向
为了克服直接剪切试验的缺点，提高 其测试结果的准确性和可靠性，可以 采取以下改进措施
其次，可以针对不同的土体类型和工 程需求，开展多参数测试和综合分析， 以更全面地反映土体的力学性质和变 形特性。
实例三：某大楼的岩土工程测试
试验步骤
1. 在大楼地基周围选择合适的位置，进行土壤 取样和原位测试。
2. 将直接剪切仪安装到测试位置，并调整水平 度和垂直度。
实例三：某大楼的岩土工程测试
01
3. 进行预加载，以消除仪器间隙 和土壤孔隙水压力。
02
4. 逐级加载，记录位移、力和土 壤力学参数的变化。
首先，可以采用先进的压力控制系统 和数据采集系统，提高试验设备的精 度和自动化程度，减少人为操作对试 验结果的影响。
最后，可以通过优化试验条件和方法， 提高试验结果的重复性和精度，为岩 土工程设计和施工提供更可靠的依据。
实例一：某大桥的岩土工程测试
试验目的
确定大桥桥墩的稳定性，以及在 不同负载条件下的土壤力学性质。
撰写报告
根据试验结果和分析结果，撰写 直接剪切试验报告，报告应包括 试验目的、试验过程、结果分析、
结论等部分。
数据处理
数据收集
对试验过程中采集的数据进行整理和分类，确保 数据的准确性和完整性。
数据清洗
对采集的数据进行清洗，去除异常值和重复值， 确保数据的质量。
数据转换
根据试验要求，对数据进行转换和计算，例如将 采集的原始数据转换为土的强度指标。
试验设备
直接剪切仪、压力控制装置、位 移传感器等。

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二、试验基本原理及方法
一、基本原理 在现场对几个式样(不少于3个）施加不同的法向荷载，待其固结稳 定后再施加水平剪力使其破坏，同时记录下几个样式破坏时的剪切应力， 绘制出剪应力与法向应力的关系曲线，继而可以得到土体在特定破坏面 上的抗剪强度参数即内摩擦角和念聚力。
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四、试验方法及技术要求
1、试验前准备工作
2、试验前的资料准备
3、实验步骤及技术要求
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1、试验前准备工作
1．试验前的地质描述
地质描述为试验成果的整理分析和计算指标的选择提供可靠依据， 并为综合评价岩体工程地质性质提供 依据。具体内容包括： （1）试验地段开挖、试样制备方法及出现的问题； （2）试点编号、位置、尺寸； （3）试段编号、位置、高程、方位、深度、断面形 状和尺寸； （4）岩土体岩性、结构、构造、主要造岩矿物、颜色等； （5）各种结构面的产状、分布特点、结构面性质、组合关系等； （6）岩土体的风化程度、风化特点、风化深度等； （7）水文地质条件，包括地下水类型、化学成分、活动规律、出露位置等； （8）岩爆、硐室变形等与初始地应力有关的现象； （9）试验地段地质横剖面图、地质素描图、钻孔柱状图、试体展示图等。
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2）对试样分级施加法向荷载，荷载的等效集
中应力作用位置应位于剪切面的中心，最大 法向荷载应大于设计荷载，一般可分4-5级逐 渐达到试验所需的最终法向荷载。每级法向 荷载施加后每5min测量一次试验变形，当每 1min变形不超过0.05mm时可施加下一级荷 载。最后一级法向荷载施加后，当1h内竖直 变形不超过0.05mm时，即达到相对稳定状态 ，可施加剪切荷载。

