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土的抗剪强度试验的两种仪器的比较

发布时间: 2020-04-10  点击次数: 234次

张家港晟泰克智能仪器有限公司    杨熙章   邵斌斌  盛文佳

一、概述

         在工程实践中,建筑物地基和土工构筑物产生破坏情况,是因为土体在自重应力和附加应力作用下,土中剪应力达到土的最大抗剪强度。该土体所谓处于极限平衡状态。当外部荷载不断增大。最后连成一个滑动面,也就是一部分土体对另一部分土体产生相对移动,即为土的剪切破坏。因此土的强度问题的研究一直在工程实践或在土力学研究中,作为重要的课题之一。

 

二、本文着重研究,当然土的抗剪强度在不同的试验方法。不同土的性质(包括状态、颗粒级配),不同的应力历史 都具有不同的结果。这可在后面的时间进行比较试验。

         那么不同仪器其试验结果如何呢?在这里我选择了直剪仪和三轴仪。采用同一种标准砂,均在有效应力条件下进行试验。

         由于砂土没有结构强度、没有内聚力,因此得到的结果,就是摩擦角试验。结果表明这个理论和实践结果是对的。但两种仪器的结构和受力条件以及剪切面的不同,两种仪器的试验结果还是有些不同的。

 

三、仪器概况和试验方法                                             

1、盒式直剪试验仪,又称直剪试验仪。

                      (智能四联气压式中低压直剪试验仪

        本次试验采用本公司生产的智能四联气压式中低压直剪试验仪。最大固结压力0~1000kPa,剪应力为0~1000kPa,剪切位移0~8mm,加荷速率满足快剪、固结快剪、慢剪,即0.001~3mm/min,即最慢剪切试验,24h土的相对位移1,44mm,如果剪切位移6mm,大概四天剪切完成。根据土的性质和试验要求,剪切速率可以任意调整。例如这次砂土试验采用剪切速率为0.048mm/min,大约一个半小时。这对于砂土来说也已足够慢了。

         其优点是体积紧凑、操作方便、出力准确、自动化程度高,可以限制最大剪切位移、进退正确,试验过程中数据采集储存不需要电脑采集,当一旦几组试验结果出来,即可导入计算机处理结果。

2、三轴试验仪

         三轴试验仪又称三轴剪力仪,可以单联也可以四联结构。四联结构为四个压力室置于同一台加荷平台上,由轴向力推动加荷平台向四个压力施加相同应变剪切位移,由于四个压力室承受四个不同围压,因此四个不同的剪应力与四个不同围压关系,就能得到四组莫尔圆,就能获得莫尔包线和强度参数。

         由于人工智能型三轴剪力仪自动化程度高,整个过程毋需人工操作。在一般情况下,三轴仪围压0~1000kPa,孔压0~1000kPa。排水量由体变传感器测量,对于土样直径为39.1,则轴向应力为0~2.5MPa。对于不同的深度土样和试验要求时仪器上选用适合的互为匹配的荷重传感器。例如围压在1500kPa,土样面积30cm2,那么荷重传感器就选用20kN。

3、砂样的制备

         对于直剪试验称取一定重量的标准砂,通过漏斗徐徐注入剪切盒。并在试样顶部加上透水板传压活塞采用施加气压加荷装置,按100、200、300、400kPa施加固结压力。

         对于三轴试验,我们选择土样直径39.1mm,高度为80mm的制样器(筒)内,称取一定质量的标准砂,通过漏斗徐徐注入乳胶薄膜内,装好土样帽,经微型真空泵的抽泄空气后,拆开对开模施加围压100、200、300、400kPa。

4、剪切试验

        直剪试验和三轴剪切试验,对于砂土来说,固结时间为30分钟,直剪剪切速率为0.048mm/min,在120分钟完成试验,三轴按0.05、200分钟完成试验。

直剪仪三轴试验的试验结果如下:

 

 

直剪试验

峰值

三轴试验

 

序号

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、结束语

1、两种强度试验仪器,是创新科技的研发结果,具有体积紧凑、操作简便、试验正确稳定、自动化程度高,具有时代特色的人工智能仪器。

2、土的抗剪强度和试验仪器、试验方法,土的基本性质以及试验技术有着密切关系,因此需要进一步研究和创新发展。

3、本次试验研究,仅是一个开端,希望通过产学研用创新平台,能够推动岩土工程试验进一步深化。

4、两种强度试验仪器比较,试验结果比较稳定吻合,同时表明三轴试验的强度比直剪试验强度提高20%左右。

 

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