4.7 Laboratory-formed shear surface

4.7 Laboratory-formed shear surfaces
It is axiomatic that the formation of a shear surface destroys all earlier fabric in the soil. This is a remoulding action, and it is therefore illogical to demand tests on ‘undisturbed’ specimens, preparation of which can be arduous. Remoulded specimens are adequate if a residual sứength alone is required. However, if the stress-strain behaviour as the soil passes from peak to residual is to be observed, remoulded specimens will not do. In this case only a ‘remoulded’ peak strength could be measured, and an underestimate of the full brittleness would be obtained.
A shear surface may be preformed (often termed ‘precut plane’ tests) or it may be formed by the test procedure itself. Shear boxes and triaxial apparatus can only give small strains and the preforming of a shear surface is to overcome this limitation, rather than to offer some other, positive, advantage.
Shear surfaces have been preformed by cutting a sample with cheesewứes or knives, the separated halves being polished on glass plates to simulate slickensiding. Inevitably this cannot be completely effective and even the most carefully prepared specimens do display some brittleness in shear as the plate-shaped clay mineral particles on the slip surface adopt a more complete orientation. Ideally, the test specimen would be consolidated to the desired normal stress in the shear box, and then be removed to form the slip surface. This then means that when reconsolidated prior to shearing, the shear surface is located as closely as possible to the plane of separation of the shear box halves. It will be found, however, that for practical reasons it is only worth following this sequence when testing soft and compressible materials.
Shear surfaces do form even at comparatively low strains. These have a low level of particle alignment, however, and truly residual conditions are not reached in most test procedures. Using a shear box, the two specimen halves can be racked backwards and forwards past each other until some lower bound strength is achieved. Observations of shear load V. displacement for each pass do tend to show both decreasing brittleness and decreasing strength with increasing number of reversals of strain direction, but it is not always easy to decide when a ‘residual’ has been reached. Arbitrarily defined values of total movement and/or percentage change in shear strength in consecutive reversals are often used as a criterion on which to judge the attainment of residual conditions.
With this reversal technique, there are several variants in the experimental procedure. These include measuring the load-deflection relationship on both the first pass and on the reverse direction for each stage. Alternatively, measurements of shear strength can be made in one đữection only, bringing the box halves back to the starting position by hand, or at a relatively fast rate using the drive of the machine. My personal preference is for the latter method, with time allowed for re-con$oỉidatíon after each reversal. However, reversal tests are rarely carried out in my laboratory as Ĩ prefer to use the ling shear apparatus when determining the residual strength of clays.
It is only by the use of a torsion or ring-shear device that we can achieve large enough strains to produce real residual conditions in the laboratory, starting from an initially unsheared specimen. (Bishop et al., 1971). This facility to achieve almost unlimited strain frees the user of a ring shear apparatus from a number of the constraints that beset soil testing generally. For example, since a test can be of whatever duration the user chooses, and sooner or later it must be fully drained at whatever strain rate is chosen, one of the most tricky aspects of the measurement of peak strength, or even of residual strength in a limited strain apparatus, is eliminated completely.
4.8 Experimental procedures for the ring shear test
Imposing a shear surface on a clay soil completely changes its initial fabric in the vicinity of the shear surface. There is therefore little or no merit in attempting to preserve such an initial fabric or structure in the test specimen, unless it is specifically desired to examine the process of shear surface formation. Remoulded specimens are quite adequate for residual strength determination alone.
It is usually convenient to remould soil specimens at moisture contents of the plastic limit or less. After all, the shear surface formation process is a result of soil brittleness: and this may only be manifest at moisture contents lower than the plastic limit. When wetter, the samples can extrude very easily from their container under consolidating loads. Bishop et al. (1971) have described a mechanically elaborate ring shear machine in which the gaps between the upper and lower rings may be opened and closed. This can accept fairly wet specimens. Shearing in this device takes place through the mid-height of the specimen. In contrast, the simple ring shear device devised by Bromhead (1979b) needs a drier sample to prevent eariy extrusion, and shears close to the upper loading platen. It is often found that smaller strains are required to develop the residual strength in this machine since shearing takes place through the strongly remoulded upper part of the specimen.
The following description is specifically dứected to the use of the simpler device, which is in daily use in the laboratory at Kingston Polytechnic, Figure 4.2, and in a number of academic and commercial establishments elsewhere in the United Kingdom. There are rather fewer examples abroad, but I have corresponded with users throughout much of the English-speaking world. The test has been incorporated into the 1990 version of British Standard 1377: Methods of testing soil for engineering purposes, where it is referred to as a ‘total stress’ test. The total stress and effective stress are, of course, identical in a test in which the porewater pressures are maintained at zero.
