CN103616301A - 一种土体剪切试验装置及试验方法 - Google Patents

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秦鹏
秦植海
王海波
徐蔚
吴昉
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Abstract

本发明公开了一种土体剪切试验装置，包括专用环刀、加压***和微型贯入仪，其特征在于：所述专用环刀四周有多个侧孔，所述加压***由加压顶盖、杠杆和砝码组成，所述微型贯入仪具有圆锥探头和读数窗等；本发明公开了一种土体剪切试验方法。本发明提供了全新的测定土体抗剪强度指标的剪切试验装置和试验方法，装置简单、操作方便，仅使用一个试样即可测定土体抗剪强度指标,保证了试样的均匀性;微型贯入仪贯入土体时间短,可以较好地控制试样排水，这些都有利于测试结果的准确性,适合各种土木工程建设场合使用。

Description

一种土体剪切试验装置及试验方法
技术领域
本发明属于土木工程领域，具体是一种土体剪切试验装置及试验方法。
背景技术
在土木工程建设中,确定地基承载力、计算挡土墙土压力、验算土坡稳定等很多领域都需要使用土体抗剪强度指标(黏聚力 c、内摩擦角 j ), 土体抗剪强度指标是通过剪切试验获得,现有的剪切试验方法包括直接剪切试验、三轴剪切试验。直接剪切试验人为地限制了剪切面位置、剪切过程中剪应力分布不均匀、剪切面积逐渐减小但计算时均未予考虑、剪切时间较长无法较好地控制排水;三轴剪切试验仪器构造复杂、价格高、操作技术要求高、并且常规的三轴仪并非真正意义上的真三轴仪,而是假三轴仪(中主应力与小主应力相同).上述两种试验必须使用四个试样进行测试,难以保证试样的一致性和测试结果的准确性。
发明内容
为了解决现有技术中存在的上述技术问题，本发明提供了一种土体剪切试验装置，包括专用环刀、加压***和微型贯入仪，其特征在于：所述专用环刀四周有多个侧孔，所述加压***由加压顶盖、杠杆和砝码组成，所述微型贯入仪具有圆锥探头和读数窗。
进一步的，作为优选,所述专用环刀具有四个侧孔，间距90o。
本发明还提供了一种土体剪切试验方法，包括以下步骤：
步骤一、使用专用环刀切取土体制成试样；
步骤二、通过加压顶盖、杠杆和砝码在试样顶面对试样施加第一级法向应力s1 ；
步骤三、在法向应力s1作用下，将微型贯入仪的圆锥探头缓缓贯入第一侧孔处土体1cm，记录微型贯入仪读数F1；
步骤四、重复步骤二、三，继续对试样逐级施加法向应力s2、s3、s4，并通过微型贯入仪在第二侧孔、第三侧孔、第四侧孔依次贯入土体，记录微型贯入仪读数F2、F3、F4；
步骤五、根据微型贯入仪读数F，按公式(1)计算土体抗剪强度τf：
τf =0.512F-0.09            （1）
得到四个抗剪强度值，与法向应力对应后记为（s1、τf1)、（s2、τf2)、（s3、τf3) 、（s4、τf4)； 
步骤六、以法向应力s为横坐标 ，土体抗剪强度τf为纵坐标， 建立直角坐标系,把步骤五得到的 (si、τfi)在坐标系中找到相应的点，把四个点连成一条直线，直线与纵坐标轴的截距为土体抗剪强度指标—黏聚力c；直线与横坐标轴的夹角为土体抗剪强度指标—内摩擦角j 。
进一步的，也可以通过其他加压***在试样顶面对试样施加法向应力。
本发明提供了全新的测定土体抗剪强度指标的剪切试验装置和试验方法，装置简单、操作方便、试样均一、测试时间短,测试结果的准确性容易保证，适合各种土木工程建设场合使用。
附图说明
图1是本发明的土体剪切试验装置的结构示意图；
图2是微型贯入仪的结构示意图；
图3是法向应力、土体抗剪强度导出黏聚力和内摩擦角的示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明。
如图1和2所示，本发明的土体剪切试验装置，包括专用环刀1、加压***和微型贯入仪，专用环刀1四周有多个侧孔2（视试验要求而定），比如四个侧孔2，间距90o，加压***由加压顶盖3、杠杆4和砝码5组成，微型贯入仪具有圆锥探头6和读数窗7。
本发明的土体剪切试验方法原理如下：使用专用环刀切取土体制成试样，在试样表面施加法向应力s，然后在专用环刀侧孔使用微型贯入仪贯入试样，得到贯入阻力，通过经验公式可将贯入阻力换算成土体抗剪强度,根据法向应力和抗剪强度即可计算得到土体抗剪强度指标(黏聚力c、内摩擦角j )。
本发明的土体剪切试验包括如下步骤：
1、使用专用环刀1切取土体制成试样；
2、通过加压顶盖3、杠杆4和砝码5在试样顶面对试样施加第一级法向应力s1 ；
3、在法向应力s1作用下，将微型贯入仪的圆锥探头6贯入侧孔2处土体1cm，记录微型贯入仪读数（即贯入阻力）F1；
4、重复步骤2、3的操作方法，继续对试样逐级施加法向应力s2、s3、s4，并通过微型贯入仪在侧孔2、侧孔3、侧孔4依次贯入土体，记录微型贯入仪读数F2、F3、F4；
5、根据微型贯入仪读数F,  按公式(1)计算土体抗剪强度τf：
τf =0.512F-0.09            （1）
得到四个抗剪强度值，与法向应力对应后记为（s1、τf1)、（s2、τf2)、（s3、τf3) 、（s4、τf4)； 
6、法向应力s为横坐标 ,土体抗剪强度τf为纵坐标, 建立直角坐标系,把步骤5得到的 (si、τfi)在坐标系中找到相应的点，把四个点连成一条直线，直线与纵坐标轴的截距为土体抗剪强度指标—黏聚力c;直线与横坐标轴的夹角为土体抗剪强度指标—内摩擦角j ,如图3所示。
测试实例:
使用该试验装置对一原状土样进行测试,在试样顶面分别施加25kpa、50 kpa、100 kpa、200kpa法向应力,分别在四个侧孔将微型贯入仪圆锥探头缓缓贯入土中1cm,记录微型贯入仪读数为33、45、67、112,由公式(1)换算成土体抗剪强度为16.9 kpa、23.0 kpa、34.3 kpa、57.3 kpa,由法向应力和抗剪强度在直角坐标系中确定四个点,连成视测直线, 直线与纵坐标轴的截距为土体抗剪强度指标—黏聚力c=11 kpa;直线与横坐标轴的夹角为土体抗剪强度指标—内摩擦角j=12.9o。

