T0176-2007排水反复直接剪切试验

1 目的和适用范围
  用以测定细粒土的残余抗剪强度指标𝑐r、𝜑r。 
2 仪器设备 
  应变控制式反复直剪仪：包括变速设备、可逆电动机和反推夹具，见图T0176-1。其它仪器与本规程T0140试验的第2条相同。 
3 试样制备 
3.1 对有软弱面的原状土样，先分清软弱面的天然滑动方向，整平土样两端，使土样顶面平行于软弱面。在环刀内涂一薄层凡士林。切土时，使软弱面位于环刀高度一半处，然后在试样面上标出软弱面的天然滑动方向。 
3.2 对无软弱面的完整原状黏土或原状的超固结黏土，可用环刀按本规程T 0102 原状试样的制备方法切成试样，然后将试样放入剪切盒内。先在小于50kPa 的垂直压力下，以较快的剪切速率进行预剪，使形成破裂面。如试样坚硬，也可用刀、锯等工具先切割成一个剪切面，然后加垂直荷载，待固结稳定后进行剪切。 
3.3 对泥化带较厚的软弱夹层、滑坡层面，取靠近滑裂面1～2mm 的土；对泥化带较薄的滑动面，取泥化的土；对无泥化带的裂隙面，取靠裂隙面两边的土。将所刮取的土样用纯水浸泡24h 后调制均匀，制备成液限状态的土膏，将其填入环刀内。装填时，先沿环刀四周填入，然后填中部。应排除试样内的气体。 
3.4 原状试样应取破裂面上的土测求含水率；对于扰动土试样可取切下的余土测求含水率。 
3.5 试样应达到饱和。饱和方法宜用抽气饱和法。 
3.6 每组试验应制备4 个试样，同组试样的密度差值不大于0.03g/cm3。图T0176-1 反复直剪仪示意图 1-垂直变形百分表；2-加压框架；3-试样；4-连接杆；5-推动轴；6-剪切盒；7-限制连接杆；8-测力计 
4 试样剪切 
4.1 试样的安装与本规程T 0140 的第4.1～4.4 条相同。 
4.2 每组试验应取4 个试样，在4 种不同垂直压力下进行剪切试验。一个垂直压力相当于现场预期的最大压力，一个垂直压力要大于现场预期的最大垂直压力，其他垂直压力均小于现场预期的最大垂直压力。但垂直压力的各级差值要大致相等。也可以取垂直压力分别为100kPa、200kPa、300kPa、400kPa，各个垂直压力一次轻轻施加，若土质松软也可分级施加以防试样挤出。 
  在试样上施加规定的垂直压力后，测记垂直变形读数。如每小时垂直变形读数变化不超过0.01mm，认为已达到固结稳定。 
4.3 除含水率相当于液限试样的剪切外，一般原状土、硬黏土的试验，在剪切时，剪切盒应开缝，缝宽保持在0.3～1.0mm。 
4.4 转动手轮，使剪切盒前端的钢珠与测力计刚好接触，再调整测力计读数至零位。 
4.5 拔出固定销，调节变速箱。对粉质土、粉质黏土及低塑性黏土的剪切速度不宜超.06mm/min；对高塑性黏土的剪切速度，不宜超过0.02mm/min。开动电机，测读垂直位移计和水平位移计读数。在第1次剪切过程中，达到峰值剪应力之前，一般水平位移每.2～0.4mm 测记1次；过峰值剪应力后，每隔0.5mm 测记1次。每次剪切时，试验不能中断，至最大剪切位移（每次正向剪切位移8～10mm）停止剪切。 
4.6 倒转手轮，用反推设备缓慢地（剪切速度不大于0.6mm/min）将下剪盒反向推至与上剪切盒重合位置，插入固定销。按本试验4.5 的规定进行第2 次剪切。如此，继续反复进行切至剪应力达到稳定值为止。 
4.7 剪切结束，测记垂直位移计读数，吸去剪切盒中积水，尽快卸除位移计、垂直压力、加压框架，加压盖板及剪切盒等，并描述剪切面的破坏情况。取剪切面附近的土样测定剪含水率。 
5 结果计算 
5.1 按下式计算残余抗剪强度： 
      CR 
Sr=---------×10   （T 0176-1） 
      A0 
式中：Sr——残余抗剪强度，计算至0.1 kPa； 
C——测力计率定系数（N/0.01mm）； 
R——测力计读数（0.01mm）； 
A0——试样面积（cm2）； 
10——单位换算系数。 
5.2 绘制剪应力与剪切位移关系曲线，见图T 0176-2。取每个试验曲线上第1 次剪切时峰值作为破坏强度S；取曲线上最后稳定值作为残余强度Sr，并绘制抗剪强度（峰值强度与残余强度）与垂直压力关系曲线，见图T 0176-3。 
图T0176-2 剪应力与剪切位移曲线图T0176-3 抗剪强度与垂直压力关系曲线 
5.3 本试验记录格式如表T 0176-1。 
表 T 0176-1 排水反复直接剪切试验 
工程名称               试验者                校核 者                               
土样编号               计算者               试验日期                               
仪器编号： 剪前固结时间： min测力计率定系数： N/0.01mm 剪前固结沉降量： min 
剪切速率： mm/min 剪切次数：垂直压力： kPa 抗剪强度： kPa剪切位移（0.01mm）垂直位移计读数（0.01mm）测力计读数（0.01mm）剪应力（kPa） 
注 “+”为剪胀，“-”为剪缩。 
6 报告 
6.1 土的性状描述。 
6.2 土的残余抗剪强度指标𝑐r、𝜑r值。 
  
