实验目的了解掌握土的内摩擦角及内聚力的测定,以计算并复核地基土的强度、土坡稳定和侧土压力。实验原理直接剪切试验过程中,试样放在剪切盒中,它在一水平面上被分为上、下盒,一半固定,另一半或推或拉以产生水平位移。上部通过刚性加载帽施加正的竖向力P。试验过程中竖向力一般不变,可量测水平向剪力、水平位移和试样垂直位移。根据剪切面的面积,可计算出剪切面上的正应力和剪应力。从破坏面破坏时的正应力和剪应力间关系可确定土的强度包线。如下图5-1所示。
实验仪器1、应变控制式直剪仪
2、削土刀,秒表,玻璃板,推土器,滤纸
操作步骤快剪:在试样上施加垂直压力后立即快速施加水平剪应力。
固结快剪:在试样上施加垂直压力,待试样排水固结稳定后,快速施加水平剪应力。
慢剪:在试样上施加垂直压力及水平剪应力的过程中,均使试样排水固结。
快剪实验可按以下步骤进行:
1、制备土样:制备给定干密度和含水量范围的扰动土样,土样为直径约200mm,高约100mm的土柱。
2、切取土样:用与直剪仪配套的环刀切取土样。环刀刃口向下对准圆柱土样中心,慢慢垂直下压,边压边削切土样使土样成锥台形。直至土样伸出环刀顶面为止,将环刀两边余土削去修平,擦净环刀外壁。
3、安装土样:对准上下剪切盒,插入固定插销。在下盒内放透水石,然后放入一片滤纸,然后用推土器将试样徐徐推入剪切盒内,移去环刀。再顺次放入另一张同直径的滤纸、上透水石、传压盖板。
4、调试仪器:安装加压框架,转动手轮,使上剪切盒前端钢珠刚好与测力环接触。调整测力环百分表读数为零。如需要测记垂直变形量,安装垂直位移计或百分表。
5、施加垂直压力:转动手轮,使上盒前端钢珠刚好与测力计接触,调整测力计中的量表读数为零。顺次加上盖板、钢珠压力框架。每组四个试样,分别在四种不同的垂直压力下进行剪切。在教学上,可取四个垂直压力分别为50、100、200、400kPa。
6、进行剪切:施加垂直压力后,立即拔出固定销钉,开动秒表,以每分钟4~6转的均匀速率旋转手轮。使试样在3~5分钟内剪破。如测力计中的量表指针不再前进,或有显著后退,表示试样已经被剪破。但一般宜剪至剪切变形达4mm。若量表指针再继续增加,则剪切变形应达6mm为止。手轮每转一圈,同时测记测力计量表读数,直到试样剪破为止。
7、拆卸试样:剪切结束后,吸去剪切盒中的积水,倒转手轮,移去水平力和垂直压力、框架、上盖板,取出试样。
土的直接剪切实验数据记录
式中: —土的抗剪强度,kPa;
C —测力计率定系数,kPa/0.01mm;商丘师范学院岩土力学实验室直接剪切仪所使用量力环系数为C =1.57 kPa/0.01mm.
R —测力计量表最大读数,或位移4毫米时的读数(0.01毫米),0.01mm。
2、绘制τ~σ曲线
以抗剪强度τ为纵坐标,垂直压力σ为横坐标,绘制抗剪强度τ与垂直压力σ的关系曲线。根据绘制的坐标系描绘实验结果所记录的各点,连接各点绘制一条直线。则直线的倾角为土的内摩擦角Φ,直线在纵坐标轴上的截距为土的粘聚力c 。
根据实验数据绘制图表
2、削土刀,秒表,玻璃板,推土器,滤纸
操作步骤快剪:在试样上施加垂直压力后立即快速施加水平剪应力。
固结快剪:在试样上施加垂直压力,待试样排水固结稳定后,快速施加水平剪应力。
慢剪:在试样上施加垂直压力及水平剪应力的过程中,均使试样排水固结。
快剪实验可按以下步骤进行:
1、制备土样:制备给定干密度和含水量范围的扰动土样,土样为直径约200mm,高约100mm的土柱。
2、切取土样:用与直剪仪配套的环刀切取土样。环刀刃口向下对准圆柱土样中心,慢慢垂直下压,边压边削切土样使土样成锥台形。直至土样伸出环刀顶面为止,将环刀两边余土削去修平,擦净环刀外壁。
3、安装土样:对准上下剪切盒,插入固定插销。在下盒内放透水石,然后放入一片滤纸,然后用推土器将试样徐徐推入剪切盒内,移去环刀。再顺次放入另一张同直径的滤纸、上透水石、传压盖板。
4、调试仪器:安装加压框架,转动手轮,使上剪切盒前端钢珠刚好与测力环接触。调整测力环百分表读数为零。如需要测记垂直变形量,安装垂直位移计或百分表。
5、施加垂直压力:转动手轮,使上盒前端钢珠刚好与测力计接触,调整测力计中的量表读数为零。顺次加上盖板、钢珠压力框架。每组四个试样,分别在四种不同的垂直压力下进行剪切。在教学上,可取四个垂直压力分别为50、100、200、400kPa。
