几种软土剪切试验方法

几种软土剪切试验方法

几种软土剪切试验方法

宁波地铁工程的最大特点是软土地层厚、软、差，在设计过程中怎样正确合理地选择和应用勘察报告中给定的众多参数，对设计人员来说显得尤为重要。在解读规范的过程中，也会遇到很多什么三轴试验、原位测试等等名词，在选择参数方面有总应力、有效应力法参数、直接剪切参数、固结快剪参数等等，因此理解勘察试验方法和目的、了解什么样的土层采用什么试验方法得出的强度参数最可靠，哪些方法得出的参数保守、哪些方法得出的参数偏大，这种方法与那种方法得出的参数为什么不同、怎么换算、偏大偏小的原因，土力学现场试验与原位试验的关系，试验与实际工程情况的关系，排水、不排水，固结、不固结，有侧限与无侧限等等怎么与现场结合都很重要，在软土地区搞设计不了解试验方法及其意义恐怕不行。

对于基坑支护工程来说，所需的主要土的力学参数为抗剪强度指标，以下为搜集到的几种软土试验方法。

测定土的抗剪强度指标的试验方法主要有室内剪切试验和

现场剪切试验二大类，室内剪切试验常用的方法有直接剪切试验、三轴压缩试验和无侧限抗压强度试验等，现场剪切试验常用的方法主要有十字板剪切试验。

室内试验：

（1）直接剪切试验：为测定土的抗剪强度的最简单方法，

他所测定的是土样预定剪切面上的抗剪强度。目前普遍采用应变控制式直剪仪。

为了在直剪试验中尽量考虑不同的固结排水条件，通常采用不同加荷速率的试验方法来近似模拟土体在受剪时的不同排水条件，由此产生了三种不同的直剪试验方法，即快剪、固结快剪和慢剪。

1）快剪：快剪试验是在对试样施加竖向压力后，立即以

0.8mm/min的剪切速率快速施加水平剪应力使试样剪切破坏。一般从加载到土样剪坏只需3～5min，相当于“不排水剪切”过程，指标用c

q

， q表示。

2）固结快剪：固结快剪是在对试样施加竖向压力后，让试样充分排水固结，待沉降稳定后，再0.8 mm/min的剪切速率快速施加水平剪应力使试样剪切破坏。试验相当于“固结不排水剪”

过程。抗剪强度指标用c

cq ，

cq

表示。

3）慢剪：慢剪试样是在对试样施加竖向压力后，让试样充分排水固结，待沉降稳定后，以小于0.02 mm/min的剪切速率施加水平剪应力直至试样剪切破坏，使试样在受剪过程中一直充分排水和产生体积变形，模拟了“固结排水剪切”过程，得到的抗剪强度指标用c

s

， s表示。

（2）三轴压缩试验

常规三轴试验步骤如下：

1）将土样切制成圆柱体套在橡胶膜内，放在密闭的压力室中，根据试验排水要求启闭有关的阀门开关。

2）向压力室内注入气压或液压，使试样承受周围压力σ

3作用，并使该周围压力在整个试验过程中保持不变。

3）通过活塞杆对试样加竖向压力，随着竖向压力逐渐增大，试样最终将因受剪而破坏。

上述试验过程将依据试验要求不同而有所变化，通过控制土样在周围压力作用下固结条件和剪切时的排水条件，分为不固结不排水剪、固结不排水剪和固结排水剪三种试验。

1）不固结不排水剪（UU试验）

试样在施加周围压力和随后施加偏应力直至剪坏的整个试验过程中都不允许排水，即从开始加压直至试样剪坏，土中的含水量始终保持不变，孔隙水压力也不会消散。UU试验得到的抗剪强度指标用c u、

表示，这种试验方法所对应的实际工程条件

u

相当于饱和软粘土中快速加荷时的应力状况。

2）固结不排水剪（CU试验）

在施加周围压力σ

时，将排水阀门打开，允许试样充分排

3

水，待固结稳定后关闭排水阀门，然后再施加偏应力，使试样在不排水的条件下剪切破坏。在剪切过程中, 试样没有任何体积变形。若要在受剪过程中量测孔隙水压力，则要打开试样与孔隙水压力量测系统间的管路阀门。CU试验得到的抗剪强度指标用c cu、 cu表示，其适用的实际工程条件为一般正常固结土层在工程竣工或在使用阶段受到大量、快速的活荷载或新增荷载的作用下所对应的受力情况，在实际工程中经常采用这种试验方法。

3）固结排水剪（CD试验）

在施加周围压力及随后施加偏应力直至剪坏的整个试验过程中都将排水阀门打开，并给予充分的时间让试样中的孔隙水压力

表示。能够完全消散。CD试验得到的抗剪强度指标用c d、

d 三轴试验的突出优点是能够控制排水条件以及可以量测土样中孔隙水压力的变化。此外，三轴试验中试样的应力状态也比较明确，剪切破坏时的破裂面在试样的最弱处，而不像直剪试验那样限定在上下盒之间。一般来说，三轴试验的结果还是比较可靠的。

（3）无侧限抗压强度试验

无侧限抗压强度试验是三轴压缩试验中周围压力 3=0

的一种特殊情况，所以又称单轴试验。无侧限抗压强度试验所使用的无侧限压力仪,但现在也常利用三轴仪作该种试验，试验时，在不加任何侧向压力的情况下，对圆柱体试样施加轴向压力，直至试样剪切破坏为止。试样破坏时的轴向压力以q u表示，称为无侧限抗压强度。

饱和粘性土的三轴不固结不排水试验结果表明，其破坏包线为一水平线，即 u=0。因此，对于饱和粘性土的不排水抗

来得到，即

剪强度，就可利用无侧限抗压强度q

u

无侧限抗压强度试验除了可以测定饱和粘性土的抗剪强度指标外，还可以测定饱和粘性土的灵敏度S t。土的灵敏度是以原状土的强度与同一土经重塑后（完全扰动但含水量不变）的强度之比来表示的，即

式中：q u为原状土的无侧限抗压强度，kPa；q0为重塑土的无侧限抗压强度，kPa。

根据灵敏度的大小，可将饱和粘性土分为三类：

1＜S t≤2低灵敏土；

2＜S t≤4中灵敏土；

S t＞4 高灵敏土。

无侧限抗压强度试验适用于测定饱和软粘土的抗剪强度指标。土的灵敏度愈高，其结构性愈强，受扰动后土的强度降低就愈多。粘性土受扰动而强度降低的性质，一般说来对工程建设是不利的，如在基坑开挖过程中，因施工可能造成土的扰动而会使地基强度降低。（