Soils may be kneaded into the sample container with the fingers or rammed into position with a wooden spatula. A short length of dowel makes a convenient rammer. Final trimming flush with the surface of the container is done with a palette knife. This has the added benefit that it begins the process of orientation of the mineral particles close to the eventual shearing surface. It is not detrimental that the beginnings of an orientated zone close to the top of the specimen are made, so that an undisturbed strength determination is ruỉed out, since all ring shear devices are totally useless for measuring the peak strength of the soil. This is because with the different strains at the inside and outside radii of the specimen, a form of progressive failure across the specimen takes place. This just about defies analysis, and all that is obtainable by way of a peak strength from this apparatus is some weighted average between a partly initially sheared remoulded strength and the residual.
Initial shearing of the specimen may be performed by setting the machine to a high rotation speed or by use of the manual control Such high rates of shear cause substantial extrusion in the simple device (as indeed it does in the Imperial College/Geonor device if the confining ring gaps are left open), and although a shear surface is usually formed by this rotation, it may not have the desired properties as a result of undrained porewater-pressure generation or because viscous interparticle drag forces have prevented the formation of an ideal, strongly panicle orientated, low strain rate, shear surface. A period of slow shearing is usually requữeđ to complete the formation of this feature coưectly.
It has been found convenient for routine tests at Kingston Polytechnic to set up a test in the late afternoon, and to observe only the early stages of this shearing, leaving the sample to shear unattended overnight. If the test rate is set to allow perhaps three revolutions to take place, then residual conditions will be approximately achieved. A number of tests have been automatically recorded throughout this shear surface formation stage, and they all show that towards the end of the allotted time, the decrease of torque through the specimen with further deformation slows down to an almost imperceptible level. One is left with the problem of ascertaining that a true residual has been reached, solutions to this are discussed below. Also, the selection of a strain rate for the remainder of the test is different to that for other soil tests: the procedure is explored in the following section.

Kết quả (Việt) 1:

4.7 bề mặt cắt thành lập phòng thí nghiệmNó là tiên đề rằng sự hình thành của một bề mặt cắt phá hủy tất cả trước đó vải trong đất. Đây là một hành động remoulding, và do đó vô lý cho nhu cầu thử nghiệm trên mẫu vật 'không bị ảnh hưởng', chuẩn bị trong đó có thể được gian truân. Đứt mẫu vật được đầy đủ nếu một sứength còn lại một mình là cần thiết. Tuy nhiên, nếu hành vi stress căng thẳng như đất đi từ cao điểm để còn lại là để quan sát, đứt mẫu sẽ không làm. Trong trường hợp này chỉ là một sức mạnh 'đứt' cao điểm có thể được đo, và một đánh giá thấp của giòn đầy đủ sẽ được lấy.Một bề mặt cắt có thể được preformed (tiếng Anh thường gọi là 'precut máy bay' thử nghiệm) hoặc nó có thể được hình thành bởi các thủ tục thử nghiệm bản thân. Cắt hộp và triaxial thiết bị chỉ có thể cho chủng nhỏ và preforming một bề mặt cắt là để vượt qua sự hạn chế này, thay vì cung cấp một số lợi thế khác, tích cực.Bề mặt cắt đã được preformed bằng cách cắt một mẫu với cheesewứes hoặc dao, nửa riêng biệt được đánh bóng trên kính tấm để mô phỏng slickensiding. Chắc chắn điều này không thể hoàn toàn