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| 關鍵字: T0178-2007粗粒土直接剪切試驗 日期: 2021-2-5 19:45:26 點擊 12711 次 |
JTG 3430—2020《公路土工試驗規程》----27 粗粒土直接剪切試驗
1.相關產品鏈接：
?【應力控制式大型直剪儀】
2.測試方法：
?【T0178-2007粗粒土直接剪切試驗】
T0178-2007粗粒土直接剪切試驗
1 目的和適用范圍
本試驗采用應力控制式或應變控制式大型直接剪切儀測定粗、巨粒土的抗剪強度參數。
2 儀器設備
2.1 應力控制式大型直剪儀：由上剪切盒、下剪切盒、傳壓板、滾珠排、垂直加壓框架和水平加壓支座等組成，如圖T 0178-1。
2.1.1 剪切盒：形狀宜采用方形，剪切盒尺寸：邊長宜為最大粒徑的8～12 倍，上、下盒的總高度宜為最大粒徑的4～8倍。
2.1.2 加荷設備：雙向油壓千斤頂2 臺和穩壓裝置。
2.2 百分表：量程30mm，分度值0.01mm。
2.3 其他設備：真空泵（附真空測壓表）、飽和器（附金屬真空缸）、粗篩一套（篩孔孔徑分別60、40、20、10、5、2mm）、磅砰（感量250g）、電子秤、水平尺、拌和工具、恒濕設備與擊實錘。
圖T0178-1 大型直剪儀示意圖
1-上反力橫梁；2-千斤頂；3-試樣；4-傳壓板；5-上剪切盒；6-固定銷；7-水槽；8-透水板；9-滾軸排；10-下剪切盒；11-開縫裝置；12-進水孔；13-水平加荷支座；14-下反力橫梁
3 試驗步驟
3.1 制備和安裝
3.1.1 按本規程T 0102 試驗進行備料。根據試驗要求的干密度、含水率和試樣尺寸，計算并稱取試驗所需的土樣數量。對無黏性粗顆粒土，為防止顆粒分離，也可根據裝填層數，分層稱取試驗所需的土樣。
3.1.2 將下剪切盒吊放在滾軸排上，并在下剪切盒上安放開縫環及鋼珠[控制剪切開縫尺寸為（1/3～1/4） max d ]，然后將上剪切盒放上，務使上、下盒同心，并用固定插銷定位。3.1.3 將稱好的試樣拌勻后分層裝入剪切盒內（層次可根據高度與層縫錯開的原則而定，一般為3 或5 層）。每一層應擊實至要求的高度。對黏質粗顆粒土，每層表面刨毛后，再填第二層。重復上述步驟至最后一層，整平表面。
3.1.4 試樣如需飽和，對無黏性粗顆粒土，宜用水頭飽和法；對黏質粗顆粒土宜用真空飽和法。
3.1.5 在試樣面上依次放上透水板、傳壓板、垂直千斤頂和傳壓板等，并與液壓穩定器管路連接。要求安裝對中，傳壓板應用水平尺校平。上、下反力鋼梁應水平。然后安裝2～4 個垂直百分表，徐徐開動垂直千斤頂，使各部接觸。記錄變形初始讀數。
3.1.6 安裝水平千斤頂和水平百分表，務使水平千斤頂的著力線通過剪切面的中心。徐徐開動水平千斤頂，使其與下剪切盒的著力點接觸（即水平百分表開始微動）即停止。
3.1.7 每組試驗應制備4 至5 個試樣，其密度差值不得大于0.03g/cm3，含水率差值不得大于1%。在不同壓力下進行試驗，各級垂直壓力級差大致相同。
3.2 快剪試驗（Q）
3.2.1 按本試驗3.1.5 的規定安裝試樣和定位，但在試樣上、下面接觸處，安放與透水板厚度相等的不透水鋼板。在試樣上一次施加額定的垂直荷載，使其在整個試驗過程中保持恒定。
3.2.2 拔除上、下剪切盒的固定銷并取掉開縫環。記錄垂直、水平千斤頂、百分表等的讀數。隨即開動水平千斤頂，施加水平荷載，每30s 加一級，并測讀1 次水平百分表和垂直百分表的讀數。起始水平荷載按垂直荷載的7%～10%施加。當某級水平荷載下的剪切位移超過前一級剪切位移的1.5～2.0倍時，改為按5%施加。每施加一級水平荷載，測讀垂直和水平百分表各一次。