▪ 实容积法：根据波义尔一马略特定律设计的速测含水率
仪。它是通过测定土中固相和液相的体积，取土的经验
比重值，换算出土的含水率。该法的原理是波义尔一马
略特定律，首先要求气温基本保持不变，这在填筑工地
上是很难达到的。若以标准温度为20℃，那么气温变化
±1℃，实容积的变化就达到5%，相应含水率的变化也
约5%，为此，目前很少使用。
▪ 土样经过试验之后，余土应贮存于适当容器内，并标记工 程名称及室内土样编号妥善保管，以备审核试验成果之用 。一般保存到试验报告提出1个月以后，委托单位对试验 报告未提出任何疑义时，方可处理。
▪ 处理试验余土时要考虑余土对环境的污染、卫生等要求。
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试样制备方法及注意事项
▪ 土样和试样的制备程序是试验工作的第一个质量要求，为保 证试验成果的可靠性和试验数据的可比性，必须统一土样和 试样制备方法和程序。土样在试验前必须经过制备程序，扰 动土的土样制备包括土的风干、碾散、过筛、匀土、分样和 贮存等预备程序和击实、饱和等试样制备程序。原状土的土 样制备包括开启，切取等。这些步骤的正确与否，都直接影 响试验成果。土样制备程序视需要的试验而异，所以在土样 制备前应拟定土工试验计划。
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▪ 酒精燃烧法：在试样中放入酒精，利用酒精在试样上燃烧， 使土中水分蒸发，将土烤干，是快速测定法中较准确的一种 ，适用于没有烘箱或土样较少的情况。由于此法难以控制105 ～110℃的恒温条件，与定义不完全符合，故一般在现场使用 ，或者在制备试样时测定风干土样的含水率，供制样参考。 酒精燃烧法测得的含水率略低于烘干法所测的含水率。
含水率 密度
颗粒密度
黏性土、粉土
原状土（筒）
扰动土
φ10cm×20cm

各试体的垂直荷载达预定值后，整个试验中应保持不变。
3．施加剪切荷载
（1）剪切荷载按预估的最大值分8～12级施加，如发生后一 级荷载的水平变形为前一级的1.5倍以上时，应减荷按4％ ～5％施加。
（2）试验过程中法向应力应始终保持为常数。采用斜推法时 ，应同步降低因施加剪切荷载而产生的法向分量的增量， 保持法向荷载不变。
（a）：1—砂浆顶板；2—垫板；3—传力柱；4—压力表；5—混凝土试体；6—混 凝土后座；7—液压千斤顶；8—传力块；9—滚轴徘；10—接液压泵；11—垂直位
移测表；12—测量标点；13—水平位移测表；14—试体受力简图 （b）：1、2、3、4、14同（a）；5—液压千斤顶；6—混凝土试体；7—传力块； 8—滚轴排；9—垂直位移测表；10—测量标点；11—水平位移测表；12—混凝土后
（2）每个试体分4～5级施加其垂直荷载。每隔5min加一 次，0min、5min分别读一次数。在最后一级法向荷载作用下 ，法向位移应相对稳定后（各测表的连续两次垂直变形读数差 不超过0.0l mm），再施加剪切荷载。
对于软弱夹层，在加到预定的垂直荷载后，低塑性软弱 夹层每隔10min，高塑性软弱夹层每隔15min，读一次垂直变 形。当两次变形读数差小于0.05mm时，即视为已稳定，施加 荷载的容许误差为±2％。
（3）试体的推力部位应留有安装千斤顶的足够空间，平推 法应开挖千斤顶槽。剪切面周围的岩体应大致凿平，浮渣应清 除干净。
（4）平推法的推力方向宜与工程岩体的受力方向一致。斜 推法的推力中心线与剪切面夹角α宜为12°～17°。
（5）对加压过程可能出现破裂或松动的试体，应浇筑钢筋 混凝土保护套或采取其它保护措施，保护套应有足够的强度和 刚度，顶面应平行预定剪切面，底部应在预定剪切面的上部边 缘；水泥砂浆和混凝土应进行养护。

（二）快剪试验(剪切速率为0.8mm/min）
３．施加垂直压力Ｐ后，立即拔除固定销，开动秒表，以每分 钟4～12周（每转一周剪位移0.2mm;0.8mm/min）匀速转动手轮， 使试样在3～5min内剪破。剪破标准为：（1）量力环中量表 （百分表）指针不再前进，或有明显后退；（2）百分表指针 不后退 时 ，以剪切位移4mm对应的剪应力为抗剪强度，这时 使剪切位移达到6mm才停止剪切 ； ４．剪切完后，倒转手轮，移去 垂直压力，重复１～３的步骤对 余下的试样进行不同竖向应力作 用下的剪切试验。
试验步骤
（二）快剪试验
１．对准上、下盒，插入固定销，在下盒内放入下透水石，不 透水塑料膜，将试样对准剪切 盒口，放置上不透水塑料膜和 上透水石，将试样慢速推入剪切盒，移去环刀； ２．转动手轮，使上盒前端钢珠刚好与量力环接触，将量力环 中百分表读数调零。顺序加上 传力盖板、钢珠、压力框架；
试验步骤
法向力P作用时 试样不固结 剪力T作用时 强度指标 试样不排水
cQ , Q
cR , R
cS ,S
仪器设备
１．直剪仪，常用直剪仪为应变控制直剪仪。主要部件包 括：剪切容器 、法向力加力框架、水平力推力座及量力 环等。还有一种为应力控制直剪仪，与前者差别在于水平 力采用直接加载的方式而不是用控制剪位移的方式； ２．其它辅助设备：百分表、天平、环刀、饱和器、削土 刀、秒表、滤纸等。
直接剪切试验
试验目的
直接剪切试验简称直剪试验，它是测定土的抗剪强度 的常用方法。直剪试验通常采用四个试 样，分别在不同 的垂直压力作用下，施加水平剪切力进行剪切，取得水平 面破坏时的剪应力 ，然后根据库仑强度理论确定土的抗 剪强度指标：内摩擦角和粘聚力。
试验原理
f c tg

