直接剪切试验
土力学直接剪切试验
土力学直接剪切试验
土力学直接剪切试验是一种用于研究土壤力学性质的试验方法。
该试验主要通过对土样在剪切平面上的应力-应变关系进行研究，来探究其剪切强度和变形特性等力学性质。
直接剪切试验通常采用正方形或圆形的土样，在试验开始前应将土样切平，并确保其表面光滑、平整。
试验时，土样被夹在两个平行的剪切面之间，以产生剪切应力。
在应用规定的剪切荷载后，土样将发生剪切变形，同时试验设备可以记录下荷载变化以及土样在剪切面上的应变变化。
直接剪切试验的结果可以用于计算土的剪切强度、摩擦角以及压缩强度等力学指标。
此外，直接剪切试验还可以用于研究土壤的孔隙结构、应力分布等问题。
直接剪切试验具有简单易行、结果准确等优点，已广泛应用于土力学领域，被广泛用于工程问题的研究及土力学试验教学中。
直接剪切试验
直接剪切试验1.1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外一部分土体滑动时所具有的抵抗剪切的极限强度。
测定土的抗剪强度，可以提供计算地基强度和地基稳定性用的基本指标，即土的内聚力和内摩擦角。
土的内摩擦角和内聚力与抗剪强度之间的关系由库仑公式表示：τ=tgφ+cστ—抗剪强度(kPa)；σ—为正应力(kPa)；φ--内摩擦角(度)；c--内聚力(kPa)。
直接对试样施加剪力的设备叫直接剪力仪，常用的直接剪力仪根据施加剪应力的特点分为应力控制式和应变控制式两种。
应力控制式是分级施加等量水平剪力于土样使之受剪，应变控制式是等速推动剪切容器使土样受剪。
以应变式最为常用。
仪器的主要部件剪切容器是由固定的上盒和活动的下盒(应变式)或固定的下盒与活动的上盒（应力式）等部件组成。
试样置于上下盒之间，在试样上先施加预定的法向压力σφ，然后以一定速率分级施加水平力对试样施加剪力，可借助于与上盒相接触的量力环的变形或以所加水平力与杠杆力臂比关系确定。
为求得的抗剪强度参数（c，φ），一般至少用4～5个试样，以同样的方法分别在不同的法向压力σ1、σ2、σ3……的作用下测出相应的τf1、τf2、τf3……的值，根据这些σ，τf值，即可在直角坐标中绘出抗剪强度曲线。
无论是饱和粘性土的抗剪强度试验，还是天然粘性土地基加荷过程中，空隙水压力的消散，即荷载在土体中产生的应力全部转化为有效应力，需要一定的固结时间来完成。
因此，土的固结过程，实际上也是土体强度不断增长的过程。
对同一种土，即使在同一法向压力下，由于见切前试样的固结过程和剪切试样的条件不同，其强度指标也是各异的，为了近似地模拟现场土体的剪切条件，即按照剪切前的固结过程、剪切时的排水条件以及加荷快慢情况，将直剪试验分为快剪，固结快剪和慢剪三中试验方法。
1.2仪器简介应变控制式直剪仪如图，其中环刀，内径61.8mm，高20mm.。
位移量测设备，百分表和传感器，百分表量程应为10mm，分度值0.01mm，传感器的精度应为零级。
简述直接剪切试验的优缺点
简述直接剪切试验的优缺点
直接剪切试验是材料力学中常见的一种试验方法，其优缺点如下所述。
优点：
1. 直接剪切试验是一种简单易行的试验方法，不需要复杂的试验装置，只需要简单的样品和试验机即可进行试验。
2. 直接剪切试验可以直接测量材料的剪切强度和剪切模量，这对于材料的力学性能研究非常重要。
3. 直接剪切试验不受拉伸和压缩试验中存在的边界效应的影响，因此可以更准确地测量材料的力学性能。
4. 直接剪切试验的样品形状较为简单，可以根据需要进行不同尺寸的试验，适用于多种材料。
5. 直接剪切试验可以用来研究材料的剪切破坏机制和剪切变形行为，对于材料的应用和改进具有重要意义。
缺点：
1. 直接剪切试验只能测量材料的剪切性能，不能测量其其他力学性能，如拉伸和压缩强度等。
2. 直接剪切试验中样品的几何形状和试验条件对试验结果有很大影响，因此需要进行精确的试验设计和数据处理。
