1．直接剪切试验
1.1基本原理
土的抗剪强度是土在外力作用下，其一部分土体对于另外一部分土体滑动时所具有的抵抗剪切的极限强度。测定土的抗剪强度，可以提供计算地基强度和地基稳定性用的基本指标，即土的内聚力和内摩擦角。土的内摩擦角和内聚力与抗剪强度之间的关系由库仑公式表示：
tgφ+c
τ—抗剪强度(kPa)；
σ—为正应力(kPa)；
φ--内摩擦角(度)；
c--内聚力(kPa)。
直接对试样施加剪力的设备叫直接剪力仪，常用的直接剪力仪根据施加剪应力的特点分为应力控制式和应变控制式两种。应力控制式是分级施加等量水平剪力于土样使之受剪，应变控制式是等速推动剪切容器使土样受剪。以应变式最为常用。
仪器的主要部件剪切容器是由固定的上盒和活动的下盒(应变式)或固定的下盒与活动的上盒（应力式）等部件组成。试样置于上下盒之间，在试样上先施加预定的法向压力σφ，然后以一定速率分级施加水平力对试样施加剪力，可借助于与上盒相接触的量力环的变形或以所加水平力与杠杆力臂比关系确定。
为求得的抗剪强度参数（c，φ），一般至少用4～5个试样，以同样的方法分别在不同的法向压力σ1、σ2、σ3……的作用下测出相应的τf1、τf2、τf3……的值，根据这些σ，τf值，即可在直角坐标中绘出抗剪强度曲线。
无论是饱和粘性土的抗剪强度试验，还是天然粘性土地基加荷过程中，空隙水压力的消散，即荷载在土体中产生的应力全部转化为有效应力，需要一定的固结时间来完成。因此，土的固结过程，实际上也是土体强度不断增长的过程。对同一种土，即使在同一法向压力下，由于见切前试样的固结过程和剪切试样的条件不同，其强度指标也是各异的，为了近似地模拟现场土体的剪切条件，即按照剪切前的固结过程、剪切时的排水条件以及加荷快慢情况，将直剪试验分为快剪，固结快剪和慢剪三中试验方法。
1.2仪器简介
本实验使用ZJ-2型等应变直剪仪如图1。
1.3操作步骤
（1）试样制备.
（2）对准剪切容器上下盒,插入固定销,在下盒内放透水石和滤纸,将带有试样的环刀刃向上,对准剪切盒口,在试样上放滤纸和透水石,将试样小心地推入剪切盒内.
（3）移动转动装置,使上盒前端钢珠刚好与测力计接触,依次加上传压板,加压框架,安装垂直位移量测装置,测记初始读数.
（4）根据工程实际和土的软硬程度施加各级垂直压力.一般为100、200、300、400kPa等。各个垂直压力可一次轻轻施加，若土质松软，也可分次施加，以防土挤出。
（5）垂直压力施加后，拔出固定销，立即开动秒表，以0.4mm/min的剪切速度进行。即转动手轮；对一般粘性土15s转一周。
（6）当测力计百分表读数不变或者后退时，应继续剪切至剪切位移为4mm时停下，记下破坏值。当剪切过程中测力计百分表读数无峰值时，则剪切至剪切位移达6mm时停止。
（7）剪切结束，吸掉盒内积水，退去剪切力和垂直压力，移动压力框架，取出试样，测定试样含水率。
1.4成果整理
（1） 按下式计算每一试样的抗剪强度
式中
--相应于某一垂直压力的抗剪强度(kPa)
C—试验温度下的量力环应力系数（kPa/0.01mm）
R—剪切时量力环中百分表的最大读数（0.01mm）
A0—试样的初始断面积（cm2）
（2） 作抗剪强度与垂直压力的关系图
以抗剪强度为纵坐标，垂直压力为横坐标，绘制抗剪强度与垂直压力关系曲线，直线的倾角为摩擦角（
），直线在纵坐标上的截距为粘聚力（C）。
（3）快剪试验记录.
