張家港晟泰克智能儀器有限公司 楊熙章 邵斌斌 盛文佳
一、概述
在工程實(shí)踐中,建筑物地基和土工構(gòu)筑物產(chǎn)生破壞情況,是因?yàn)橥馏w在自重應(yīng)力和附加應(yīng)力作用下,土中剪應(yīng)力達(dá)到土的大抗剪強(qiáng)度。該土體所謂處于極限平衡狀態(tài)。當(dāng)外部荷載不斷增大。后連成一個(gè)滑動(dòng)面,也就是一部分土體對(duì)另一部分土體產(chǎn)生相對(duì)移動(dòng),即為土的剪切破壞。因此土的強(qiáng)度問(wèn)題的研究一直在工程實(shí)踐或在土力學(xué)研究中,作為重要的課題之一。
二、本文著重研究,當(dāng)然土的抗剪強(qiáng)度在不同的試驗(yàn)方法。不同土的性質(zhì)(包括狀態(tài)、顆粒級(jí)配),不同的應(yīng)力歷史 都具有不同的結(jié)果。這可在后面的時(shí)間進(jìn)行比較試驗(yàn)。
那么不同儀器其試驗(yàn)結(jié)果如何呢?在這里我選擇了直剪儀和三軸儀。采用同一種標(biāo)準(zhǔn)砂,均在有效應(yīng)力條件下進(jìn)行試驗(yàn)。
由于砂土沒(méi)有結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、沒(méi)有內(nèi)聚力,因此得到的結(jié)果,就是摩擦角試驗(yàn)。結(jié)果表明這個(gè)理論和實(shí)踐結(jié)果是對(duì)的。但兩種儀器的結(jié)構(gòu)和受力條件以及剪切面的不同,兩種儀器的試驗(yàn)結(jié)果還是有些不同的。
三、儀器概況和試驗(yàn)方法
1、盒式直剪試驗(yàn)儀,又稱直剪試驗(yàn)儀。
(智能四聯(lián)氣壓式中低壓直剪試驗(yàn)儀)
本次試驗(yàn)采用本公司生產(chǎn)的智能四聯(lián)氣壓式中低壓直剪試驗(yàn)儀。大固結(jié)壓力0~1000kPa,剪應(yīng)力為0~1000kPa,剪切位移0~8mm,加荷速率滿足快剪、固結(jié)快剪、慢剪,即0.001~3mm/min,即慢剪切試驗(yàn),24h土的相對(duì)位移1,44mm,如果剪切位移6mm,大概四天剪切完成。根據(jù)土的性質(zhì)和試驗(yàn)要求,剪切速率可以任意調(diào)整。例如這次砂土試驗(yàn)采用剪切速率為0.048mm/min,大約一個(gè)半小時(shí)。這對(duì)于砂土來(lái)說(shuō)也已足夠慢了。
其優(yōu)點(diǎn)是體積緊湊、操作方便、出力準(zhǔn)確、自動(dòng)化程度高,可以限制大剪切位移、進(jìn)退正確,試驗(yàn)過(guò)程中數(shù)據(jù)采集儲(chǔ)存不需要電腦采集,當(dāng)一旦幾組試驗(yàn)結(jié)果出來(lái),即可導(dǎo)入計(jì)算機(jī)處理結(jié)果。
2、三軸試驗(yàn)儀
三軸試驗(yàn)儀又稱三軸剪力儀,可以單聯(lián)也可以四聯(lián)結(jié)構(gòu)。四聯(lián)結(jié)構(gòu)為四個(gè)壓力室置于同一臺(tái)加荷平臺(tái)上,由軸向力推動(dòng)加荷平臺(tái)向四個(gè)壓力施加相同應(yīng)變剪切位移,由于四個(gè)壓力室承受四個(gè)不同圍壓,因此四個(gè)不同的剪應(yīng)力與四個(gè)不同圍壓關(guān)系,就能得到四組莫爾圓,就能獲得莫爾包線和強(qiáng)度參數(shù)。
由于人工智能型三軸剪力儀自動(dòng)化程度高,整個(gè)過(guò)程毋需人工操作。在一般情況下,三軸儀圍壓0~1000kPa,孔壓0~1000kPa。排水量由體變傳感器測(cè)量,對(duì)于土樣直徑為39.1,則軸向應(yīng)力為0~2.5MPa。對(duì)于不同的深度土樣和試驗(yàn)要求時(shí)儀器上選用適合的互為匹配的荷重傳感器。例如圍壓在1500kPa,土樣面積30cm2,那么荷重傳感器就選用20kN。
3、砂樣的制備
對(duì)于直剪試驗(yàn)稱取一定重量的標(biāo)準(zhǔn)砂,通過(guò)漏斗徐徐注入剪切盒。并在試樣頂部加上透水板傳壓活塞采用施加氣壓加荷裝置,按100、200、300、400kPa施加固結(jié)壓力。
