含水量對土抗剪強(qiáng)度的影響

1、含水量對土抗剪強(qiáng)度的影響目錄n一、實(shí)驗(yàn)背景n二、實(shí)驗(yàn)?zāi)康膎三、實(shí)驗(yàn)原理n四、實(shí)驗(yàn)設(shè)備n五、實(shí)驗(yàn)步驟n六、實(shí)驗(yàn)預(yù)期結(jié)果n七、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄與圖像n八、實(shí)驗(yàn)結(jié)論n九、實(shí)驗(yàn)小結(jié)一、實(shí)驗(yàn)背景n土是固相、液相和氣相組成的散體材料。一般而言，在外部荷載作用下，土體中的應(yīng)力將發(fā)生變化。當(dāng)土體中的剪應(yīng)力超過土體本身的抗剪強(qiáng)度時，土體將產(chǎn)生沿著其中某一滑裂面的滑動，而使土體喪失整體穩(wěn)定性。所以，土體的破壞通常都是剪切破壞。n土抗剪強(qiáng)度是指土體抵抗剪切破壞的極限強(qiáng)度，包括內(nèi)摩擦力和內(nèi)摩擦角（粘性土還包括其粘聚力C）。n 在工程建設(shè)實(shí)踐中，道路的邊坡、路基、土石壩、建筑物的地基等喪失穩(wěn)定性的例子是很多的。為了保證土木

2、工程建設(shè)中建筑物的安全和穩(wěn)定，就需要研究土的抗剪強(qiáng)度。二、實(shí)驗(yàn)?zāi)康膎本次實(shí)驗(yàn)的目的在于通過配置不同含水量的土樣，測量不同垂向壓力下土樣破壞時的抗剪強(qiáng)度（得到剪應(yīng)力 -垂向壓力 曲線），找到土樣抗剪強(qiáng)度與含水量之間的關(guān)系（抗剪強(qiáng)度 -含水量 曲線），進(jìn)而得到同一土樣在含水率為何值時強(qiáng)度最大。同時，再次熟練土的篩分方法與應(yīng)變式直剪儀的使用，掌握不同含水量土樣的配置方法。f三、實(shí)驗(yàn)原理n通過配置不同含水量的土樣，運(yùn)用應(yīng)變式直剪儀，測量不同垂向壓力下土樣破壞時的抗剪強(qiáng)度，得到抗剪強(qiáng)度-垂向壓力曲線：通常采用五個試樣，分別在不同垂直壓力下，施加水平剪切應(yīng)力進(jìn)行剪切，求得破壞時的剪應(yīng)力，然后根據(jù)庫侖定律確

3、定土的抗剪強(qiáng)度參數(shù)：內(nèi)摩擦角和粘聚力；找到土樣抗剪強(qiáng)度與含水量之間的關(guān)系（抗剪強(qiáng)度-含水量曲線），進(jìn)而得到同一土樣在含水率為何值時強(qiáng)度最大。n 1.土樣制?。核芰贤?、鏟子、烘箱、干燥器、瓷盤、研棒、研體、粗篩（10、5、2mm）、細(xì)篩（1、0.5、0.25、0.1、0.075mm）、托盤天平（感量0.1，稱量1000g）、電子天平（感量0.001g， 稱量200g）、8K白紙、調(diào)土碗、調(diào)土刀、蒸 餾水、滴管、燒杯、環(huán)刀、凡士林、修土刀、 重塑筒、擊樣器、錘子、塑料袋、標(biāo)簽；n 2.直剪設(shè)備：應(yīng)變式直剪儀、測微表、 蠟紙（或?yàn)V紙）、透水石。四、實(shí)驗(yàn)設(shè)備n 1.試樣制備：取土樣并烘干，用研棒輕輕碾

4、壓，使之分散成單粒狀，然后用四分法取代表性土樣。五、實(shí)驗(yàn)步驟n2.振動過篩：將篩依孔徑由小到大順序疊好，并放好底盤。將土樣倒入最上層孔徑最大的篩上，輕輕振篩10-15min。使各級篩中土粒不再下漏為止。多次操作，獲得土樣總質(zhì)量約為3500g。五、實(shí)驗(yàn)步驟n3.對各級篩上及底盤中試樣依次稱重、記錄在表1-1。按由上至下的順序取下篩子，每取一級篩都要在白紙上用手輕叩搖晃，直至無土粒下漏為止，并將下漏于白紙上的土粒放入下一級篩內(nèi)。實(shí)驗(yàn)精度要求各級篩及底盤上土重之和與篩析前所稱土重之差不大于1%。計算得土樣級配。五、實(shí)驗(yàn)步驟n4.制備14%、16%、19%、22%、25%含水量的土樣。按照算得級配，分

5、別稱取5份880g土樣，分別加入123.2g、140.8g、167.2g、193.6g、220g蒸餾水，攪拌均勻。五、實(shí)驗(yàn)步驟n5.土樣重塑。分別將土樣放入重塑筒內(nèi)，用擊樣器以相同擊實(shí)高度和次數(shù)將試樣擊實(shí)。將環(huán)刀內(nèi)側(cè)涂上凡士林，切取擊實(shí)土樣各5個。將5種含水量的土樣迅速裝入塑料袋，防止水分蒸發(fā)。五、實(shí)驗(yàn)步驟n 6.調(diào)試應(yīng)變式直剪儀。測出每個含水量下，垂向加壓50kPa、100kPa、200kPa、300kPa、400kPa下的土樣剪斷時剪應(yīng)力，計入表1-2中。n7.數(shù)據(jù)處理，繪制曲線。五、實(shí)驗(yàn)步驟六、實(shí)驗(yàn)預(yù)期結(jié)果n 1.計算每個試樣破壞時的剪應(yīng)力：式中 剪應(yīng)力，kPa； 量力環(huán)校正系數(shù)，kPa