表4-1 快剪试验记录
土样编号------ 校核者------
试验方法------ 计算者------
环刀面积------ 试验者------
量力环系数---- 日期--------
1.5注意事项
（1）直接试验方法的适用性
快剪试验、固结快剪试验一般用于渗透参数小于10-6cm/s的粘性土，而慢剪试验则对渗透系数无要求。对于砂性土一般用固结快剪的方法进行。
（2）试验方法的选择
每种试验方法适用于一定排水条件下的土体和施工情况。快剪试验用于在土体上施加荷载和剪切过程中都不发生固结和排水作用的情况。如土体有一定湿度，施工中逐步压实固结，就可以用固结快剪害死眼。如在施工期和工程使用期有充分时间允许排水固结，则用慢剪试验。总之，应根据工程实际情况选择恰当的试验方法。
（3）加荷方法和固结标准
对于正常固结土，一般在荷载100～400kPa的作用下，可以认为符合库仑公式。如果在试验时，已可以确定现场预期的最大压力，则四个试验的垂直压力为：第一个是预期的最大压力，第二个为比预期压力大的压力，第三、第四个则小于预期的最大压力，而且这四级垂直压力的级差要大致相等。如果在试验时确定不了预期的最大压力，让可用100、200、300、400kPa四级垂直压力。
固结时间对一般粘性土，当垂直测微表读数不超过0.005mm/h，即认为达到压缩稳定。
（4）剪切速率
粘土的抗剪强度一般会随着剪切速率而增加。剪切速率的控制应由试验方法确定。
（5）剪切标准
一般由三种情况。一种时剪应力与剪切变形的曲线由峰值时，表现在量力环中百分表指针不前进或后退时微剪损。二是无明显峰值时，表现在量力环中百分表指针随着手轮转动仍继续前进，则规定某一剪切位移的剪应力作为破坏值。对64mm直径的试样微4～6mm。三是介于上述二者之间，可测记手轮数与量力环中测微表的相应读数，以便绘出剪应力－剪切变形曲线，据此确定抗剪强度的破坏值。
（6）试验时由手动和电动两种剪切方法。慢剪时，一般采用电动方法。
图1 ZJ-2型等应变直剪仪
第二篇：岩土力学实验室主要仪器设备
岩土力学实验室
岩土力学实验室是研究土的物理、化学以及力学性质和岩体在荷载作用下的应力、变形规律的专业实验室，拥有比较先进的教学和科研实验条件，是高速铁路建造技术国家工程实验室的一个重要组成部分。实验室以面向国民经济建设和社会发展需要，服务重大工程建设为宗旨，承担了大量的应用基础和工程研究项目。
该实验室由以下三个主要部分组成：细颗粒土试验部分，粗颗粒土试验部分，岩石试验部分。
细颗粒土试验部分包括DDS—70微机控制动三轴试验仪和GDS全自动三轴及非饱和土试验仪，可进行细颗粒土的标准静三轴试验，非饱和土强度试验，渗透试验、应力路径试验以及细颗粒土的动强度、动弹模、阻尼比、疲劳和砂土液化试验等。
粗粒土试验部分包括SZ304型粗粒土三轴剪切仪、TAJ—2000大型动、静三轴试验仪、TAW—800大型直接剪切仪以及TGJ—500微机控制电液式粗粒土工固结仪，可进行粗颗粒土的三轴试验、直接剪切试验、蠕变试验、动强度、动弹模、阻尼比、加筋土强度试验、加筋土动力特性试验以及土与结构物的剪切试验等。
岩石试验部分主要包括;TAW—3000电液伺服岩石三轴试验仪，该试验仪可进行岩石的单轴抗压强度试验，岩石弹性模量、柏松比试验，岩石三轴抗剪强度试验，岩石蠕变试验等。
附各个仪器设备的图片
一、DDS—70微机控制动三轴试验系统
主要技术参数：
试样尺寸：
最大轴压：1370N
最大围压：0.6Mpa
反压：0.3Mpa
频率范围：1~10Hz
最大轴向位移：20mm
二、GDS全自动三轴及非饱和土试验系统
主要技术参数：
试样尺寸：
，
最大轴压：50KN
最大围压：1.7Mpa
孔隙水压力：1.0Mpa
三、SZ304型粗粒土三轴剪切试验机
主要技术参数：
试样尺寸：
，
最大轴压：750KN
最大围压：4Mpa
孔隙水压力：1.0Mpa
四、TAW—800大型直接剪切仪
主要技术参数：
最大轴力：800kN
最大水平力（两个方向）：400kN
轴向活塞最大行程：600mm
水平活塞最大行程（两个方向）：300mm
上剪切盒尺寸：
下剪切盒尺寸：
五、TAW—3000电液伺服岩石三轴试验机
主要技术参数：
试样尺寸：，
，
最大轴力：3000kN
最大围压：100Mpa
最大孔隙水压力：60Mpa
轴向变形测量范围：0~8mm
径向变形测量范围：0~4mm
变形速度控制范围：0.001~2mm/min
六、TAJ—2000大型动、静三轴试验仪
主要技术参数：
试样尺寸：
最大轴力：静态 2000kN
动态：1000kN
最大围压;: 静态：10Mpa
动态：1MPa
最大孔隙水压力：3MPa
变形测量范围：0~100mm
位移测量范围：0~300mm
体变测量范围：0~10000ml
振动频率：0.1~20Hz
七、TGJ—500微机控制电液式粗粒土工固结试验系统
主要技术参数：
试样尺寸：
加载范围：0~500kPa
