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土的抗剪強度試驗的兩種儀器的比較

發布時間: 2020-04-10  點擊次數: 841次

張家港晟泰克智能儀器有限公司    楊熙章   邵斌斌  盛文佳

一、概述

         在工程實踐中,建筑物地基和土工構筑物產生破壞情況,是因為土體在自重應力和附加應力作用下,土中剪應力達到土的大抗剪強度。該土體所謂處于極限平衡狀態。當外部荷載不斷增大。后連成一個滑動面,也就是一部分土體對另一部分土體產生相對移動,即為土的剪切破壞。因此土的強度問題的研究一直在工程實踐或在土力學研究中,作為重要的課題之一。

 

二、本文著重研究,當然土的抗剪強度在不同的試驗方法。不同土的性質(包括狀態、顆粒級配),不同的應力歷史 都具有不同的結果。這可在后面的時間進行比較試驗。

         那么不同儀器其試驗結果如何呢?在這里我選擇了直剪儀和三軸儀。采用同一種標準砂,均在有效應力條件下進行試驗。

         由于砂土沒有結構強度、沒有內聚力,因此得到的結果,就是摩擦角試驗。結果表明這個理論和實踐結果是對的。但兩種儀器的結構和受力條件以及剪切面的不同,兩種儀器的試驗結果還是有些不同的。

 

三、儀器概況和試驗方法                                             

1、盒式直剪試驗儀,又稱直剪試驗儀。

                      (智能四聯氣壓式中低壓直剪試驗儀

        本次試驗采用本公司生產的智能四聯氣壓式中低壓直剪試驗儀。大固結壓力0~1000kPa,剪應力為0~1000kPa,剪切位移0~8mm,加荷速率滿足快剪、固結快剪、慢剪,即0.001~3mm/min,即慢剪切試驗,24h土的相對位移1,44mm,如果剪切位移6mm,大概四天剪切完成。根據土的性質和試驗要求,剪切速率可以任意調整。例如這次砂土試驗采用剪切速率為0.048mm/min,大約一個半小時。這對于砂土來說也已足夠慢了。

         其優點是體積緊湊、操作方便、出力準確、自動化程度高,可以限制大剪切位移、進退正確,試驗過程中數據采集儲存不需要電腦采集,當一旦幾組試驗結果出來,即可導入計算機處理結果。

2、三軸試驗儀

         三軸試驗儀又稱三軸剪力儀,可以單聯也可以四聯結構。四聯結構為四個壓力室置于同一臺加荷平臺上,由軸向力推動加荷平臺向四個壓力施加相同應變剪切位移,由于四個壓力室承受四個不同圍壓,因此四個不同的剪應力與四個不同圍壓關系,就能得到四組莫爾圓,就能獲得莫爾包線和強度參數。

         由于人工智能型三軸剪力儀自動化程度高,整個過程毋需人工操作。在一般情況下,三軸儀圍壓0~1000kPa,孔壓0~1000kPa。排水量由體變傳感器測量,對于土樣直徑為39.1,則軸向應力為0~2.5MPa。對于不同的深度土樣和試驗要求時儀器上選用適合的互為匹配的荷重傳感器。例如圍壓在1500kPa,土樣面積30cm2,那么荷重傳感器就選用20kN。

3、砂樣的制備

         對于直剪試驗稱取一定重量的標準砂,通過漏斗徐徐注入剪切盒。并在試樣頂部加上透水板傳壓活塞采用施加氣壓加荷裝置,按100、200、300、400kPa施加固結壓力。

         對于三軸試驗,我們選擇土樣直徑39.1mm,高度為80mm的制樣器(筒)內,稱取一定質量的標準砂,通過漏斗徐徐注入乳膠薄膜內,裝好土樣帽,經微型真空泵的抽泄空氣后,拆開對開模施加圍壓100、200、300、400kPa。

4、剪切試驗

        直剪試驗和三軸剪切試驗,對于砂土來說,固結時間為30分鐘,直剪剪切速率為0.048mm/min,在120分鐘完成試驗,三軸按0.05、200分鐘完成試驗。

直剪儀三軸試驗的試驗結果如下:

 

 

直剪試驗

峰值

三軸試驗

 

序號

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、結束語

1、兩種強度試驗儀器,是創新科技的研發結果,具有體積緊湊、操作簡便、試驗正確穩定、自動化程度高,具有時代特色的人工智能儀器。

2、土的抗剪強度和試驗儀器、試驗方法,土的基本性質以及試驗技術有著密切關系,因此需要進一步研究和創新發展。

3、本次試驗研究,僅是一個開端,希望通過產學研用創新平臺,能夠推動巖土工程試驗進一步深化。

4、兩種強度試驗儀器比較,試驗結果比較穩定吻合,同時表明三軸試驗的強度比直剪試驗強度提高20%左右。

 

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