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技術(shù)文章
21.1 一 般 規(guī) 定
21.1.1 本試驗(yàn)方法分為快剪、固結(jié)快剪和慢剪三種。
21.1.2快剪試驗(yàn)和固結(jié)快剪試驗(yàn)的土樣宜為滲透系數(shù)小于1×10-?cm/s 的細(xì)粒土。
21.2 儀 器 設(shè) 備
21.2.1 本試驗(yàn)所用的儀器設(shè)備應(yīng)符合下列規(guī)定：
1 應(yīng)變控制式直剪儀(圖21.2.1):包括剪切盒(水槽、上剪 切盒、下剪切盒),垂直加壓框架，負(fù)荷傳感器或測(cè)力計(jì)及推動(dòng)機(jī)構(gòu) 等，其技術(shù)條件應(yīng)符合現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《巖土工程儀器基本參數(shù)及通 用技術(shù)條件》GB/T15406 的規(guī)定；
圖21.2.1 應(yīng)變控制式直剪儀結(jié)構(gòu)示意圖
1—垂直變形百分表；2一垂直加壓框架；3一推動(dòng)座；4一剪切盒；
5一試樣；6一測(cè)力計(jì)；7一臺(tái)板；8—杠桿；9—砝碼
2 位移傳感器或位移計(jì)(百分表):量程5mm～10mm, 分度 值0.01mm;
3 天平：稱量500g, 分度值0.1g。
21.2.2 本試驗(yàn)所用的其他儀器設(shè)備應(yīng)符合下列規(guī)定：
1 環(huán)刀：內(nèi)徑6.18cm, 高 2cm;
2 其他：飽和器、削土刀或鋼絲鋸、秒表、濾紙、直尺。
21.3 操 作 步 驟
21.3.1 試樣制備應(yīng)按下列步驟進(jìn)行：
1 黏性土試樣制備：
1)從原狀土樣中切取原狀土試樣或制備給定干密度及含水率的擾動(dòng)土試樣。制備方法應(yīng)符合本標(biāo)準(zhǔn)第4.5節(jié)的規(guī)定；
2) 測(cè)定試樣的含水率及密度，應(yīng)符合本標(biāo)準(zhǔn)第5.2節(jié)及本 標(biāo)準(zhǔn)第6.2節(jié)的規(guī)定。對(duì)于試樣需要飽和時(shí)，應(yīng)按本標(biāo) 準(zhǔn)第4.6節(jié)規(guī)定的方法進(jìn)行抽氣飽和。
2 砂類土試樣制備：
1)取過2mm 篩孔的代表性風(fēng)干砂樣1200g 備用。按要求 的干密度稱每個(gè)試樣所需風(fēng)干砂量，準(zhǔn)確至0.1g;
2)對(duì)準(zhǔn)上下盒，插入固定銷，將潔凈的透水板放入剪切 盒內(nèi)；
3)將準(zhǔn)備好的砂樣倒入剪力盒內(nèi)，拂平表面，放上一塊硬木 塊，用手輕輕敲打，使試樣達(dá)到要求的干密度。然后取出 硬木塊。
3 垂直壓力應(yīng)符合下列規(guī)定：每組試驗(yàn)應(yīng)取4個(gè)試樣，在4 種不同垂直壓力下進(jìn)行剪切試驗(yàn)?？筛鶕?jù)工程實(shí)際和土的軟硬程 度施加各級(jí)垂直壓力，垂直壓力的各級(jí)差值要大致相等。也可取 垂直壓力分別為100kPa、200kPa、300kPa、400kPa,各個(gè)垂直壓力 可一次輕輕施加，若土質(zhì)松軟，也可分級(jí)施加以防試樣擠出。
21.3.2 試樣安裝與剪切應(yīng)按下列步驟進(jìn)行：
1 快剪試驗(yàn)：
1)對(duì)準(zhǔn)上下盒，插入固定銷。在下盒內(nèi)放不透水板。將裝有試樣的環(huán)刀平口向下，對(duì)準(zhǔn)剪切盒口，在試樣頂面放不 透水板，然后將試樣徐徐推入剪切盒內(nèi)，移去環(huán)刀。對(duì)砂類土，應(yīng)按本標(biāo)準(zhǔn)第21.3.1條第2款的規(guī)定制備和安裝 試樣；2)轉(zhuǎn)動(dòng)手輪，使上盒前端鋼珠剛好與負(fù)荷傳感器或測(cè)力計(jì) 接觸。調(diào)整負(fù)荷傳感器或測(cè)力計(jì)讀數(shù)為零。順次加上加 壓蓋板、鋼珠、加壓框架，安裝垂直位移傳感器或位移計(jì)， 測(cè)記起始讀數(shù)；
3)應(yīng)按本標(biāo)準(zhǔn)第21.3.1條第3款的規(guī)定施加垂直壓力；