có hiệu quả và thậm chí đặt cẩn thận chuẩn bị mẫu vật Hiển thị một số giòn trên cắt như các hạt tấm hình đất sét khoáng sản trên bề mặt phiếu thông qua một định hướng hoàn chỉnh hơn. Lý tưởng nhất, mẫu thử nghiệm nào được hợp nhất để sự căng thẳng bình thường mong muốn trong hộp cắt, và sau đó được gỡ bỏ để tạo thành bề mặt chống trượt. Điều này sau đó có nghĩa rằng khi reconsolidated trước khi cắt, bề mặt cắt có vị trí như là chặt chẽ càng tốt để máy bay của chia ly của nửa hộp cắt. Nó sẽ được tìm thấy, Tuy nhiên, rằng đối với lý do thực tế nó là chỉ có giá trị theo thứ tự này khi thử nghiệm vật liệu mềm và nén.Bề mặt cắt hình thành ngay cả ở chủng tương đối thấp. Những có một mức độ thấp của sắp xếp hạt, Tuy nhiên, và điều kiện thực sự dư không đạt được hầu hết các thủ tục thử nghiệm. Sử dụng một hộp cắt, nửa hai mẫu vật có thể được racked ngược trở lại và chuyển tiếp qua nhau cho đến khi một số sức mạnh thấp hơn ràng buộc đạt được. Các quan sát của cắt tải V. trọng lượng rẽ nước cho mỗi pass có xu hướng để hiển thị cả hai giòn giảm và giảm sức mạnh với sự gia tăng số lượng các đảo ngược của căng thẳng hướng, nhưng nó không phải là luôn luôn dễ dàng để quyết định khi một 'dư' đã được đạt tới. Các giá trị được xác định tùy tiện tất cả di chuyển và/hoặc tỷ lệ phần trăm thay đổi trong sức mạnh cắt trong đảo ngược liên tiếp thường được sử dụng như là một tiêu chí để đánh giá sự đạt được điều kiện còn lại.Với kỹ thuật đảo ngược này, có rất nhiều biến thể trong các thủ tục thử nghiệm. Chúng bao gồm đo độ lệch tải mối quan hệ trên vượt qua cả hai đầu tiên và trên đảo ngược hướng cho từng giai đoạn. Ngoài ra, các phép đo của sức mạnh cắt có thể được thực hiện trong một đữection chỉ, mang hộp nửa trở lại vị trí bắt đầu bằng tay, hoặc tại một tỷ lệ tương đối nhanh chóng bằng cách sử dụng các ổ đĩa của máy. Sở thích cá nhân của tôi là phương pháp thứ hai, với thời gian cho phép để tái con$ oỉidatíon sau khi mỗi đảo ngược. Tuy nhiên, xét nghiệm đảo ngược được ít khi thực hiện trong phòng thí nghiệm của tôi như Ĩ thích sử dụng bộ máy cắt linh khi xác định sức mạnh còn lại của đất sét.Đó là chỉ bằng cách sử dụng một thiết bị xoắn hay vòng-cắt mà chúng tôi có thể đạt được các căng thẳng đủ lớn để sản xuất các điều kiện thực sự dư trong phòng thí nghiệm, bắt đầu từ một mẫu vật ban đầu unsheared. (Giám mục et al., 1971). Thiết bị này để đạt được hầu như không giới hạn căng thẳng giải phóng người dùng một bộ máy cắt vòng từ một số các khó khăn gặp phải đất thử nghiệm nói chung. Ví dụ, kể từ khi một thử nghiệm có thể là bất cứ điều gì thời gian người dùng lựa chọn, và sớm hay muộn nó phải được hoàn toàn lấy tại bất cứ điều gì tỷ lệ chủng được chọn, một trong những khía cạnh nhất khó khăn của đo lường của sức mạnh cao điểm, hoặc thậm chí của các sức mạnh còn lại trong một thiết bị hạn chế căng thẳng, loại bỏ hoàn toàn.4.8 các thủ tục thử nghiệm cho vòng cắt thử nghiệmÁp đặt một bề mặt cắt trên đất sét hoàn toàn thay đổi vải đầu tiên trong vùng lân cận bề mặt cắt. Do đó là ít hoặc không có bằng khen trong cố gắng để bảo tồn một ban đầu vải hoặc cấu trúc trong mẫu thử nghiệm, trừ khi nó là đặc biệt mong muốn để kiểm tra quá trình hình thành bề mặt cắt. Đứt mẫu vật khá đầy đủ để xác định sức mạnh còn lại một mình.Nó thường là thuận tiện để remould đất mẫu vật tại nội dung độ ẩm của giới hạn nhựa hoặc ít hơn. Sau khi tất cả quá trình hình thành bề mặt cắt là kết quả của đất giòn: và điều này chỉ có thể biểu hiện tại nội dung độ ẩm thấp hơn giới hạn nhựa. Khi ẩm ướt, các mẫu có thể extrude rất dễ dàng từ thùng chứa theo củng cố tải. Giám mục et al. (1971) đã mô tả một máy cắt vòng máy móc xây dựng, trong đó các khoảng trống giữa các vành đai trên và dưới có thể được mở và