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NO.01
土的抗剪强度
土的抗剪强度是指土体对抗剪切破坏的极限能力。在外荷载作用下，土体中将爆发剪应力，当土中某点的剪应力抵达土的抗剪强度时，土就沿着剪应力作用偏向爆发相对滑动，该点便爆发剪切破坏。随着外荷载的增大，地基中抵达强度被破坏的点越来越多，最后形成一个连续的滑动面，这时建筑物的地基或土坡就会失去整体稳定而爆发土体滑动，从而造成工程事故。
工程实践和室内试验都证实了土是由于受剪而爆发破坏，剪切破坏是土体强度破坏的重要特点，因此，土的强度问题实质上就是土的抗剪强度问题。
在工程中与土的抗剪强度有关的工程问题有三类：
第一类是以土作为建造质料的土工构筑物的稳定性问题，如土坝、路堤等填方边坡以及天然土坡等的稳定性问题。
▲ 雨水造成的天然土坡滑坡
第二类是土作为工程构筑物情况的宁静性问题，即土压力问题，如挡土墙、地下结构等的周围土体，它的强度破坏将造成对墙体过大的侧向土压力，以至可能导致这些工程构筑物爆发滑动、倾覆等破坏事故。
▲ 基坑坍塌
第三类是土作为建筑物地基的承载力问题，地基土体爆发整体滑动或因局部剪切破坏而导致过大的地基变形，将会造成上部结构的破坏或影响其正常使用功效。
▲ 加拿大特朗斯康谷仓倾倒
土体爆发剪切破坏时，将沿着其内部某一曲面（滑动面）爆发相对滑动，而该滑动面上的切应力就即是土的抗剪强度。1776年，法国学者库仑通过一系列土的强度实验，于1776年总结出土的抗剪强度定律：
测定土的抗剪强度指标的试验要领主要有室内剪切试验和现场剪切试验二大类：
可是，古板丈量土体抗剪强度的要领保存诸多缺乏。
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试验要领 |
缺点 |
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直接剪切试验 |
剪切面纷歧定是试样抗剪能力最弱的面 ； 剪切面上的剪应力漫衍不均匀，并且受剪切面的面积愈来愈�� ； 不可严格控制排水条件，测不出剪切历程中孔隙水压力的变革。 |
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三轴剪切试验 |
操作庞大，主应力偏向牢固稳定，并且是在令σ2 = σ3的轴对称情况下进行的，与实际情况不切合。 |
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无侧限压缩试验 |
对试样制备要求较高，使用规模有一定的局限性。 |
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十字板剪切试验 |
适用规模较小 |
鉴于古板试验要领的种种缺乏，工程科技人员研制出了一种新型岩土体抗剪强度原位测试要领——钻孔剪切试验。钻孔剪切试验仪可以在现场钻孔中或者机械成孔、人工成孔中进行试验，经盘算即可获得孔中相应部位土的粘聚力(c)和内摩擦角(φ)。该试验要领对土的扰动小，具有原位测试的优点。
NO.02
钻孔剪切试验仪器及试验要领
试验原理
钻孔剪切试验是将一个带有水平环形钢齿的探头，安排在一个直径63mm的钻孔中。通过膨胀探头，施加径向的压力σ，水平钢齿就会插入到孔壁的岩土体中。钻孔剪切试验的基来源理如图所示。
钻孔剪切试验基来源理
径向压力σ作用的外貌积为S：
S=πdl
其中，d=钢齿的直径，l=钢齿规模的长度。
坚持径向压力σ稳定，向上拉起探头，对孔壁岩土体进行剪切，拉力为T，从而可以盘算出土体的抗剪强度：
