張家港晟泰克智能儀器有限公司    楊熙章   邵斌斌  盛文佳

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(wèn)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(méi)有結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、沒(méi)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                                             

1、盒式直剪試驗(yàn)儀，又稱(chēng)直剪試驗(yàn)儀。

                      （智能四聯(lián)氣壓式中低壓直剪試驗(yàn)儀）

        本次試驗(yàn)采用本公司生產(chǎn)的智能四聯(lián)氣壓式中低壓直剪試驗(yàn)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(mǎn)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(lái)說(shuō)也已足夠慢了。

         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(guò)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(lái)，即可導(dǎo)入計(jì)算機(jī)處理結(jié)果。

2、三軸試驗(yàn)儀

         三軸試驗(yàn)儀又稱(chēng)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(xiàn)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(guò)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(chēng)取一定重量的標(biāo)準(zhǔn)砂，通過(guò)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(chēng)取一定質(zhì)量的標(biāo)準(zhǔn)砂，通過(guò)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(kāi)對(duì)開(kāi)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(lái)說(shuō)，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)。

直剪儀三軸試驗(yàn)的試驗(yàn)結(jié)果如下：

四、結(jié)束語(yǔ)

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(kāi)端，希望通過(guò)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。