đóng cửa. Điều này có thể chấp nhận mẫu vật khá ẩm ướt. Chia sẻ trong thiết bị này diễn ra thông qua Mid-Chiều cao của mẫu vật. Ngược lại, thiết bị cắt vòng đơn giản nghĩ ra bởi Bromhead (1979b) cần một mẫu khô để ngăn chặn eariy đùn, và cắt gần phía trên tải trục lăn. Nó thường được tìm thấy rằng nhỏ hơn chủng được yêu cầu để phát triển sức mạnh còn lại trong máy tính này vì sự xén lông trừu diễn ra thông qua phần trên mạnh mẽ đứt của mẫu vật.Mô tả sau đây là cụ thể dứected để sử dụng thiết bị đơn giản, đó là sử dụng hàng ngày trong phòng thí nghiệm tại Polytechnic Kingston, con số 4.2, và trong một số cơ sở học thuật và thương mại ở những nơi khác tại Vương Quốc Anh. Có khá ít ví dụ ở nước ngoài, nhưng tôi đã trao đổi thư từ với người dùng trong suốt nhiều thế giới nói tiếng Anh. Các thử nghiệm đã được tích hợp vào phiên bản năm 1990 của Anh tiêu chuẩn 1377: phương pháp thử nghiệm đất cho kỹ thuật mục đích, nơi nó được gọi là một thử nghiệm 'tổng số căng thẳng'. Tất cả các căng thẳng và căng thẳng có hiệu quả được, tất nhiên, giống hệt nhau trong một thử nghiệm trong đó porewater áp lực được duy trì ở zero.Đất có thể được kneaded vào thùng chứa mẫu với các ngón tay hoặc đâm vào vị trí với một thìa gỗ. Một chiều dài ngắn của dowel làm cho một rammer thuận tiện. Cuối cùng trang trí tuôn ra với bề mặt của container được thực hiện với một con dao bảng. Điều này có lợi ích bổ sung rằng nó bắt đầu quá trình định hướng của các hạt khoáng sản gần với bề mặt cắt cuối cùng. Nó không phải là bất lợi cho rằng sự khởi đầu của một khu định hướng gần phía trên cùng của mẫu vật được thực hiện, do đó một xác định không bị ảnh hưởng sức mạnh là ruỉed ra, kể từ khi tất cả các thiết bị cắt vòng là hoàn toàn vô ích để đo sức mạnh cao điểm của đất. Điều này là bởi vì với các chủng khác nhau bên trong và bên ngoài bán kính của mẫu vật, một hình thức của sự thất bại tiến bộ trên các mẫu vật diễn ra. Điều này chỉ là về defies phân tích, và tất cả những gì là có thể đạt được bằng cách một sức mạnh cao điểm từ bộ máy này là một số trung bình trọng giữa một sức mạnh đứt một phần ban đầu sheared và dư.Cắt đầu tiên của mẫu vật có thể được thực hiện bằng cách thiết lập máy để một tốc độ quay cao hoặc bằng cách sử dụng điều khiển bằng tay như vậy tỷ lệ cắt cao gây đùn đáng kể trong thiết bị đơn giản (như là thực sự nó không trong điện thoại Imperial College/Geonor nếu các khoảng trống vòng nhốt là trái mở), và mặc dù một bề mặt cắt thường được hình thành bởi chuyển động này, nó có thể không có các thuộc tính mong muốn là kết quả của áp lực porewater undrained thế hệ hoặc vì nhớt interparticle kéo lực lượng đã ngăn chặn sự hình thành của một lý tưởng, mạnh mẽ tỷ lệ định hướng, ít căng thẳng panicle, cắt bề mặt. Một khoảng thời gian chậm sự xén lông trừu là thường requữeđ để hoàn thành sự hình thành của coưectly tính năng này.Nó đã được tìm thấy thuận tiện cho các xét nghiệm thường lệ tại Kingston Polytechnic để thiết lập một thử nghiệm trong buổi chiều muộn, và quan sát chỉ giai đoạn đầu của chia sẻ này, để lại mẫu để cắt qua đêm không giám sát. Nếu tốc độ thử nghiệm được thiết lập để cho phép có lẽ ba cuộc cách mạng phải đặt, sau đó dư điều kiện sẽ được đạt được khoảng. Một số xét nghiệm đã được ghi lại tự động trong suốt giai đoạn hình thành bề mặt cắt này và tất cả đều xuất hiện rằng vào cuối thời gian quy định, giảm mô-men xoắn và thông qua các mẫu vật với biến dạng thêm chậm đến một mức độ hầu như không thể trông thấy. Một là trái với vấn đề của ascertaining rằng đã đạt tới một còn lại đúng, giải pháp này sẽ được thảo luận dưới đây. Ngoài ra, việc lựa chọn độ căng thẳng cho phần còn lại của bài kiểm tra là khác với cho các xét nghiệm đất khác: các thủ tục được khám phá ở phần sau.