21 直接剪切試驗
21.1 一 般 規(guī) 定
21.1.1 本試驗方法分為快剪、固結(jié)快剪和慢剪三種。
21.1.2快剪試驗和固結(jié)快剪試驗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)荷傳感器或測力計及推動機構(gòu) 等，其技術(shù)條件應(yīng)符合現(xiàn)行國家標(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；3一推動座；4一剪切盒；
5一試樣；6一測力計；7一臺板；8—杠桿；9—砝碼
2 位移傳感器或位移計(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。對于試樣需要飽和時，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 的干密度稱每個試樣所需風(fēng)干砂量，準(zhǔn)確至0.1g;
2)對準(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：每組試驗應(yīng)取4個試樣，在4 種不同垂直壓力下進(jìn)行剪切試驗?？筛鶕?jù)工程實際和土的軟硬程 度施加各級垂直壓力，垂直壓力的各級差值要大致相等。也可取 垂直壓力分別為100kPa、200kPa、300kPa、400kPa,各個垂直壓力 可一次輕輕施加，若土質(zhì)松軟，也可分級施加以防試樣擠出。
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：
1)對準(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)動手輪，使上盒前端鋼珠剛好與負(fù)荷傳感器或測力計 接觸。調(diào)整負(fù)荷傳感器或測力計讀數(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， 測記起始讀數(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，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，剪切變形應(yīng)達(dá)到6mm為止，手輪每轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)，同時 測記負(fù)荷傳感器或測力計讀數(shù)并根據(jù)需要測記垂直位移 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，測定剪 切面附近土的含水率。
2 固結(jié)快剪試驗：
1)試樣安裝和定位應(yīng)符合本條第1款第1項、第2項的規(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，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，測記垂直變形讀數(shù)。 當(dāng)每小時垂直變形讀數(shù)變化不大于0.005mm 時，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項執(zhí)行， 剪切后取試樣測定剪切面附近試樣的含水率。
3 慢剪試驗：
1)安裝試樣應(yīng)符合本條第1款第1項、第2項的規(guī)定；試樣固結(jié)應(yīng)符合本條第2款第1項～第3項的規(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間：
tf=50t50 (21.3.2)
式中：tf——達(dá)到破壞所經(jīng)歷的時間(min);
t50—— 固結(jié)度達(dá)到50%的時間(min)。
2)剪損標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)按本條第1款第4項的規(guī)定選??；
3)應(yīng)按本條第1款第5項的規(guī)定進(jìn)行拆卸試樣及測定含水率。
21.4 計算、制圖和記錄
21.4.1 試樣的剪應(yīng)力應(yīng)按下式計算：
(21.4.1)
式中：τ—— 剪應(yīng)力(kPa);
C—— 測力計率定系數(shù)(N/0.01mm);
R—— 測力計讀數(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)系曲線上的峰值點或穩(wěn)定值作為抗剪強度S。 當(dāng)無明顯峰點時，取剪切位移△L=4mm 對應(yīng)的剪應(yīng)力作為抗剪強度 S。
21.4.4 以抗剪強度 S 為縱坐標(biāo)，垂直單位壓力 p 為橫坐標(biāo)，繪 制抗剪強度 S 與垂直壓力p 的關(guān)系曲線。根據(jù)圖上各點，繪一視 測的直線。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。 各種試驗方法所測得的c、φ值，快剪試驗應(yīng) 表示為 cq及 φq ; 固結(jié)快剪試驗應(yīng)表示為ccq 及φcq;慢剪試驗應(yīng)表示 為 cs及φs。
21.4.5 本試驗的記錄格式應(yīng)符合本標(biāo)準(zhǔn)附錄 D 表 D.38、表 D.39 的規(guī)定。