6、/0.01mm； 量力環(huán)測微表讀數(shù)，0.01mm。本次試驗(yàn)共用兩個應(yīng)變?nèi)?，編號和校正系?shù)為： （1）A1322號 =1.823 ； （2）20697號 =1.805n 2.繪制剪應(yīng)力-垂向壓力曲線。以剪應(yīng)力為縱坐標(biāo)，垂直應(yīng)力為橫坐標(biāo)，繪制剪應(yīng)力與垂直應(yīng)力關(guān)系曲線。根據(jù)該曲線，作圖得到土樣的抗剪強(qiáng)度。n 3.繪制抗剪強(qiáng)度-含水量曲線。以抗剪強(qiáng)度為縱坐標(biāo)，含水量為橫坐標(biāo)，繪制抗剪強(qiáng)度與含水量關(guān)系曲線。CRCRCC七、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄與圖像n1.篩分結(jié)果表1-1 注：用于級配檢測的試樣總重2517.1gn2.級配曲線 由表1-1可畫出級配曲線：圖1-2七、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄與圖像七、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄與圖像n3.直

7、剪數(shù)據(jù)表1-3 注：本次試驗(yàn)共用兩個量力環(huán)，編號和校正系數(shù)為： （1）A1322號 =1.823；（2）20697號 =1.805CCn4.剪應(yīng)力-垂向壓力曲線 由表1-2數(shù)據(jù)，可畫出某一含水率不同垂向壓力下的剪應(yīng)力-垂向壓力曲線，由5條曲線，可得出每種含水率下的抗剪強(qiáng)度。七、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄與圖像含水量14%時-曲線含水量16%時-曲線七、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄與圖像圖1-4含水量19%時-曲線含水量22%時-曲線含水量15%時-曲線n5.抗剪強(qiáng)度-含水量曲線 由5條曲線得每種含水率下的抗剪強(qiáng)度，可繪制出抗剪強(qiáng)度-含水量曲線。表1-5即為5個含水量條件下，土的抗剪強(qiáng)度：表1-5由此，得抗剪強(qiáng)度-含水量曲線

8、（圖1-6）：七、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄與圖像圖1-6n6.剪應(yīng)力曲線 由表1-2，可做出剪應(yīng)力-含水量曲線。圖1-7七、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄與圖像剪應(yīng)力（kPa）含水量（%）八、實(shí)驗(yàn)結(jié)論n1.不同垂向壓力下，剪應(yīng)力均隨著含水量的增加而減??；n2.含水量在14%左右時，不同垂向壓力下，土樣破壞時剪應(yīng)力的差別較大；而含水量增加到25%左右時，不同垂向壓力下，剪應(yīng)力差別不大；n3.同一含水量，垂向壓力越大，剪應(yīng)力越大；n4.垂向壓力越大，含水量的變化對剪應(yīng)力影響越大；n5.抗剪強(qiáng)度隨含水量的增加而減小。九、實(shí)驗(yàn)小結(jié)n反思與調(diào)整1：研磨土樣。這也是我們印象最深的環(huán)節(jié)之一。對于粘性土，烘干之后土粒都是粘黏在一起的，通過

9、碾體研磨過的土樣仍可以破碎成更小的土顆粒，若直接篩取做級配曲線則會導(dǎo)致結(jié)果產(chǎn)生偏差。因此，組員們開拓思維，找來廢舊的巖芯對土樣進(jìn)行進(jìn)一步研磨，效率很高的將土樣研磨完畢。這個小創(chuàng)意也為我們的實(shí)驗(yàn)增添了樂趣。n反思與調(diào)整2：級配測試土樣多少的選擇。對于相同土樣，任取一部分即可測得土顆粒級配，而組員們忽視了這一點(diǎn)，結(jié)果導(dǎo)致我們研磨了過多的土樣浪費(fèi)了大量時間。n反思與調(diào)整3：在篩土環(huán)節(jié)中，組員認(rèn)為書本中的篩土方法費(fèi)力且耗時，所以自己改良了一下，以篩土器底盤的一邊受力，另一只手放在上方旋轉(zhuǎn)篩土器，另一只手控制整體防止曬土器滑落桌面，這樣篩土，速度又快又省力。九、實(shí)驗(yàn)小結(jié)n 反思與調(diào)整4：含水量的選擇。當(dāng)按照計劃配制出16%、19%、22%、25%、28%的土樣并用環(huán)刀切樣時，28%的土樣含水率過高，基本處于軟塑狀態(tài)，無法制成試樣。因此，組員們將28%一組加入干燥土，配制成14%的土樣，在實(shí)驗(yàn)結(jié)果曲線中便可讀出含水量28%時的抗剪強(qiáng)度；當(dāng)含水量在22%以后，土樣偏軟，不易成型，環(huán)刀不易切割，可用兩把削