土的抗剪强度与剪切速率关系及临界速率的探讨(北京农业工程大学)莫采京娥禹肃栖亚川徐琦霞【摘耍】奉文用低、中、高速三种直剪仪．在剪切速半为2Xl0～1．7mls范围内系统地研究r土壤抗剪强度与剪切速率的关系a试验结果表明t土壤抗剪强度随剪切速率增扣而增大的关系中有一临界点，小于谊临界速率，抗剪强度增加缓慢，高‘于临界速率，则显著增加最后，建立7土壤抗剪强度与剪切速率和正压力三者之问的关系式。一、习f究的自的意义土壤抗剪强度是土壤机械力学的重要性质。在许多实际问题中，尤其是在耕作和牵gl动力学中，涉及封剪切速率和抗剪强度的关系问题。因此，土壤抗剪强度与剪切速率关系的研究正B益l起人们的重视。以往对这一关系的研究大多集中在两个区域，即剪切速率“l0mIs(相对于普通直剪仪)。在前一区域内，一般的结论是土壤抗剪强度随剪切速率的增大而缓慢增加，抗剪强度与正压力的关系仍满足摩尔一库仑定律pj在后一个区域，许多研究结果表明土壤抗剪强度随剪切速率的增大而显著增大(。姚禹肃，曾稽超对多种土壤在多种含水量和容重情况下，在剪切速率为0．4o～1．7m／s范围内进行了研究，得到了在高速剪切下，土壤抗剪强度与正压力之问的关系是曲线型式即摩尔一库仑定律不再成立。他们用应变率过程理论建立了土壤抗剪强度与应变率及正压力三者之间的关系】。但应甩他们的回归系数，在剪切速率小到一定程度后，抗剪强度为负值，这显然与实际情况不符。由此可见．目前还无人从剪切速率为l0m／s~2m／s这样大的范围内研究过土·54-壤抗剪强度和剪切速率的关系。从以往的研究中逐可l；c看到，在10m／s～2mls区域内，抗剪强度和剪切速率的关系不会是单一的，有可能存在一I临l界速率。本研究的目的是通过对土壤从低速到高速系统的直剪试验研究，探讨土壤抗剪强度随剪切速率增加而增大的特摊以及土的抗剪强度与剪切速率和正压力三者之间的关系，从而迭到对抗剪强度随剪切速率变化的全面认识。同时探讨临界剪切速率的大小及其特性。=、试验装置与试验蠡忭1．剪啊速率。试验漫计的直剪仪剪切速度范围为lo一～1．7mIs，分五级，分别为2X10m／s、7．5X10～mfs，2．7×10一mls、6Xj0～m／s、1．zm／so剪切速率>l0mls采用原研制的高速直剪仪，剪切速率l0-'～10m／s采用新研制的电动式中速直剪仪。结构原理见简图l。动力为一调速电机，通过皮带传动带动直剪仪的蜗杆，在蜗轮中心有一螺母，从而在蜗轮转动时带动丝杠作直线运动，以达到施加速度的目的。试验数据测试与采集系统原理见图2。采用应变片式压力传感器分别测量剪应维普资讯http://www.cqvip.com图1巾速直剪仪传动筒匣嚣曲1PK褚藩器啦盘慢^／D打印圈2数据椭试与采集计算意图力和剪切泣移，这两个信号通过A／D转换输入到单板机。单板机对这两个信号进行滤波处理，然后计算所施加的速度、剪应力和剪切位移。采集数据的触发信号是剪切位移。数据采集间隔可以根据所施加速度加以控制，这一数据采集和处理系统与高速直剪仪0‘0S0I加160o的系统一致2．试样来源采用重塑土制样方法铡备，试样物理性质指标见表1。袁1千重虞土粒比痕限塑骰童性土名(kN／重揎蠡试样古木量m)I以{6l()I粉土1{12．7o123．817．5．9．515．119．6ll土壤抗剪强度的取值按土工试验规程的有关规定确定。3．正压力鉴于机一土关系中应力水平较低，故采用以下五级正压力：0O、25、5O、1O0、150kPa。三，试验结果与分析1．不同剪切速率下，土壤抗剪强度与正压力之间的关系见图3。圈3不屙剪蜘速率下，土壤抗剪强蛊叫与正压力a美秉(1)由图3可知；剪切速率不同．则土的抗剪强度也不同，且随剪切速率的增大而增大。当剪切速率≤6×10m／s时，，～呈线性关系，符合库仑定律而当剪切速率口>6×10m／s时，，～一关系不再呈线性关系而是曲线，再用库仑定律来描述已不台适这一结果与文[3]的结果一致。(2)在剪切速率较高>6×10m／'s的条件下，非饱和土的含水量变化对土的抗剪强度影响不大。这是因为重塑土样在制备刚已受过一定压力的作用，类似轻微超周结土，剪∞时，较小，因此剪切速率高可近似视为不排水剪。2．土壤抗剪强度、正压力与剪切速率的关系(1)土壤抗剪强...
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