Claims (4)

1.一种土体剪切试验装置，包括专用环刀（1）、加压***和微型贯入仪，其特征在于：所述专用环刀（1）四周有多个侧孔（2），所述加压***由加压顶盖（3）、杠杆（4）和砝码（5）组成，所述微型贯入仪具有圆锥探头（6）和读数窗（7）。
2.如权利要求1所述的土体剪切试验装置，其特征在于：所述专用环刀（1）具有四个侧孔（2），间距90o。
3.一种土体剪切试验方法，包括如下步骤：
步骤一、使用专用环刀（1）切取土体制成试样；
步骤二、通过加压顶盖（3）、杠杆（4）和砝码（5）在试样顶面对试样施加第一级法向应力s1 ；
步骤三、在法向应力s1作用下，将微型贯入仪的圆锥探头（6）缓缓贯入第一侧孔处土体1cm，记录微型贯入仪读数F1；
步骤四、重复步骤二、三，继续对试样逐级施加法向应力s2、s3、s4，并通过微型贯入仪在第二侧孔、第三侧孔、第四侧孔依次贯入土体，记录微型贯入仪读数F2、F3、F4；
步骤五、根据微型贯入仪读数F，按公式 (1)计算土体抗剪强度τf：
τf =0.512F-0.09            （1）
得到四个抗剪强度值，与法向应力对应后记为（s1、τf1)、（s2、τf2)、（s3、τf3) 、（s4、τf4)； 
步骤六、以法向应力s为横坐标 ，土体抗剪强度τf为纵坐标， 建立直角坐标系,把步骤五得到的 (si、τfi)在坐标系中找到相应的点，把四个点连成一条视测直线，直线与纵坐标轴的截距为土体抗剪强度指标—黏聚力c；直线与横坐标轴的夹角为土体抗剪强度指标—内摩擦角j 。
4.如权利要求3所述的土体剪切试验方法，其特征在于：可通过其他加压***在试样顶面对试样施加法向应力。
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