土的直接剪切试验报告

实验五 直接剪切试验

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一、概述

直接剪切试验就是直接对试样进行剪切的试验，简称直剪试验，是测定土的抗剪强度的一种常用方法，通常采用4个试样，分别在不同的垂直压力p下，施加水平剪切力，测得试样破坏时的剪应力，然后根据库仑定律确定土的抗剪强度参数内摩擦角和粘聚力c。

二、仪器设备

1、直剪仪。采用应变控制式直接剪切仪，如图所示，由剪切盒、垂直加压设备、剪切传动装置、测力计以及位移量测系统等组成。加压设备采用杠杆传动。

2、测力计。采用应变圈，量表为百分表。

3、环刀。内径6.18cm，高2.0cm。

4、其他。切土刀、钢丝锯、滤纸、毛玻璃板、凡士林等。

三、操作步骤

1、将试样表面削平，用环刀切取试件，测密度，每组试验至少取四个试样，各级垂直荷载的大小根据工程实际和土的软硬程度而定，一般可按100kPa，200kPa，300kPa，400kPa（即1.0 kg/cm2，2.0 kg/cm2，3.0 kg/cm2，4.0 kg/cm2）施加。

2、检查下盒底下两滑槽内钢珠是否分布均匀，在上下盒接触面上涂抹少许润滑油，对准剪切盒的上下盒，插入固定销钉，在下盒内顺次放洁净透水石一块及湿润滤纸一张。 图7-1 应变控制式直剪仪

1—轮轴；2—底座；3—透水石；4—测微表；5—活塞；

6—上盒；7—土样；8—测微表；9—量力环；10—下盒

3、将盛有试样的环刀平口朝下，刀口朝上，在试样面放湿润滤纸一张及透水石一块，对准剪切盒的上盒，然后将试样通过透水石徐徐压入剪切盒底，移去环刀，并顺次加上传压板及加压框架。

4、在量力环的安装水平测微表，装好后应检查测微表是否装反，表脚是否灵活和水平，然后按顺时针方向徐徐转动手轮，使上盒两端的钢珠恰好与量力环按触（即量力环中测微表指针被触动）。

5、顺次小心地加上传压板、钢珠，加压框架和相应质量的砝码（避免撞击和摇动）。

6、施加垂直压力后应立即拔去固定销（此项工作切勿忘记）。开动秒表，同时以每分钟4~12转的均匀速度转动手轮（学生可用6转/分），转动过程不应中途停顿或时快时慢，使试样在3~5分钟内剪破，手轮每转一圈应测记测微表读数一次，直至量力环中的测微表指针不再前进或有后退，即说明试样已经剪破，如测微表指针一直缓慢前进，说明不出现峰值和终值，则试验应进行至剪切变形达到4mm（手轮转20转）为止。

试验五 土的直接剪切试验

一、 基本原理: 直接剪切试验的原理是根据库伦定律，土的内摩擦力与剪切面上的法向压力成正比，将同一种土制备成几个土样，分别在不同的法向压力下，沿固定的剪切面直接施加水平剪力，得其剪坏时剪应力，即为抗剪强度τf，然后根据剪切定律确定土的抗剪强度指标内摩擦角φ和内粘聚力c。

二、 仪器设备

目前广泛使用杠杆式应变式直剪仪，示意图如下

试样盒（分上、下两部分，上盒固定，下盒放在钢珠上，可以在水平方向滑动）、百分表（用以量测竖直变形）、加荷框架（采用杠杆传动的加荷方法，杠杆比为1:10）、推动座、剪切容器、测力计（亦称应力环）、环刀（内径6.18cm、高20cm）、切土工具、滤纸（蜡纸）、毛玻璃板、秒表及润滑油等。

三、 操作步骤

1．切取土样，按照要求切取3-4个原状土样。

2．仪器检查。上下盒间接触及盒内应涂抹凡士林，以减少阻力，百分表是否灵敏，插销是否失灵，钢珠是否脱落。

3．安装试样对准上下盒，插入固定销，在下盒内放入透水石一块，放入蜡纸一张，将带有土样的环刀、刃口朝上、对准盒口，将试样推入盒内，然后在试验样上放上蜡纸、透水石及盒盖，装入仪器内，加上压力，转动手轮，让其接触，拨掉插销，开始实验。

4．垂直加压。一般垂直压力分别为0.1、0.2、0.3、0.4 MPa，若土质松软，可调整加压荷载，以免挤出。

5．水平剪切。转动手轮，使上盒前端钢珠刚好与量力环接触。调整量力环中的百分表读数为零。拔出固定销，开动秒表，固结快剪和快剪法以每分钟6转匀速旋转手轮，使试样在3-5分钟内剪坏。如量力环中百分表指针不再前进，或者显著后退，表示试样已剪坏。若百分表读数无峰值，则剪切变形达6mm才能停止。同时测记手轮转数n和量力环测微表读数R0。慢剪法剪切速率应小于0.02mm/min，一般采用电动装置。

