摘要：土作為常用的工程材料，對(duì)研究土的特性有實(shí)際的工程意義潦刃。通過(guò)土的壓縮實(shí)驗(yàn)可以測(cè)定土體的壓縮變形與荷載的關(guān)系侮措；土的液塑限聯(lián)合測(cè)試實(shí)驗(yàn)可以計(jì)算土的天然稠度及塑性指標(biāo)；土的抗剪強(qiáng)度是建筑物安全穩(wěn)定的重要力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)乖杠，對(duì)土的強(qiáng)度特性進(jìn)行研究的重要指標(biāo)之一分扎。估計(jì)土的抗剪強(qiáng)度過(guò)高或過(guò)低都會(huì)破壞工程，并帶來(lái)浪費(fèi)胧洒。一般在巖土工程勘察中測(cè)定土的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)要采用直接剪切或者三軸試驗(yàn)畏吓。但是不同要求要選擇不同的剪切試驗(yàn)手段，所得的結(jié)果也是不一樣的略荡。
關(guān)鍵詞：三軸實(shí)驗(yàn)庵佣；直接剪切實(shí)驗(yàn)；抗剪強(qiáng)度汛兜；
1.常規(guī)三軸實(shí)驗(yàn)
測(cè)定天然土體試件在某一固定周圍壓力下的抗剪強(qiáng)度 ，是根據(jù)摩爾-庫(kù)侖破壞準(zhǔn)則測(cè)定土體的強(qiáng)度參數(shù)：凝聚力通今、內(nèi)摩擦角 粥谬；三軸壓縮試驗(yàn)是用來(lái)測(cè)定土樣試件在某一固定周圍壓力下的抗剪強(qiáng)度，然后根據(jù)三個(gè)以上試件辫塌，在不同周圍壓力下測(cè)得的抗剪強(qiáng)度漏策，利用摩爾-庫(kù)侖破壞準(zhǔn)則確定土體的抗剪強(qiáng)度參數(shù)。一般認(rèn)為臼氨，土體的破壞條件用摩爾-庫(kù)侖破壞準(zhǔn)則表示比較符合實(shí)際情況掺喻。即土體在各向主應(yīng)力的作用下，作用在某一應(yīng)力面上的剪應(yīng)力與法向應(yīng)力之比達(dá)到某一比值储矩，土體將沿該面發(fā)生剪切破壞感耙，而與作用的各向主應(yīng)力的大小無(wú)關(guān)。摩爾-庫(kù)侖破壞準(zhǔn)則的表達(dá)式為：
常規(guī)三軸試驗(yàn)是取3~4個(gè)圓柱體試樣持隧，分別在其四周施加不同的恒定周圍壓力（小主應(yīng)力）即硼，隨后逐漸增加軸向壓力（大主應(yīng)力）直至破壞為止。
2.液塑限試驗(yàn)
土的天然含水量在一定程度上反映土中水量的多少屡拨。但僅僅天然含水量并不能說(shuō)明土處于什么物理狀態(tài)只酥，因此還需要一個(gè)能夠表示天然含水量與界限含水量關(guān)系的指標(biāo)褥实，即液性指標(biāo)IL。
式中：w——天然含水量裂允；
wL——液限损离；
wp——塑限。
必須通過(guò)液塑限試驗(yàn)對(duì)其進(jìn)行確定绝编。
3.直接快剪和固結(jié)快剪
計(jì)算地基的天然強(qiáng)度可用直接快剪草冈，而計(jì)算地基承載力及穩(wěn)定性則用固結(jié)快剪。直接快剪試驗(yàn)的環(huán)刀采用Φ61.8×20mm對(duì)原狀試樣進(jìn)行切取瓮增，3至4塊為一組怎棱，密度差不能大于0.03g/cm3。剪切容器上下盒對(duì)準(zhǔn)绷跑，將固定銷插入拳恋，透水板及硬塑料薄膜放在下盒內(nèi)，環(huán)刀上帶有試用將刀刃口向上砸捏，對(duì)剪切盒口谬运，硬塑料薄膜及透水板放在試樣上，并將其慢慢推入剪切盒內(nèi)垦藏，按100梆暖、200、300掂骏、400kPa或者按照50轰驳、100、150弟灼、200kPa施加垂直壓力向盒內(nèi)注水级解，將固定銷拔去，剪切速率以0.8mm/min剪切直到試驗(yàn)完成田绑。3~5min將試樣剪損勤哗。