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土直剪试验:了解过程

土壤直接试验

土壤剪切试验的历史比你想象的要久远得多. If 卡尔·冯·特扎吉 被称为“现代土力学之父”,我们会给他贴上什么标签呢 查尔斯-奥古斯丁·德库仑 作为它的祖父. 他最著名的工作是静电吸引(库仑定律), 这位法国工程师也是早期思想的先驱, 可能还有实际的剪切试验, 与1773年的土强度和侧向土压力有关. 另一位法国工程师, 亚历山大·科林, 1846年开发了一种直接剪切试验装置,用于粘性土的边坡稳定性研究. In 1932, 亚瑟Casagrande, 泰扎吉的同时代人,曾是他的助手, 在哈佛大学的研究期间,他改进了一种新的剪切箱的设计.

为什么直剪试验很重要?

土直剪试验是对原状或重塑土材料的粘性或非粘性试样进行的一种相对简单的土力学试验. 该程序是具有成本效益的表征基本土壤性质. 分析结果为岩土工程人员计算土体承载力提供了数据, 边坡稳定, 挡土结构的侧向土压力, 路面设计.

什么是土的直剪试验?

剪切箱, 或剪环, 包含土壤标本,由两半组成, 垂直叠放. 直接剪切机对剪切箱组件中的土试样施加预定的垂直载荷(法向应力). 施加的法向应力取决于设计中预期的载荷. 当剪切机施加受控水平力使剪切盒的上半部分向一个方向移动时,剪切盒的下半部分被固定在适当的位置. 测量和记录试样的变形和力,直到发生剪切破坏.

直剪图

通常, 对来自同一样品的三个试件施加不同的法向应力,以建立每个试件的应力-应变曲线. 有的直剪机还在直接剪切土样后,反向施加侧向力,测量残余抗剪强度. 在土直剪试验中,允许孔隙水压力通过多孔的石头消散. 由于直剪试件高度较短,剪切面较窄, 试件的破坏面不能代表土层中最弱的平面. 样品制备过程中要小心, 可以在剪切面内定位可识别的弱平面或层界面. 在这篇博文中,我们将专注于ASTM中所描述的方法 D3080 和AASHTO T 236.

本文是ASTM D3080和Aashto t 236中介绍的用于土壤直接剪切试验的设备和技术的信息指南. 这里包含的信息并不取代这些公布的测试方法的规范或测试协议.

需要什么直剪设备?

现代 直剪机 范围从桌面模型使用 气动 对土样施加正常(垂直)荷载的压力法, 以楼面站立式单位为配 无谓的 施加法向载荷的质量. 两个版本都使用高级, 精确控制步进电机提供横向位移或水平剪切力. 这些机器可以用简单的模拟刻度表和负载环组件测量力和变形, 或复杂的电子测压元件和线性可变位移传感器(lvdt). 数字组件可以测量,日志,图形,并使用高级存储测试结果 数据采集软件.

直剪仪

剪切盒, 有时称为剪切环, 在测试过程中保持土壤标本,并可在方形或圆形形状的各种尺寸. 箱体的主要部分应采用类似的耐腐蚀材料,以抵抗电作用. 调节螺丝精确控制盒子上下两半之间的间隙. 剪切盒装在机器上的碗里, 它既是盒子的锚,又是让水淹没标本的容器.

A 2.5in (63.5mm)直径的剪切盒是一种流行的尺寸, 常用于从未受干扰的薄壁管取样器(谢尔比管)上剪下的样品. 多孔的石头 与 滤纸 当安装在剪切箱中时,插入物被放置在剪切试件的顶部和底部表面,以允许在正常或横向加载期间孔隙水压力消散.

什么是剪切箱

样品准备:重要的第一步

样品制备的好坏直接影响着直剪试验的准确性. 样品的制备最好在潮湿的环境中进行,以防止水分的流失,初始样品足够大,可以提供至少三个相同的测试样品. 实验室制备的样品可以按照试验方法中规定的程序直接重塑到剪切盒中.

在测试未受干扰的土壤材料时, 从稍大和稍厚的初始样品剪下一个测试样品到最终尺寸. 把它放在一个平坦的,不吸收的,抛光的表面,比如 玻璃板. 按下一个 试样切割机 用锋利的刃口和相同的内部尺寸的剪切盒进样约1/4in (6mm)左右. 使用一个 线锯 或锋利的切边刀, 在推入刀具的同时,逐步将少量泥土从倾斜的切削刃上修剪掉. 交替, 一些软土可以通过轻轻迫使标本切割机直接进入材料修整. 小心避免压缩标本或干扰敏感的土壤特征. 测试结果的误差通常发生在修整或将测试样品从刀具转移到剪切盒的过程中. 当土壤从标本切割机的顶部突出后,修剪顶部和底部表面.

将修剪好的试件移动到剪切箱中, 将切刀与土壤标本的切割边缘放在盒子的顶部, 将底部多孔石和滤纸组装到位. 选择合适的 挤出机 并将土样从切割器中压出,用光滑的刀将土样放入剪切盒中, 连续运动. 在挤出机和试件之间切成一定尺寸的蜡纸可以防止土壤粘在挤出机表面. 顶部放置过滤器和多孔石后, 组装好的剪切盒已经准备好放置在直接剪切机上.

注意: 多孔石孔隙的堵塞会阻碍孔隙水的排出,影响测试结果. 在每次使用之前,将多孔的石头放入水中煮沸.

剪切箱配件

进行直剪试验

试样初始固结的法向应力载荷通常由要求试验的人选择来代表现场条件. 剪切箱置于剪切装置后,施加一个小的用于座位的正常载荷. 在正确对准组件后, 施加主法向载荷, 要么循序渐进,要么一步完成, 然后用水淹没样品. 增加负荷的时间间隔可达24小时, 定期测量变形以确定固结. 这一阶段的变形和时间数据决定了水平加载时的剪切速率. 剪切速率必须足够慢,以允许任何显著的孔隙压力在破坏前消散. ASTM/AASHTO试验方法不指定用于进行直接剪切试验的确切值. 这些参数由要求测试的涉众确定,或由测试方法中注明的仔细计算公式确定. 

一旦剪切速率计算和设置完成,横向移动装置就会启动,开始测试. 定期记录垂直和横向位移、时间和负载的读数. 在此过程中,小心保持剪盒上下两半之间的间隙. 可能需要停止测试并重新设置间隙开口以避免干扰. 将试件剪切到至少10%的相对位移或指定机构提供的点. 一旦剪切试验完成, 取下剪切盒,沿剪切方向手动将两半剪切分开. 应该用草图或照片记录故障表面的外观. 现在取出标本以测定含水量并计算干质量. 最终的测试报告必须包括正常载荷和剪切速率, 正常和侧向载荷的变形随时间变化的信息和图形图, 剪切面观测, 测试前和测试后的含水量和湿密度, 样本类型, 和识别, 和更多的, 如测试方法所述.

我们希望您已经发现这篇博客文章有助于理解使用ASTM/AASHTO方法进行土壤直接剪切试验的程序和设备. 吉尔森提供完整的土壤直接剪切设备和附件系列, 包括残余剪切强度的测量模型. 请 loveBet爱博体育下载 有问题或讨论您的申请.

关于作者本·巴克斯