粘土的直接剪切试验方法有哪些

① 试比较直剪试验三种方法和三轴压缩试验三种方法的异同点和适用性。

目前，室内测定土的抗剪强度指标的常用手段一般是三轴压缩试验与直接剪切试验，在试验方法上按照排水条件又各自分为不固结不排水剪、固结不排水剪、固结排水剪与快剪、固结快剪、慢剪三种方法。但直剪试验方法中的“快”和“慢”，并不是考虑剪切速率对土的抗剪强度的影响，而是因为直剪仪不能严格控制排水条件，只好通过控制剪切速率的快、慢来近似模拟土样的排水条件。由于试验时的排水条件是影响粘性土抗剪强度的最主要因素，而三轴仪能严格控制排水条件，并能通过量测试样的孔隙水压力来求得土的有效应力强度指标。如有可能，宜尽量采用三轴试验方法来测定粘性土的抗剪强度指标。
各种试验方法的实用性：
抗剪强度指标的取值恰当与否，对建筑物的工程造价乃至安全使用都有很大的影响，因此，在实际工程中，正确测定并合理取用土的抗剪强度指标是非常重要的。
对于具体的工程问题，如何合理确定土的抗剪强度指标取决于工程问题的性质。一般认为，地基的长期稳定性或长期承载力问题，宜采用三轴固结不排水试验确定的有效应力强度指标，以有效应力法进行分析；而饱和软粘土地基的短期稳定性或短期承载力问题，宜采用三轴不固结不排水试验的强度指标，以总应力法进行分析。
对于一般工程问题，如果对实际工程土体中的孔隙水压力的估计把握不大或缺乏这方面的数据，则可采用总应力强度指标以总应力法进行分析，分析时所需的总应力强度指标，应根据实际工程的具体情况，选择与现场土体受剪时的固结和排水条件最接近的试验方法进行测定。例如，若建筑物施工速度较快，而地基土土层较厚、透水性低且排水条件不良时，可采用三轴不固结不排水试验(或直剪仪快剪试验)的结果；如果施工速度较慢，地基土土层较薄、透水性较大且排水条件良好时，可采用三轴固结排水试验(或直剪仪慢剪试验)的结果；如果介于以上两种情况之间，可采用三轴固结不排水试验(或直剪仪固结快剪)的结果。
由于三轴试验和直剪试验各自的三种试验方法，都只能考虑三种特定的固结情况，但实际工程的地基所处的环境比较复杂，而且在建筑物的施工和使用过程中都要经历不同的固结状态，要想在室内完全真实地模拟实际工程条件是困难的。所以，在根据实验资料确定抗剪强度指标的取值时，还应结合工程经验。

② 直接剪切试验的剪切实验

（1）本试验方法适用于细粒土。
（2）本试验所用的主要仪器设备，应符合下列规定：
① 应变控制式直剪仪：由剪切盒、垂直加压设备、剪切传动装置、测力计、位移量测系统组成。
② 环刀：内径61.8mm，高度20mm。
③ 位移量测设备：量程为10mm，分度值为0.01mm的百分表或准确度为全量程0.2 %的传感器。
(3) 慢剪试验，应按下列步骤进行:
①原状土试样制备，应按“试样制备”第4条的步骤进行，扰动±试样制备按“试样制备”第6条的步骤进行，每组试样不得少于4 个。
②对准剪切容器上下盒，插入固定销，在下盒内放透水板和滤纸，将带有试样的环刀刃口向上，对准剪切盒口，在试样上放滤纸和透水板，将试样小心地推入剪切盒内。
注：透水板和滤纸的湿度接近试样的湿度。
③移动传动装置，使上盒前端钢珠刚好与测力计接触，依次放上传压板、加压框架，安装垂直位移和水平位移量测装置，并调至零位或测记初读数。
④根据工程实际和土的软硬程度施加各级垂直压力，对松软试样垂直压力应分级施加，以防土样挤出。施加压力后，向盒内注水，当试样为非饱和试样时，应在加压板周围包以湿棉纱。
⑤施加垂直压力后，每1h测读垂直变形一次。直至试样固结变形稳定。变形稳定标准为每小时不大于0.005mm。
⑥拔去固定销，以小于 0.02mm/min 的剪切速度进行剪切，试样每产生剪切位移0.2～0.4mm测记测力计和位移读数，直至测力计读数出现峰值，应继续剪切至剪切位移为4mm时停机，记下破坏值,当剪切过程中测力计读数无峰值时，应剪切至剪切位移为6mm时停机。
⑦当需要估算试样的剪切破坏时间，可按下式计算：
tf=50t50
式中： tf—— 达到破坏所经历的时间(min)
t50—— 固结度达50%所需的时间(min)
⑧剪切结束，吸去盒内积水，退去剪切力和垂直压力，移动加压框架，取出试样，测定试样含水率。
(4) 剪应力应按下式计算：
式中 —— 试样所受的剪应力(kPa)
R —— 测力计量表读数(0.01mm)
(5) 以剪应力为纵坐标，剪切位移为横坐标，绘制剪应力与剪切位移关系曲线 ，取曲线上剪应力的峰值为抗剪强度，无峰值时，取剪切位移4mm所对应的剪应力为抗剪强度。
(6) 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，直线的倾角为摩擦角，直线在纵坐标上的截距为粘聚力。 砂类土的直剪试验：
(1) 本试验方法适用于砂类土。
（2） 本试验所用的主要仪器设备，应与本标准第2条相同。
（3） 砂类土的直剪试验，应接下列步骤进行：
①取过2mm筛的风干砂样1200g，按“试样制备”第5条的步骤制备砂样。
②根据要求的试样干密度和试样体积称取每个试样所需的风干砂样质量，准确至0.1g。
③对准剪切容器上下盒,插入固定销，放干透水板和干滤纸。将砂样倒入剪切容器内，拂平表面，放上硬木块轻轻敲打，使试样达到预定的干密度，取出硬木块，拂平砂面。依次放上干滤纸、干透水板和传压板。
④安装垂直加压框架，施加垂直压力，试样的剪切速度为0.8mm/min，使试样在3～5min内剪损

③ 为什么直剪试验要分三种实验方式

为了近似地模拟实际工程现场土体的剪切条件，即按剪切前的固结程度，剪切时的排水条件以及加荷快慢情况，把直接试验分为快剪、固结快剪和慢剪三种试验方法。

快剪试验方法是用来模拟现场土体的土层较厚，渗透性较小，施工速度较快，基本上来不及固结就迅速加载而剪破的情况。

固结快剪试验方法，是用来模拟现场土体在自重和正常荷载作用下已达到完全固结状态，以后又遇到突然施加荷载或因土层较薄，渗透较小，施工速度较快的情况。

慢剪试验方法是模拟现场土体已充分固结才开始逐步缓慢地承受荷载的情况，一般工程的正常施工进度都不符合这样的条件。

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直剪试验基本原理：

土的抗剪强度是土在外力作用下，其一部分土体对于另一部分土体滑动时所具有的抵抗剪切的极限强度。该试验是将同一种土的几个试样分别在不同的垂直压力作用下，沿固定的剪切面直接施加水平剪力，得到破坏时的剪应力，然后根据库仑定律，确定土的抗剪强度指标：内摩擦角和凝聚力。