土的抗剪強度試驗的三軸儀與直剪儀的比較

一、概述

在工程實踐中，建筑物地基和土工構(gòu)筑物產(chǎn)生破壞情況，是因為土體在自重應(yīng)力和附加應(yīng)力作用下，土中剪應(yīng)力達到土的最大抗剪強度。該土體所謂處于極限平衡狀態(tài)。當(dāng)外部荷載不斷增大。最后連成一個滑動面，也就是一部分土體對另一部分土體產(chǎn)生相對移動，即為土的剪切破壞。因此土的強度問題的研究一直在工程實踐或在土力學(xué)研究中，作為重要的課題之一。

二、本文著重研究，當(dāng)然土的抗剪強度在不同的試驗方法。不同土的性質(zhì)（包括狀態(tài)、顆粒級配），不同的應(yīng)力歷史  都具有不同的結(jié)果。這可在后面的時間進行比較試驗。
那么不同儀器其試驗結(jié)果如何呢。在這里我選擇了直剪儀和三軸儀。采用同一種標準砂， 均在有效應(yīng)力條件下進行試驗。
由于砂土沒有結(jié)構(gòu)強度、沒有內(nèi)聚力，因此得到的結(jié)果，就是摩擦角試驗。結(jié)果表明這個理論和實踐結(jié)果是對的。但兩種儀器的結(jié)構(gòu)和受力條件以及剪切面的不同，兩種儀器的試驗結(jié)果還是有些不同的。

三、儀器概況和試驗方法

（蘇州拓測儀器設(shè)備有限公司四聯(lián)氣壓式直剪試驗儀）
1、盒式直剪試驗儀，又稱直剪試驗儀。
本次試驗采用本公司生產(chǎn)的四聯(lián)氣壓式直剪儀。最大固結(jié)壓力 0~1000kPa，剪應(yīng)力為0~1000kPa，剪切位移 0~8mm，加荷速率滿足快剪、固結(jié)快剪、慢剪，即 0.001~3mm/min， 即最慢剪切試驗，24h 土的相對位移 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)和試驗要求，剪切速率可以任意調(diào)整。例如這次砂土試驗采用剪切速率為0.048mm/min，大約一個半小時。這對于砂土來說也已足夠慢了。

氣壓式直剪試驗其優(yōu)點是體積緊湊、操作方便、出力準確、自動化程度高，可以限制最大剪切位移、進退正確，試驗過程中數(shù)據(jù)采集儲存不需要電腦采集，當(dāng)一旦幾組試驗結(jié)果出來，即可導(dǎo)入計算機處理結(jié)果。

2、三軸試驗儀

（蘇州拓測儀器設(shè)備有限公司四聯(lián)多功能三軸試驗儀）
三軸試驗儀又稱三軸剪力儀，可以單聯(lián)也可以四聯(lián)結(jié)構(gòu)。四聯(lián)結(jié)構(gòu)為四個壓力室置于同一臺加荷平臺上，由軸向力推動加荷平臺向四個壓力施加相同應(yīng)變剪切位移，由于四個壓力室承受四個不同圍壓，因此四個不同的剪應(yīng)力與四個不同圍壓關(guān)系，就能得到四組莫爾圓，

就能獲得莫爾包線和強度參數(shù)。
由于人工智能型三軸剪力儀自動化程度高，整個過程毋需人工操作。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量，對于土樣直徑為 39.1， 則軸向應(yīng)力為 0~2.5MPa。對于不同的深度土樣和試驗要求時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
對于直剪試驗稱取一定重量的標準砂，通過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。
對于三軸試驗，我們選擇土樣直徑 39.1mm，高度為 80mm 的制樣器（筒）內(nèi)，稱取一定質(zhì)量的標準砂，通過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， 拆開對開模施加圍壓 100、200、300、400kPa。
4、剪切試驗
直剪試驗和三軸剪切試驗， 對于砂土來說， 固結(jié)時間為 30 分鐘， 直剪剪切速率為
0.048mm/min，在 120 分鐘完成試驗，三軸按 0.05、200 分鐘完成試驗。

四、結(jié)束語
1、兩種強度試驗儀器，是創(chuàng)新科技的研發(fā)結(jié)果，具有體積緊湊、操作簡便、試驗正確穩(wěn)定、自動化程度高，具有時代特色的人工智能儀器。
2、土的抗剪強度和試驗儀器、試驗方法，土的基本性質(zhì)以及試驗技術(shù)有著密切關(guān)系， 因此需要進一步研究和創(chuàng)新發(fā)展。
3、本次試驗研究，僅是一個開端，希望通過產(chǎn)學(xué)研用創(chuàng)新平臺，能夠推動巖土工程試驗進一步深化。
4、兩種強度試驗儀器比較，試驗結(jié)果比較穩(wěn)定吻合，同時表明三軸試驗的強度比直剪試驗強度提高 20%左右。