[发明专利]基于直剪试验确定土体抗剪强度的动态精确计算方法

说明书

本发明公开了一种基于直剪试验确定土体抗剪强度的动态精确计算方法。本发明包含以下步骤：1.试验前确定所用应变控制式直剪仪量力环的率定系数C、进行控制应变式快剪试验时手轮每分钟转动次数N、手轮所在圆盘的半径R；2.按规范要求制作供试验使用的标准试件；3.开展试验并记录开始剪切至试件发生破坏所需时间T；4.将所得C、N、R、T四值代入所建立的试件抗剪强度精确计算的表达式中，即得试件抗剪强度的精确值。本发明不仅能够有效消除试验时试件受剪面积逐渐减小但最终却按原面积计算而导致计算结果误差较大的问题，提高两表征土体抗剪强度指标的真实性；而且表达式计算简单、原理易懂，有利于广泛推广应用于实际工程。

技术领域

本发明属于道路工程与岩土工程领域，涉及一种基于直剪试验确定土体抗剪强度的动态精确计算方法。

背景技术

土的抗剪强度是土体抵抗剪切破坏的极限能力，亦是评价隧道、建筑物地基等土木工程地质体服役期间稳定性的关键指标。诸多现场勘查结果显示，边坡等工程构造物的失稳多是土体抗剪强度不足所导致的剪切破坏，因此准确测定体现土体抗剪强度的两个指标——黏聚力与内摩擦角对保证土工构筑物的安全性具有重要意义。室内直剪试验方法的基本原理及步骤如下：(1)按最大干密度和最佳含水率在剪切盒内制备试样；(2)安装应力～应变监测系统；(3)对试样进行剪切试验；(4)整理试验结果得到土样应力～应变曲线和表征抗剪强度的两个指标。

现阶段通过操作复杂、准确度高的三轴压缩试验测定土体抗剪强度指标的方法被业界公认，而直接剪切试验因操作简便、耗时较少仍被大量使用。众所周知，直剪试验因仪器构造等特殊原因而存在一些缺点，因此使得实验结果与真实值之间存在较多误差，如剪切面并非试样抗剪最弱面、试样破坏时主应力无法获取等，而现行规范直接剪切试验的数据处理时，不考虑试样受剪面积的逐渐减小，而按原面积(剪切盒面积)计算，从而导致误差出现。基于此，沈阳建筑大学学报2005年第21卷第2期公开了直剪试验中对土抗强度的一种修正方法，提出了试样剪切过程中剪切面积随下盒移动距离变化的二重积分表达式从而精确计算出试件被剪坏时的抗剪强度，虽计算结果与真实值相差较小，但积分计算过程较为繁琐，不易于被一线施工技术人员接受。

发明内容

为实现上述目的，本发明提供一种基于直剪试验确定土体抗剪强度的动态精确计算方法，解决了现有技术中积分计算过程较为繁琐，不易于被一线施工技术人员接受的问题。

本发明所采用的技术方案是，基于直剪试验确定土体抗剪强度的动态精确计算方法，具体按照以下步骤进行：

步骤S1、确定应变控制式直剪仪量力环的率定系数C、进行控制应变式快剪试验时手轮每分钟转动次数N、手轮所在圆盘的半径R；

步骤S2、制作试验试件；

步骤S3、开展试验并记录开始剪切至试件发生破坏所需时间T；

步骤S4、确定试件抗剪强度τ_f动态变化的表达式，将C、N、R、T、量力环变形量m、剪切盒所在圆盘的半径r代入试件抗剪强度τ_f动态变化的表达式，计算得出试件抗剪强度的精确值；

所述步骤S1中，包括：

步骤S11、选定供试验使用的应变控制式直剪仪，确定所用应变控制式直剪仪量力环的率定系数C，具体标定方法如下：

一、将量力环从应变控制式直剪仪上取下安装在校验加荷架上，将百分表调整为零，校验时所施加的负荷应平稳，且沿量力环的轴线；

二、将标称负荷施加于量力环之上反复预压三次，调整好百分表，按校验点逐级进行加荷；

三、校验时从标称负荷的10％开始，校验点不少于8点，加、卸负荷不少于3次，百分表的读数必须在指针静止时测读；

四、每次卸去负荷后，百分表的回零差不得大于0.3分度，每次加荷前应将百分表调回到零位；