粗颗粒土直接剪切试验

66.1  一 般 规 定

66.1.1        土样应为最大粒径不大于60mm  的粗颗粒土。

66.1.2        本试验采用应变控制式大型直接剪切仪测定粗颗粒土的 抗剪强度参数。

66.2  仪 器 设 备

66.2.1        应变控制式大型直剪仪(图66 .2 . 1)应由上剪切盒、下剪 切盒、传压板、滚珠排、加荷设备、垂直加压框架和水平加压支座等组成。

图66.2.1  大型直剪仪示意图

1一下剪切盒；2一上剪切盒；3--试样；4—透水板；5一传压板；6一测力计；

7—滚轴排；8-开缝装置；9-水槽；10—水平加荷支座；11一进水孔；

12一固定销；13-上反力横梁；14一下反力横梁；15—传动轴

66.2.2       剪切盒形状宜采用圆形，尺寸： D/d_max 为8～12,H/d_max为4～8。

66.2.3      百分表或位移计：分度值0.01mm。

66.2.4      粗筛：孔径60mm、40mm、20mm 、10mm 、5mm、2mm。

66.2.5     磅秤：分度值250g。

66.2.6     其他设备：附真空测压表的真空泵、饱和器、台秤、水平尺、拌和工具、恒湿设备与击实锤。

66.3  操 作 步 骤

66.3.1      试样制备和安装应下列步骤进行：

1    试样应按本标准第60.3.1条、第60.3.2条的规定进行备料。根据试验要求的干密度、含水率和试样尺寸，计算并称取试验 所需的土样数量。对无黏性粗颗粒土，为防止颗粒分离，也可根据 装填层数，分层称取试验所需的土样。

2    将下剪切盒吊放在滚轴排上，并在下剪切盒上安放开缝环 及钢珠，控制剪切开缝尺寸为(1/3～1/4)d_max, 然后将上剪切盒放上，使上、下盒同心，并用固定插销定位。

3   将称好的试样拌匀后分层装入剪切盒内(层次可根据高度  与层缝错开的原则而定，一般为3层或5层)。每一层可采用击 实、振捣或静压等制样方法控制每一层试样至预定要求的高度。 对黏质粗颗粒土，每层表面刨毛后，再填下一层。重复上述步骤至  最后一层，整平表面。

4 试样当需饱和时，对无黏性粗颗粒土，宜用水头饱和法；对黏质粗颗粒土，宜用真空饱和法。

5  在试样面上依次放上透水板、传压板等。要求安装对中， 传压板应用水平尺校平。上、下反力钢梁应水平。安装2个～4  个垂直百分表，徐徐开动垂直传动轴，使各部接触。记录变形起始读数。

6   安装水平百分表或位移计，使水平传动轴的着力线通过剪切面的中心。徐徐开动水平传动轴，使其与下剪切盒的着力点接 触即停止。

7    每组试验应制备4个～5个试样，在不同压力下进行试 验，其密度最大允许差值应为±0.03g/cm³, 含水率最大允许差值 应为±1%。

66.3.2      快剪试验应按下列步骤进行：

1    应按本标准第66.3. 1条第5款的规定安装试样和定位， 但在试样上、下面接触处，安放与透水板厚度相等的不透水钢板。 在试样上一次施加预定的垂直荷载，使其在整个试验过程中保持恒定。

2    拔除上、下剪切盒的固定销并取掉开缝环。记录垂直、水 平测力计、百分表等的读数。开动水平传动轴和秒表，以每分钟剪 切试样直径的1.2%～1.8%的剪切速率，使试样在5min～10min  内剪损。如剪应力的读数达到稳定，或有显著后退，表示试样已剪 损。若剪应力读数继续增加，则剪切变形应达到60mm或达到试 样直径的1/15～1/10为止。每1mm测记负荷传感器或测力计读数并根据需要测记垂直位移读数，直至剪损为止。

3    试验结束后，尽快卸去百分表或位移计、水平荷载、垂直荷 载和加荷设备。视需要对剪切面作简要描述。取剪切面附近的试 样，测定其剪切后含水率与颗粒级配。

66.3.3      固结快剪试验应按下列步骤进行：

1     应按本标准第66.3. 1条第5款的规定进行试样安装和定 位，试样上、下两面的不透水板换放细铜丝布和透水钢板；

2    在试样上施加垂直荷载后，当每小时垂直变形小于0.03mm 时，认为变形稳定。测记此时垂直百分表读数；

3   试样达到固结稳定后应按本标准第66.3.2条第2款、第 3款的规定进行剪切。

66.3.4      慢剪试验应按下列步骤进行：

1    应按本标准第66.3.1条第5款的规定进行试样安装和定位，但试样上、下两面的不透水板改放细铜丝布和透水钢板。

2 应按本标准第66.3.3条第2款的规定进行试样固结。

3 试样达到固结稳定后，拔除上、下剪切盒固定销并取掉开缝 环。检查垂直荷载、水平测力计、百分表等，记录其读数。开动水平 传动轴和秒表，以一定剪切速率施加水平荷载，每隔1mm 测记1次水平荷载读数和垂直百分表读数。剪切速率可按式(66.3.4)计算 剪切破坏时间，根据剪损时的剪切变形计算剪切速率。当水平荷 载读数达到稳定，或有显著后退，表示试样已剪损。若剪应力读数 继续增加，应控制剪切变形达试样直径的1/5～1/10,方可停止试验；

       t_f  =  50t₅₀                                        (66.3.4)

式中：t_f  —— 达到破坏所经历的时间(s);

t₅₀—— 固结度达到50%的时间(s)。

4 试验结束后应按本标准66.3.2条第3款的规定拆除试 样，并测定其剪切后含水率与颗粒级配。

66.4 计算、制图和记录

66.4.1  剪应力应按下式计算：

     (66.4.1) 

式中：τ——剪应力(kPa);

C—— 水平测力计率定系数(kN/0.01mm);

R——水平测力计读数(0.01mm);

F—— 某垂直压力下仪器摩擦力(kN);

A—— 试样面积(m²)。

66.4.2  以剪应力和垂直变形为纵坐标，水平位移为横坐标，分别绘制某级垂直压力下剪应力 τ 与水平位移△L 关系曲线、垂直变形△s 与水平位移△L 关系曲线。

66.4.3 取剪应力 τ 与水平位移△L 关系曲线上峰值或稳定值作为抗剪强度。当无明显峰值时，取水平位移达到试样直径1/15~ 1/10处的剪应力作为抗剪强度 S。

66.4.4      以抗剪强度S  为纵坐标，垂直压力 p 为横坐标，绘制抗 剪强度S 与垂直压力p的关系曲线。直线的倾角为粗颗粒土的 内摩擦角φ,直线在纵坐标轴上的截距为粗颗粒土的黏聚力c。

66.4.5     粗颗粒土直接剪切试验的记录格式应符合本标准附录 D 表 D.111 的规定。