如此这样，每一步加载都能盘算出一对(σ i , τ i )值。通过将这些成对的值描绘到坐标轴中可以拟合获得一条直线，可以通过这条直线获得剪切参数c和?值，这个与库仑包络的粘聚力和摩擦角相符。获得的原位剪切参数称为粘聚力ci和摩擦角?i，它们只是过渡值，可以通过这两个值导出常用的抗剪强度参数值。
试验装置
钻孔剪切仪包括以下四个部分：探头、钻具、地面设备、辅助工具。
钻孔剪切仪试验装置
探头
探头由一个简单的可膨胀的元件组成，内部有一个特殊的开缝的管，这个特殊的开缝管由以下几部分组成：①中心区域由1个坚硬的壳组成，这个硬壳上装有水平的齿，这个是主要的丈量装置。②两个外部区域由几个薄的长条组成，薄条像弹簧一样事情。
钻具
钻具是由直径32mm的钻机杆组成的，最顶端的那根钻孔调理杆必须整个长度充满螺纹。一套标准的顶端钻孔调理杆至少由以下3种规格组成：①1×0.4m长杆 ；②1×0.8m长杆 ；③1×1.2m 长杆。
地面设备
① 拉力系统。由千斤顶提供拉力，通过拉力表测得拉力值。
② 压力-体积控制单位。通过压力-体积控制单位控制探头的压力和膨胀量。
③ 笔直偏向变形丈量系统。通过千分表丈量笔直位移。
辅助工具
辅助工具包括游标卡尺、手动真空泵等。
试验要领办法
1
●
钻孔
钻孔的质量是进行准确丈量的一个最基础的控制因素，钻孔直径dt必须在以下规模之内：
62mm＜dt＜65mm
钻孔的长度一定不可凌驾测试深度1.5米。在颗粒土中，需要使用浓泥浆对钻孔进行护壁，护到丈量深度上方1m 处。每次测试时，只能将钻孔钻到需要的深度。
2
●
探头校准
将探头竖直安排在压力-体积控制单位旁边，测出探头的中部高度Zs和千分表的高度 Zc。体积凭据每级100cm3 增量逐步地从200cm3增加到600cm3 。在每一级中，通过压力表读出相应的压力Pr，同时用游标卡尺测出第五个或者第六个钢齿的外直径ds(毫米)� ；嬷瞥鲂拚�。修正的压力Pe通过公式 Pe=Ph+Pr盘算获得，Ph代表由于探头和中央丈量装置间的升高爆发的流体静压力，Ph=10*(Zc-Zs)。
3
●
装置设备
装置设备，测出钻孔中的水位高度，将探头下放到想要的深度。
4
●
仪表初始化
包括测压元件、千分表、计时表初始化。
5
●
丈量
膨胀探头，刺入土体，进行丈量。
6
●
丈量结束
试验完成，卸去压力，收回探头。
钻孔剪切试验测试原理示意图
a:钻孔及安顿套管 ；b.将探头放到测试的深度
c.径向扩张探头进行丈量 ；d.在连续的径向压力下向上拉探头
数据处理
1
●
数据校准
绘制曲线：V=f(p) 和 V=f(d)。这里，p 代表校准压力，d 代表探头的外直径�？梢允褂靡桓銮叩鹘獬绦蚪杏呕�， V=f(p)曲线是一个指数函数， V=f(d)曲线是一个线性函数。
2
●
修正的正应力pc 、剪应力T的盘算
关于每个加载办法，修正的正应力、pc，施加到土体上的力按下式盘算：
① 如果钻孔从孔口到测试位置是干的：
pc = pM + (zc - zs) x Γw – pe
② 如果钻孔充满了水或者泥浆：
pc = pM + (zc - zw) x Γw - pe
在这里：
pM 代表压力表上的读数 ；
zc、zs、zw划分代表控制单位、探头和水位的高度 ；
pe 代表从与 VF 相符的标准曲线上读出的标准压力 ；
Γw 代表水的密度=10 kN/m3
加载办法中，剪切破坏的强度，t，凭据下式盘算：
t = Tmax/S
这里，Tmax 代表加载历程中测得的最大拉力 ；S 代表剪切外貌的面积。
S = π .d . L
