粗顆粒土直接剪切試驗

66.1  一 般 規 定

66.1.1        土樣應為最大粒徑不大于60mm  的粗顆粒土。

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

66.2  儀 器 設 備

66.2.1        應變控制式大型直剪儀(圖66 .2 . 1)應由上剪切盒、下剪 切盒、傳壓板、滾珠排、加荷設備、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(kāi)縫裝置；9-水槽；10—水平加荷支座；11一進(jìn)水孔；

12一固定銷(xiāo)；13-上反力橫梁；14一下反力橫梁；15—傳動(dòng)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、恒濕設備與擊實(shí)錘。

66.3  操 作 步 驟

66.3.1      試樣制備和安裝應下列步驟進(jìn)行：

1    試樣應按本標準第60.3.1條、第60.3.2條的規定進(jìn)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(chēng)取試驗 所需的土樣數量。對無(wú)黏性粗顆粒土，為防止顆粒分離，也可根據 裝填層數，分層稱(chēng)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(kāi)縫環(huán) 及鋼珠，控制剪切開(kāi)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(xiāo)定位。

3   將稱(chēng)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(kāi)的原則而定，一般為3層或5層)。每一層可采用擊 實(shí)、振搗或靜壓等制樣方法控制每一層試樣至預定要求的高度。 對黏質(zhì)粗顆粒土，每層表面刨毛后，再填下一層。重復上述步驟至  最后一層，整平表面。

4 試樣當需飽和時(shí)，對無(wú)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， 傳壓板應用水平尺校平。上、下反力鋼梁應水平。安裝2個(gè)～4  個(gè)垂直百分表，徐徐開(kāi)動(dòng)垂直傳動(dòng)軸，使各部接觸。記錄變形起始讀數。

6   安裝水平百分表或位移計，使水平傳動(dòng)軸的著(zhù)力線(xiàn)通過(guò)剪切面的中心。徐徐開(kāi)動(dòng)水平傳動(dòng)軸，使其與下剪切盒的著(zhù)力點(diǎn)接 觸即停止。

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

66.3.2      快剪試驗應按下列步驟進(jìn)行：

1    應按本標準第66.3. 1條第5款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。 在試樣上一次施加預定的垂直荷載，使其在整個(gè)試驗過(guò)程中保持恒定。

2    拔除上、下剪切盒的固定銷(xiāo)并取掉開(kāi)縫環(huán)。記錄垂直、水 平測力計、百分表等的讀數。開(kāi)動(dòng)水平傳動(dòng)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  內剪損。如剪應力的讀數達到穩定，或有顯著(zhù)后退，表示試樣已剪 損。若剪應力讀數繼續增加，則剪切變形應達到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并根據需要測記垂直位移讀數，直至剪損為止。

3    試驗結束后，盡快卸去百分表或位移計、水平荷載、垂直荷 載和加荷設備。視需要對剪切面作簡(jiǎn)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      固結快剪試驗應按下列步驟進(jìn)行：

1     應按本標準第66.3. 1條第5款的規定進(jìn)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，當每小時(shí)垂直變形小于0.03mm 時(shí)，認為變形穩定。測記此時(shí)垂直百分表讀數；

3   試樣達到固結穩定后應按本標準第66.3.2條第2款、第 3款的規定進(jìn)行剪切。

66.3.4      慢剪試驗應按下列步驟進(jìn)行：

1    應按本標準第66.3.1條第5款的規定進(jìn)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 應按本標準第66.3.3條第2款的規定進(jìn)行試樣固結。

3 試樣達到固結穩定后，拔除上、下剪切盒固定銷(xiāo)并取掉開(kāi)縫 環(huán)。檢查垂直荷載、水平測力計、百分表等，記錄其讀數。開(kāi)動(dòng)水平 傳動(dòng)軸和秒表，以一定剪切速率施加水平荷載，每隔1mm 測記1次水平荷載讀數和垂直百分表讀數。剪切速率可按式(66.3.4)計算 剪切破壞時(shí)間，根據剪損時(shí)的剪切變形計算剪切速率。當水平荷 載讀數達到穩定，或有顯著(zhù)后退，表示試樣已剪損。若剪應力讀數 繼續增加，應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(shí)間(s);

t₅₀—— 固結度達到50%的時(shí)間(s)。

4 試驗結束后應按本標準66.3.2條第3款的規定拆除試 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  剪應力應按下式計算：

     (66.4.1) 

式中：τ——剪應力(kPa);

C—— 水平測力計率定系數(kN/0.01mm);

R——水平測力計讀數(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 τ 與水平位移△L 關(guān)系曲線(xiàn)、垂直變形△s 與水平位移△L 關(guān)系曲線(xiàn)。

66.4.3 取剪應力 τ 與水平位移△L 關(guān)系曲線(xiàn)上峰值或穩定值作為抗剪強度。當無(wú)明顯峰值時(shí)，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。

66.4.4      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(guān)系曲線(xiàn)。直線(xiàn)的傾角為粗顆粒土的 內摩擦角φ,直線(xiàn)在縱坐標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符合本標準附錄 D 表 D.111 的規定。