1、前言直剪实验方法直剪实验存在的问题三轴（不固结不排水）实验方法三轴（不固结不排水）实验存在的问题小结 土工实验作为岩土工程勘察的一部分，为场区地基土、水的岩土工程评价提供了重要依据，在岩土工程勘察中具有越来越重要的地位，然而在实际工程运用中土工实验的方法及物理力学指标选择仍存在诸多问题，下面我就对。希望在实际工程中对各位同事有所帮助，同时对我的观点提出不足之处。在土样上下两面安置不透水的铜板或塑料膜，并在施在土样上下两面安置不透水的铜板或塑料膜，并在施加竖向压力后立即施加水平剪力进行剪切。其剪切的速率加竖向压力后立即施加水平剪力进行剪切。其剪切的速率很快，一般只很快，一般只3 5min。快剪试
2、验得到的指标用快剪试验得到的指标用 cq、q表示。表示。采取不透水措施的目的是为了控制土样在试验时采取不透水措施的目的是为了控制土样在试验时不固结排水，以便测定天然状态的强度指标。不固结排水，以便测定天然状态的强度指标。但由于直但由于直剪仪固有的缺点，尽管采取了上述措施，土样和环刀之间剪仪固有的缺点，尽管采取了上述措施，土样和环刀之间仍有渗水通道，不能保证土样处于完全不排水的状态，特仍有渗水通道，不能保证土样处于完全不排水的状态，特别是对透水性比较大的土影响更大。别是对透水性比较大的土影响更大。在土样上下两面安置透水石，在施加竖向压力在土样上下两面安置透水石，在施加竖向压力以后给以充分时间使土
3、样固结排水。固结排水终了以后给以充分时间使土样固结排水。固结排水终了后再施加水平剪力，快速地将土样剪坏。固结快剪后再施加水平剪力，快速地将土样剪坏。固结快剪试验得到的指标用试验得到的指标用 c c、c表示。表示。这种试验方法模这种试验方法模拟在法向应力作用下固结完成但在剪应力作用下不拟在法向应力作用下固结完成但在剪应力作用下不排水的工况，由于放置了透水板，更不能保证在剪排水的工况，由于放置了透水板，更不能保证在剪切时处于完全不排水的状态，对于透水性比较大的切时处于完全不排水的状态，对于透水性比较大的土样将会得到过大的抗剪强度值。土样将会得到过大的抗剪强度值。1、直剪仪不能有效地控制排水由于直剪
4、仪中的土样无法封闭，无论土样承受法由于直剪仪中的土样无法封闭，无论土样承受法向应力或剪应力，无论剪切速度多快，孔隙水总会沿向应力或剪应力，无论剪切速度多快，孔隙水总会沿着土样和环刀之间的缝隙流失，无法测定不排水条件着土样和环刀之间的缝隙流失，无法测定不排水条件下的强度，使快剪试验的结果特别离散，而且内摩擦下的强度，使快剪试验的结果特别离散，而且内摩擦角往往偏大，用于工程是偏于危险的；在固结快剪试角往往偏大，用于工程是偏于危险的；在固结快剪试验中，剪切时的排水也使内摩擦角偏大。验中，剪切时的排水也使内摩擦角偏大。2、仪器构造的缺陷为了避免上下盒之间的摩擦，直剪仪在上下盒之间为了避免上下盒之间的摩
5、擦，直剪仪在上下盒之间留有一定的缝隙。对软土作快剪试验时，由于竖向荷载留有一定的缝隙。对软土作快剪试验时，由于竖向荷载对土样的挤压作用，软土侧面挤入缝隙中，既破坏了土对土样的挤压作用，软土侧面挤入缝隙中，既破坏了土的结构，又影响了试验的结果。试验砂土时，细小的砂的结构，又影响了试验的结果。试验砂土时，细小的砂粒嵌进上下盒之间的缝隙中使摩阻力增大，使试验结果粒嵌进上下盒之间的缝隙中使摩阻力增大，使试验结果失真。可见直剪仪也不适用于砂土和软土。失真。可见直剪仪也不适用于砂土和软土。3、剪切过程中剪切面在变化剪切面积随剪切位移的增加而减小且土样应力剪切面积随剪切位移的增加而减小且土样应力条件非常复杂
6、条件非常复杂 这一缺点限制了直剪仪在研究方面这一缺点限制了直剪仪在研究方面的应用，但在工程实用方面引起的误差是可以容许的应用，但在工程实用方面引起的误差是可以容许的。的。4、人为规定了剪切面直剪试验时土样的剪切面是人为规定的。由于剪切总直剪试验时土样的剪切面是人为规定的。由于剪切总是发生在上下盒之间，剪切面人为规定为水平方向，这与是发生在上下盒之间，剪切面人为规定为水平方向，这与实际工程中发生在土体内的剪切面方向是不一致的。实际实际工程中发生在土体内的剪切面方向是不一致的。实际工程中，剪切总是沿着最薄弱的方向发展，而水平方向往工程中，剪切总是沿着最薄弱的方向发展，而水平方向往往并不是最薄弱的。
