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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4：土的三轴剪切实验实验4:土的三轴剪切实验实验目的:了解三轴剪切试验的特点。
掌握三轴剪切试验方法，运用库仑-莫尔理论确定土的抗剪强度参数、值，了解三轴剪切试验指标在工程中的应用。
基本原理:三轴剪切试验系指将土样制备成圆柱状的试件，放入三轴仪受压室内，先施加一定的周围压力，在恒定的周围压力下，施加轴向压力直至试样破坏，根据破坏时的大小主应力画出极限应力圆。
本试验方法适用于细粒土和粒径小于20mm的粗粒土。
试验时，应至少制备3个以上试样，分别施加不同的周围压力，得到相应的极限应力圆。
做各个应力圆的公切线，即得到强度包络线，从而确定土的抗剪强度指标c和Φ值。
仪器设备:1.应变控制式三轴仪(图7—1):由压力室、轴向加压设备、周围压力系统、反压力系统、孔隙水压力量测系统、轴向变形和体积变化量测系统组成;2.附属设备:包括击样器、切土器饱和器、原状土分样器、切土盘、承膜筒和对开圆膜; 3.天平:称量200g，最小分度值0.01g;称量1000g，最小分度值0.1 g;实验步骤:1.在压力室的底座上，依次放上不透水板、试样及不透水试样帽，将橡皮膜用承膜筒套在试样外，并用橡皮圈将橡皮膜两端与底座及试样帽分别扎紧;2.将压力室罩顶部活塞提高，放下压力室罩，并均匀地拧紧底座连接螺母。
向压力室内注满纯水，待压力室顶部排气孔有水溢出时，拧紧排气孔，并将活塞对准测力计和试样顶部;3. 当试样帽与活塞及测力计接近时，将测力计和变形指示计调至零位;4.关排水阀，开周围压力阀，施加周围压力，周围压力宜根据工程实际确定，一般可按50、100、200、300、400 kPa施加;5.剪切应变速率宜为每分钟应变0.5%,1.0%;6.启动电动机，开始剪切。
试样每产生0.3%,0.4%的轴向应变(或0.2mm变形值)，测记一次测力计读数和轴向变形值。
当轴向应变大于3%时，试样每产生0.7%,0.8%的轴向应变(或0.5mm变形值)，测记一次;7.当测力计读数出现峰值时，剪切应继续进行到轴向应变为15%,20%;8.试验结束，关电动机，关周围压力阀，脱开离合器，将离合器调至粗位，转动粗调手轮，将压力室降下，打开排气孔，排除压力室内的水，拆卸压力室罩，拆除试样，描述试样破坏形状，称试样质量，并测定含水率。
试验九三轴剪切试验一、概述三轴剪切试验是试样在某一固定周围压力下 逐渐增大轴向压力 直至试样破坏的一种抗剪强度试验 是以摩尔-库仑强度理论为依据而设计的三轴向加压的剪力试验。
三轴剪切试验是测定土体抗剪强度的一种比较完善的室内试验方法 通常采用3~4个圆柱形试样 分别在不同的周围压力下测得土的抗剪强度 再利用摩尔-库仑破坏准则确定土的抗剪强度参数。
三轴剪切试验可以严格控制排水条件 可以测量土体内的孔隙水压力 另外试样中的应力状态也比较明确 试样破坏时的破裂面是在最薄弱处 而不像直剪试验那样限定在上下盒之间 同时三轴剪切试验还可以模拟建筑物和建筑物地基的特点以及根据设计施工的不同要求确定试验方法 因此对于特殊建筑物 构筑物 、高层建筑、重型厂房、深层地基、海洋工程、道路桥梁和交通航务等工程有着特别重要的意义。
二、试验方法根据土样固结排水条件和剪切时的排水条件 三轴试验可分为不固结不排水剪试验 UU 、固结不排水剪试验 CU 、固结排水剪试验 CD 以及K0固结三轴试验等。
以下仅对不固结不排水剪 UU 试验进行详细介绍。
1、不固结不排水剪试验 UU试样在施加周围压力和随后施加偏应力直至剪坏的整个试验过程中都不允许排水 这样从开始加压直至试样剪坏 土中的含水量始终保持不变 孔隙水压力也不可能消散 可以测得总应力抗剪强度指标cu υu。
2、固结不排水剪试验 CU试样在施加周围压力时 允许试样充分排水 待固结稳定后 再在不排水的条件下施加轴向压力 直至试样剪切破坏 同时在受剪过程中测定土体的孔隙水压力 可以测得总应力抗剪强度指标ccu υcu和有效应力抗剪强度指标c’ υ’。
