66粗顆粒土直接剪切試驗

66.1  一 般 規(guī) 定

66.1.1        土樣應(yīng)為最大粒徑不大于60mm  的粗顆粒土。

66.1.2        本試驗采用應(yīng)變控制式大型直接剪切儀測定粗顆粒土的 抗剪強度參數(shù)。

66.2  儀 器 設(shè) 備

66.2.1        應(yīng)變控制式大型直剪儀(圖66 .2 . 1)應(yīng)由上剪切盒、下剪 切盒、傳壓板、滾珠排、加荷設(shè)備、垂直加壓框架和水平加壓支座等組成。

圖66.2.1  大型直剪儀示意圖

1一下剪切盒；2一上剪切盒；3--試樣；4—透水板；5一傳壓板；6一測力計；

7—滾軸排；8-開縫裝置；9-水槽；10—水平加荷支座；11一進水孔；

12一固定銷；13-上反力橫梁；14一下反力橫梁；15—傳動軸

66.2.2       剪切盒形狀宜采用圓形，尺寸： D/d_max 為8～12,H/d_max為4～8。

66.2.3      百分表或位移計：分度值0.01mm。

66.2.4      粗篩：孔徑60mm、40mm、20mm 、10mm 、5mm、2mm。

66.2.5     磅秤：分度值250g。

66.2.6     其他設(shè)備：附真空測壓表的真空泵、飽和器、臺秤、水平尺、拌和工具、恒濕設(shè)備與擊實錘。

66.3  操 作 步 驟

66.3.1      試樣制備和安裝應(yīng)下列步驟進行：

1    試樣應(yīng)按本標(biāo)準(zhǔn)第60.3.1條、第60.3.2條的規(guī)定進行備料。根據(jù)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(shù)量。對無黏性粗顆粒土，為防止顆粒分離，也可根據(jù) 裝填層數(shù)，分層稱取試驗所需的土樣。

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(huán) 及鋼珠，控制剪切開縫尺寸為(1/3～1/4)d_max, 然后將上剪切盒放上，使上、下盒同心，并用固定插銷定位。

3   將稱好的試樣拌勻后分層裝入剪切盒內(nèi)(層次可根據(jù)高度  與層縫錯開的原則而定，一般為3層或5層)。每一層可采用擊 實、振搗或靜壓等制樣方法控制每一層試樣至預(yù)定要求的高度。 對黏質(zhì)粗顆粒土，每層表面刨毛后，再填下一層。重復(fù)上述步驟至  最后一層，整平表面。

4 試樣當(dāng)需飽和時，對無黏性粗顆粒土，宜用水頭飽和法；對黏質(zhì)粗顆粒土，宜用真空飽和法。

5  在試樣面上依次放上透水板、傳壓板等。要求安裝對中， 傳壓板應(yīng)用水平尺校平。上、下反力鋼梁應(yīng)水平。安裝2個～4  個垂直百分表，徐徐開動垂直傳動軸，使各部接觸。記錄變形起始讀數(shù)。

6   安裝水平百分表或位移計，使水平傳動軸的著力線通過剪切面的中心。徐徐開動水平傳動軸，使其與下剪切盒的著力點接 觸即停止。

7    每組試驗應(yīng)制備4個～5個試樣，在不同壓力下進行試 驗，其密度最大允許差值應(yīng)為±0.03g/cm3, 含水率最大允許差值 應(yīng)為±1%。

66.3.2      快剪試驗應(yīng)按下列步驟進行：

1    應(yīng)按本標(biāo)準(zhǔn)第66.3. 1條第5款的規(guī)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。 在試樣上一次施加預(yù)定的垂直荷載，使其在整個試驗過程中保持恒定。

2    拔除上、下剪切盒的固定銷并取掉開縫環(huán)。記錄垂直、水 平測力計、百分表等的讀數(shù)。開動水平傳動軸和秒表，以每分鐘剪 切試樣直徑的1.2%～1.8%的剪切速率，使試樣在5min～10min  內(nèi)剪損。如剪應(yīng)力的讀數(shù)達到穩(wěn)定，或有顯著后退，表示試樣已剪 損。若剪應(yīng)力讀數(shù)繼續(xù)增加，則剪切變形應(yīng)達到60mm或達到試 樣直徑的1/15～1/10為止。每1mm測記負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。