3. 直接剪切试验中样品的边缘效应会对试验结果产生影响，特别是在小尺寸样品试验中。
4. 直接剪切试验需要进行多次试验以获得可靠的结果，因此需要较长的试验时间。
5. 直接剪切试验中样品的制备和夹持需要一定的技术和经验，如果操作不当会影响试验结果。
直接剪切试验作为一种简单易行的试验方法，可以用来测量材料的剪切性能，并对材料的力学性能研究和应用具有重要意义。
但是，其也存在一些缺点需要注意，例如需要进行多次试验、样品制备和夹持需要一定的技术和经验等。
因此，在进行直接剪切试验时，需要认真设计试验方案，精确处理数据，以获得准确可靠的试验结果。
高速铁道工程技术《直接剪切试验》
• 土的破坏主要是由于剪切引起的，剪切破 坏是土体破坏的重要特点
• 工程时间中与土的抗剪强度有关的工程主 要有以下3类
• 〔1〕土质土坝的稳定 • 〔2〕土压力 • 〔3〕地基的承载力问题
确定强度指标的试验
• 测定土抗剪强度指标的试验称为剪切试验。 • 按照常用的试验仪器将剪切试验分为： • 直接剪切试验 • 三轴压缩试验 • 无侧向抗压强度试验 • 十字板剪切试验 • 近似模拟
直接剪切试验
直接剪切试验仪器
直接剪切试验
直接剪切试验
直接剪切试验
• 在直剪试验过程中，不能量测孔隙水应力，也不能控制排水，所以只能以总应力法来表 示土的抗剪强度。但是为了考虑固结程度和排水条件对抗剪强度的影响，根据加荷速率 的快慢可将之间试验划分为：
• 快剪 • 固结快剪 • 慢剪
直接剪切试验
直接剪切试验
• 直剪试验的缺点 • 1、剪切破坏面固定为上下盒之间的水平面。 • 2、试验中试验的排水程度靠试验速的快慢控制。 • 3、由于上下土盒的错动，剪切过程中试样的有效面积减小，使试样中的应力分布不均
匀，主应力方向发生变化，当剪切变形
直接剪切试验原理
直接剪切试验原理直接剪切试验是一种常用的材料力学试验方法，用于测定材料的切割强度和剪切模量等力学性能参数。
在工程实践中，直接剪切试验被广泛应用于土壤、岩石、混凝土、金属等材料的强度和变形特性研究中。
本文将对直接剪切试验的原理进行详细介绍，以便读者更好地理解和应用这一试验方法。
首先，直接剪切试验是通过施加一个水平的剪切力和一个垂直的正应力来对材料进行切割，从而研究材料的切割强度和变形特性。
在试验中，材料样品被置于两个相对移动的剪切载荷板之间，一侧施加水平的剪切力，另一侧施加垂直的正应力。
通过测量施加的力和材料的变形，可以得到材料的切割强度和剪切模量等力学性能参数。
其次，直接剪切试验的原理基于莫尔－库伦岩石力学准则和库仑剪切准则。
根据莫尔－库伦准则，材料在达到破坏状态时，剪切面上的切应力和法向应力之间存在一定的线性关系；而库仑剪切准则则描述了材料在达到破坏状态时，剪切面上的切应力和法向应力之间的非线性关系。
通过直接剪切试验，可以验证和应用这些力学准则，从而揭示材料的内在力学性质。
再次，直接剪切试验的原理还涉及到材料的应变硬化特性。
在试验中，随着施加的剪切力的增加，材料会发生变形，并伴随着应变硬化效应的出现。
应变硬化是指材料在受到外力作用后，其应变随着应力的增加而不断增大的现象。
通过对材料的应变硬化特性进行研究，可以更好地理解材料的强度和变形行为。
最后，直接剪切试验的原理还包括了试验数据的处理和分析方法。
在试验中，需要测量和记录施加的力和材料的变形，然后利用这些数据计算出材料的切割强度和剪切模量等力学性能参数。
同时，还需要对试验数据进行统计分析和图表展示，以便更直观地展现材料的力学性能特征。
综上所述，直接剪切试验是一种重要的材料力学试验方法，其原理涉及到施加剪切力和正应力对材料进行切割，验证和应用莫尔－库伦准则和库仑剪切准则，研究材料的应变硬化特性，以及处理和分析试验数据等内容。
通过对直接剪切试验原理的深入理解，可以更好地应用这一试验方法，并为材料的强度和变形特性研究提供重要的参考依据。
直接剪切试验
