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土直剪试验:了解过程

土壤直接测试

土壤剪切试验的历史比你想象的要久远得多. If 卡尔·冯·Terzaghi 被誉为“现代土力学之父”的我们又该如何贴标签呢 Charles-8月in德库仑 作为其祖父. 他以静电引力(库仑定律)的研究而闻名。, 这位法国工程师也是早期思想的先驱, 也可能是实际的剪切试验, 与1773年土强度和结构侧土压力有关. 另一个法国工程师, 亚历山大·科林, 1846年,他研制了一种直接剪切试验装置,用于研究粘性土的边坡稳定性. In 1932, 亚瑟Casagrande, 特扎吉的同时代和曾经的助手, 在哈佛大学的研究期间,他改进了一种新的剪切箱的设计.

为什么直剪试验很重要?

土的直剪试验是对原状或重塑土材料的粘性或非粘性试样进行的一种较为简单的土力学试验. 这一程序对于表征基本土壤性质是具有成本效益的. 分析结果为岩土工程人员计算土体承载力提供了数据, 边坡稳定, 挡土墙结构的侧向土压力, 和路面设计.

什么是土的直剪试验?

一个剪切框, 或剪切环, 包含土壤标本,由两部分组成, 垂直叠放. 直接剪切机将一个预定的垂直荷载(正应力)施加到剪切箱组合中的土样上. 施加的正应力取决于设计中预期的荷载. 当剪切机施加受控的水平力使剪切箱的上半部分向一个方向移动时,剪切箱的下半部分被固定在适当的位置上. 测量并记录施加在试样上的变形和力,直到出现剪切破坏.

直接剪切图形

通常, 对来自同一样品的三个试样施加不同的正应力,以创建每个试样的应力-应变曲线. 有些直剪机还将直接剪切土样后的侧向力反向,以测定残余抗剪强度. 在土体直剪试验中,允许孔隙水压力通过多孔岩石消散. 由于直剪试样高度短,剪切面窄, 试件的破坏面不能代表土层中最弱的面. 在样品制备过程中要小心, 在剪切面内确定一个可识别的弱面或层界面是可能的. 在这篇博文中,我们将专注于ASTM中描述的方法 D3080 和AASHTO T 236.

本文是ASTM D3080和AASHTO T 236中概述的用于土壤直接剪切试验的设备和技术的信息指南. 这里包含的信息不取代这些发布的测试方法的规范或测试协议.

需要什么直剪设备?

现代 直接剪切机 使用范围从桌面模型 气动 对土样施加正(垂直)荷载的压力法, 给落地单位用 无谓的 施加正常载荷的质量. 两个版本都使用高级, 精密控制的步进电机提供横向位移或水平剪切力. 这些机器可以用简单的模拟千分表和加载环组件来测量力和变形, 或精密电子测压元件和线性变位移传感器(LVDTs). 数字元件可以测量,日志,图形,并存储测试结果使用先进 数据采集软件.

直剪仪

剪切盒, 有时被称为剪切环, 在测试过程中持有土样,可提供方形或圆形的各种大小. 箱体的主要部分应该用类似的耐腐蚀材料建造,以抵抗电作用. 调节螺丝精确控制箱体上下两半之间的间隙. 剪切箱安装在机器上的碗中, 它既是盒子的锚,又是让水淹没标本的容器.

A 2.5in (63.5mm)直径的剪切箱是一种流行的尺寸, 通常用于从无扰动的薄壁管取样器(谢尔比管)剪下的样品。. 多孔的石头 与 滤纸 当剪切试样安装在剪切箱中时,在试样的上下表面放置插入件,以使孔隙水压力在正常或侧向加载时消散.

什么是剪切箱

样品制备:重要的第一步

正确的试样制备方法直接影响直剪试验的精度. 样品的制备最好在潮湿的环境中进行,以防止水分流失,初始样品足够大,以提供至少三个相同的测试样品. 实验室制备的样品可以按照测试方法中规定的程序直接重塑成剪切盒.

当测试未扰动的土壤材料时, 从一个稍大和较厚的初始样品中,将一个测试样品修剪到最终尺寸. 把它放在一个平坦的,不吸收的,抛光的表面,如 玻璃板. 按下一个 试样切割机 用锋利的切削刃和与剪切盒相同的内部尺寸将试样装入约1/4in (6mm)左右. 使用一个 线锯 或锋利的修边刀, 当推入切割器时,从倾斜的切削刃上逐步修剪少量土壤. 交替, 一些软土可以通过轻轻将试样切割器直接插入材料来修剪. 小心使用,避免压缩样本或干扰敏感的土壤特征. 测试结果的误差最常出现在修整过程中或将测试样品从切割机转移到剪切箱时. 待土壤从标本切割机顶部伸出后,将上下表面修剪平整.

将修整好的试件移到剪切箱中, 将切割器与土壤样品切割边缘向下放置在盒子的顶部, 将底部的多孔石和滤纸组装到位. 选择合适的 挤出机 并将土样从切割器中取出,放入光滑的剪切箱中, 连续运动. 在挤出机和试样之间切成大小的一张蜡纸,可以防止土壤粘在挤出机表面. 顶部放置过滤网和多孔石材后, 组装好的剪切箱可以放置在直接剪切机上.

注意: 多孔石块的孔隙被堵塞,会阻碍孔隙水的排出,影响测试结果. 在每次使用之间,将多孔的石头放入水中煮干净.

剪切箱配件

进行直剪试验

试件初始固结时的正应力载荷通常被要求用来代表现场条件. 剪切箱放置在剪切装置内后,施加一个用于阀座的小的正常载荷. 正确对准组件后, 施加主正常负荷, 递增地或一步地, 用水淹没样品. 应用负载增量的时间间隔可达24小时, 并定期测量变形,以确定固结. 这一阶段的变形和时间数据决定了水平加载期间的剪切速率. 剪切速率必须足够慢,以使任何显著的孔隙压力在破坏前消散. ASTM/AASHTO测试方法没有指定用于执行直接剪切测试的精确值. 这些参数由要求进行试验的利益攸关方确定,或由试验方法中注意到的精心计算的公式确定. 

一旦计算并设置了剪切速率,就会启动横向移动装置开始测试. 定期记录垂直和横向位移、时间和荷载的读数. 在此过程中,要小心保持剪盒上下两半之间的间隙. 为了避免干扰,可能需要停止测试并复位间隙开口. 剪切试样到至少10%的相对位移或指定机构提供的一个点. 一旦剪切试验完成, 取下剪切箱,手动将两半剪开,沿剪切方向将其分开. 应用草图或照片记录破坏表面的外观. 取出试件,测定含水量,计算干质量. 最终的测试报告必须包括正常载荷和剪切速率, 信息和图形的变形随时间从正常和横向荷载, 剪切面观测, 试验前和试验后的含水率和湿密度, 样本类型, 和识别, 和更多的, 如测试方法中所述.

我们希望这篇博客文章能够帮助你理解使用著名的ASTM/AASHTO方法进行土的直接剪切试验的程序和设备. 吉尔森提供完整的土壤直接剪切设备和附件系列, 包括测量残余剪切强度的模型. 请 loveBet爱博体育下载 有问题或讨论您的应用程序.

关于作者本·巴克斯