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NO.01

土的抗剪强度是指土体对抗剪切破损的极限能力。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，该点便爆发剪切破损。随着外荷载的增大，地基中抵达强度被破损的点越来越多，最后形成一个一连的滑动面，这时修建物的地基或土坡就会失去整体稳固而爆发土体滑动，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损，剪切破损是土体强度破损的主要特点，因此，土的强度问题实质上就是土的抗剪强度问题。

▲ 雨水造成的自然土坡滑坡

▲ 基坑坍塌

土体爆发剪切破损时，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：

• 室内剪切试验常用的要领有直接剪切试验、三轴压缩试验和无侧限抗压强度试验等；
• 现场剪切试验常用的要领主要有十字板剪切试验以及新型钻孔剪切试验。

可是，古板丈量土体抗剪强度的要领保存诸多缺乏。

鉴于古板试验要领的州缺乏，工程科技职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、人工成孔中举行试验，经盘算即可获得孔中响应部位土的粘聚力(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稳固，向上拉起探头，对孔壁岩土体举行剪切，拉力为T，从而可以盘算出土体的抗剪强度：

云云这样，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。

钻孔剪切仪包括以下四个部分：探头、钻具、地面装备、辅助工具。
 

钻孔剪切仪试验装置

装置装备，测出钻孔中的水位高度，将探头下放到想要的深度。

包括测压元件、千分表、计时表初始化。

膨胀探头，刺入土体，举行丈量。

试验完成，卸去压力，收回探头。

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蚓傩杏呕， V=f(p)曲线是一个指数函数， V=f(d)曲线是一个线性函数。

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 若是钻孔从孔口到测试位置是干的：

pc = pM + (zc - zs) x Γw – pe

② 若是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，剪切破损的强度，t，凭证下式盘算：

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 代表探头的有用长度，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。

关于每一加载办法，均可以获得以下内容：

• 增压历程中的蠕变，dVD，即是旁压蠕变：

dVD = VD1' - VD30"

• 剪切历程中，探头的体积增大带来的剪胀：

VF - VD = VF - VD1

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。

将成对的（t, pc）绘制到图上，自然会爆发准确的堆点图形，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

可以凭证以下办法举行盘算：

①剔除异常点后，通过最小二乘法对土体特征曲线举行修正。

这里，n 是点的个数。

②关于粘聚力靠近于0的土，准确读数会导致获得的粘聚力小保存较小的误差。为了阻止这种情形，可以通过取平均值的要领重新调理参数特征，要领如下：

NO.03

随着经济的生长，都会化历程一直推进，栖身于都会中的人越来越多。近些年来关于“垃圾围城”的新闻司空见惯，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。在垃圾填埋场稳固性设计和治理的研究中，剪切强度的研究是必需的。都会固体放弃物的质料很是重大，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效果，园职位于比利时某地，18m深处。这个试样已经凭证垃圾处置惩罚的划定举行了压缩。

▲ 18m深度都会压缩固体垃圾钻孔剪切试验效果

在这幅图中，除了最最先的两个点，其它试验测得的点在统一条直线上，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。

接纳统一种要领，举行另外一个测试，在14m深度举行（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效果

这两个试验对统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，选择响应的特征和剪切强度的设计值时必需很是稳重，特殊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统一个固体放弃物填埋场，具有代表性。

▲ 统一个垃圾填埋场差别深度所有抗剪强度漫衍图

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。

▼

工业中燃煤的燃烧爆发大宗的灰渣，凭证相关的条例，一些灰渣可以用于修建业，另外，也可以用于填埋园地。关于燃煤灰渣的岩土工程特征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效果，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深度钻孔剪切试验效果

从这幅图中可以看到，大大都的试验点在统一条直线上，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。