土的抗剪強(qiáng)度試驗(yàn)的三軸儀與直剪儀的比較

一、概述

在工程實(shí)踐中，建筑物地基和土工構(gòu)筑物產(chǎn)生破壞情況，是因?yàn)橥馏w在自重應(yīng)力和附加應(yīng)力作用下，土中剪應(yīng)力達(dá)到土的大抗剪強(qiáng)度。該土體所謂處于極限平衡狀態(tài)。當(dāng)外部荷載不斷增大。后連成一個(gè)滑動(dòng)面，也就是一部分土體對(duì)另一部分土體產(chǎn)生相對(duì)移動(dòng)，即為土的剪切破壞。因此土的強(qiáng)度問題的研究一直在工程實(shí)踐或在土力學(xué)研究中，作為重要的課題之一。

二、本文著重研究，當(dāng)然土的抗剪強(qiáng)度在不同的試驗(yàn)方法。不同土的性質(zhì)（包括狀態(tài)、顆粒級(jí)配），不同的應(yīng)力歷史  都具有不同的結(jié)果。這可在后面的時(shí)間進(jìn)行比較試驗(yàn)。
那么不同儀器其試驗(yàn)結(jié)果如何呢。在這里我選擇了直剪儀和三軸儀。采用同一種標(biāo)準(zhǔn)砂， 均在有效應(yīng)力條件下進(jìn)行試驗(yàn)。
由于砂土沒有結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、沒有內(nèi)聚力，因此得到的結(jié)果，就是摩擦角試驗(yàn)。結(jié)果表明這個(gè)理論和實(shí)踐結(jié)果是對(duì)的。但兩種儀器的結(jié)構(gòu)和受力條件以及剪切面的不同，兩種儀器的試驗(yàn)結(jié)果還是有些不同的。

三、儀器概況和試驗(yàn)方法

（蘇州拓測(cè)儀器設(shè)備有限公司四聯(lián)氣壓式直剪試驗(yàn)儀）
1、盒式直剪試驗(yàn)儀，又稱直剪試驗(yàn)儀。
本次試驗(yàn)采用本公司生產(chǎn)的四聯(lián)氣壓式直剪儀。大固結(jié)壓力 0~1000kPa，剪應(yīng)力為0~1000kPa，剪切位移 0~8mm，加荷速率滿足快剪、固結(jié)快剪、慢剪，即 0.001~3mm/min， 即慢剪切試驗(yàn)，24h 土的相對(duì)位移 1,44mm，如果剪切位移 6mm，大概四天剪切完成。根據(jù)土的性質(zhì)和試驗(yàn)要求，剪切速率可以任意調(diào)整。例如這次砂土試驗(yàn)采用剪切速率為0.048mm/min，大約一個(gè)半小時(shí)。這對(duì)于砂土來說也已足夠慢了。

氣壓式直剪試驗(yàn)其優(yōu)點(diǎn)是體積緊湊、操作方便、出力準(zhǔn)確、自動(dòng)化程度高，可以限制大剪切位移、進(jìn)退正確，試驗(yàn)過程中數(shù)據(jù)采集儲(chǔ)存不需要電腦采集，當(dāng)一旦幾組試驗(yàn)結(jié)果出來，即可導(dǎo)入計(jì)算機(jī)處理結(jié)果。

2、三軸試驗(yàn)儀

（蘇州拓測(cè)儀器設(shè)備有限公司四聯(lián)多功能三軸試驗(yàn)儀）
三軸試驗(yàn)儀又稱三軸剪力儀，可以單聯(lián)也可以四聯(lián)結(jié)構(gòu)。四聯(lián)結(jié)構(gòu)為四個(gè)壓力室置于同一臺(tái)加荷平臺(tái)上，由軸向力推動(dòng)加荷平臺(tái)向四個(gè)壓力施加相同應(yīng)變剪切位移，由于四個(gè)壓力室承受四個(gè)不同圍壓，因此四個(gè)不同的剪應(yīng)力與四個(gè)不同圍壓關(guān)系，就能得到四組莫爾圓，

就能獲得莫爾包線和強(qiáng)度參數(shù)。
由于人工智能型三軸剪力儀自動(dòng)化程度高，整個(gè)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(cè)量，對(duì)于土樣直徑為 39.1， 則軸向應(yīng)力為 0~2.5MPa。對(duì)于不同的深度土樣和試驗(yàn)要求時(shí)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(duì)于直剪試驗(yàn)稱取一定重量的標(biāo)準(zhǔn)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(jié)壓力。
對(duì)于三軸試驗(yàn)，我們選擇土樣直徑 39.1mm，高度為 80mm 的制樣器（筒）內(nèi)，稱取一定質(zhì)量的標(biāo)準(zhǔn)砂，通過漏斗徐徐注入乳膠薄膜內(nèi)，裝好土樣帽，經(jīng)微型真空泵的抽泄空氣后， 拆開對(duì)開模施加圍壓 100、200、300、400kPa。
4、剪切試驗(yàn)
直剪試驗(yàn)和三軸剪切試驗(yàn)， 對(duì)于砂土來說， 固結(jié)時(shí)間為 30 分鐘， 直剪剪切速率為
0.048mm/min，在 120 分鐘完成試驗(yàn)，三軸按 0.05、200 分鐘完成試驗(yàn)。

四、結(jié)束語
1、兩種強(qiáng)度試驗(yàn)儀器，是創(chuàng)新科技的研發(fā)結(jié)果，具有體積緊湊、操作簡(jiǎn)便、試驗(yàn)正確穩(wěn)定、自動(dòng)化程度高，具有時(shí)代特色的人工智能儀器。
2、土的抗剪強(qiáng)度和試驗(yàn)儀器、試驗(yàn)方法，土的基本性質(zhì)以及試驗(yàn)技術(shù)有著密切關(guān)系， 因此需要進(jìn)一步研究和創(chuàng)新發(fā)展。
3、本次試驗(yàn)研究，僅是一個(gè)開端，希望通過產(chǎn)學(xué)研用創(chuàng)新平臺(tái)，能夠推動(dòng)巖土工程試驗(yàn)進(jìn)一步深化。
4、兩種強(qiáng)度試驗(yàn)儀器比較，試驗(yàn)結(jié)果比較穩(wěn)定吻合，同時(shí)表明三軸試驗(yàn)的強(qiáng)度比直剪試驗(yàn)強(qiáng)度提高 20%左右。