直接剪切试验（快剪法）（一）试验目的直接剪切试验是测定土的抗剪强度的一种常用方法。
通常采用四个试样为一组，分别在不同的垂直压力σ下，施加水平剪应力进行剪切，求得破坏时的剪应力τ，然后根据库仑定律确定土的抗剪强度参数内摩擦角φ和凝聚力C。
直剪试验分为快剪（Q）、固结快剪（CQ）和慢剪（S）三种试验方法。
在教学中可采用快剪法。
（二）试验原理快剪试验是在试样上施加垂直压力后立即快速施加水平剪切力，以0.8~1.2mm/min的速率剪切，一般使试样在3～5min内剪破。
快剪法适用于测定粘性土天然强度。
附图9－1 应变控制式直剪仪结构示意图1－垂直变形百分表；2－垂直加压框架；3－推动座；4－剪切盒；5－试样；6－测力计；7－台板；8－杠杆；9－砝码（三）仪器设备1．应变控制式直接剪切仪：如附图9－1，有剪力盒、垂直加压框架、测力计及推动机构等。
2．其它：量表、砝码等。
（四）试验步骤1．切取试样：按工程需要用环刀切取一组试样，至少四个，并测定试样的密度及含水率。
如试样需要饱和，可对试样进行抽气饱和。
2．安装试样：对准上下盒，插入固定销钉。
在下盒内放入一透水石，上覆隔水蜡纸一张。
将装有试样的环刀平口向下，对准剪切盒，试样上放隔水蜡纸一张，再放上透水石，将试样徐徐推入剪切盒内，移去环刀。
3．施加垂直压力：转动手轮，使上盒前端钢珠刚好与测力计接触，调整测力计中的量表读数为零。
顺次加上盖板、钢珠压力框架。
每组四个试样，分别在四种不同的垂直压力下进行剪切。
在教学上，可取四个垂直压力分别为100、200、300、400kPa。
4．进行剪切：施加垂直压力后，立即拔出固定销钉，开动秒表，以每分钟4～6转的均匀速率旋转手轮（在教学中可采用每分钟6转）。
使试样在3～5分钟内剪破。
如测力计中的量表指针不再前进，或有显著后退，表示试样已经被剪破。
但一般宜剪至剪切变形达4mm。
若量表指针再继续增加，则剪切变形应达6mm为止。
手轮每转一圈，同时测记测力计量表读数，直到试样剪破为止。
直接剪切试验
直接剪切试验一、试验目的直接剪切试验就是直接对试样进行剪切试验，简称直剪试验，是测定土的抗剪强度的一种常用方法，通常采用4个试样，分别在不同的垂直压力P 下，施加水平剪切力，测得试样破坏破坏时的剪应力τ，然后根据库伦定律确定土的抗剪强度参数内摩擦角φ和粘聚力c 。
二、试验原理用库仑公式表示如下：粘性土 c tg +⋅=ϕστ 非粘性土ϕστtg ⋅= 式中：τ —土体抗剪强度（kPa ） σ—承受的垂直压力（kPa ϕ—内摩擦角 （°）； c —粘聚力（kPa ）。
图6—1τ～σ关系曲线 图6—2τ～△L 关系曲线三、试验方法根据土样在剪切过程中孔隙水变化情况的不同，常用的直剪方法有三种：1.不固结快剪法：加法向力后，讯速施加剪力，在3～5分钟内将土样剪破试样。
整个试验过程中土样的含水量保持不变；2.固结快剪法：施加法向力后，让试样固结排水，产生竖向压缩变形，待固结稳定后，再快速施加水平剪应力使试样剪破。
要求试样在剪切过程中含水量保持不变；3.固结慢剪法：施加法向力后，让试样固结排水，产生竖向压缩变形，待固结稳定后，缓慢施加水平剪力，使试样剪切破坏。
要求试样在剪切过程中孔隙水能及时消散。
四、不固结快剪试验 试验方法适用于渗透系数小于10-6cm/s的细粒土。
1.试验设备 （1）应变控制直剪仪：由剪切盒、垂直加压设备、剪切传动装置、测力计、位 移测量系统组成。
见图6—3；（2）环刀：高度20mm ，内径61.8mm 。
（3）天平：感量0.1g 、称量500g ；（4）百分表：量程10mm ；（5）其它辅助工具：环刀、饱和器、削土刀、秒表、透水石、滤纸等。
2.试验步骤（1）按工程需要，从原状土样中切取原状土试样或制备给定干密度及含水率的扰动土试样。
切样方法同压密试验；（2）每组试验至少制备4个试样，按密度试验和含水率试验的方法测定试样的密度和含水率。
