专利名称：薄弱层面剪切强度特性的三轴测试方法
技术领域：
本发明涉及一种测试方法，具体涉及一种薄弱层面剪切强度特性的三轴测试方 法。
背景技术：
岩土薄弱层面是岩土工程破坏中最常见的原因之一。掌握了解薄弱层面的剪切力 学强度特性往往成为解决这类问题的关键。然而准确地测试岩土材料薄弱层面剪切力学强 度却没有很好地解决，目前国内外常用的方法是直剪仪试验。但直剪仪试验方法存在几个 较为关键的问题，一.通过钢环强行控制剪切面的位置；二.试样的剪切应力沿剪切面不均 勻；三.沿剪切面剪切应变不均勻；四.不能控制排水条件；五.剪切过程中主应力方向发 生偏转变化。由此，试验结果往往分散较大，影响结果的可靠性。
发明内容
本发明的目的是提供一种薄弱层面剪切强度特性的三轴测试方法。该方法的特点 是利用三轴试验中土样受力变形的特点提出来的，即采用特殊的土样制备方法，把薄弱层 面放在三轴试验的最大剪切面上，使三轴仪产生的最大剪应力恰好作用在薄弱层面上，通 过最大受力条件的自然选择，使滑动破坏沿薄弱层面展开，而且在平衡条件的保证下，滑动 面上的剪应力与法向应力均勻一致。与直剪仪的钢环推动不同，三轴试验时土样外只有一 层橡皮膜，不会产生剪切变形不均勻的问题。从而保证了薄弱层面上剪切应力与剪切应变 的均勻性，另外三轴仪的排水条件是可以控制的，这样就有效地解决了直剪仪试验中的主 要问题。完成上述发明任务的方案是，一种薄弱层面剪切强度特性的三轴测试方法，其特 征在于，试验设备采用三轴剪切仪，通过特定的试样制备方法，实现测试目的，测试步骤如 下(1).试样的制备-I在含有薄弱层面原状土样上，沿与该薄弱层面垂直方向的45度夹角，切取土柱， 使薄弱层面与土柱的轴向成45度夹角；所述步骤(1)中的“45度夹角，切取土柱”构成本方法中“特定的试样制备方法”。(2).试样的制备-2将步骤⑴得到的土柱削成规定的直径；(3)、取出试样，按规定的高度将两端削平、称量；并取余土测定试样的含水率；(4)、试样饱和；一股可采用抽气饱和法。视试样本身及工程要求，决定试样是否进行饱和，如不立 即进行试验和饱和时，宜将试样暂存于保湿缸内。(5).进行试验，试验步骤包括(5)_1在压力室底座上依次放上不透水板、试样、不透水板和试样帽，在试样外套上橡皮膜，并将橡皮膜两端与底座及试样帽用橡皮圈扎紧；放上压力罩，将活塞对准试样中 心，并均勻地拧紧底座连接螺母；向压力室内注满纯水，拧紧排气孔，并将活塞对淮测力计 和试样顶部。(5)-2施加周围压力，其大小应与工程实际荷载相适应；(5)-3转动手轮并转动活塞，当测力计有微读数时，表示活塞与试样帽接触，将测 力计和轴向位移计读数调至零位；(5)-4选择剪切应变速率，启动马达，合上离合器，开始剪切。试样每产生0. 2 0. 3%的轴向应变测记一次测力计和轴向变形值。当测力计读数出现峰值时，剪切应继续进 行到轴向应变为15% 20% ；(5) -5试验结束，关电动机，关周围压力阀，打开排气孔，排除压力室内的水，拆除 试样，称量、测定试样含水率；(6).数据分析以法向应力σ为横坐标，剪应力τ为纵坐标。将不同(一股应大于4组)围压 条件下得到的正应力ση与破坏剪切应力
权利要求
一种薄弱层面剪切强度特性的三轴测试方法，其特征在于，试验设备采用三轴剪切仪，通过特定的试样制备方法，实现测试目的，测试步骤如下(1).试样的制备 1在含有薄弱层面原状土样上，沿与该薄弱层面垂直方向的45度夹角，切取土柱，使薄弱层面与土柱的轴向成45度夹角；(2).试样的制备 2将步骤(1)得到的土柱削成规定的直径；(3)、取出试样，按规定的高度将两端削平、称量；并取余土测定试样的含水率；(4)、试样饱和；(5).进行试验；(6).数据分析以法向应力σ为横坐标，剪应力τ为纵坐标；将不同围压条件下得到的正应力σn与破坏剪切应力τn()，用直线相连，该直线的倾角为内摩擦角φ，直线上纵轴上的截距为粘聚力C；以此得到检测结果。FDA0000025728900000011.tif,FDA0000025728900000012.tif
