粗粒土直剪強度檢測概述

粗粒土，泛指顆粒粒徑大于0.075mm（即通過#200號篩）的土體，主要包括礫石、卵石、碎石、砂礫混合料等。這類材料因其粒徑大、滲透性好、承載力高等特點，廣泛應用于土石壩、路基、擋土墻、機場跑道等大型土木工程的基礎與填筑工程中。粗粒土的直剪強度是其最重要的力學性質之一，它直接決定了工程結構物（如邊坡、地基、擋墻）的穩(wěn)定性與安全性。直剪強度檢測旨在通過室內試驗，測定粗粒土在特定法向應力條件下，沿預定剪切面發(fā)生剪切破壞時所能承受的最大剪應力，進而獲取其內摩擦角（φ）和凝聚力（c）這兩個核心抗剪強度指標。

與細粒土相比，粗粒土直剪強度檢測面臨獨特的挑戰(zhàn)。其大粒徑特征使得常規(guī)的小型直剪儀無法適用，試樣的代表性、尺寸效應以及試樣制備過程中的顆粒擾動問題更為突出。因此，檢測過程需要采用專門的大型儀器、特定的制樣方法，并遵循嚴格的標準化程序，以確保試驗結果的準確性和可靠性，為工程設計提供關鍵依據。

檢測項目

粗粒土直剪強度檢測的核心項目是測定其在不同法向應力水平下的抗剪強度。具體包括：

• 峰值抗剪強度 (τ_f)：試樣在剪切過程中達到的最大剪應力值，反映了土體發(fā)生破壞的臨界應力狀態(tài)。
• 殘余抗剪強度 (τ_r)：試樣在發(fā)生較大位移后，剪應力趨于穩(wěn)定時的值，反映了土體結構完全破壞后的剩余強度，對分析長期穩(wěn)定性或已滑動面的穩(wěn)定性至關重要。
• 應力-應變關系曲線：記錄剪切過程中剪應力與剪切位移的關系曲線，用以分析土體的剪切變形特性和破壞模式（脆性或塑性）。
• 抗剪強度參數：基于摩爾-庫倫強度理論，通過繪制不同法向應力下對應的峰值或殘余強度點，擬合得到表征土體抗剪能力的兩個關鍵參數——內摩擦角 (φ) 和凝聚力 (c)。

此外，試驗過程中通常還需監(jiān)測和記錄法向位移（反映試樣壓縮或膨脹特性）和孔隙水壓力（對于飽和或部分飽和試樣）。

檢測儀器

鑒于粗粒土顆粒粗大，必須使用大型直剪儀進行檢測，其主要組成部分包括：

• 大型剪切盒：核心部件，通常由剛性、高強度的金屬（如鋼）制成。標準尺寸遠大于常規(guī)直剪盒，常見的有300mm x 300mm, 300mm x 600mm, 甚至更大（如500mm x 500mm）。剪切盒分為可相對移動的上盒和下盒，兩者之間留有微小縫隙。下盒固定，上盒在水平方向可移動。盒的深度也需足以容納足夠厚的試樣。
• 法向加載系統(tǒng)：用于對試樣施加并保持恒定或分級變化的垂直荷載（法向應力σ_n）。通常采用液壓伺服控制或杠桿砝碼加載方式，要求加載穩(wěn)定、精確、可控。
• 水平剪切加載系統(tǒng)：驅動剪切盒上盒沿水平方向移動，對試樣施加剪切力。多采用電機驅動的螺桿或液壓伺服作動器，要求能控制剪切速率（應變控制式）或剪切力（應力控制式），并能精確測量施加的剪應力（τ）和產生的剪切位移（δh）。
• 量測系統(tǒng)：
  • 法向荷載傳感器：精確測量施加在試樣上的垂直力。
  • 剪應力傳感器/測力計：精確測量水平剪切力。
  • 位移傳感器：高精度測量法向位移（δv）和水平剪切位移（δh）。
  • 孔隙水壓力傳感器（如需要）：安裝于試樣內部或邊界，測量剪切過程中的孔隙水壓力變化（u），適用于飽和或非飽和土試驗。
• 數據采集與控制系統(tǒng)：計算機系統(tǒng)實時采集荷載、位移、孔隙水壓力等信號，控制加載過程（如法向應力恒定、剪切速率恒定），并進行數據處理和繪圖。

