理正计算水利工程边坡抗滑稳定-参数选取-笔记

对比项目

直剪试验

三轴剪切试验

十字板剪切试验

试验原理

将土样置于剪切盒中，施加法向压力后沿预定水平剪切面直接施加剪力，直至破坏。

将圆柱形试样包封在橡皮膜内，先施加周围压力 σ₃，再施加轴向偏应力 (σ₁−σ₃) 直至破坏。

将十字板头压入土中，旋转测出使土体沿圆柱面剪损所需扭矩，换算抗剪强度。

试样与仪器

剪切盒（上、下盒），方形或圆形试样，设备简单、操作方便。

三轴压力室、量测系统；圆柱试样，需橡皮膜、透水石及孔隙水压力量测装置。

十字板剪切仪（现场原位），不需取样制样。

排水条件控制

通过剪切速率近似模拟：快剪（不排水）、固结快剪（固结后不排水）、慢剪（排水），不能精确控制排水。

可精确控制排水阀门，实现不固结不排水剪（UU）、固结不排水剪（CU）、固结排水剪（CD）。

现场快速剪切，基本属于不排水条件，不测孔隙水压力。

应力状态

剪切面固定，剪应力、法向应力分布不均匀，主应力方向在剪切过程中旋转。

应力状态较均匀，属轴对称应力，可测定 σ₁、σ₃ 及孔隙水压力变化。

假设土体沿十字板旋转形成的圆柱面发生剪切，应力状态较复杂，按平均抗扭强度计算。

测定指标

黏聚力 c、内摩擦角 φ（总应力或有效应力指标）。

总应力指标c、φ；有效应力指标 c'、φ'；还可测定孔隙水压力系数、应力–应变关系。

不排水抗剪强度 su（十字板强度），其最终结果直接是抗剪强度值。

适用土类

砂土、粉土、黏性土等；对渗透性很低的软黏土，快剪结果代表性较差。

几乎所有土类，尤其适用于黏性土、饱和软土及需要有效应力分析的重要工程。

主要适用于饱和软黏土、淤泥、泥炭等难以取样的软弱土层。

试验周期

快剪很快（数十分钟）；固结快剪、慢剪需固结时间，总体较快。

UU 较快；CU/CD 需固结和剪切控制排水，周期长，尤其是 CD。

现场测试，单个测点一般几分钟至十几分钟。

主要优点

设备简单、操作便捷、成本低、普及率高；便于大量常规试验。

应力条件接近实际，可精确控制排水与量测孔压；指标可靠性高。

原位测试，少受取样扰动影响；直接获得软土不排水强度，快速经济。

主要缺点

剪切面人为固定，应力分布不均，排水条件不易精确控制；面积修正麻烦。

设备复杂、试样制备要求高、试验周期长、费用高。

仅给出 su，不能区分 c、φ；受土层各向异性、扭转速率影响；对硬土、砂砾土不适用。

典型应用

常规边坡稳定、地基承载力、挡土墙土压力计算的 c、φ 取值。

大坝、深基坑、软基处理、地震液化分析等需要有效应力法或精确参数的项目。

软土地基上路堤、堤防、基坑的稳定性评价；现场快速判定软土强度。