4)施加垂直壓力后，立即拔去固定銷。開動(dòng)秒表，宜采用 0.8mm/min～1.2mm/min 的速率剪切，每分鐘4轉(zhuǎn)～6 轉(zhuǎn)的均勻速度旋轉(zhuǎn)手輪，使試樣在3min～5min 內(nèi)剪損。 當(dāng)剪應(yīng)力的讀數(shù)達(dá)到穩(wěn)定或有顯著后退時(shí)，表示試樣已 剪損，宜剪至剪切變形達(dá)到4mm。當(dāng)剪應(yīng)力讀數(shù)繼續(xù)增 加時(shí)，剪切變形應(yīng)達(dá)到6mm為止，手輪每轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)，同時(shí) 測(cè)記負(fù)荷傳感器或測(cè)力計(jì)讀數(shù)并根據(jù)需要測(cè)記垂直位移 讀數(shù)，直至剪損為止；
5)剪切結(jié)束后，吸去剪切盒中積水，倒轉(zhuǎn)手輪，移去垂直壓 力、框架、鋼珠、加壓蓋板等，取出試樣。需要時(shí)，測(cè)定剪 切面附近土的含水率。
2 固結(jié)快剪試驗(yàn)：
1)試樣安裝和定位應(yīng)符合本條第1款第1項(xiàng)、第2項(xiàng)的規(guī) 定。試樣上下兩面的不透水板改放濕濾紙和透水板；
2)當(dāng)試樣為飽和樣時(shí)，在施加垂直壓力5min 后，往剪切盒 水槽內(nèi)注滿水；當(dāng)試樣為非飽和土?xí)r，僅在活塞周圍包以 濕棉花，防止水分蒸發(fā)；
3)在試樣上施加規(guī)定的垂直壓力后，測(cè)記垂直變形讀數(shù)。 當(dāng)每小時(shí)垂直變形讀數(shù)變化不大于0.005mm 時(shí)，認(rèn)為已達(dá)到固結(jié)穩(wěn)定。試樣也可在其他儀器上固結(jié)，然后移至剪切盒內(nèi)，繼續(xù)固結(jié)至穩(wěn)定后，再進(jìn)行剪切；
4)試樣達(dá)到固結(jié)穩(wěn)定后，剪切應(yīng)按本條第1款第4項(xiàng)執(zhí)行， 剪切后取試樣測(cè)定剪切面附近試樣的含水率。
3 慢剪試驗(yàn)：
1)安裝試樣應(yīng)符合本條第1款第1項(xiàng)、第2項(xiàng)的規(guī)定；試樣固結(jié)應(yīng)符合本條第2款第1項(xiàng)～第3項(xiàng)的規(guī)定。待試樣 固結(jié)穩(wěn)定后進(jìn)行剪切。剪切速率應(yīng)小于0.02mm/min。 也可按下式估算剪切破壞時(shí)間：
tf=50t50 (21.3.2)
式中：tf——達(dá)到破壞所經(jīng)歷的時(shí)間(min);
t50—— 固結(jié)度達(dá)到50%的時(shí)間(min)。
2)剪損標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)按本條第1款第4項(xiàng)的規(guī)定選取；
3)應(yīng)按本條第1款第5項(xiàng)的規(guī)定進(jìn)行拆卸試樣及測(cè)定含水率。
21.4 計(jì)算、制圖和記錄
21.4.1 試樣的剪應(yīng)力應(yīng)按下式計(jì)算：
(21.4.1)
式中：τ—— 剪應(yīng)力(kPa);
C—— 測(cè)力計(jì)率定系數(shù)(N/0.01mm);
R—— 測(cè)力計(jì)讀數(shù)(0.01mm);
A0——試樣初始的面積(cm2)。
21.4.2 以剪應(yīng)力為縱坐標(biāo)，剪切位移為橫坐標(biāo)，繪制剪應(yīng)力 τ 與 剪切位移△L 關(guān)系曲線。
21.4.3 選取剪應(yīng)力τ與剪切位移△L 關(guān)系曲線上的峰值點(diǎn)或穩(wěn)定值作為抗剪強(qiáng)度S。 當(dāng)無明顯峰點(diǎn)時(shí)，取剪切位移△L=4mm 對(duì)應(yīng)的剪應(yīng)力作為抗剪強(qiáng)度 S。
21.4.4 以抗剪強(qiáng)度 S 為縱坐標(biāo)，垂直單位壓力 p 為橫坐標(biāo)，繪 制抗剪強(qiáng)度 S 與垂直壓力p 的關(guān)系曲線。根據(jù)圖上各點(diǎn)，繪一視 測(cè)的直線。直線的傾角為土的內(nèi)摩擦角φ,直線在縱坐標(biāo)軸上的 截距為土的黏聚力c。 各種試驗(yàn)方法所測(cè)得的c、φ值，快剪試驗(yàn)應(yīng) 表示為 cq及 φq ; 固結(jié)快剪試驗(yàn)應(yīng)表示為ccq 及φcq;慢剪試驗(yàn)應(yīng)表示 為 cs及φs。
21.4.5 本試驗(yàn)的記錄格式應(yīng)符合本標(biāo)準(zhǔn)附錄 D 表 D.38、表 D.39 的規(guī)定。
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