劉子詔

(河南省地質(zhì)工程勘察院,駐馬店 463000)

剪切速率對凝聚力和摩擦角的影響規(guī)律

劉子詔

(河南省地質(zhì)工程勘察院,駐馬店 463000)

為提高生產(chǎn)速度,指導(dǎo)生產(chǎn),以飽和細(xì)粒土為實驗材料,研究剪切速率的變化對樣品凝聚力和摩擦角的影響。

剪切速率;凝聚力;摩擦角;影響

1 試驗設(shè)計

同一樣品分3～4組,每組取3～4個環(huán)刀樣,在相同試驗條件下,以不同速率剪切(直剪),觀察研究凝聚力、內(nèi)摩擦角等的變化規(guī)律。

實驗材料:(以飽和細(xì)粒土為例)

首先選擇了6組13個有代表性的、深度在8～13m天然工程勘察飽和原狀土樣,含水率均勻,垂直方向含水率變化小于1%,顆粒組成天然密實度基本相同,塑性指數(shù)在17左右(具體指標(biāo)見表1)極少量鐵錳結(jié)核,含量在1%以下,粘粒含量在30%以上,褐黃色硬塑粘性土。

2 試驗設(shè)備

(1)ZJ型應(yīng)變電動直剪儀——南京土壤儀器廠有限公司。

(2)TCK-1型三軸儀——南京土壤儀器廠有限公司。

(3)φ61.8mm,h=20mm,恒重不銹鋼環(huán)刀。

(4)101A-4型電熱鼓風(fēng)恒溫干燥箱——上海康路儀器設(shè)備有限公司。

(5)MP2002電子天平——上海恒豐科學(xué)儀器有限公司。

3 試驗過程

參照GB/T50123-1999中華人民共和國土工試驗方法、水利等相關(guān)方法[1～5]。

表1 駐馬店市某住宅樓土工試驗表Table1 GeotechnicaltestsofaresidentialbuildinginZhumadian

4 直剪試驗數(shù)據(jù)

直剪試驗數(shù)據(jù)如表2～14,圖1～13。

表2 直剪試驗數(shù)據(jù)Table 2 Shearing test data

圖1 剪應(yīng)力與剪切位移關(guān)系曲線Fig.1 Co rrelation curve between shearing stress and disp lacement

表3 直剪試驗數(shù)據(jù)Table 3 Shearing test datas

圖2 剪應(yīng)力與剪切位移關(guān)系曲線Fig.2 Co rrelation curve between shearing stressand disp lacement

表4 直剪試驗數(shù)據(jù)Table 4 Shearing test datas

圖3 剪應(yīng)力與剪切位移關(guān)系曲線Fig.3 Correlation curve between shearing stress and disp lacement

表5 直剪試驗數(shù)據(jù)Table 5 Shearing test datas

圖4 剪應(yīng)力與剪切位移關(guān)系曲線Fig.4 Co rrelation curve between shearing stress and disp lacement

表6 直剪試驗數(shù)據(jù)Table 6 Shearing test datas

圖5 剪應(yīng)力與剪切位移關(guān)系曲線Fig.5 Co rrelation curve between shearing stressand disp lacement

表7 直剪試驗數(shù)據(jù)Table 7 Shearing test datas

圖6 剪應(yīng)力與剪切位移關(guān)系曲線Fig.6 Co rrelation curve between shearing stressand disp lacement

表8 直剪試驗數(shù)據(jù)Table 8 Shearing test datas

圖7 剪應(yīng)力與剪切位移關(guān)系曲線Fig.7 Co rrelation curve between shearing stress and disp lacement

表9 直剪試驗數(shù)據(jù)Table 9 Shearing test datas

圖8 剪應(yīng)力與剪切位移關(guān)系曲線Fig.8 Co rrelation curve between shearing stressand disp lacement

表10 直剪試驗數(shù)據(jù)Table 10 Shearing test datas

圖9 剪應(yīng)力與剪切位移關(guān)系曲線Fig.9 Co rrelation curve between shearing stressand disp lacement

表11 直剪試驗數(shù)據(jù)Table 11 Shearing test datas

圖10 剪應(yīng)力與剪切位移關(guān)系曲線Fig.10 Correlation curve between shearing stress and disp lacement

表12 直剪試驗數(shù)據(jù)Table 12 Shearing test datas

圖11 剪應(yīng)力與剪切位移關(guān)系曲線Fig.11 Correlation curve between shearing stress and disp lacement

表13 直剪試驗數(shù)據(jù)Table 13 Shearing test datas

圖12 剪應(yīng)力與剪切位移關(guān)系曲線Fig.12 Correlation curve between shearing stress and disp lacement

表14 直剪試驗數(shù)據(jù)Table 14 Shearing test datas

圖13 剪應(yīng)力與剪切位移關(guān)系曲線Fig.13 Correlation curve between shearing stress and disp lacement

5 試驗結(jié)果匯總

表15 試驗結(jié)果匯總表Table 15 Test results summary

6 試驗結(jié)果分析

對比試驗共做6組13個樣品,剪速在2.40、0.80、0.02 mm/min之間。對比組除1、6組部分反常外,其他對比組從以上試驗可以看出:同一垂直壓力下,在低壓力100 k Pa時,隨剪速增大,剪切值增大;在較高(300 kPa)壓力時,隨剪速增大,剪切值減小(表16)。出現(xiàn)這種現(xiàn)象可能是隨著垂直壓力的增大和剪速減小,導(dǎo)致剪切時間拉長,樣品被固結(jié)的趨勢越強(qiáng),這樣就造成垂直壓力越大(當(dāng)然在樣品彈性限度內(nèi)),剪速越小,摩擦角越大,凝聚力越小。兩組部分反常樣品存在擾動現(xiàn)象。

表16 試驗結(jié)果分析表Table 16 Test results analysis

7 結(jié)論

對于本試驗的粘性土剪速0.80 mm/min的凝聚力和摩擦角分別是2.4 mm/min,50%～80%和1.2～1.6之間(參見表15)。

[1] 張咸恭.工程地質(zhì)學(xué)(上)[M].地質(zhì)出版社,1983.6.

[2] 孫廣忠.巖體力學(xué)基礎(chǔ)[M].科學(xué)出版社,1983.4.

[3] 國家質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局.土工試驗方法標(biāo)準(zhǔn)(GB/T50123-1999)[S].北京:中國計劃出版社,1999.6.

[4] 中華人民共和國建設(shè)部.工程巖體試驗方法標(biāo)準(zhǔn)(GB/T50266-99)[S].北京:中國計劃出版社,1999.5.

[5] 中華人民共和國水利部.土工試驗規(guī)程(SL 237-1999)[S]北京:中國水利水電出版社,1999.3.

INFLUENCEOF SHEARING RATE ON COHESION AND FRICTION ANGLE

L Iu Zi-zhao
(Henan Institute of Geological Engineering Investigation,Zhumadian,Henan 463000,China)

To help in accelerating and guiding p roduction,the influence of shearing rate change on cohesion and friction angle was studied on saturated fine-grained soil as the experimentalmaterial.

shearing rate;cohesion;friction;influence

TU411.7

A

1006-4362(2011)02-0114-05

2011-01-04 改回日期: 2011-04-07

劉子詔 (1966- ),男,河南方城人,工程師,從事水文地質(zhì)、工程地質(zhì)實驗工作。