6、进行剪切:施加垂直压力后,立即拔出固定销钉,开动秒表,以每分钟4~6转的均匀速率旋转手轮。使试样在3~5分钟内剪破。如测力计中的量表指针不再前进,或有显著后退,表示试样已经被剪破。但一般宜剪至剪切变形达4mm。若量表指针再继续增加,则剪切变形应达6mm为止。手轮每转一圈,同时测记测力计量表读数,直到试样剪破为止。
7、拆卸试样:剪切结束后,吸去剪切盒中的积水,倒转手轮,移去水平力和垂直压力、框架、上盖板,取出试样。
土的直接剪切实验数据记录
试样面积(cm²) | 30 | 量力环系数C(kPa/0.01mm) | 1.57 | |||||||||
垂直压力(kPa) | 50 | 100 | 200 | 400 | ||||||||
手轮转数 | 测力计读数 | 剪切位移 | 剪应力 | 测力计读数 | 剪切位移 | 剪应力 | 测力计读数 | 剪切位移 | 剪应力 | 测力计读数 | 剪切位移 | 剪应力 |
2转时 | 2 | 39.98 | 10.47 | 7.5 | 39.92 | 39.25 | 16 | 39.84 | 83.73 | 29 | 39.71 | 151.77 |
4转时 | 8 | 79.92 | 41.87 | 10.5 | 79.89 | 54.95 | 24 | 79.76 | 125.60 | 43 | 79.57 | 225.03 |
6转时 | 10 | 119.90 | 52.33 | 14 | 119.86 | 73.27 | 31 | 119.69 | 162.23 | 57 | 119.43 | 298.30 |
8转时 | 11.5 | 159.88 | 60.18 | 20 | 159.80 | 104.67 | 46 | 159.54 | 240.73 | 87 | 159.13 | 455.30 |
10转时 | 13 | 199.87 | 68.03 | 27 | 199.73 | 141.30 | 55 | 199.45 | 287.83 | 109 | 198.91 | 570.43 |
12转时 | 15 | 239.85 | 78.50 | 33 | 239.67 | 172.70 | 60 | 239.40 | 314.00 | 116 | 238.84 | 607.07 |
14转时 | 15.5 | 279.85 | 81.12 | 40 | 279.60 | 209.33 | 65 | 279.35 | 340.17 | 128 | 278.72 | 669.87 |
16转时 | 17 | 319.83 | 88.97 | 43 | 319.57 | 225.03 | 70 | 319.30 | 366.33 | 141 | 318.59 | 737.90 |
18转时 | 17 | 359.83 | 88.97 | 43 | 359.57 | 225.03 | 74 | 359.26 | 387.27 | 148 | 358.52 | 774.53 |
20转时 | 20 | 399.80 | 104.67 | 43 | 399.57 | 225.03 | 77 | 399.23 | 402.97 | 150 | 398.50 | 785.00 |
22转时 | ||||||||||||
斜率 | 0.503 | |||||||||||
内摩擦角 | -6.11 | |||||||||||
粘聚力 | 12.50 |
实验数据处理1、按下式计算各级垂直压力下所测的抗剪强度:
式中: —土的抗剪强度,kPa;
C —测力计率定系数,kPa/0.01mm;商丘师范学院岩土力学实验室直接剪切仪所使用量力环系数为C =1.57 kPa/0.01mm.
R —测力计量表最大读数,或位移4毫米时的读数(0.01毫米),0.01mm。
2、绘制τ~σ曲线
以抗剪强度τ为纵坐标,垂直压力σ为横坐标,绘制抗剪强度τ与垂直压力σ的关系曲线。根据绘制的坐标系描绘实验结果所记录的各点,连接各点绘制一条直线。则直线的倾角为土的内摩擦角Φ,直线在纵坐标轴上的截距为土的粘聚力c 。
根据实验数据绘制图表
实验结论本实验过程中,实验材料选取合适,获取能真实反应材料性能的实验数据。数据记录准确,数据处理方法正确,绘制图表准确,得到能贴切反应实验材料的结果。本文由以下小程序生成
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