条文说明 
  
1 土样在某一有效压力作用下进行剪切试验时，当剪应力达到峰值以后，若继续剪切，则应力随剪切位移增加而显著降低，最后达到一个稳定值。该稳定值称土的残余抗剪强度或残余强度，以下式表达： 
Sr= cr+ Ptanφr􀭰 （T 0176-2） 
式中： Sr ——土的残余强度（kPa）； 
cr——残余黏聚力（一般c≈0）（kPa）； 
φr——残余内摩擦角（°）； 
P——垂直压力（kPa）。 
2 室内测定残余强度的仪器和方法，目前主要有三轴压缩试验、环剪仪作环形剪切试验和用直剪仪作排水反复直接剪切试验（以下简称反复剪）三种方法。反复剪试验，存在一定的缺点，例如，每次反复后，有一小峰值出现，剪切面可能呈泥浆状。但它简单易行，对多数土均能测得较好的成果，因此，国内外应用较广，本规程也推荐采用直剪仪作反复排水剪试验。 
  本规程规定在进行第二次，第三次……剪切时，不卸除垂直荷载，将剪切盒下盒拉回原位置。因此，将原仪器的推力设备进行改装，使其能推进又能拉回；或另制造一反推设备，待一次剪切完成后，用反推设备将剪切盒下盒推回至原位置。 
3.3 研究表明：扰动试样的残余强度通常与原状试样的残余强度相接近。对同一种土，不管是正常固结或超固结的，只要是在同一有效压力作用下，其残余强度相同，r为一常。它只与土的性质有关，而与应力历史无关。因此，当选取原状土样有困难的，可取扰动土进行试验。 
  但软弱夹层的滑裂面或滑坡层面是构成剪切破坏的产物，它曾经受过较大的剪切位移，加之在漫长的地质历史时期中地下水的长期作用，使滑裂面或滑坡面上土的颗粒组成以及矿物、化学成份都有别于滑面上下土层，故选取扰动土样时，应取滑裂面或滑坡层面上1～2mm的土进行残余强度试验。否则扰动土的残余强度指标可能大于滑裂面或滑坡层面实际强度值。 
  经过对地基软弱夹层或滑坡带土体的调查了解，夹层和滑动层面上土的含水率往往比夹层上下层的含水率高10%左右。当确定制备含水率时，注意这个实际情况。本规程建议扰动土的制备含水率采用该土（泥化夹层和滑动层面）的液限为宜。 
4.5 剪切速率对测定土的残余强度具有明显的影响。土达到残余强度时，其剪切面上的孔隙压力已充分消散，土颗粒已完全定向排列，故测定残余强度的方法只能是最大剪切位移下的慢剪试验。 
  关于剪切速率对土的残余强度的影响问题，根据对黏土、高塑性黏土、粉质黏土及粉质土的液限试样和粉质黏土的原状样进行不同剪切速度的对比试验，其成果见图T0176-4。从图中可以看出：粉质土、粉质黏土、黏土及高塑性黏土的剪切速度的临界值分别为1.0mm/min、0.06mm/min和0.02mm/min。 
图T0176-4 剪切速度与残余强度和剪切沉降量关系曲线 
1-江苏粉质土；2-广西8301-7 粉质黏土；3-葛洲坝夹层土（原状土）；4-华东黏土；5-东北黏土；（注：试样的垂直压力均为200kPa） 
  当剪切速度采用0.02mm/min时，对于每一剪切行程的位移量为8～10mm的试验，需8～10h。为了试验室工作进行的方便，可间隔一定时间进行下一次剪切（即可使试验在白天进行）。 
4.6 关于试验的总剪切位移多大才能测到稳定的强度值的问题，一些专家进行了研究。斯肯普顿（Skempton）认为在室内试验时，过峰值强度后继续剪切到位移达25～50mm，强度可降低到稳定残余值。诺布尔（H·L·Noble）用内径4.8cm的试样在直接剪切仪上以0.004mm/min的速率进行试验，每次剪切位移2.5mm，再推回，如此反复剪10～15次，总位移为50～75mm，也可达到残余值。 
在对软弱夹层的试验中，使用直径为6.4cm的试样，在直接剪切仪上以0.0224mm/min的剪切速度做反复直接剪切试验。试验成果表明：不同颗粒组成的试样，所需要的总剪切位量是不一样的，一般来讲黏粒含量大的试样，需要的总剪切位移量小，反之亦然，如粉质、粉质黏土一般需要40～48mm，黏土一般需要24～32mm。一般反向剪切的剪应力大于正向剪切的剪应力，见图T 0176-5。其原因在于反向剪切破坏了已定向排列的土颗粒，使得土的强度增高。因此，不能将反向剪切的位移量计入达到残余强度时所需要的总剪切位移量中。 
  
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