四、实验数据记录与处理

浅析土的直接剪切试验与其影响因素

摘要:抗剪强度指标C和φ是评价岩土体性质和工程设计的重要参数,在工程设计质量和工程施工中起着非常重要的作用。本文就土的直接剪切试验与影响因素进行了分析。

关键词:土体；剪切试验；影响； 密度

土的抗剪强度是土体抵抗剪切破坏的极限能力，是土的一个重要力学指标，在估算地基承载力、评价地基稳定性以及计算码头、路堤、土坝等斜坡稳定性以及挡土建筑物的土压力时，都需要土的抗剪强度指标。在专业领域上，把测定土体抗剪强度指标的试验称为剪切试验。土抵抗剪应力是土体保持自身不被破坏而所能承受的最大剪应力，因此如何使试验成果能较准确地反映不同土体的力学性质，以及掌握它与其它指标之间的相互关系和影响就显得非常重要。所以，对土的直接剪切试验与影响因素的分析就要做得非常认真，确保试验结构的准确，从而使工程顺利施工，并保护岩土体的整体不被破坏。

1 密度、含水量与抗剪强度的关系

1.1 土的天然含水量与抗剪强度的关系

对黏性土来说，天然含水率ω值与抗剪强度即C，值成负相关，反之亦然。对不同岩性相同含水量土样来说，其抗剪强度还受容重，颗粒成份、组成等因素影响。

因为黏性土含矿物质较高，一般在15%～25%，甚至更高，黏土矿物含量越高吸附水的能力就越强。当含水量增大时，土的和C值将随之降低，从而使抗剪强度降低。但当含水量降低时，土的结构联结增强，从而有助于黏聚力C和内摩擦角U的提高。

对沙土来说抗剪强度一般也随含水量增加而降低。图1是粉质沙土的内摩擦角与含水率的关系图。

图1粉质沙土的内摩擦角与含水率X的关系曲线图

由此可见，干沙的内摩擦角最大，含水率增大到接近最大分子水容度时，值最小，当含水率达到毛细管水容度时，再度增大。继续增大含水率则将导致内摩擦角值的降低。

1.2 土的密度(容重)与抗剪强度的关系

对黏性土来说土的密度越大，其抗剪强度越大，这是因为在天然含水率ω

相同情况下，密度越大，其干密度也就越大，则空隙比越小，凝聚力C值相应增大，内摩擦角值相应降低。

土的直接剪切试验

直接剪切试验是通过在预定的剪切面上分别直接施加法向压力和剪应力求得土的抗剪强度指标的试验。环 刀 内径61.8mm，高度20mm

基本原理

土的抗剪强度是土在外力作用下，其一部分土体对于另一部分土体滑动时所具有的抵抗剪切的极限强度。该试验是将同一种土的几个试样分别在不同的垂直压力作用下，沿固定的剪切面直接施加水平剪力，得到破坏时的剪应力，然后根据库仑定律，确定土的抗剪强度指标:内摩擦角和凝聚力。

剪切类型

直接剪切试验，英文direct shear test，属于工程地质学词汇，即根据剪切时排水条件，直接剪切试验方法可分为快剪(不排水剪)、慢剪(排水剪)及固结快剪(固结不排水剪)等。按施加剪力的方式不同，直接剪切仪分应变控制式和应力控制式两种。前者是通过弹性钢环变形控制剪切位移的速率。后者是通过杠杆用砝码控制施加剪应力的速率，测相应的剪切位移。目前多用应变控制式，应力控制式只适用于作慢剪及长期强度试验。慢剪(排水剪)适用于细粒土;固结快剪(固结不排水剪)适用于渗透系数小于l0 cm/s的细粒土;快剪(不排水剪)适用于渗透系数小于10cm/s的细粒土。

剪切实验:慢剪

(1)本试验方法适用于细粒土;(2)本试验所用的主要仪器设备，应符合下列规定:① 应变控制式直剪仪:由剪切盒、垂直加压设备、剪切传动装置、测力计、位移量测系统组成;② 环刀:内径61.8mm，高度20mm;③ 位移量测设备:量程为10mm，分度值为0.01mm的百分表或准确度为全量程0.2 %的传感器;

(3) 慢剪试验，应按下列步骤进行:①原状土试样制备，应按"试样制备"第4条的步骤进行，扰动±试样制备按"试样制备"第6条的步骤进行，每组试样不得少于4 个。