直接剪切试验在实际工作中的应用

何 丽 红

(山西冶金岩土工程勘察总公司，山西 太原 030002)

直接剪切试验在实际工作中的应用

何 丽 红

(山西冶金岩土工程勘察总公司，山西 太原 030002)

随着科学技术的发展，国内外高层建筑以及一些大型工程的兴建和近几年来多次强烈地震的发生，土力学理论和地基基础技术日益得到重视。主要就岩土工程勘察土工试验中的直接剪切试验从选择方法和试验中应注意的事项上做一阐述。

地基基础，直接剪切，抗剪强度

1 地基基础中抗剪强度的重要性

各类建筑的基础设计中，为保证建筑物的安全，必须同时满足两个技术条件:地基变形条件和地基强度条件。地基沉降量、沉降差、倾斜、局部倾斜等都不超过地基条件变形值；保证地基稳定性，不发生剪切或滑动破坏。对土的强度问题不注意，可能产生地基失稳的事故，其后果严重，往往是灾难性的破坏，很难挽救。土的强度问题用于地基承载力与地基稳定性、土坡的稳定性以及挡土墙及地下结构上的土压力。当地基受到外部荷载的作用后，土中各点产生法向应力和剪应力。若剪应力达到该点的抗剪强度，则土沿着剪应力的作用方向产生相对滑动，如果到达强度破坏的点随着外荷增大而越来越多，最后形成一个连续的滑动面，整个地基失去稳定而发生破坏，这就是土的抗剪强度问题。所以在岩土工程中，土的抗剪强度问题是必须加以考虑的重中之重。

2 实验室中土的抗剪强度的测定方法

在实验室中，测定土的抗剪强度一般常见的仪器有直接剪切仪、无侧限压缩仪、三轴剪切仪等。实验室直接剪切试验，根据实际地质情况和土孔隙水压力消散程度常采用三种不同方法：在施加垂直荷重后，让孔隙水压力消散，再施加水平剪力，每级剪力施加后，都充分排水，使土样在应力变化过程中始终处于孔隙水压力为零的完全固结状态，一直到土样剪损，这种方法称作排水剪也叫慢剪，所测得的抗剪强度最大；与排水剪相反，当施加垂直荷重后立即施加水平剪力，在3 min～5 min内把土样剪坏。在整个试验过程中，不让土中孔隙水排出，保持土的含水量不变，试样中存在孔隙水压力，有效应力减小，这种试验方法称作不排水剪即为快剪，所测得的抗剪强度最小；以上两种方法的组合，在施加垂直荷重后，让孔隙水压力完全消散，也就是固结稳定后再施加水平剪力，在3 min～5 min内把土样剪损，这种试验方法称为固结不排水剪也叫作固结快剪，所测得的抗剪数值介于快剪和慢剪试验方法之间。

3 抗剪强度试验方法在实际工作中的应用

不同的排水状态所测得的c，φ值差别很大，为了使试验时的排水状态尽量与工程实际一致，故应对不同的土质采用不同的试验方法。直剪试验中快剪试验得到的抗剪强度最小,用这种方法测得的c，φ值在计算地基稳定性上相对安全，被普遍采用。虽然直剪试验在测定抗剪强度上有明显缺点，受力复杂、排水情况不容易控制等，但是所用仪器和操作都比较简单，测得的c，φ值评定稳定性上又比较安全，且有长期以来试验的实践经验，所以现在一般的实验室仍在广泛使用。

对饱和的软粘性土，φ≈0，规范规定应采用三轴试验仪做无侧限抗压强度试验，但对取土试样的质量有严格规定，应为一级土试样。然而在实际工作中，送样单位并不十分了解土样的状态，应该采用何种试验方法较为合适，多数都要求对试样做简单快捷的直接剪切试验，并为了实验结果偏于安全，要求采用快剪试验。这时候对这种土样如何测得既符合理论又符合实际的数值，就需要试验人员不但具备丰富的理论知识，对土样的土质有很高的分析能力，并且要有深厚的实践经验的功底，而且须具备较高的职业操守，把一个并不十分合乎试验要求、但在实际工作中常碰到的状况，运用不十分准确的试验方法，提交一个切合理论切合实际的试验数据，这是一个高标准的试验人员都应具备的能力。