當水平荷載讀數不再增加或剪切變形急劇增長時，即認為已剪損。若無上述兩種情況出現，應控制剪切變形達試樣直徑的1/15～1/10，方可停止試驗。應控制試樣在5～10min內達到剪切破壞。
3.2.3 試驗結束后，盡快卸去百分表、水平荷載、垂直荷載和加荷設備。視需要對剪切面作簡要描述。取剪切面附近的試樣，測定其剪切后含水率與顆粒級配。
3.3 固結快剪試驗（CQ）
3.3.1 按本試驗3.2.1 的規定進行試樣安裝和定位。但試樣上、下兩面的不透水板換放細銅絲布和透水鋼板。
3.3.2 在試樣上施加垂直荷載后，如每小時垂直變形小于0.03mm，則認為變形穩定。測記此時垂直百分表讀數。
3.3.3 試樣達到固結穩定后，按本試驗3.2.2 和3.2.3 的規定進行剪切。
3.4 慢剪試驗（S）
3.4.1 按本試驗3.2.1 的規定進行試樣安裝和定位。但試樣上、下兩面的不透水板改放細銅絲布和透水鋼板。
3.4.2 按本試驗3.3.2 的規定進行試樣固結。
3.4.3 試樣達到固結穩定，拔除上、下剪切盒固定銷并取掉開縫環。檢查垂直千斤頂、水平千斤頂、百分表等，記錄其讀數。開動水平千斤頂，施加水平荷載，每隔1min 測記1次水平百分表讀數和垂直百分表讀數。若1min 內剪切變形不超過0.01mm，則施加下一級水平荷載。起始水平荷載每級按垂直荷載的7%～10%施加，當某級水平荷載下的剪切位移超過前一級剪切位移的1.5～2.0 倍時，改為按5%施加。
當水平荷載讀數不再增加或剪切變形急劇增長，即認為已剪損。若無上述兩種情況出現，應控制剪切變形達試樣直徑的1/5～1/10，方可停止試驗。
3.4.4 試驗結束后，按本試驗3.2.3 的規定拆除試樣，并測定其剪切后含水率與顆粒級配。
4 結果整理
4.1 按下列公式計算垂直壓力和剪應力：
Pv+△P ??
P=----------------? （T 0178-1）
A
Ph-F ?
T=-------------?? （T 0178-2）
A
Pv= CvRv （T 0178-3）
Ph=ChRh （T 0178-4）
式中：P、t——分別為垂直壓力和剪應力（kPa）；
Pv、Ph——分別為垂直荷載和水平荷載（kN）；
Cv、Ch——分別為垂直千斤頂和水平千斤頂上壓力表的率定系數（kN/kPa）；
Rv、Rh——分別為垂直和水平千斤頂壓力表讀數（kPa）；
F——某垂直壓力下儀器摩擦力（kN）；
P ——附加垂直荷載，包括透水板、傳壓板和千斤頂的重力，千斤頂以上的設備重力不計在內（kN）； A——試樣面積（m2）。
4.2 以剪應力和垂直變形為縱坐標，水平位移為橫坐標，分別繪制某級垂直壓力下剪應力? 與水平位移?L 關系曲線和垂直變形?s與水平位移?L 關系曲線，見圖T 0178-2和圖T0178-3。
圖T 0178-2 剪應力與水平位移關系曲線圖T 0178-3 水平位移與垂直變形關系曲線
4.3 取剪應力? 與水平位移?L 關系曲線上峰值或穩定值作為抗剪強度。如無明顯峰值，取水平位移達到試樣直徑1/15～1/10 處的剪應力作為抗剪強度S。
4.4 以抗剪強度S 為縱坐標，垂直壓力P 為橫坐標，繪制抗剪強度S 與垂直壓力P的關系線，如圖T0178-4所示。直線的傾角為粗顆粒土的內摩擦角φ，直線在縱坐標軸上的截距為粗顆粒土的黏聚力c 。圖T 0178-4 抗剪強度與垂直壓力關系曲線
4.5 本試驗記錄格式如表T 0178-1。
表 T 0178-1 粗顆粒土直接剪切試驗記錄表
工程名稱 鉆孔編號 試驗者
制樣日期 計 算 者 校核者
試驗方法 快剪（Q） 固結快剪（CQ） 慢剪（S）