對(duì)于三軸試驗(yàn),我們選擇土樣直徑39.1mm,高度為80mm的制樣器(筒)內(nèi),稱取一定質(zhì)量的標(biāo)準(zhǔn)砂,通過(guò)漏斗徐徐注入乳膠薄膜內(nèi),裝好土樣帽,經(jīng)微型真空泵的抽泄空氣后,拆開(kāi)對(duì)開(kāi)模施加圍壓100、200、300、400kPa。
4、剪切試驗(yàn)
直剪試驗(yàn)和三軸剪切試驗(yàn),對(duì)于砂土來(lái)說(shuō),固結(jié)時(shí)間為30分鐘,直剪剪切速率為0.048mm/min,在120分鐘完成試驗(yàn),三軸按0.05、200分鐘完成試驗(yàn)。
直剪儀三軸試驗(yàn)的試驗(yàn)結(jié)果如下:
| 直剪試驗(yàn) | 峰值 | 三軸試驗(yàn) |
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序號(hào) | ΦD’ | Δhf | ΦS’ | εf |
1 | 31.67 | 4mm | 37.23 | 6.10 |
2 | 31.55 | 4mm | 38.49 | 6.10 |
3 | 29.40 | 4mm | 37.47 | 5.9 |
4 | 29.24 | 4mm | 36.68 | 7.8 |
5 | 28.74 | 4mm | 36.66 | 7.8 |
6 | 31.18 | 4mm | 38.53 | 5.6 |
7 | 28.55 | 4mm | 38.01 | 5.6 |
8 | 27.43 | 4mm | 38.03 | 5.6 |
9 | 30.20 | 4mm | 38.40 | 5.6 |
10 | 30.45 | 4mm | 39.31 | 6.7 |
11 | 28.74 | 4mm | 38.37 | 7.9 |
12 | 30.15 | 4mm | 37.75 | 7.8 |
13 | 27.55 | 4mm | 38.37 | 7.8 |
14 | 30.48 | 4mm | 38.64 | 6.7 |
15 | 30.11 | 4mm |
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16 | 30.67 | 4mm |
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17 | 30.07 | 4mm |
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18 | 29.71 | 4mm |
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19 | 31.32 | 4mm |
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20 | 31.36 | 4mm |
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21 | 28.89 | 4mm |
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四、結(jié)束語(yǔ)
1、兩種強(qiáng)度試驗(yàn)儀器,是創(chuàng)新科技的研發(fā)結(jié)果,具有體積緊湊、操作簡(jiǎn)便、試驗(yàn)正確穩(wěn)定、自動(dòng)化程度高,具有時(shí)代特色的人工智能儀器。
2、土的抗剪強(qiáng)度和試驗(yàn)儀器、試驗(yàn)方法,土的基本性質(zhì)以及試驗(yàn)技術(shù)有著密切關(guān)系,因此需要進(jìn)一步研究和創(chuàng)新發(fā)展。
3、本次試驗(yàn)研究,僅是一個(gè)開(kāi)端,希望通過(guò)產(chǎn)學(xué)研用創(chuàng)新平臺(tái),能夠推動(dòng)巖土工程試驗(yàn)進(jìn)一步深化。
4、兩種強(qiáng)度試驗(yàn)儀器比較,試驗(yàn)結(jié)果比較穩(wěn)定吻合,同時(shí)表明三軸試驗(yàn)的強(qiáng)度比直剪試驗(yàn)強(qiáng)度提高20%左右。
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