试验操作步骤对剪切试验数据的影响研究

试验操作步骤对剪切试验数据的影响研究

耿为

天津市水利勘测设计院天津300204

摘要：土工试验是岩土工程勘测的重要组成部分，是野外勘察工作的持续，在工程设计和施工中有着非常重要的意义。土工试验可提供土的物理力学性质指标，不仅供设计计算时使用，其结果更是能对工程的勘察效果产生巨大影响。其试验是土力学的基本内容，而其中的试验土力学又是土工实试验的一个重要分支。

土的力学性质试验包括：土的渗透性试验、土的变形特性试验、土的强度试验等。土的强度是土的一个重要力学性能，也叫土的抗剪强度，是指土体抗剪破坏的最大应力，它的破坏会造成地基试问或边坡滑塌等现象的出现，目前土工试验室可提供测试土的强度试验的试验方法有：直接剪切试验（以下简称剪切试验）、三轴试验、共振柱试验等。如果实验结果反映出的强度值较真值偏大，设计人员在拿到数据进行工程设计时，就会认为土体较安全，从而进行较为宽松的设计方式，但由于真实强度不够，故设计方案将较危险；如果实验结果偏低，设计人员会认为土体本身强度不够，从而进行较保守的设计，这样将直接增加项目成本。所以无论试验偏大偏小，都会对工程造成不良的后果。

本文主要研究剪切试验常规试验操作中一些操作步骤的细小误差对土的强度检测试验数据的影响。

1.剪切试验简介

剪切试验的原理是根据库伦定律，土的内摩擦力与剪切面上的法向压力成正比，将同一种土制备成几个土样，分别在不同的法向压力下，沿固定的剪切面直接施加水平剪力，得其剪坏时剪应力，即为抗剪强度，然后根据剪切定律确定土的抗剪强度指标内摩擦角φ和内粘聚力c。

图1剪切实验原理

2.对于直接剪切试验的主要影响因素，影响方式，影响大小分析

2.1原状土样获取的影响

土工试验室测试的土样，都是由地质勘察人员从野外现场通过机械设备直接取得的圆柱形土样，此土样可称为原状土样，表示运达试验室的土样与其自身处于的地层深度、结构现状、环境状态是一致的，只有在这种理想的完美状态下测得的强度才能真正代表土的原始力学性能。但是，现实操作中由于存在各种各样的机械与人为的操作影响，往往使得土样在运抵试验室之前就受到了扰动。

土样变形对于强度试验的结果影响巨大，大多数扰动土样是在重力作用下，较软的土样由圆柱体变为梯形柱体，使得土体下部分密度变大，强度较原始状态变高，在四个荷级同时进行剪切试验时，密度偏大的荷级必然导致摩擦角偏大，导致整体试验反映出的强度偏高。

2.2试验所需土样制备的影响

在拿到原状样以后，土工试验员会对土样进行切割。大致过程为：用钢丝锯将圆柱体土样切割为至少四个大小大致相等的扁圆柱体土样，再将其分别垂直压入内壁涂有凡士林的环刀（如图2）中，最后用钢丝锯将环刀两侧刮平备用。

图3四联等应变剪切仪

2.3.1剪切盒的影响

装样前的上下剪切盒的对齐需要目力鉴别，难免会造成误差，如果压入土样时上下剪切盒未完全对齐，将导致土样在进入下剪切盒时产生扰动，甚至碎裂，使土样强度变低，从而使测试值偏低。

2.3.2销钉的影响

在剪切试验中如果销钉与剪切盒链接孔契合不好或者由于试验失误未插入销钉，在之后转动手轮，使上盒前端与测力计接触时，土体就会在实验开始之前受到剪力，使土体发生扰动，从而使强度测试结果偏低。

2.3.3垂直压力的影响

剪切试验进行时需要施加100kPa、200kPa、300kPa、400kpa四个荷级的垂向应力，目前国内土工实验室施加应力的是通过杠杆连接秤砣来实现。由于土工实验室场地现场粉尘多、剪切仪擦拭不及时，秤砣检定不及时等原因，均会导致施加应力的偏大或偏小，从而使应力差出现不均匀，从而使测试结果产生误差。

2.3.4剪切盒清理的影响

一组剪切试验结束以后取出试样时，由于土体本身带有的粘性，会有部分土体残留在上下剪切盒的缝隙或者角落内，如果清理不净，上下剪切盒缝隙间存在土颗粒的粘性会在一定程度上阻碍剪切盒的运行，从而使测试结果偏大；残留在下剪切盒角落里的部分土体会使下一组受剪的试样在装入剪切盒时产生扰动，使试样强度下降，测试结果偏小。

3.针对上述各影响的改进方法或注意事项

3.1野外取土

尽可能多的采用薄壁取土的方法，薄壁取土器取土是比较完善的取土技术，是目前为止可以取到最哈原状样的方法，以至于密封前后由于重力引起的土体的扰动，在室内土工试验进行前可以用再固结的方法减小甚至消除其影响。

3.2试样制备

制备试样前应先将取土环刀刷洗干净并充分烘干，再均匀涂抹凡士林，以免凡士林涂抹不匀或者脱落；压入环刀时，应使用两手手掌同时将环刀压入土体，是环刀受力均匀，以免非垂直压入。

3.3装机的影响

定期清洗，并用砂纸擦拭剪切仪销钉，使销钉保持在不锈、光滑的状态，以便顺利插入剪切盒并保持好的契合度；定期对剪切仪各连接部位涂抹润滑油，定期对各荷级的秤砣进行检定，以免垂向压力产生误差；清理剪切盒时，应用小刀辅以抹布同时进行清理，将细小的散落土样清理干净，以免影响下一个试验。

4.结束语

本文对土工试验室中直接剪切试验的各方面影响进行了分析和讨论，在实际试验中，在遵从实验操作规程的同时，我已经将上述改进方法应用在操作里，并取得了不错的效果，一定程度上减小了剪切试验的误差，进一步保证了土工实验数据的准确性，希望本文的结论可以给相关技术研究人员提供参考。

参考文献:

[1]张克恭、刘松玉．土力学：中国建筑工业出版社，2001.06：155-156.

[2]中华人民共和国水利部.GBT50123_1999土工试验方法标准.