垂直壓力 p= kPa 試樣面積A= m2
固結時間 t= h 開縫尺寸t1 mm
剪切速率S= mm/min 摩擦力F= kN
初始干密度ρd= g/cm3 千斤頂率定系數：
風干含水率w= % Cv= kN/kPa
破壞剪應力τ= kPa Ch= kN/kPa
水平壓力表讀數（kPa）剪應力τ（kPa）垂直壓力表讀數（kPa）水平位移（0.01mm） 垂直形（0.01mm）百分表讀數ΔL 累計增量ΣΔL百分表讀數ΔL 累計增量ΣΔL1 2 平均 1 2平均20.0 5.3 5.9 5.6632 81.2 83.3 82.374.5 121.6 122.1 121.9101.3 204.9 205.2 205.1112.8
261.3 265.8 263.6116.3 322.1 323.5 322.8119.6 384.9 383.1 384.0123.1 433.8 432.7
433.3126.6 483.7 482.3 483.0131.1 551.6 552.7 552.2135.8 622.9 623.6 623.3141.5
711.1 712.3 711.7146.3 792.7 791.4 792.1150.9 843.3 843.9 843.6144.6 885.9 886.4
886.2140.5 924.6 925.2 924.9135.6 953.8 954.2 954.0備注
5 報告
5.1 土的性狀描述。
5.2 粗粒土的抗剪強度指標c、φ值。
條文說明
2 對粗顆粒土進行直剪試驗時，試樣尺寸取決于最大粒徑。根據國內外現有資料，統計了各試驗研究單位所用試樣尺寸與最大粒徑的比值。
由統計分析可知：試樣直徑與最大粒徑的比值（D/dmax）變化范圍較大，為4～12.5。其中徑徑比為7.5～10的統計數為64%，徑徑比小于7.5的占25%，徑徑比大于10的占11%；
徑比的變化為1.5～10，其中高徑比為4～8的占53%，高徑比大于8的占17%，高徑比小于的占30%。以上各單位采用的比值較集中為：徑徑比為7.5～10，高徑比為4～8。
不同的徑徑比和不同的高徑比，對粗顆粒土的內摩擦角的影響如圖T 0178-5、圖T 0178-6。為此確定試樣尺寸與最大粒徑關系時，同時考慮高徑比，推薦徑徑比為8～12，高徑比為4～8。圖T0178-5～D/dmax關系曲線圖T0178-6～H/dmax關系曲線
3.1.2 粗顆粒土在剪切過程中，顆粒的位置不斷調整，在剪切區產生錯動、翻滾和剪損現象。在直剪儀中，試樣受剪力盒約束及剪切面固定，因此，剪切時粗粒要發生翻滾和錯動較困難，導致顆粒剪破，剪切過程中伴隨著明顯的剪脹，使測得的強度偏高。為此，在上、下剪切盒之間開一定的縫隙。開縫的目的在于避免顆粒剪破，使試樣沿弱面剪切。但開縫過大，也不恰當，因剪切區側限作用過小，試樣易從剪切縫擠出；開縫過小，不能消除約束的影響。根據國內資料綜合分析，粗顆粒土直剪試驗的開縫尺寸推薦（1/3～1/4） max d 作為其使用標準。
3.1.3 試樣制備選用以下方法：
1 擊實法。采用與室內擊實試驗相同的功能分3～5層及層縫交錯法將試料擊實至控制密度。
2 振搗法。對砂礫石等無黏性粗顆粒土采用機械振搗到控制密度。
3 靜壓法。用千斤頂施加靜壓力，分層將試料壓實到控制密度。
3.1.4 試樣飽和常用的方法有真空抽氣飽和法、毛細管飽和法和浸水飽和法。根據實踐，真空抽氣飽和法的飽和度最高，效果最好，適用于含黏質土的粗顆粒土；毛細管飽和法次之，可用于無黏性粗顆粒土；浸水飽和法易使氣體封閉在土內，并造成細粒在水的作用下，向下移動，淤填孔隙，使試樣密度不均勻，飽和效果最差，一般不宜使用。