檢測方法

粗粒土大型直剪試驗遵循標準化的流程：

1. 試樣制備：
   • 原狀樣：非常困難且少見。通常需采用大型原狀取土器（如大直徑薄壁取土器或凍結法），運輸和制樣過程極易擾動，成本高昂。
   • 重塑樣：最常用方法。主要采用分層擊實法。
     1. 備料：將具有代表性的風干（或預定含水率）粗粒土料過篩，剔除超大顆粒（粒徑需小于剪切盒最小尺寸的1/5 - 1/6，通常小于60mm），按設計級配準備足夠質量。
     2. 裝樣：將剪切盒下盒固定在底座上。將計算好的單層土料均勻倒入盒內。
     3. 擊實：使用標準擊錘（錘重、落距、擊數按標準或設計要求）對每層土進行擊實，控制達到設計的干密度（ρ_d）和孔隙比（e）。分層厚度通常為最大粒徑的2-3倍。
     4. 表面處理：每層擊實后刮毛表面，確保層間結合良好。重復分層裝料擊實，直至達到預定高度。
     5. 安裝上盒：小心放置上盒，避免擾動試樣。在上下盒之間插入固定銷或夾板防止預剪切位移。
2. 試樣飽和（如需要）：對于需模擬飽和狀態(tài)的試驗，對試樣進行抽氣飽和或水頭飽和。
3. 施加法向應力 (σ_n)：
   • 按要求施加第一級法向應力（如25 kPa, 50 kPa...）。
   • 保持法向應力恒定。對于滲透性較好的粗粒土，固結通常較快，但仍需監(jiān)測法向位移直至穩(wěn)定（無明顯變化）。對于含細粒或飽和試樣，固結時間可能較長。
4. 進行剪切：
   • 拔出固定銷或松開夾板。
   • 啟動水平剪切系統(tǒng)，以恒定的剪切速率（通常很慢，如0.02 - 1.0 mm/min，具體根據土性和標準選擇）推動上盒相對于下盒移動。
   • 連續(xù)記錄剪應力（τ）、剪切位移（δh）、法向位移（δv）和孔隙水壓力（u）。
   • 剪切持續(xù)至：
     • 剪應力達到峰值后顯著下降（脆性破壞）。
     • 剪應力達到穩(wěn)定的殘余值（殘余強度）。
     • 剪切位移達到預定的最大值（如試樣直徑/邊長的15%-20%）。
5. 重復試驗：在同一干密度和含水率下，對多個相同的試樣（一般至少3-4個）施加不同等級的法向應力（如100 kPa, 200 kPa, 300 kPa, 400 kPa），重復步驟3和4。
6. 數據處理：
   • 繪制每個試樣的剪應力（τ）- 剪切位移（δh）曲線，確定峰值強度（τ_f）和/或殘余強度（τ_r）。
   • 繪制法向位移（δv）- 剪切位移（δh）曲線，分析剪脹或剪縮特性。
   • 以法向應力（σ_n）為橫坐標，對應的峰值強度（τ_f

     檢測機構資質證書

     

     CMA認證

     檢驗檢測機構資質認定證書

     證書編號：241520345370

     有效期至：2030年4月15日

     

     CNAS認可

     實驗室認可證書

     證書編號：CNAS L22006

     有效期至：2030年12月1日

     

     ISO認證

     質量管理體系認證證書

     證書編號：ISO9001-2024001

     有效期至：2027年12月31日