下文以这种渗透系数小于10-6cm/s的饱和粘性土为例较详细的阐述采用快剪的试验方法及其注意事项。

3.1试验步骤

1)试样制备采用内径61.8 mm、高20 mm的不锈钢环刀，在内壁涂一层薄凡士林，刃口向下放在土样上，将环刀垂直下压，压至土样高出环刀，因土样较软，采用钢丝锯整平环刀两端，制备一组试样，选取质量最为接近的四个试样放于玻璃板上，上部再覆盖一玻璃板，防止土样水分流失，保持原有含水率，且防止试样之间相互粘连。

2)对准剪切仪器的上下盒，插入固定销，在下盒内放置接近土样湿度的透水板和硬塑料薄膜，将带有试样的环刀刃口向上，对准剪切盒口，在试样上放置塑料薄膜和透水板,将试样小心地推入剪切盒内。四个试样分别放置于将施加不同压力的剪切盒内。

3)常规剪切试验中，普遍采用100 kPa，200 kPa，300 kPa，400 kPa的施压荷序，但因本样品含水率大，渗透系数小于 10-6cm/s的细粒土，土粒之间咬合力小，水分在土粒表面形成润滑剂，施加垂直压力后，未等施加水平剪力，样品极有可能从剪切盒的缝隙中挤出，试验失败，所以根据含水率情况可以把荷序设置为50 kPa，100 kPa，150 kPa，200 kPa，甚或更小的荷序25 kPa，50 kPa，75 kPa，100 kPa。然后拔出固定销，立即以0.8 mm/min的剪切速度测记位移读数，直至测力计读数出现峰值，再继续剪切至剪切位移为4 mm时停机，记下破坏值。当剪切过程中测力计读数无峰值时，应剪切位移至6 mm时停机。试样应在3 min～5 min内剪损。

4)以抗剪强度为纵坐标，垂直压力为横坐标，绘制抗剪强度与垂直压力关系曲线，直线的倾角为内摩擦角φ，直线在纵坐标上的截距为粘聚力c。

3.2试验应注意的事项

1)本试验中，试样制备时，选取质量最为接近的试样必须不得少于四个，并且尽可能选取土质变化不大土质均匀的样品，所剪切的数值才能相对准确。送检的双样有时土质性质相差较远，在选择直剪试验的试样时，尽可能与做常规试验的试样一致，以达到试验数据与常规试验数值相匹配。

2)由于本文介绍的是含水率大的粘性土的剪切试验，在荷序选择上尽可能采用小的荷序组合，才不至于把土样挤出。荷序不同但剪切数值不受影响。

3)特别值得注意的是，在施加垂直压力时，砝码要分级施加，并且在施加砝码时切记轻放，不得对样品产生冲击力，减少从压力上产生的误差。

4)直剪试验必须控制以0.8 mm/min的剪切速度测记位移读数，在3 min～5 min内把试样剪损，剪切速率影响孔隙水压力。

5)认真查看抗剪强度与垂直压力关系曲线，分析坐标点的真实性，可删除一个异常点，得到一条满意的关系曲线，从而查得更为准确的c，φ值。

必须要强调的是直剪试验不可避免的缺点：试验中不能严格控制排水条件，无法量测孔隙水压力；剪切面固定在上下盒之间，这个面不一定就是土的薄弱面；试验中应力状态复杂。因此，重大工程和科学研究必须进行三轴剪切试验，得到更为合理的数据，以确保工程质量和研究成果。

4 结语

选择合理的试验方法，对试验每一步骤的掌控，试验人员都有自己的不同理解。实际工作中长时间的实践积累，加之对理论知识的深入研究，对每一工程项目提交一份合格的土工试验成果报告，必将是一个高标准的试验人员应具备的必要素质。

[1] 《工程地质手册》编委会.工程地质手册[M].第4版.北京：中国建筑工业出版社，2007.

[2] 陈希哲.土力学地基基础[M].第2版.北京：清华大学出版社，2007.

[3] 张 力，孟春玲，张 媛.工程力学[M].北京：清华大学出版社，2014.

Theapplicationofdirectsheartestinpracticalwork

HeLihong

(ShanxiMetallurgicalGeotechnicalEngineeringInvestigationHeadOffice,Taiyuan030002,China)

With the development of science and technology, high-rise buildings, and some large engineering construction at home and abroad and the strong earthquake occurred many times in recent years, theory of soil mechanics and foundation technology is becoming more and more attention. In this paper, the direct shear test of geotechnical engineering survey is discussed in this paper.

foundation, direct shear， the shear strength

1009-6825(2017)30-0070-02

2017-08-15

何丽红(1968- )，女，工程师

TU470

A