要求各试样间的重力密度差值不大于0.3kN/m 3，含水量不大于2%；（3）将上、下盒对准，插入固定销，在下盒内放入透水石和滤纸，将带有试样的环刀刀口向上，刀背向下，对准剪切盒口，放置滤纸和上透水石，将试样慢速推入剪切盒内，移去环刀，加上传力盖板；（4）安装滑动钢珠、剪切盒和量力环，施加0.01N/mm 2的预压荷载，转动手轮，将量力环中百分表读数调零。
直接剪切试验
实验五直接剪切试验一、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。
二、实验目的：是测定土的抗剪强度，提供计算地基强度和稳定用的基本指标（内摩擦角和内聚力）。
内摩擦角和内聚力与抗剪强度之间的关系可以用库伦公式表示：τ = σ tan φ +с式中：τ——抗剪强度，即破坏剪应力，KPa ；σ——正应力，KPa ；φ——内摩擦角，度；c ——内聚力，KPa ；三、实验方法：快剪、固结快剪、慢剪3种实验方法。
现介绍快剪法。
快剪法：采用原状土样尽量接近现场情况，然后于较短时间内完成试验。
这种方法将使粒间有效应力维持原状，不受试验时外力的影响，由于这种粒间有效应力的数值无法求得，所以试验结果只能得出（σ tan φ +с）的混合值。
四、仪器设备1．应变控制式直剪仪(见图)。
主要部件包括：剪切盒（上剪切盒、下剪切盒），垂直加压框架，测力计、剪切传动装置及位移量测系统等；2．位移计（百分表）：量程10㎜，分度值0.01㎜；3．环刀：内径6.18㎝，高2㎝；4．其它：切土刀、钢丝锯等。
五、操作步骤（1）对准上下盒，插入固定销钉，在下盒内放入洁净透水板及塑料薄膜；（2）将装有试样的环刀刀口向上，平口向下，对准剪切盒上盒口，在试样上面放塑料薄膜及透水板，然后将试样徐徐压入盒底，移去环刀。
并顺次加上活塞钢珠及加压框架。
（3）转动手轮，使上盒前端钢珠刚好测力计接触。
顺次加上加压盖板、钢珠、加压框架。
调整测力计百分表初读数。
（4）施加垂直压力，本试验至少取四个试样，分别加不同的垂直压力，其大小按估计所受计算荷载的范围而定。
一般可按25、50、100、200、300、及400KPa施加。
加荷时一次轻轻加上。
但必须注意，如土质松软，为防止试样被挤出，应分级施加，切不可一次加上去。
14（5）施加垂直压力后，立即拨去固定销钉，以0.8mm/min的剪切速度进行剪切，使试样在3~5min内剪损。
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试验八 直接剪切试验
(一)
概述
直接剪切试验就是直接对试样进行剪切的试验，是测定抗剪强度的一种常用方法，，通常采用4个试样，分别在不同的垂直压力施加水平剪力，测试样破坏时的剪应力，然后根据库仑定律确定土的抗剪强度参数ϕ与c (二)
试验方法
直接剪切试验一般可分为慢剪、固结快剪和快剪三种试验方法。
1.慢剪试验。
先使土样在某一级垂直压力作用下，固结至排水变形稳定(变形稳定标准为每小时变形不大于0.005mm)，再以小于每分钟0.02 mm 的剪切速量缓慢施加水平剪应力，在施加剪应力的过程中，使土样内始终不产生孔隙水压力，
用几个土样在不同垂直压力下进行剪切，将得到有效应力抗剪强度参数c s 和Фs 值，但历时较长，剪切破坏时间可按下式估算 )
18(5050
−=t t f
式中 t f ——达到破坏所经历的时间； t 50——固结度达到50%的时间。
2.固结快剪试验。
先使土样在某一级垂直压力作用下，固结至排水变形稳定，再以每分钟0.8mm 的剪切速率施加剪力，直至剪坏，一般在3～5min 内完成，适用于渗透系数小于10-6cm/s 的细粒土。
由于时间短促，剪力所产生的超静水压力不会转化为粒间的有效应力，用几个土样在不同垂直压力下进行慢剪，便能求得抗剪强度参数cq cq C 与ϕ 值，这种c cq 、cq ϕ值称为总应力法抗剪强度参数。
