2.3　实验演示

2.3　实验演示

2.3.1　实验装置

直接剪切仪分为应变控制式和应力控制式两种，前者是通过等速推动试样产生位移，测定相应的剪应力，后者则是通过对试件分级施加水平剪应力，测定相应的位移。目前我国普遍采用的是应变控制式直接剪切仪（见图5）。

图5　应变控制式直接剪切仪

1.轮轴；2.底座；3.透水石；4.量表；5.活塞；6.上盒；7.土样；8.量表；9.量力环；10.下盒

2.3.2　实验操作

在直剪试验过程中，因不能量测孔隙水应力，也不能控制排水，所以只能以总应力法来表示土的抗剪强度。为了考虑固结程度和排水条件对抗剪强度的影响，根据加荷速率的快慢可将直剪试验分为快剪（不排水剪）、固结快剪（固结不排水剪）、慢剪（排水剪）三种。快剪试验是在试样上施加垂直压力后立即施加水平剪切力。固结快剪是在试样上施加垂直压力，待排水固结稳定后施加水平剪切力。慢剪试验又叫排水剪切试验，是在试样上施加垂直压力和水平剪切力的过程中均使试样排水固结。本文以快剪法为例：

（1）对准上下盒，插入固定销钉，在下盒内放入洁净透水板及塑料薄膜。

（2）将装有试样的环刀刀口向上，平口向下，对准剪切盒上盒口，在试样上面放塑料薄膜及透水板，然后将试样徐徐压入盒底，移去环刀，并顺次加上活塞钢珠及加压框架。

（3）转动手轮，使上盒前端钢珠刚好与测力计接触。顺次加上加压盖板、钢珠、加压框架。调整测力计百分表初读数。

（4）施加垂直压力。本试验至少取4个试样，分别加不同的垂直压力，其大小按估计所受计算荷载的范围而定，一般可按25、50、100、200、300、400kPa施加。加荷时一次轻轻加上，但必须注意，如土质松软，为防止试样被挤出，应分级施加，切不可一次加上去。

（5）施加垂直压力后，立即拔去固定销钉，以0.8mm/min的剪切速度进行剪切，使试样在3～5min内剪损。如测力计中百分表的读数达到稳定，或有显著后退，表示试样已剪损。一般宜剪至剪切变形达到4mm。若测力计百分表的读数继续增加，则剪切变形应达到6mm为止，同时记下测力计百分表的最大读数。

（6）剪切结束后，吸去剪切盒中的积水，倒转手轮，尽快移去垂直压力、加压框架、钢珠、加压盖板等，取出试样。

（7）抄录直剪仪测力计显示的率定系数C。

实验共取样3个，实验记录见表1。

表1　剪切实验记录表

2.3.3　数据处理

计算每一试样的剪应力公式：

τf=CR

式中：τf—土的抗剪强度，单位：kPa；

C—测力计率定系数，单位：kPa/0.01 mm；

R—测力计量表读数，单位：0.01 mm。

绘制τf～σ曲线，以垂直压力σ为横坐标，以抗剪强度τf为纵坐标，纵横坐标必须为同一比例，根据图中各点绘制τf～σ关系曲线。该直线的倾角为土的内摩擦角φ，该直线在纵轴上的截距为土的凝聚力C（见图6）。

图6　抗剪强度-垂直压力关系曲线