层间剪切强度
在层间材料中沿层间单位面积上能承受的最大剪切 负荷
6
断纹剪切强度
沿垂直于板面的方向剪断的剪切强度。 沿垂直于板面的方向剪断的剪切强度。
屈服剪切强度
在剪切负荷—变形曲线上， 在剪切负荷 变形曲线上，负荷不随变形增加的 变形曲线上 第一个点的剪切应力。 第一个点的剪切应力。
剪切弹性模量
指材料在比例极限内剪应力与剪应变之比。 指材料在比例极限内剪应力与剪应变之比。
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环境温度
随温度的升高，剪切强度明显下降，且热塑性材料较热 随温度的升高，剪切强度明显下降， 固性材料的影响更为明显
试样加工方法
试样加工方法不同对剪切强度也有影响， 试样加工方法不同对剪切强度也有影响，因此应按 规定的标准方法和条件准备试样
不同受力方式
单面压缩剪切和单面拉伸剪切，结果的极限误差较大 单面压缩剪切和单面拉伸剪切，结果的极限误差较大; 穿孔式纯双面剪切极限误差较小。 穿孔式纯双面剪切极限误差较小。
F F 试样
4
剪切力F作用于矩形试样的面积 ， 剪切力 作用于矩形试样的面积A，产生位 作用于矩形试样的面积 移为△ ， 移为△L，则剪切应力与应变的关系表示如 下
τ =FA
ε = ∆L d
5
概念
剪切应力
试验过程中任一时刻试样单位面积上所承受的的剪 切负荷。 切负荷。
剪切强度
试样在剪切力作用下破坏时单位面积上所能承受 的负荷值。 的负荷值。
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橡胶的剪切试验
引用橡胶剪切性能试验标准GB/T1700—2001。 。 引用橡胶剪切性能试验标准
在橡胶中加入硫磺和其他配合剂， 在橡胶中加入硫磺和其他配合剂，经硫化制造成 的一种硬质材料， 的一种硬质材料，由于大量硫化剂的作用使它具 有较高的硬度称为硬质橡胶 硬质橡胶。 有较高的硬度称为硬质橡胶。

（3）施加垂直压力，剪切速度为 ）施加垂直压力，剪切速度为0.8mm/min，使 ， 试样在3~5min内剪损；试样每产生剪切位移 内剪损； 试样在 内剪损 0.2~0.4mm测记测力计和位移读数，直至测 测记测力计和位移读数， 测记测力计和位移读数 力计读数出现峰值，继续剪切至位移为4mm 力计读数出现峰值，继续剪切至位移为 时停机，记下破坏值； 时停机，记下破坏值；
2）固结快剪试验 ）
本试验方法适用于渗透系数小于10 的细粒土， 本试验方法适用于渗透系数小于 -6cm/s的细粒土， 的细粒土 具体试验步骤如下： 具体试验步骤如下： （1）试样的制备、安装和固结同慢剪试验； ）试样的制备、安装和固结同慢剪试验； （2）固结快剪试验的剪切速度为 ）固结快剪试验的剪切速度为0.8mm/min，使试 ， 样在3~5min内剪损；试样每产生剪切位移 内剪损； 样在 内剪损 试样每产生剪切位移0.2 ~0.4mm测记测力计和位移读数，直至测力计 测记测力计和位移读数， 测记测力计和位移读数 读数出现峰值，继续剪切至位移为4mm时停机 读数出现峰值，继续剪切至位移为 时停机 记下破坏值； 记下破坏值； （3）试验结束后，取出试样，测定式样含水量。 ）试验结束后，取出试样，测定式样含水量。
2 试验设备
直接剪切仪分为应变控制式和应力控制式两种， 直接剪切仪分为应变控制式和应力控制式两种，我国 普遍采用应变控制式直剪仪， 普遍采用应变控制式直剪仪，即通过等速推动试样产生位 移测定相应的剪力，试验设备构造如图1： 移测定相应的剪力，试验设备构造如图 ：
图1 应变控制式直剪仪 1-剪切传动机构；2-推动器；3-下盘；4-垂直加压框架；5-垂直位移 剪切传动机构； 推动器 推动器； 下盘 下盘； 垂直加压框架 垂直加压框架； 垂直位移 剪切传动机构 传压板； 透水板 透水板； 上盒 上盒； 储水盒 储水盒； 测力计 测力计； 水平 计；6-传压板；7-透水板；8-上盒；9-储水盒；10-测力计；11-水平 传压板 位移计； 滚珠 滚珠； 试样 位移计；12-滚珠；13-试样