L 代表探头的有效长度，关于标准探头，L=23cm ；直径d，从与体积 VF 相符的标准曲线上读出。
3
●
蠕变和膨胀盘算
关于每一加载办法，均可以获得以下内容：
dVD = VD1' - VD30"
VF - VD = VF - VD1
绘图
1
●
辅助绘图
可以绘出下面的曲线：
dVD 体现了 pc 的作用，此曲线称为“蠕变曲线”。VF–VD 体现了pc的作用称为“膨胀曲线”。V体现了pc的作用，它凸显了每一加载步的VD1'和VF。
从这些图中，任何最终的异常都可以看到，通过视察，可以将异常点从特征曲线上去掉。
2
●
特征曲线
将成对的（t, pc）绘制到图上，自然会爆发正确的堆点图形，可以绘出特征曲线，获得以下值：
Φi=原位内摩擦角
ci=原位粘聚力
可以凭据以下办法进行盘算：
①剔除异常点后，通过最小二乘法对土体特征曲线进行修正。
这里，n 是点的个数。
②关于粘聚力接近于0的土，精确读数会导致获得的粘聚力小保存较小的偏差。为了制止这种情况，可以通过取平均值的要领重新调理参数特性，要领如下：
NO.03
工程实例
随着经济的生长，都会化进程不绝推进，居住于都会中的人越来越多。近些年来关于“垃圾围城”的新闻屡见不鲜，对垃圾填埋场的都会固体放弃物的岩土力学特征研究越来越紧迫了。在垃圾填埋场稳定性设计和治理的研究中，剪切强度的研究是必须的。都会固体放弃物的质料很是庞大，它们的成份随时间以及在差别的地方差别是很大的。它们的粒度不但包括很大块的物体，还包括很是小的以及纤细的物体，这些会影响它们的剪切强度。
下图是用钻孔剪切仪对一个垃圾填埋场的固体放弃物测得的结果，园职位于比利时某地，18m深处。这个试样已经凭据垃圾处理的划定进行了压缩。
▲ 18m深度都会压缩固体垃圾钻孔剪切试验结果
在这幅图中，除了最开始的两个点，其它试验测得的点在同一条直线上，由此可以获得原位测试粘聚力为14kPa，摩擦角为33°。这些值与高剪切强度的质料相符，很像颗粒土的特征。
接纳同一种要领，进行另外一个测试，在14m深度进行（下图），获得了完全纷歧样的值，显示了测试区域固体放弃物的另外一种特征。原位粘聚力和摩擦角划分为26kPa和18°。在这个案例中，这种土的行为可以看作是与粘性土相同。
▲ 14m深度都会压缩固体垃圾钻孔剪切试验结果
这两个试验对同一种质料体现出了两种差别的行为，并且显示出了它们剪切特征较大的差别。因此，选择相应的特性和剪切强度的设计值时必须很是慎重，特别是在一些开展了许多个试验的案例中。
下图中显示了这样的一个漫衍类型，图中所有原位剪切测试的丈量值取自于同一个固体放弃物填埋场，具有代表性。
▲ 同一个垃圾填埋场差别深度全部抗剪强度漫衍图
从图中可以看出，这个压缩的都会固体垃圾的摩擦角为17到34°，粘聚力为30到50kPa，这个为设计值。
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工业中燃煤的燃烧爆发大宗的灰渣，凭据相关的条例，一些灰渣可以用于建筑业，另外，也可以用于填埋园地。关于燃煤灰渣的岩土工程特性的研究越来越受到人们的关注。
下图显示的是一个典范的钻孔剪切试验结果，这个试验是在一个燃烧灰堆的1.4m深度测试的。这些燃煤灰渣约莫是一年前爆发的，抵达了某种固结的水平。
▲ 燃煤灰渣填埋场一年后1.4m深度钻孔剪切试验结果
从这幅图中可以看到，大大都的试验点在同一条直线上，由此可以获得摩擦角为42°，没有粘聚力，体现出了一种与粗颗粒质料相似的特征。
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