3、固结排水剪试验 CD试样先在周围压力下排水固结 然后允许试样在充分排水的条件下增加轴向 压力直至破坏 同时在试验过程中测读排水量以计算试样体积变化 可以测得有效应力抗剪强度指标cd υd。
4、K0固结三轴剪切试验常规三轴试验是在等向固结压力 σ1=σ2=σ3 条件下排水固结 而K0固结三轴试验是按σ3=σ2= K0σ1施加周围压力 使试样在不等向压力下固结排水 然后再进行不排水剪或排水剪试验。
土力学三轴试验土力学三轴试验三轴试验中土的剪切性状分析摘要：按剪切前的固结状态和剪切时的排水条件分为三种：不固结不排水剪，固结不排水剪，固结排水抗剪。
文中将讨论正常固结饱和黏性土在剪切时将具有不同的强度特性。
关键词：不固结不排水抗剪强度，固结不排水抗剪强度，固结排水抗剪强度作者简介：Triaxial shear Characters of Middle-earthLI Jia-chun（shanghai University，department of civil engineering，08124240）Abstract: Consolidation by the state before shear and shear when the drainage is divided into three types: non-consolidated undrained shear, consolidation undrained shear, consolidated drained shear. This article will discuss the normally consolidated saturated clay in the shear strength will have different characteristics.Key words: non-consolidated undrained shear, consolidation undrained shear, consolidated drained shear.0 引言广义黏性土包括粉土，黏性土。
黏性土的抗剪强度远比无粘性土复杂。
要准确掌握原状土的强度特性，也就非常困难。
对土的强度研究，大多数用均匀的重塑土。
原状土和重塑土之间在结构上和应力历史存在重大差异，且原状土的取样扰动对其实际强度也有较大影响。
按剪切前的固结状态和剪切时的排水条件分为三种：不固结不排水剪，固结不排水剪，固结排水抗剪。
土的三轴压缩试验三轴压缩试验主要是用来测定土的抗剪强度，土的抗剪强度是土的一个重要力学性质，在计算地基承载力，评价地基稳定性，以及计算挡土墙的土压力时都要用到土的抗剪强度指标，因此正确的测定土的抗剪强度在工程上有非常重要的意义试验原理：三轴压缩试验最常用的是把土削成圆柱体，放到压力室内十三、三轴压缩试验提示：双击自动滚屏（一）试验目的三轴压缩试验是测定土的抗剪强度的一种方法。
对堤坝填方、路堑、岸坡等是否稳定，挡土墙和建筑物地基是否能承受一定的荷载，都与土的抗剪强度有密切的关系。
（二）试验原理土的抗剪强度是土体抵抗破坏的极限能力，即土体在各向主应力的作用下，在某一应力面上的剪应力（τ）与法向应力（σ）之比达到某一比值，土体就将沿该面发生剪切破坏。
常规的三轴压缩试验是取4个圆柱体试样，分别在其四周施加不同的周围压力（即小主应力）σ3，随后逐渐增加轴向压力（即大主应力）σ1直至破坏为止。
根据破坏时的大主应力与小主应力分别绘制莫尔圆，莫尔圆的切线就是剪应力与法向应力的关系曲线。
三轴压缩试验适用于测定粘性土和砂性土的总抗剪强度参数和有效抗剪强度参数，可分为不固结不排水试验（uu）；固结不排水试验（）和固结排水试验（CD）。
（三）试验设备1．三轴仪：包括轴向加压系统、压力室、周围压力系统、孔隙压力测量系统和试样变形量测系统等。
2．其它：击样器、饱和器、切土盘、分样器、承膜筒等。
（四）试验步骤1．切取土样：先用钢丝锯或切土刀切取一稍大于规定尺寸的土柱，放在切土架上，用钢丝锯或切土刀紧靠侧板，由上往下细心切削，边切削边转动圆盘，按规定的高度将两端削平、称量；并取余土测定试样的含水率。
2．试样饱和：试样有抽气饱和、水头饱和及反压力饱和三种方法，最常用的是抽气饱和。
即将试样装入饱和器内，放入真空缸内，与抽气机接通，开动抽气机，连续真空抽气2～4h，然后停止抽气，静止12h左右即可。
