43    原位直剪試驗

43.1  一 般 規(guī) 定

43.1.1      本試驗方法可分為巖土體法向應力作用下沿剪切面剪切破壞的抗剪斷試驗，巖土體剪斷后沿剪切面繼續(xù)剪切的抗剪試驗 (摩擦試驗),法向應力為零時巖體剪切的抗剪試驗。

43.1.2      原位直剪試驗可在試洞、試坑、探槽或大口徑鉆孔內進行。當剪切面水平或接近于水平時，可采用平推法或斜推法；當剪切面較陡時，可采用契形體法。

43.2  儀 器 設 備

一

43.2.1      本試驗所用的主要儀器設備應由垂直加荷裝置、水平推 力(拉力)裝置、剪切盒、水平及垂直位移計組成。

43.2.2      本試驗所用的儀器設備應符合下列規(guī)定：

1    附壓力表的千斤頂4個～6個，出力150kN～200kN; 壓力表為1.5級。經(jīng)稱量的加重物若干塊；

2   拉力計：量程為0kN～100kN,最大允許差值為1.0%F.S;

3    百分表：2個～4個，量程10mm～25mm,分度值0.01mm;

4    牽引及導向設備：鋼絲繩、滑輪、三腳架、錨座等；

5    其他設備：加荷臺、起重葫蘆、秒表、土錨、工字梁、槽鋼、墊塊、滾珠軸承、鏈條鉗。

43.3  操 作 步 驟

43.3.1      同一組試驗體的土性應基本相同，受力狀態(tài)應與土體在 工程中的受力狀態(tài)相近。

43.3.2      開挖試坑時，應避免對試體的擾動，盡量保持土體結構及含水率不產(chǎn)生顯著變化。在地下水位以下進行試驗時，應避免水 壓力及滲流對試體的影響。

43.3.3      每組試驗土體不宜少于3個。剪切面積不宜小于0.3m2, 高度不宜小于20cm 或宜為最大土粒粒徑的4倍～8倍，剪切面開縫 應為最小粒徑的1/3～1/4。

43.3.4      將修整好的試體在頂面放上蓋板，周邊套上剪切盒，剪切 盒與試樣間的間隙應用膨脹快凝水泥砂漿填充。剪切盒底邊應在 剪切面以上留適當?shù)拈g隙。

43.3.5      施加的法向壓力、剪切壓力應位于剪切面、剪切縫的中 心，或使法向壓力與剪切壓力的合力通過剪切面的中心，并保持法 向壓力不變。

43.3.6      最大的法向壓力應大于設計荷載，并按等量分成4個～5 個壓力進行試驗。法向壓力施加方法如下：

1    當采用重物加荷時，可先在土試體上擱置加荷平臺，均勻地逐漸加上重物。應避免加荷時發(fā)生偏心現(xiàn)象；

2    當采用千斤頂加荷時，安裝好反力裝置，按順序裝上千 斤頂和滾輪及滑軌，必須保證試驗全過程中作用力位于試體的中心。

43.3.7      施加法向壓力后，讓土體在此壓力下進行壓縮，并用百分 表量測法向變形量。當法向變形量每小時小于0.01mm 時，即達到相對穩(wěn)定后，架設測試剪向位移的百分表即可開始剪切。

43.3.8      剪切時，施加剪應力的速率應適當選擇。施加每級剪 切壓力可按預估最大壓力的8%～10%分級等量施加，或按法向 壓力的5%～10%分級等量施加，一般每隔30s 施加 一 級剪切荷載。

43.3.9      在施加每一級剪應力時，均應測記剪切力和土試塊的剪 向位移量及法向位移量。位移量應在加下一級剪應力前測試。同 時觀察周圍土的變形現(xiàn)象，當剪切變形急劇增長或剪切變形量達 試體尺寸的1/10時，即認為土體已經(jīng)破壞，可停止試驗。

43.3.10  試驗停止后，掀開剪切盒及試樣土塊，記錄剪切面的形 態(tài)、土體的結構特征或軟弱面的發(fā)育特點，并進行素描或照相。

43.3.11  按本標準上述規(guī)定，測定不同垂直壓力下試塊的抗剪強度。

43.3.12  當需要時可沿剪切面繼續(xù)進行摩擦試驗。

43.4  計算、制圖和記錄

43.4.1  作用于試塊上的法向應力σ計算應符合下列規(guī)定：

1  采用重物加載法應按下式計算：

         (43.4.1-1)

式中：σ——作用于試塊上的法向壓力(kPa);

W——作用于加荷臺上的軸向總荷載(N); 

A₀——試體或混凝土試塊的面積(cm2)。

2  采用千斤頂法加載法應按下式計算：

      (43.4.1-2) 

式中：p—— 單位壓力，即垂直千斤頂上壓力表的讀數(shù)(kPa); 

          a_h—一千斤頂活塞面積(cm2)。

43.4.2  土體的剪應力 r 或抗滑強度S  應按下式計算：

      (43.4.2)

式中：F_H——   試體或地基土破壞時的剪切力(當采用滑輪組加荷時，根據(jù)滑輪組合計算求得，當用千斤頂加載時，則 為水平千斤頂上壓力表的讀數(shù)乘千斤頂活塞面積) (kN);

A——土試體(混凝土試塊)的面積(cm2)。

43.4.3  繪制剪應力與剪切位移曲線(圖43.4.3),應按現(xiàn)行國家 標準《巖土工程勘察規(guī)范》GB  50021 的規(guī)定，確定比例強度 τ_e、屈服強度τ_p和峰值強度 τ_f。

圖43.4.3 剪應力與剪切位移曲線

43.4.4        根據(jù)不同垂直壓力的試驗，以抗剪強度(一般為峰值強 度)為縱坐標，垂直壓力為橫坐標，繪制抗剪強度與垂直壓力關系 曲線(圖43.4.4),確定相應的強度參數(shù)c、φ。

圖43.4.4 抗剪強度與垂直壓力關系曲線

43.4.5       原位直剪試驗的記錄格式應符合本標準附錄 D 表 D.75 的規(guī)定。