3.快剪试验。
采用原状土样尽量接近现场情况，以每分钟0.8mm 的剪切速率施加剪力，直至剪坏，一般在3～5 min 内完成，适用于渗透系数小于10-6cm/s 的细粒土。
种方法将使粒间有效应力维持原状，不受试验外力的影响，但由于这种粒间有效应力的数值无法求得，所以试验结果只能求得(σtanФq +c q )的混合值。
快速法适用于测定粘性土天然强度，但φq 角将会偏大。
(三)仪器设备
1..直剪仪。
采用应变控制式直接剪切仪，如图8-1所示，由剪切盒、垂直
加压设备、剪切传动装置、测力计以及位移量测系统等组成。
加压设备可采用杠杆传动，也可采用气压施加。
2.测力计。
采用应变圈，量表为百分表或位移传感器。
3.环刀有。
内径6.18cm，高2.0 cm。
2.其他。
切土刀、钢丝锯、滤纸、毛玻璃板、圆玻璃片以及润滑油等。
图8-1 应变控制式直接剪切仪
(四)操作步骤
1.对准剪切盒的上下盒，手稿固定销钉，在下盒内放洁净透水石一块及湿润滤纸一张。
2.将盛有试样的环刀，平口向下、刀口向上，对准剪切盒的上盒，在试样面放湿润滤纸一张及透水石一块，然后将试样通过透水石徐徐压入剪切盒底，移去环刀，并顺次加上传压活塞及加压框架。
3.取不少于4个试样，并分别施加不同的垂直压力，其压力大小根据工程实际和土的软硬程度而定，一般可按250kpa，50 kpa，100 kpa，200 kpa，300 kpa，400 kpa，600 kpa，…施加，加荷时应轻轻加上，但必须注意，如土质松软，为防止试样被挤出，应分级施加。
4.若试样是饱和试样，则在施加垂直压力5min后，向剪切盒内注满水；若试样是非饱和土试样，不必注水，但应在加压板周围包以湿棉纱，以防止水分蒸发。
5.当在试样上施加垂直压力后，若每小时垂直变形不大于0.005mm，则认为试样已达到固结稳定。
6.试样达到固结稳定后，安装测力计，徐徐转动手轮，使上盒前端的钢珠
恰与测力计接触，测记测力计初读数。
7. 松开外面四只螺杆，拔去里面固定销钉，然后开动电动机，使应变圈受压，观察测力计的读数，它将随下盒位移的增大而增大，没测力计读数不再增加或开始倒退时，即出现峰值，认为试样已破坏，记下破坏值，并继续剪切至位移为4mm 停机；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。
8. 剪切结束后，卸支剪切力和垂直压力，取出试样，并测定试样的含水量。
(一)
成果整理
1. 计算
按式(8-1)计算每一试件的剪应力：
pa)
mm)
差值(0.01mm)。
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(，垂直压力为横坐标，绘制抗剪强度与垂直压力关系曲)
18(−=KR
τ式中 τ——试样所受的剪应力(k K ——测力计率定系数(kpa/0.01 R ——剪切时测力计的读数与初读数之2. 制图
(1) 以图8-2)，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。
(2) 以抗剪强度为纵坐标线(图8-3)，直线的倾角为土的内摩擦角φ ，直线在纵坐标上的截距为土的粘聚力c 。
图8-2 剪应力与剪切位移关系曲线 图8-3 抗剪强度与垂直压力关系
(二) 试验记录
直接试验记录见表8-1。
8-1直接剪切试验记录
工程编号： 表 试验者： 试验方法： 计算者： 固结时间： 校核者： 环刀面积： 试验日期：
仪器编号 测力计编号 测力计系数 K(kpa/0.01mm)
垂直压力p( kpa) 测力计初读数R 0 (0.01mm)
测力计终读数R t
(0.01mm) 测力计读数差)
(R t - R 0) (0.01mm 抗剪强度 (kpa) 备注
粘聚力c= (pa)k
内摩擦角 = (°)
抗 ) 剪 强 度
(kpa
p
垂直压力(kpa)。