固結(jié)快剪試驗(yàn)的環(huán)刀采用Φ61.8×20mm對(duì)原狀試樣進(jìn)行切取。3至4塊為一組掩驱，密度差不能大于0.03g/cm3芒划。按100、200欧穴、300民逼、400kPa或者按照50、100苔可、150缴挖、200kPa對(duì)試樣施加垂直壓力，待試樣排水固結(jié)每小時(shí)變形量小于0.005mm變形穩(wěn)定后焚辅，按快剪方法進(jìn)行剪切映屋。運(yùn)用對(duì)同一試樣用不同直接剪切方法對(duì)不同類型的試樣進(jìn)行比對(duì)試驗(yàn)苟鸯。結(jié)果如表1所示。
表1中對(duì)比直接快剪及固結(jié)快剪抗剪強(qiáng)度數(shù)據(jù)棚点，可看出淤泥質(zhì)黏土與淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土的Φ值變化大早处，c值略有增大；粉土的直接快剪的抗剪強(qiáng)度跟固結(jié)快剪的相似瘫析，因?yàn)槠洇抵导癱值變化都很小砌梆。粉質(zhì)黏土的IL>0.25，則Φ值有較大的變化贬循，c值略增大咸包，反之則Φ值跟c值變化不大。
固結(jié)快剪的試樣密度增大是利用施加垂直壓力的辦法通過(guò)試樣孔隙排出水杖虾，試樣含水率越大烂瘫，其抗剪強(qiáng)度變化也大。垂直靜止壓力不能將粉土水分排出奇适，只通過(guò)震動(dòng)及擾動(dòng)方式將水液化坟比，所以抗剪強(qiáng)度變化較小。試樣為硬塑時(shí)嚷往，土骨架結(jié)構(gòu)即使是垂直加壓也不能破壞葛账，也所抗剪強(qiáng)度變化較小。
4．直接快剪和三軸不固結(jié)不排水剪
三軸不固結(jié)不排水剪是對(duì)試樣施加圍壓及增加軸向壓力向其在被破壞過(guò)程中不允許排水皮仁，得出的抗剪強(qiáng)度可計(jì)算地基的天然強(qiáng)度籍琳。用同一類試樣進(jìn)行直接快剪及三軸不固結(jié)不排水剪進(jìn)行對(duì)比，它們都屬于不固結(jié)不排水剪切魂贬。制備一圓柱形試樣高80mm巩割，直徑39.1mm，3至4塊為一組付燥，依次在三軸儀壓力室底座放置不放透水板、試樣和不透不樣帽愈犹，承膜筒將橡皮膜套在試樣外键科，并將橡皮膜兩端與底座及試樣帽用橡皮圈分別扎緊。以100漩怎、200勋颖、300．400 kPa向周圍施加壓力，剪切速率以0.8mm/min進(jìn)行測(cè)力計(jì)讀數(shù)穩(wěn)定勋锤，當(dāng)無(wú)峰值出現(xiàn)時(shí)饭玲，剪切以軸向應(yīng)變?yōu)?5%~20%結(jié)束。按照《土工試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》進(jìn)行直接快剪叁执，試驗(yàn)結(jié)果如表2茄厘。
上表可知矮冬，直接快剪沒(méi)測(cè)得的抗剪強(qiáng)度比三軸不固結(jié)不排水普遍偏大。
直接快剪的剪切面是固定的次哈，剪切位移的增加使剪切面積相應(yīng)減小胎署，不均勻分布的剪應(yīng)力及剪應(yīng)變，也不能對(duì)排水嚴(yán)格控制窑滞，剪切盒縫隙拓排出部分水分琼牧，使試樣內(nèi)摩擦角偏大。三軸不固結(jié)不排水剪切面是不固定的哀卫，沿著土樣抗剪能力最弱的地方面剪切面破壞巨坊，均勻分布剪應(yīng)力及剪應(yīng)變，對(duì)排水嚴(yán)格控制此改，其結(jié)果接近土的實(shí)際理論值趾撵。
5．不固結(jié)不排水剪與因結(jié)不排水剪