2.根据权利要求1所述薄弱层面剪切强度特性的三轴测试方法，其特征在于，所述步 骤(5)的试验步骤包括(5)-1在压力室底座上依次放上不透水板、试样、不透水板和试样帽，在试样外套上橡 皮膜，并将橡皮膜两端与底座及试样帽用橡皮圈扎紧；放上压力罩，将活塞对准试样中心， 并均勻地拧紧底座连接螺母；向压力室内注满纯水，拧紧排气孔，并将活塞对淮测力计和试 样顶部；(5) -2施加周围压力，其大小应与工程实际荷载相适应；(5)-3转动手轮并转动活塞，当测力计有微读数时，表示活塞与试样帽接触，将测力计 和轴向位移计读数调至零位；(5) -4选择剪切应变速率，启动马达，合上离合器，开始剪切；试样每产生0. 2-0. 3 %的 轴向应变测记一次测力计和轴向变形值；当测力计读数出现峰值时，剪切应继续进行到轴 向应变为15% -20% ；(5)-5试验结束，关电动机，关周围压力阀，打开排气孔，排除压力室内的水，拆除试样， 称量、测定试样含水率。
3.根据权利要求1所述薄弱层面剪切强度特性的三轴测试方法，其特征在于，所述步 骤(1).试样的制备-ι的具体操作是取含有薄弱层面原状土样，先用钢丝锯沿薄弱层面的垂直方向切取一厚度为 50mm-60mm的土块，用三角板画出与薄弱层面夹角为45度的平行线，线间距为50mm-60mm左 右，沿画好的线，用钢丝锯切取一 50 X 50 X 125mm的土柱。
4.根据权利要求1所述薄弱层面剪切强度特性的三轴测试方法，其特征在于，所述步 骤(2).试样的制备-2的具体操作是将土柱放在切土盘上下圆盘之间，用钢丝锯或切土刀紧靠侧板，由上往下细心切削，边 切削边转动圆盘，直至土样被削成规定的直径为止，切削时应避免扰动。
5.根据权利要求1所述薄弱层面剪切强度特性的三轴测试方法，其特征在于，所述步骤(3).取出试样的具体操作是按规定的高度将两端削平、称量；并取余土测定试样的含 水率；试样的两端面应平整，互相平行，侧面垂直，上下均勻。
6.根据权利要求1所述薄弱层面剪切强度特性的三轴测试方法，其特征在于，所述步 骤(4)的试样饱和，是指视试样本身及工程要求，决定试样是否进行饱和，如不立即进行 试验和饱和时，宜将试样暂存于保湿缸内。
7.根据权利要求1所述薄弱层面剪切强度特性的三轴测试方法，其特征在于，步骤(6) 的数据分析中，所述的“不同围压条件下得到的正应力”是指应大于4组。
8.根据权利要求1-7之一所述薄弱层面剪切强度特性的三轴测试方法，其特征在于， 所述步骤(4)的试样饱和，是采用抽气饱和法。
全文摘要
薄弱层面剪切强度特性的三轴测试方法，试验设备采用三轴剪切仪，通过特定的试样制备方法实现测试目的(1)试样制备-1在含有薄弱层面原状土样上沿垂直方向的45度夹角切取土柱；(2)试样制备-2将土柱削成规定的直径；(3)取出试样，按规定的高度将两端削平、称量；并取余土测定含水率；(4)试样饱和；(5)进行试验；(6)数据分析以法向应力σ为横坐标，剪应力τ为纵坐标；将不同围压条件下得到的正应力σn与破坏剪切应力τn()，相连直线的倾角为内摩擦角φ，直线上纵轴上的截距为粘聚力C；得到检测结果。本发明特殊的土样制备方法和分析方法，保证了薄弱层面上剪切应力与应变的均匀性，有效地解决了直剪仪试验中的主要问题。
文档编号G01N1/28GK101986130SQ20101027446
公开日2011年3月16日 申请日期2010年9月6日 优先权日2010年9月6日
发明者叶建群, 王年香, 王芳, 章为民, 米占宽, 顾行文 申请人:水利部交通运输部国家能源局南京水利科学研究院
