土的抗剪强度与原位钻孔剪切试验详解_必威官网bet 土的抗剪强度与原位钻孔剪切试验详解_必威官网bet
土的抗剪强度与原位钻孔剪切试验详解
发布时间:2020-09-09

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土的抗剪强度

土的抗剪强度是指土体抵抗剪切破坏的极限能力。在外荷载作用下,土体中将产生剪应力,当土中某点的剪应力达到土的抗剪强度时,土就沿着剪应力作用方向产生相对滑动,该点便发生剪切破坏。随着外荷载的增大,地基中达到强度被破坏的点越来越多,最后形成一个连续的滑动面,这时建筑物的地基或土坡就会失去整体稳定而发生土体滑动,从而造成工程事故。

工程实践和室内试验都证实了土是由于受剪而产生破坏,剪切破坏是土体强度破坏的重要特点,因此,土的强度问题实质上就是土的抗剪强度问题。

在工程中与土的抗剪强度有关的工程问题有三类:

第一类是以土作为建造材料的土工构筑物的稳定性问题,如土坝、路堤等填方边坡以及天然土坡等的稳定性问题。

▲ 雨水造成的天然土坡滑坡

第二类是土作为工程构筑物环境的安全性问题,即土压力问题,如挡土墙、地下结构等的周围土体,它的强度破坏将造成对墙体过大的侧向土压力,以至可能导致这些工程构筑物发生滑动、倾覆等破坏事故。

▲ 基坑坍塌

第三类是土作为建筑物地基的承载力问题,地基土体产生整体滑动或因局部剪切破坏而导致过大的地基变形,将会造成上部结构的破坏或影响其正常使用功能。

▲ 加拿大特朗斯康谷仓倾倒

土体发生剪切破坏时,将沿着其内部某一曲面(滑动面)产生相对滑动,而该滑动面上的切应力就等于土的抗剪强度。1776年,法国学者库仑通过一系列土的强度实验,于1776年总结出土的抗剪强度定律:

测定土的抗剪强度指标的试验方法主要有室内剪切试验和现场剪切试验二大类:



直剪仪示意图
三轴压缩仪



无侧限压缩仪示意图

 


但是,传统测量土体抗剪强度的方法存在诸多不足。

试验方法

缺点

直接剪切试验

剪切面不一定是试样抗剪能力最弱的面;

剪切面上的剪应力分布不均匀,而且受剪切面的面积愈来愈小;

不能严格控制排水条件,测不出剪切过程中孔隙水压力的变化。

三轴剪切试验

操作复杂,主应力方向固定不变,而且是在令σ2 = σ3的轴对称情况下进行的,与实际情况不符合。 

无侧限压缩试验

对试样制备要求较高,使用范围有一定的局限性。

十字板剪切试验

适用范围较小

鉴于传统试验方法的种种不足,工程科技人员研制出了一种新型bet体抗剪强度必威官网bet方法——钻孔剪切试验。钻孔剪切试验仪可以在现场钻孔中或者机械成孔、人工成孔中进行试验,经计算即可得到孔中相应部位土的粘聚力(c)和内摩擦角(φ)。该试验方法对土的扰动小,具有必威官网bet的优点。

 

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钻孔剪切试验仪器及试验方法

试验原理

钻孔剪切试验是将一个带有水平环形钢齿的探头,放置在一个直径63mm的钻孔中。通过膨胀探头,施加径向的压力σ,水平钢齿就会插入到孔壁的bet体中。钻孔剪切试验的基本原理如图所示。


钻孔剪切试验基本原理

径向压力σ作用的表面积为S:

S=πdl

其中,d=钢齿的直径,l=钢齿范围的长度。

保持径向压力σ不变,向上拉起探头,对孔壁bet体进行剪切,拉力为T,从而可以计算出土体的抗剪强度:

如此这样,每一步加载都能计算出一对(σ i  , τ i )值。通过将这些成对的值描绘到坐标轴中可以拟合得到一条直线,可以通过这条直线得到剪切参数c和ϕ值,这个与库仑包络的粘聚力和摩擦角相符。得到的原位剪切参数称为粘聚力ci和摩擦角ϕi,它们只是过渡值,可以通过这两个值导出常用的抗剪强度参数值。

试验装置

钻孔剪切仪包含以下四个部分:探头、钻具、地面设备、辅助工具。
 

钻孔剪切仪试验装置


 
 

探头

 

探头由一个单一的可膨胀的元件组成,内部有一个特殊的开缝的管,这个特殊的开缝管由以下几部分组成:①中心区域由1个坚硬的壳组成,这个硬壳上装有水平的齿,这个是主要的测量装置。②两个外部区域由几个薄的长条组成,薄条像弹簧一样工作。

 

钻具

 

钻具是由直径32mm的钻机杆组成的,最顶端的那根钻孔调节杆必须整个长度布满螺纹。一套标准的顶端钻孔调节杆至少由以下3种规格组成:①1×0.4m长杆;②1×0.8m长杆;③1×1.2m 长杆。

 

地面设备

 

① 拉力系统。由千斤顶提供拉力,通过拉力表测得拉力值。

② 压力-体积控制单元。通过压力-体积控制单元控制探头的压力和膨胀量。

③ 垂直方向变形测量系统。通过千分表测量垂直位移。

 

辅助工具

 

辅助工具包含游标卡尺、手动真空泵等。

试验方法步骤

1

钻孔

 

钻孔的质量是进行准确测量的一个最根本的控制因素,钻孔直径dt必须在以下范围之内:

62mm<dt<65mm

钻孔的长度一定不能超过测试深度1.5米。在颗粒土中,需要使用浓泥浆对钻孔进行护壁,护到测量深度上方1m 处。每次测试时,只能将钻孔钻到需要的深度。

2

探头校准

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