3.2.1 粗顆粒土在高壓情況下，抗剪強度與垂直壓力呈非線性關系，不符合庫侖方程的直線關系。因此，在設備出力允許條件下，采用的最大垂直壓力符合建筑物或地基中的受力情況；如限于儀器設備能力達不到要求的出力時，在提交試驗資料時予以說明。
3.2.2～3.2.4 水平剪切力施加方法。根據國內的情況，水平剪切力的施加方法有以下三種。
（1） 應變控制法。按水平位移計讀數的等速遞增作為標準。
（2） 時間控制法。采用液壓穩壓器均勻推動水平千斤頂施加水平剪切力，控制試樣在3～5min（有的單位控制在5～10min）內剪損。
（3） 應力控制法。按水平壓力計讀數遞增水平剪切力。本規程推薦應力控制法。剪切速率的大小直接關系到試樣排水，是影響抗剪強度的主要因素之一。對應力控制法來說，剪切速率指水平荷載分級大小和加荷快慢這兩個問題。
①水平荷載分級大小。分級施加水平荷載主要在于求得較規律的t~△L關系曲線。目前國內外采用的分級方法有以下兩種：其一是按估計的最大剪切力的百分數分級。大多數單位采用0.1 h max P 和0.05hmax P 兩級（ h max P 為最大剪應力）。美國ASTM.D3080—72在固結排水條件下土的直剪試驗標準方法中，規定應力控制法的水平剪應力的增量約等于0.1估計最大剪應力，當達到估算破壞力的50%～70%時，減少增量至0.05hmax P 。其二是按施加的垂直壓力的百分數分級，國內大多數單位采用0.1vP或0.05vP兩級（vP為垂直壓力）。不論采用哪種分級方法，水平剪切力施加不得少于10級，開始可按0.1vP施加，加至破壞力的50%～70%后可減至0.05vP。
②水平荷載施加速率。快剪試驗（包括固結快剪試驗）主要是求剪切過程中含水率保持不變時的抗剪強度，要求在較短時間內剪損。大部分單位采用快剪剪損歷時控制在5～10min內，每30s施加一級，但剪損總歷時不應超過10 min，使試樣含水率變化最小，以符合快剪要求。
慢剪試驗要求在剪切過程中試樣的孔隙壓力完全消散，因此，試驗要有充分的排水時間。關于施加水平剪切力的時間間隔，目前無統一規定。美國水道試驗站規定，每加一級水平剪切力，固結度至少要達到95%。法國中央土木試驗室試驗法則只有原則規定，即用最慢的剪切速率進行剪切，施加水平荷載，原則上要求在每級荷載下變形達穩定為止。但為了操方便，本規程規定，每1min內位移小于0.01mm時再施加下一級荷載。
3.3.2 目前對試樣在垂直荷載作用下達到穩定的控制標準，大多數單位用每小時變形不大于0.01～0.05mm。本規程規定在垂直荷載作用下，每小時垂直變形不大于0.03mm為變形穩定標準，這與原大型固結試驗的變形穩定標準一致。
4.3 粗顆粒土直剪試驗中現行破壞標準有以下兩種，即：極限強度標準和剪切位移標準。據調查統計，國內許多單位采用極限強度標準作為破壞標準，即以t~△L關系曲線上的峰值或穩定值作為破壞值。該值的概念與極限平衡理論相符，本規程推薦采用極限強度標準。但粗顆粒土剪切試驗中，有時沒有明顯的峰值，國內外資料建議采用相應于下列變形時的剪應力作為破壞值。
（1）塑性材料△Lmax＞(1/15)D ??
（2）半脆性材料△Lmax =（1/15）D
（3）脆性材料△Lmax =（1/15）～（1/20）D
本規程建議在剪切試驗過程中無峰值或穩定值時，可用△Lmax值為（1/15-1/10）D作為確定破壞值的標準。
相關關鍵字：T0178-2007粗粒土直接剪切試驗
如果您對T0178-2007粗粒土直接剪切試驗感興趣，想了解更詳細的產品信息，請與銷售部聯系：13905696738
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