7、特别在夹薄层粉砂的粘性土层中，如往并不是最薄弱的。特别在夹薄层粉砂的粘性土层中，如果硬性规定的剪切面正好在粉砂薄层中，就会得到过大的果硬性规定的剪切面正好在粉砂薄层中，就会得到过大的抗剪强度值。抗剪强度值。三轴（不固结不排水实验）的土样是在轴对称应力条三轴（不固结不排水实验）的土样是在轴对称应力条件下剪切的，圆柱形土样侧面作用着小主应力件下剪切的，圆柱形土样侧面作用着小主应力 s s3 3，顶面顶面和底面作用着大主应力和底面作用着大主应力 s s1 1，大、小主应力可以根据试验大、小主应力可以根据试验要求控制其大小和变化。土样包在不透水的橡皮膜中，要求控制其大小和变化。土样包在不透水的橡皮膜中
8、，并并在施加周围压力时关闭排水阀门，此时土样内的孔隙水压在施加周围压力时关闭排水阀门，此时土样内的孔隙水压力等于周围压力，随后也在关闭排水阀门的条件下施加偏力等于周围压力，随后也在关闭排水阀门的条件下施加偏应力，不容许土样中的孔隙水排出，直至土样剪切破坏，应力，不容许土样中的孔隙水排出，直至土样剪切破坏，测定的抗剪强度指标用测定的抗剪强度指标用cu、u 表示表示。1 1、我们这里做三轴不固结不排水试验都是先让试样饱和，、我们这里做三轴不固结不排水试验都是先让试样饱和，然后再进行试验，结果是硬塑至坚硬的土，其抗剪强度然后再进行试验，结果是硬塑至坚硬的土，其抗剪强度也很低（内聚力也很低（内聚力c
9、c小于小于3030kPakPa，内摩擦角内摩擦角 小于小于1010度），度），这是否合理？这是否合理？2.2.建筑地基基础设计规范建筑地基基础设计规范GB50007-2009GB50007-2009要求土的剪切要求土的剪切指标用三轴压缩试验中的不固结不排水试验确定，对于指标用三轴压缩试验中的不固结不排水试验确定，对于非饱和土，在试验前先进行饱和再试验，其试验结果还非饱和土，在试验前先进行饱和再试验，其试验结果还能代表实际地层的力学性质吗？能代表实际地层的力学性质吗？3.3.不饱和的土比如黄土又如何确定内聚力不饱和的土比如黄土又如何确定内聚力c c 和和 内摩擦角内摩擦角 呢呢？1 1、直剪仪存
10、在许多致命的缺陷，国外已经被淘汰，、直剪仪存在许多致命的缺陷，国外已经被淘汰，但我国还是常规武器；但我国还是常规武器；2 2、我国地基设计规范对直剪仪的态度，经历了从限、我国地基设计规范对直剪仪的态度，经历了从限制使用条件到企图完全淘汰的过程，但还没有具备淘汰制使用条件到企图完全淘汰的过程，但还没有具备淘汰的条件；的条件；3 3、在过渡的时间内，正确认识直剪仪的问题，不致、在过渡的时间内，正确认识直剪仪的问题，不致发生滥用是至关重要的；直剪试验不适用于低塑性土。发生滥用是至关重要的；直剪试验不适用于低塑性土。4 4、直剪试验也不适用于砂土和软土。、直剪试验也不适用于砂土和软土。8989版建筑地
11、基版建筑地基基础设计规范规定直剪试验只适用于二级及三级建筑物的基础设计规范规定直剪试验只适用于二级及三级建筑物的可塑状粘性土和饱和度不大于可塑状粘性土和饱和度不大于0.50.5的粉土。地基规范已经废的粉土。地基规范已经废除了直剪试验，但勘察规范仍可有条件地使用，我国目前大除了直剪试验，但勘察规范仍可有条件地使用，我国目前大面积推广三轴的条件。面积推广三轴的条件。5 5、不固结不排水强度是天然强度，不是强度指标；它、不固结不排水强度是天然强度，不是强度指标；它反映了某种状态的结果；无法反映土的抗剪强度随法向应力反映了某种状态的结果；无法反映土的抗剪强度随法向应力变化的规律。变化的规律。曾有文献报
12、道，对于塑性指数小于曾有文献报道，对于塑性指数小于1111的土，固结的土，固结快剪试验的内摩擦角与慢剪试验的内摩擦角很接近，快剪试验的内摩擦角与慢剪试验的内摩擦角很接近，一般只比慢剪试验的内摩擦角小一般只比慢剪试验的内摩擦角小1 1 2 2 ，但在塑性指，但在塑性指数为数为11111818的土中，两者的数值相差很大，一般为的土中，两者的数值相差很大，一般为1010 左右。这是由于低塑性土的渗透系数比较大，在固结快左右。这是由于低塑性土的渗透系数比较大，在固结快剪试验中孔隙水消散很快，剪切时土的固结状态已接近剪试验中孔隙水消散很快，剪切时土的固结状态已接近于慢剪试验，因此两者的结果相近。由此可见，直剪试于慢剪试验，因此两者的结果相近。由此可见，直剪试验不适用于低塑性土验不适用于低塑性土。
