粗颗粒土直接剪切试验

66.1一般规定

66.1.1土样应为最大粒径不大于60mm的粗颗粒土。

66.1.2本试验采用应变控制式大型直接剪切仪测定粗颗粒土的抗剪强度参数。

66.2仪器设备

66.2.1应变控制式大型直剪仪(图66.2.1)应由上剪切盒、下剪切盒、传压板、滚珠排、加荷设备、垂直加压框架和水平加压支座等组成。

图66.2.1 大型直剪仪示意图

1一下剪切盒；2一上剪切盒；3--试样；4—透水板；5一传压板；6一测力计；

7—滚轴排；8-开缝装置；9-水槽；10—水平加荷支座；11一进水孔；

12一固定销；13-上反力横梁；14一下反力横梁；15—传动轴

66.2.2剪切盒形状宜采用圆形，尺寸：D/d_max为8～12,H/d_max为4～8。

66.2.3百分表或位移计：分度值0.01mm。

66.2.4粗筛：孔径60mm、40mm、20mm、10mm、5mm、2mm。

66.2.5磅秤：分度值250g。

66.2.6其他设备：附真空测压表的真空泵、饱和器、台秤、水平尺、拌和工具、恒湿设备与击实锤。

66.3操作步骤

66.3.1试样制备和安装应下列步骤进行：

1试样应按本标准第60.3.1条、第60.3.2条的规定进行备料。根据试验要求的干密度、含水率和试样尺寸，计算并称取试验所需的土样数量。对无黏性粗颗粒土，为防止颗粒分离，也可根据装填层数，分层称取试验所需的土样。

2将下剪切盒吊放在滚轴排上，并在下剪切盒上安放开缝环及钢珠，控制剪切开缝尺寸为(1/3～1/4)d_max,然后将上剪切盒放上，使上、下盒同心，并用固定插销定位。

3将称好的试样拌匀后分层装入剪切盒内(层次可根据高度与层缝错开的原则而定，一般为3层或5层)。每一层可采用击实、振捣或静压等制样方法控制每一层试样至预定要求的高度。对黏质粗颗粒土，每层表面刨毛后，再填下一层。重复上述步骤至最后一层，整平表面。

4试样当需饱和时，对无黏性粗颗粒土，宜用水头饱和法；对黏质粗颗粒土，宜用真空饱和法。

5在试样面上依次放上透水板、传压板等。要求安装对中，传压板应用水平尺校平。上、下反力钢梁应水平。安装2个～4个垂直百分表，徐徐开动垂直传动轴，使各部接触。记录变形起始读数。

6安装水平百分表或位移计，使水平传动轴的着力线通过剪切面的中心。徐徐开动水平传动轴，使其与下剪切盒的着力点接触即停止。

7每组试验应制备4个～5个试样，在不同压力下进行试验，其密度最大允许差值应为±0.03g/cm³,含水率最大允许差值应为±1%。

66.3.2快剪试验应按下列步骤进行：

1应按本标准第66.3.1条第5款的规定安装试样和定位，但在试样上、下面接触处，安放与透水板厚度相等的不透水钢板。在试样上一次施加预定的垂直荷载，使其在整个试验过程中保持恒定。

2拔除上、下剪切盒的固定销并取掉开缝环。记录垂直、水平测力计、百分表等的读数。开动水平传动轴和秒表，以每分钟剪切试样直径的1.2%～1.8%的剪切速率，使试样在5min～10min内剪损。如剪应力的读数达到稳定，或有显著后退，表示试样已剪损。若剪应力读数继续增加，则剪切变形应达到60mm或达到试样直径的1/15～1/10为止。每1mm测记负荷传感器或测力计读数并根据需要测记垂直位移读数，直至剪损为止。

3试验结束后，尽快卸去百分表或位移计、水平荷载、垂直荷载和加荷设备。视需要对剪切面作简要描述。取剪切面附近的试样，测定其剪切后含水率与颗粒级配。

66.3.3固结快剪试验应按下列步骤进行：

1应按本标准第66.3.1条第5款的规定进行试样安装和定位，试样上、下两面的不透水板换放细铜丝布和透水钢板；

2在试样上施加垂直荷载后，当每小时垂直变形小于0.03mm时，认为变形稳定。测记此时垂直百分表读数；

3试样达到固结稳定后应按本标准第66.3.2条第2款、第3款的规定进行剪切。

66.3.4慢剪试验应按下列步骤进行：

1应按本标准第66.3.1条第5款的规定进行试样安装和定位，但试样上、下两面的不透水板改放细铜丝布和透水钢板。

2应按本标准第66.3.3条第2款的规定进行试样固结。

3试样达到固结稳定后，拔除上、下剪切盒固定销并取掉开缝环。检查垂直荷载、水平测力计、百分表等，记录其读数。开动水平传动轴和秒表，以一定剪切速率施加水平荷载，每隔1mm测记1次水平荷载读数和垂直百分表读数。剪切速率可按式(66.3.4)计算剪切破坏时间，根据剪损时的剪切变形计算剪切速率。当水平荷载读数达到稳定，或有显著后退，表示试样已剪损。若剪应力读数继续增加，应控制剪切变形达试样直径的1/5～1/10,方可停止试验；

t_f=50t₅₀(66.3.4)

式中：t_f——达到破坏所经历的时间(s);

t₅₀——固结度达到50%的时间(s)。

4试验结束后应按本标准66.3.2条第3款的规定拆除试样，并测定其剪切后含水率与颗粒级配。

66.4计算、制图和记录

66.4.1 剪应力应按下式计算：

(66.4.1)

式中：τ——剪应力(kPa);

C——水平测力计率定系数(kN/0.01mm);

R——水平测力计读数(0.01mm);

F——某垂直压力下仪器摩擦力(kN);

A——试样面积(m²)。

66.4.2以剪应力和垂直变形为纵坐标，水平位移为横坐标，分别绘制某级垂直压力下剪应力τ与水平位移△L关系曲线、垂直变形△s与水平位移△L关系曲线。

66.4.3取剪应力τ与水平位移△L关系曲线上峰值或稳定值作为抗剪强度。当无明显峰值时，取水平位移达到试样直径1/15~1/10处的剪应力作为抗剪强度S。

66.4.4以抗剪强度S为纵坐标，垂直压力p为横坐标，绘制抗剪强度S与垂直压力p的关系曲线。直线的倾角为粗颗粒土的内摩擦角φ,直线在纵坐标轴上的截距为粗颗粒土的黏聚力c。

66.4.5粗颗粒土直接剪切试验的记录格式应符合本标准附录D表D.111的规定。