在滑坡、边坡治理和挡土结构设计中,土的抗剪强度是重要参数。常规直剪试验和三轴试验受仪器行程限制,剪切位移一般较小,难以反映土体在发生较大位移时的强度变化。环剪仪采用环形试样,可以让试样沿一个方向连续剪切,剪切位移可以做得很大,适合研究大位移条件下土体的强度特征。本文介绍环剪仪在这方面的应用。
一、仪器原理
环剪仪的试样是环形的,装在一个圆环剪切盒里。试验时上半环固定,下半环旋转,或者上下分别转动,试样沿环形剪切面发生连续剪切。由于是环形封闭结构,剪切位移不受长度限制,试样可以一直剪下去,直至达到残余状态。这种结构适合研究土的残余强度以及滑动速率对强度的影响。 二、试样制备
试样一般用重塑土按设定的含水率和密度制样,也可以对原状土加工成环形。制样时要保证环内土体均匀、密实,表面平整。装样后要注意密封,防止试验过程中水分蒸发导致含水率变化。
三、试验方法
先施加竖向压力使试样固结,待固结稳定后开始剪切。剪切可以按恒定速率进行,也可以按不同速率考察速率效应。试验过程中记录剪应力与位移(或转角)的关系,观察剪应力随位移增大如何变化。通常剪应力先升高然后下降,最后趋于一个相对稳定值,这个稳定值往往对应残余强度。
四、结果分析
从记录曲线可以看出峰值强度和残余强度。对于已经发生滑动的滑坡体,残余强度更有参考价值。环剪试验还能研究不同剪切速率下的强度差异,有些土在快速剪切和慢速剪切下表现不同,这种速率效应在分析滑坡启动和运动过程时有用。
五、注意事项
环形剪切面的有效面积随剪切进行略有变化,数据处理时要考虑修正。试样的排水条件要控制好,快剪与慢剪得到的强度不同。仪器使用后要清理剪切盒和环形缝隙里的土屑,检查驱动机构是否平稳、密封件有无磨损。定期保养能让设备保持稳定的测试条件。总的来看,环剪仪弥补了常规试验在位移量上的不足,为研究大剪切位移下土体强度提供了合适的手段。
对于需要评价长期强度或残余强度的工程,环剪试验的结果更有针对性,可以和其他试验方法互相印证