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黏聚力值检测

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发布时间：2025-06-01 20:38:14 更新时间：2025-05-31 20:38:14

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作者：中科光析科学技术研究所检测中心

黏聚力值检测：原理、方法与标准概述

黏聚力（Cohesion）是表征岩土体、建筑材料或黏性物质内部颗粒间相互吸引与结合能力的关键力学参数，尤其在岩土工程、地质勘探、建筑材料质量控制及地质灾害防治领域具有核心意义。它直接影响材料的抗剪强度、结构稳定性及变形特性。黏聚力值检测的核心目标是通过标准化的实验手段，精确量化材料在无侧限或低围压条件下抵抗剪切破坏的内在粘结能力。科学、规范的检测流程不仅为工程设计提供可靠依据，更是保障工程安全、优化材料配比及评估地质体稳定性的重要技术支撑。本文将系统阐述黏聚力检测涉及的关键项目、主流仪器设备、标准操作流程及国内外通用标准体系。

检测项目

黏聚力值检测并非孤立进行，通常整合于更全面的抗剪强度参数测定体系中。核心检测项目包括：

直接黏聚力值（c）：材料在剪切破坏面上单位面积所能承受的最大粘结力，单位为kPa或MPa。
内摩擦角（φ）：与黏聚力共同构成摩尔-库仑强度准则的关键参数，表征颗粒间摩擦阻力。
抗剪强度曲线：通过不同法向应力下的剪切试验，绘制剪应力-法向应力关系图，确定强度包络线。
应力-应变关系：记录剪切过程中材料的变形特性（如峰值强度、残余强度、应变软化/硬化行为）。

检测仪器

黏聚力值的精确测定依赖专业化的试验设备，主要分为两大类：

1. 室内精密试验仪器

直剪仪（Direct Shear Apparatus）：应用最广泛的设备。通过上下剪切盒的相对移动，在预定剪切面上施加剪切力。可进行慢剪（CD）、固结快剪（CU）、快剪（UU）等多种试验类型。
三轴压缩仪（Triaxial Compression Apparatus）：功能更强大的设备。试样被包裹在橡胶膜内，施加可控的围压（σ₃），然后增加轴向应力（σ₁）直至破坏。能更真实模拟原位应力状态，尤其适合饱和土、软弱岩及高级试验（如K₀固结、应力路径试验）。
无侧限抗压强度试验仪（Unconfined Compression Tester）：用于饱和黏性土等无明显内摩擦角的材料。测得的无侧限抗压强度（qᵤ）可直接换算黏聚力（c = qᵤ/2）。

2. 现场/原位测试设备

十字板剪切仪（Vane Shear Tester）：主要用于原位测定软黏土的不排水抗剪强度（Sᵤ ≈ cᵤ）。将十字形叶片插入土中旋转，测定破坏扭矩。
便携式剪切仪（Handheld Shear Vane/Pocket Penetrometer）：适用于快速、粗略的现场或浅层土体黏聚力估算。

检测方法

黏聚力值的获取遵循严格的试验规程，核心方法包括：

1. 直剪试验法 (典型方法: 固结快剪 CU)

试样制备：按标准尺寸（如Φ61.8mm×H20mm）制备重塑或原状试样，精确测定初始物理指标（密度、含水率）。
试样安装与固结：将试样装入上下剪切盒，施加预定法向应力（σₙ），使其在排水条件下完成固结。
剪切阶段：固结完成后，以恒定速率（如0.8mm/min）推动下盒进行剪切。期间禁止排水（关闭排水阀）。
数据采集：连续记录剪切力（τ）与剪切位移（δ）关系，直至达到峰值强度或预设位移。
结果处理：取峰值（或残余）剪应力为抗剪强度（τ_f）。对多个不同σₙ下的试样重复试验，绘制τ_f - σₙ曲线（强度包络线），其截距即为黏聚力c。

2. 三轴压缩试验法（典型方法：不固结不排水 UU 或固结不排水 CU）

试样制备与安装：制备圆柱形试样（如Φ39.1mm×H80mm），套橡胶膜，安装于压力室内，连接孔隙水压力传感器（CU试验）。
施加围压（σ₃）：对试样施加各向等压的围压。UU试验不排水；CU试验允许排水固结至超静孔隙水压力消散。
轴向加载：以恒定应变速率（如1%/min）施加轴向偏差应力（σ₁ - σ₃），直至试样破坏（达到峰值应力或15%轴向应变）。UU试验全程不排水；CU试验剪切阶段不排水。
数据采集：记录偏差应力、轴向应变、孔隙水压力（CU试验）。
结果处理：绘制莫尔圆（多个σ₃下的破坏应力圆），作公切线，其截距即为黏聚力c（总应力法UU/CU，或有效应力法CU）。

检测标准

黏聚力值检测必须遵循国家、行业或国际标准，确保结果的可比性与权威性。主要标准包括：

国家标准（中国）：
- GB/T 50123-2019《土工试验方法标准》：全面规定了土体（含岩石）的物理力学性质试验方法，对直剪、三轴、无侧限试验等有详细规范。
- JTG 3430-2020《公路土工试验规程》：针对公路工程特点，细化了土体抗剪强度试验要求。
国际/国外标准：
- ASTM D3080 / D4767：美国材料与试验协会的直剪试验（D3080）和三轴压缩试验（D4767）标准。
- ISO/TS 17892-9:2004：国际标准化组织关于土工试验的第9部分：三轴压缩试验的标准。
- BS 1377-7:1990：英国标准关于土体试验的第7部分：剪切强度试验（三轴和直剪）。
行业/专项标准： 如水利、铁路、建筑等行业及针对特定材料（如混凝土、沥青混合料、岩石）的标准也可能包含相关抗剪强度参数测试方法。