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土的抗剪強(qiáng)度試驗(yàn)的兩種儀器的比較

來(lái)源:張家港晟泰克智能儀器有限公司   2020年04月10日 09:56  

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)

 

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

 

 

16

30.67

4mm

 

 

17

30.07

4mm

 

 

18

29.71

4mm

 

 

19

31.32

4mm

 

 

20

31.36

4mm

 

 

21

28.89

4mm

 

 

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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