由库伦公式可以看出，无粘性土的抗剪强度与剪切面上
的法向应力成正比，其本质是由于颗粒之间的滑动摩擦以
及”凹凸面间的镶嵌作用所产生的摩阻力，其大小决定于
颗粒表面的粗糙度、密实度、土颗粒的大小以及颗粒 级配等因素。粘性土的抗剪强度由两部分组成：一部 分是摩擦力，另一部分是土粒之间的粘结力，它是由 于粘性土颗粒之间的胶结作用和静电引力效应等因素 引起的。
2

c
O
3f
c ctg 1 3 f
2
1f
1 3 f
sin

1
2
3 f

c ctg
2
1 f


3
f
tg
2

45


2


2c

tg

45


2

3 f

1
f
tg
2

45


2


2c

tg

三轴压缩试验直接量测的是试样在不同恒定周围压力 下的抗压强度，然后利用莫尔－库仑准则间接推求土的抗 剪强度。
三轴压缩仪主要由压力室、加压系统和量测系统三大 部分组成。
4.3.2三轴压缩试验
有机玻璃罩 橡皮膜
接围压系统
试 样
底座
活塞 试样帽
透水石
透水石 阀门，接体变 量测系统
阀门，接孔压 量测系统
三轴压缩试验
第4章 土的抗剪强度与地基承载力
4.1 概述
当土中某点由外力所产生的剪应力达到土的抗剪强 度时,土体就会发生一部分相对于另一部分的移动，该点 便发生了剪切破坏。土体抵抗剪切破坏的极限能力即为 土的抗剪强度。实际工程中的地基承载力、挡土墙的土 压力以及土坡稳定都受土的抗剪强度所控制。因此，研 究土的抗剪强度及其变化规律对于工程设计、施工、管 理等都具有非常重要的意义。本章主要介绍土的抗剪强 度与极限平衡条件、土的抗剪强度试验方法、不同排水 条件时剪切试验成果、地基临塑荷载及极限承载力等。

12 P
3. 间接方法
（1）抗弯法（梁的弯曲试验）
t MC/I
（2）劈裂法（巴西法）（最常用的测试方法）
t 2P/DH
t

2P
ah
（3）点荷载试验法
Is P/ y2
P
t t kt Is(50) kt y2
三 岩石的抗剪强度
定义 指岩石在一定的应力条件下（主要指
压应力），所能抵抗的最大剪应力，常 用 表示
1. 抗剪断强度试验（下图为试验室直剪试验）：

P A
T A
tanc
现场直剪试验（平推法和斜推法）
变角板剪切试验
根据力的平衡原理，作用 于剪切面上的法向力N和切向力 T可按下式计算：
N Pcos f sin
AA
T Psin f cos
AA
优点？缺点？
τf(Mpa)
σ（MP
2. 抗切试验（下图分别为单剪和双剪试验）：
剪切面上无压应力的剪切试验
3. 弱面抗剪强度（摩擦强度）试验： 摩擦强度 残余强度 非弹性变形
四、三轴压缩状态下的岩石变形特性
1、岩石在常规三轴试验条件下的变形特性
END
岩石在常规三轴试验条件下的莫尔强度包络线
直线型莫尔强度包络线
曲线型莫尔强度包络线
常规三轴压缩试验中围压对岩石刚度的影响
常规三轴压缩试验中围压对岩石变形及其强度的影响
2、岩石在真三轴试验条件下的变形特性
现场三轴压缩试验
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补充知识：岩石的扩容
扩容----所谓扩容,是指岩石受外力作用后,发生非 弹性的体积膨胀,并且该体积膨胀不可逆，标志是岩石 的泊松比大于0.5。