3    試驗結(jié)束后，盡快卸去百分表或位移計、水平荷載、垂直荷 載和加荷設(shè)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。

66.3.3      固結(jié)快剪試驗應(yīng)按下列步驟進行：

1     應(yīng)按本標(biāo)準(zhǔn)第66.3. 1條第5款的規(guī)定進行試樣安裝和定 位，試樣上、下兩面的不透水板換放細銅絲布和透水鋼板；

2    在試樣上施加垂直荷載后，當(dāng)每小時垂直變形小于0.03mm 時，認(rèn)為變形穩(wěn)定。測記此時垂直百分表讀數(shù)；

3   試樣達到固結(jié)穩(wěn)定后應(yīng)按本標(biāo)準(zhǔn)第66.3.2條第2款、第 3款的規(guī)定進行剪切。

66.3.4      慢剪試驗應(yīng)按下列步驟進行：

1    應(yīng)按本標(biāo)準(zhǔn)第66.3.1條第5款的規(guī)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。

2 應(yīng)按本標(biāo)準(zhǔn)第66.3.3條第2款的規(guī)定進行試樣固結(jié)。

3 試樣達到固結(jié)穩(wěn)定后，拔除上、下剪切盒固定銷并取掉開縫 環(huán)。檢查垂直荷載、水平測力計、百分表等，記錄其讀數(shù)。開動水平 傳動軸和秒表，以一定剪切速率施加水平荷載，每隔1mm 測記1次水平荷載讀數(shù)和垂直百分表讀數(shù)。剪切速率可按式(66.3.4)計算 剪切破壞時間，根據(jù)剪損時的剪切變形計算剪切速率。當(dāng)水平荷 載讀數(shù)達到穩(wěn)定，或有顯著后退，表示試樣已剪損。若剪應(yīng)力讀數(shù) 繼續(xù)增加，應(yīng)控制剪切變形達試樣直徑的1/5～1/10,方可停止試驗；

       t_f  =  50t₅₀                                        (66.3.4)

式中：t_f  —— 達到破壞所經(jīng)歷的時間(s);

t₅₀—— 固結(jié)度達到50%的時間(s)。

4 試驗結(jié)束后應(yīng)按本標(biāo)準(zhǔn)66.3.2條第3款的規(guī)定拆除試 樣，并測定其剪切后含水率與顆粒級配。

66.4 計算、制圖和記錄

66.4.1  剪應(yīng)力應(yīng)按下式計算：

     (66.4.1) 

式中：τ——剪應(yīng)力(kPa);

C—— 水平測力計率定系數(shù)(kN/0.01mm);

R——水平測力計讀數(shù)(0.01mm);

F—— 某垂直壓力下儀器摩擦力(kN);

A—— 試樣面積(m2)。

66.4.2  以剪應(yīng)力和垂直變形為縱坐標(biāo)，水平位移為橫坐標(biāo)，分別繪制某級垂直壓力下剪應(yīng)力 τ 與水平位移△L 關(guān)系曲線、垂直變形△s 與水平位移△L 關(guān)系曲線。

66.4.3 取剪應(yīng)力 τ 與水平位移△L 關(guān)系曲線上峰值或穩(wěn)定值作為抗剪強度。當(dāng)無明顯峰值時，取水平位移達到試樣直徑1/15~ 1/10處的剪應(yīng)力作為抗剪強度 S。

66.4.4      以抗剪強度S  為縱坐標(biāo)，垂直壓力 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。直線的傾角為粗顆粒土的 內(nèi)摩擦角φ,直線在縱坐標(biāo)軸上的截距為粗顆粒土的黏聚力c。

66.4.5     粗顆粒土直接剪切試驗的記錄格式應(yīng)符合本標(biāo)準(zhǔn)附錄 D 表 D.111 的規(guī)定。