3．试样安装：将压力室底座的透水石与管路系统以及孔隙水测定装置充水并放上一张滤纸，然后再将套上乳胶膜的试样放在压力室的底座上，最后装上压力筒，并拧紧密封螺帽，同时使传压活塞与土样帽接触。
实验五 土的三轴剪切试验
学 时：2学时
实验性质：综合型实验
一、目的要求：
土的三轴剪切试验是综合性试验，通过对试验的设计，能获得在不同的排水条件下土的应力与应变的关系和强度参数。
通过试验加深对土力学基本理论的理解，培养学生的动手能力和创新能力。
掌握土的三轴剪切试验基本原理和试验方法，了解试验的仪器设备，熟悉试验的操作步骤，掌握三轴剪切试验成果的整理方法，根据试验成果绘制应力与应变的关系曲线，计算土的内聚力和摩擦角。
二、试验原理：
一般认为，土体的破坏条件用莫尔－库仑（Mohr-Coulomb ）破坏准则：土体在各向主应力作用下，作用在某一应力面上的剪应力τ与法向应力σ之比达到某一比值，土体将沿该面发生剪切破坏。
莫尔－库仑破坏准则的表达式为：φσσφσσsin 2
cos 23131++=-C 。
1σ大主应力，3σ小主应力，C 土的粘聚力，φ土的内摩擦角。
三轴剪切试验就是根据莫尔－库仑破坏准则测定土的强度参数粘聚力c 和内摩擦角φ。
三、试验方法：
根据加载类型的不同，三轴剪切试验又可分为三种试验方法：不固结不排水剪(UU)；固结不排水剪(CU)；固结排水剪(CU)。
四、仪器设备：
1．应变控制式三轴仪(图5. 1—1)：由压力室、轴向加压设备、周围压力系统、反压力系统、孔隙水压力量测系统、轴向变形和体积变化量测系统组成。
2．附属设备：包括击样器、饱和器、切土器、原状土分样器、切土盘、承膜筒和对开圆膜，应符合下图要求：1)击样器(图5. 1－2)，饱和器(图5. 1－3)。
2)切土盘、切土器和原状土分样器(图5. 1－4)。
3)承膜筒及对开圆模(图5. 1—5及图5. 1—6)。
3．天平：称量200g ，最小分度值0. 0lg ；称量1000g ，最小分度值0. 1g 。
4．橡皮膜：应具有弹性的乳胶膜，对直径39. 1和61. 8mm 的试样；厚度以0. 1～0. 2mm 为宜，对直径101mm 的试样，厚度以0. 2～0. 3为宜。
图5.1－1 应变控制式三轴仪
图5.1－2 击样器图5.1－3 饱和器
1－套环；2－定位螺丝；3－导杆；4－击锤；1－圆模(3片)；2－紧箍
5－底板；6－套筒；7－击样筒；8－底座3－夹板；4－拉杆；5－透水板
图5.1－4 原装土和土盘分样器
图5.1－5 承膜筒图5.1－6 对开圆模
全自动三轴仪
TSZ10-1.0应变控制式三轴仪
土样饱和器 QI-1型切土机
五、试验步骤：
（一）不固结不排水剪试验步骤
1 试样的安装步骤：
I 在压力室的底座上，依次放上不透水板、试样及不透水试样帽，将橡皮膜用承膜筒套在试样外，并用橡皮圈将橡皮膜两端与底座及试样帽分别扎紧。
Ⅱ 将压力室罩顶部活塞提高，放下压力室罩，将活塞对准试样中心，并均匀地拧紧底座连接螺母。
向压力室内注满纯水，待压力室顶部排气孔有水溢出时，拧紧排气孔，并将活塞对准测力计和试样顶部。
Ⅲ 将离合器调至粗位，转动粗调手轮；当试样帽与活塞及测力计接近时，将离合器调至细位，改用细调手轮，使试样帽与活塞及测力计接触，装上变形指示计，将测力计和变形指示计调至零位。
Ⅳ 关排水阀，开周围压力阀，施加周围压力。
2 剪切试样应按下列步骤进行：
I 剪切应变速率宜为每分钟应变0. 5％～1. 0％。
Ⅱ 启动电动机，合上离合器，开始剪切。
试样每产生0. 3％～0. 4％的轴向应变(或0. 2mm 变形值)，测记一次测力计读数和轴向变形值。
当轴向应变大于3％时，试样每产生0. ％～0. 8％的轴向应变(或0.5mm 变形值)，测记一次。
Ⅲ 当测力计读数出现峰值时，剪切应继续进行到轴向应变为15％～20％。
Ⅳ 试验结束，关电动机，关周围压力阀，脱开离合器，将离合器调至粗位，转动粗调手轮，将压力室降下，打开排气孔，排除压力室内的水，拆卸压力室罩，拆除试样，描述试样破坏形状，称试样质量，并测定含水率。
3 轴向应变应按下式计算：100011⨯∆=h h ε。
式中，1ε轴向应变(％)；1h 剪切过程中。
