第二章 软土工程特性的宏微观试验方法

2.1 土体的强度特性试验

土体的宏观强度常用抗剪强度、黏聚力和内摩擦角两个强度指标来定量表述, 而在微细观方面, 土的强度特性是颗粒间的摩擦和黏聚作用的宏观表现。实际工程中, 由于砂性土的粒间胶结作用微弱, 颗粒与颗粒的直接触点较多, 因而表现出较高的抗剪强度、内摩擦角和较低的黏聚力 (梁建伟等, 2010)。黏性土由于颗粒细小且粒间缺乏直接接触而以结合水膜连接为主, 从而使其抗剪强度和内摩擦角大大降低;另一方面粒间的胶结黏聚作用强烈而导致其黏聚力较为可观, 可采用应变控制式直剪仪进行强度试验。

1. 试验原理与步骤

应变控制式直剪仪的试验原理较为简单, 即控制一定的竖向压力和排水条件, 对试样施加等速剪应变, 通过百分表与量力环测定其水平、竖向位移和水平剪应力。按固结排水条件可分为慢剪试验、固结快剪试验和快剪试验, 本文主要进行固结快剪试验和快剪试验。试验包括试样制备、仪器校正、试样安装、调零和试样剪切等主要步骤。在剪切过程中, 控制手轮转速为0.8mm/min (即4转/min), 当百分表发生变化时开始测记量力环和位移读数。如量力环上的百分表读数出现峰值, 则应继续剪切至剪切位移达4mm时停机, 记下破坏时的读数; 当剪切过程中百分表读数无峰值时, 应剪切至剪切位移为6mm时停机并记录读数。

2. 数据处理与制图

(1)确定水平剪应力τ。

利用直剪仪量力环上的百分表读数, 按式(2-1)计算水平剪应力。

式中, C——量力环率定系数 (kPa/0.01mm), 已标定, 每台仪器不同;

Ri——百分表读数。

(2)确定抗剪强度τf、内摩擦角φ和黏聚力c。

以剪应力τ为纵坐标、剪切位移Δl为横坐标, 绘制剪应力τ与剪切位移Δl的关系曲线, 选取τ-Δl曲线上的峰值作为抗剪强度τf; 当无峰值时, 选取剪切位移Δl等于6mm所对应的剪应力作为抗剪强度τf。接着,以抗剪强度τf为纵坐标, 竖向压力σ为横坐标, 绘制抗剪强度τf与竖向压力σ的关系曲线, 即τf-σ曲线, 利用线性回归方程求出该直线与横轴的倾角, 即为内摩擦角φ, 直线在纵轴上的截距即为黏聚力c。