三軸固結(jié)不排水剪試驗(yàn)在某一周圍壓力下將土樣排水固結(jié)，然后保持不排水带斑，通過(guò)軸向壓力的增加破壞試樣鼓寺。用來(lái)考慮上部荷載易引起地基強(qiáng)度增大，計(jì)算固結(jié)后地基穩(wěn)定性及或基坑穩(wěn)定性勋磕。用同一類土樣進(jìn)行不固結(jié)不排水剪及固結(jié)不排水剪對(duì)比試驗(yàn)妈候，將水通過(guò)孔隙水壓力系統(tǒng)及壓力室底座達(dá)到排氣目的，制作圓柱形土樣直徑為39.1mm挂滓，高80mm苦银。3至4塊為一組，依次在三軸儀壓力室底座放上透水板赶站、幔虏、濕濾紙、試樣贝椿、濕濾紙想括、透水板，將7~9條的濾紙條貼在土樣周圍烙博，承膜筒將橡皮膜套在試樣外瑟蜈，并扎緊將橡皮膜兩端與底座及土樣帽。將管內(nèi)水面降低到土樣中心20~40cm以下渣窜，將土樣及橡皮膜間的余水吸除铺根，再按100、200乔宿、300位迂、400 kPa向其施加周圍壓力，排水固結(jié)至穩(wěn)定，剪切速率以0.1mm/min進(jìn)行掂林，直到測(cè)力計(jì)計(jì)數(shù)穩(wěn)定臣缀。當(dāng)無(wú)峰值出現(xiàn)時(shí)，剪切以軸向應(yīng)變?yōu)?5%~20%結(jié)束党饮。不固結(jié)不排水剪的試驗(yàn)方法按《土工試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》執(zhí)行肝陪，結(jié)果如表3所示。
上表可知固結(jié)不排水剪總抗剪強(qiáng)度比不固結(jié)不排水剪大刑顺。淤泥質(zhì)黏土固結(jié)不排水剪Φ及c值變化較大氯窍。粉土固結(jié)不排水剪的Φ值小于不固結(jié)不排水剪的，且c值變化更大蹲堂。
固結(jié)不排水剪排水固結(jié)過(guò)程是三軸方向的狼讨，濾紙條的粘貼使土樣更充分排水固結(jié)。淤泥質(zhì)黏土排水固結(jié)后土樣密度增大柒竞，粉土狀態(tài)也變密實(shí)了政供。
6．固結(jié)快剪與三三軸固結(jié)不排水剪
這兩種都屬于固結(jié)剪切，對(duì)同一試樣對(duì)比固結(jié)快剪及固結(jié)不排水剪試驗(yàn)朽基，按照國(guó)際《土工試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》如果如表4所示布隔。
表4對(duì)比固結(jié)快剪及固結(jié)不排不剪
上表可知，固結(jié)不排水剪總抗剪強(qiáng)度比固結(jié)快剪的大稼虎。
固結(jié)快剪及固結(jié)不排水剪的固結(jié)排水的方向分別是垂直及三軸方向的衅檀，固結(jié)快剪排水更充分。固結(jié)快剪與固結(jié)不排水剪剪切方法不一樣霎俩，前者是水平施加剪應(yīng)力破壞試樣哀军，開(kāi)始的土樣剪損面是固定的；而三軸固結(jié)不排水剪通過(guò)在垂直方向施加主應(yīng)力破壞土樣打却，地址欄剪損面不固定杉适，Φ及c值變化較大。
7.結(jié)束語(yǔ)
運(yùn)用不同剪切方法對(duì)同一土樣進(jìn)行實(shí)驗(yàn)會(huì)得出不同的抗剪強(qiáng)度柳击，其差異是因?yàn)槭芎蓹C(jī)理和試驗(yàn)方法的不同猿推。實(shí)際工程中地基條件及加荷情況不明確，而直剪實(shí)驗(yàn)和三軸實(shí)驗(yàn)是在室內(nèi)進(jìn)行的捌肴，所以實(shí)驗(yàn)結(jié)果與實(shí)際存在著差別彤守，所以要提前分析地基的條件并結(jié)合之前的經(jīng)驗(yàn)加以判斷，進(jìn)而提出更好的剪切方法和實(shí)驗(yàn)要求得出指標(biāo)哭靖。國(guó)際中直接剪切實(shí)驗(yàn)只適用于滲透系數(shù)小的高塑性黏土。因?yàn)槠浜?jiǎn)單所以被普遍應(yīng)用于工程上侈离，而結(jié)果表明试幽，三軸試驗(yàn)反映土體的抗剪強(qiáng)度更合理。所以一些重要的工程盡量采用三軸剪切實(shí)驗(yàn)。
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