一种新型土壤抗剪强度测量装置的研制.pdfVIP

第 15卷 第29期 2015年 10月 科 学 技 术 与 工 程 Vo1．15 No．29 Oct．2015 1671— 1815(2015)29—0046-06 ScienceTechnologyandEngineering ⑥ 2015 Sci．Tech．Engrg． 一 种新型土壤抗剪强度测量装置的研制 许益伟 李 青 胡 鹏 申屠南瑛 (中国计量学院机电工程学院，杭州 310018) 摘 要 土的抗剪强度是岩土体一项重要的物理性能指标，测量土的抗剪强度对于滑坡隐患点的监测和预防具有重要意义。 提出一种装置来实现现场测量土的抗剪强度，该装置由十字板、扭矩传感器 、步进 电机、单片机硬件电路等结构组成。对实验 装置的搭建和单片机硬件电路作了详细介绍。取杭州地 区的软黏土为研究对象，用该装置对土样在不同含水率和不同正应 力的条件下进行了十字板剪切试验和直剪试验；并将所得数据 的数据进行分析对比。试验结果表明，当土壤含水率较低时， 随着含水率的增加，土壤抗剪强度先增大后减小；而土壤抗剪强度和对土壤施加的正应力是成正比关系的。 关键词 土的抗剪强度 十字板 扭矩传感器 含水率 正应力 中图法分类号 TH822； 文献标志码 B 滑坡作为一种常见的地质灾害，不仅严重影响 十字板剪切试验所测得的土的抗剪强度更加准确， 人类的生命安全，还对经济建设造成了严重阻碍。 具有说服力。因此本文选择十字板剪切试验方案， 造成滑坡产生的原因是由于在同一平面中土体某处 并根据十字板剪切原理设计出一种简易装置来测量 的剪应力超过 了该面的抗剪强度 ，因而造成了土体 土壤的抗剪强度。 发生剪切破坏而大量下滑。而所研究的土的抗剪强 1 实验装置测量原理 度就是岩土体一项重要的物理性能指标，它是指土 体对外荷载产生的剪应力的极限抵抗能力，测量土 1．1 十字板剪切原理 的抗剪强度对于滑坡隐患点的监测和预防具有重要 十字板剪切试验是一种在现场测量土壤抗剪强 意义。 目前国内现有的剪应力测量方法主要有以下 度的试验方法，该试验适用于对饱和软黏土等不易 几种 ： 取样的土样进行测试。其工作原理如下：测量时将 (1)直接剪切试验。该试验装置简易，便于操 十字板头插入土中，并确定好十字板所在的深度 ，通 作；但试验中土样的应力分布比较不均匀，在土样剪 过给十字板头施加外力来带动十字板在土中匀速转 切面的边缘的应变和中间的应变相 比具有很明显的 动，剪切破坏土体测量 出十字板在转动过程 中的最 差距 。 大扭矩 ，将最大扭矩换算成土的抗剪强度 。土的剪 (2)三轴压缩试验。该试验能运用到许多领域 切破坏面为十字板旋转所形成的一个圆柱面。该圆 中，但试验装置复杂，价钱昂贵。 柱面的直径为D，高度为 日，设土体发生剪切破坏时 (3)无侧限抗压强度试验。试验除了能测定土 的最大扭矩为 ，并假定该剪损面的侧面和上、下底 壤剪应力外，还可以用来测定土的灵敏度 ，但该试验 面每一点土的抗剪强度都相等 。则有： 条件 比较苛刻 。 2M (4)十字板剪切试验。该试验是无需在野外取 耵Df日+ 1 土，可直接测量现场土样的抗剪强度。在这种条件 式(1)中 为土剪切破坏时的最大扭矩 ，C 为土的 下所测得的抗剪强度比较接近土样在天然状态下的 抗