DIN 18137-3-2002 Soil investigation and testing - Determination of shear strength - Part 3 Direct shear test《土壤、勘察和试验 剪切强度的测定 第3部分 直接剪切试验》.pdf

1、DEUTSCHE NORM September 2002Baugrund, Untersuchung von BodenprobenBestimmung der ScherfestigkeitTeil 3: Direkter ScherversuchICS 93.020Soil, investigation and testing Determination of shear strength Part 3: Direct shear testSol, reconnaissance et essai Dtermination de la rsistance au cisaillement Pa

2、rtie 3: Essai de cisaillement directFortsetzung Seite 2 bis 33Normenausschuss Bauwesen (NABau) im DIN Deutsches Institut fr Normung e.V. DIN Deutsches Institut fr Normung e.V.Jede Art der Vervielfltigung, auch auszugsweise, Ref. Nr. DIN 18137-3:2002-09nur mit Genehmigung des DIN Deutsches Institut f

3、r Normung e.V., Berlin, gestattet. Preisgr. 13 Vertr.-Nr. 0013Alleinverkauf der Normen durch Beuth Verlag GmbH, 10772 BerlinDIN 18137-3:2002-092InhaltSeiteVorwort.21 Anwendungsbereich 32 Normative Verweisungen.33 Begriffe34 Bezeichnung .45 Gerte 45.1 Schergert45.2 Belastungsvorrichtung85.3 Gerte zum

4、 Messen der Krfte und Verschiebungen 85.4 Gerte zum Einbau des Probekrpers .86 Probekrper 96.1 Art.96.2 Abmessungen.96.3 Einbau in das Schergert .96.4 Anzahl der Einzelversuche.107 Versuchsdurchfhrung107.1 Allgemeines107.2 Konsolidation117.3 Abscheren 137.4 Ausbau der Probekrper 158 Auswertung und D

5、arstellung der Versuchsergebnisse158.1 Angaben zum Boden und zu den allgemeinen Versuchsbedingungen158.2 Angaben zu den einzelnen Versuchen.158.3 Berechnung der Spannungen und graphische Darstellungen der Ergebnisse 168.4 Weitergehende Auswertungen, Bestimmung der Scherparameter 189 Anwendungsbeispi

6、ele209.1 Rahmenscherversuch an einem bindigen Boden zur Bestimmung von f und lc.209.2 Rahmenscherversuch an einem Sand zur Bestimmung von f in Abhngigkeitvon der Porenzahl 249.3 Rahmenscherversuch an einem Sand zur Bestimmung von f bei gleicher Porenzahl 269.4 Rahmenscherversuch an einem bindigen Bo

7、den zur Bestimmung des Winkels derGesamtscherfestigkeit fsund der Restscherfestigkeit fR289.5 Kreisringscherversuch zur Bestimmung der Scherparameter f und c der grtenScherfestigkeit fRund der Restscherfestigkeit .31VorwortDiese Norm wurde vom Normenausschuss Bauwesen im DIN Deutsches Institut fr No

8、rmung e.V. imArbeitsausschuss 05.03.00 Baugrund; Versuche und Versuchsgerte“ erarbeitet.DIN 18137 Baugrund, Untersuchung von Bodenproben Bestimmung der Scherfestigkeit“ besteht aus:Teil 1: Begriffe und grundstzliche VersuchsbedingungenTeil 2: TriaxialversuchTeil 3: Direkter ScherversuchDIN 18137-3:2

9、002-0931 AnwendungsbereichDer direkte Scherversuch wird im Erd- und Grundbau angewendet. Die Norm gilt fr die Bestimmung derScherfestigkeit von Bden durch den konsolidierten, drnierten direkten Scherversuch an zylindrischenoder quaderfrmigen sowie an kreisringfrmigen Probekrpern. Damit knnen die Gre

10、nzzustnde dergrten und der kritischen Scherfestigkeit sowie der Restscherfestigkeit bestimmt werden (sieheDIN 18137-1). Die Ergebnisse dienen als Ausgangsgren fr geotechnische Berechnungen.2 Normative VerweisungenDiese Norm enthlt durch datierte oder undatierte Verweisungen Festlegungen aus anderen

11、Publikationen.Diese normativen Verweisungen sind an den jeweiligen Stellen im Text zitiert, und die Publikationen sindnachstehend aufgefhrt. Bei datierten Verweisungen gehren sptere nderungen oder berarbeitungendieser Publikationen nur zu dieser Norm, falls sie durch nderung und berarbeitung eingear

12、beitet sind.Bei undatierten Verweisungen gilt die letzte Ausgabe der in Bezug genommenen Publikation (einschlielichnderungen).DIN 4021, Baugrund Aufschluss durch Schrfe und Bohrungen sowie Entnahme von Proben.DIN 4022-1, Baugrund und Grundwasser Benennen und Beschreiben von Boden und Fels Schichtenv

13、erzeichnis fr Bohrungen ohne durchgehende Gewinnung von gekernten Proben im Boden undFels.DIN 18121-1, Baugrund, Untersuchung von Bodenproben Wassergehalt Teil 1: Bestimmung durchOfentrocknung.DIN 18125-1, Baugrund, Versuche und Versuchsgerte Bestimmung der Dichte des Bodens Teil 1: Laborversuche.E

14、DIN 18135, Baugrund, Untersuchung von Bodenproben Eindimensionaler Kompressionsversuch.DIN 18137-1, Baugrund, Versuche und Versuchsgerte Bestimmung der Scherfestigkeit Begriffe undgrundstzliche Versuchsbedingungen.DIN 18137-2, Baugrund, Untersuchung von Bodenproben Bestimmung der Scherfestigkeit Tei

15、l 2:Triaxialversuch.DIN 18196, Erd- und Grundbau Bodenklassifikation fr bautechnische Zwecke.3 BegriffeFr die Anwendung dieser Norm gelten die folgenden Begriffe:3.1Direkter ScherversuchIm direkten Scherversuch wird in einem quaderfrmigen, zylindrischen oder kreisringfrmigen Probekrperdurch kinemati

16、schen Zwang eine Scherflche parallel zur greren Quaderflche bzw. senkrecht zurZylinder- bzw. Ringachse erzeugt. Dabei wird eine Normalbelastung senkrecht zur Scherflche aufgebrachtund die Querdehnung der Probe in der Ebene der Scherflche verhindert. Der Versuch wird als Rahmen-oder Kreisringscherver

17、such ausgefhrt.3.2RahmenscherversuchDSRDirekter Scherversuch, bei dem der Probekrper in zwei bereinander liegende starre Rahmen vonquadratischem oder kreisfrmigem Grundriss eingebracht und darin konsolidiert wird. Das Abscherenerfolgt durch Verschieben der Rahmen gegeneinander (siehe Bild 1).DIN 181

18、37-3:2002-0943.3KreisringscherversuchDSKDirekter Scherversuch, bei dem der Probekrper in zwei bereinander liegende starre Rahmen vonkreisringfrmigem Grundriss eingebracht und darin konsolidiert wird. Das Abscheren erfolgt durch Drehendes oberen oder unteren Rahmens um die gemeinsame Achse (siehe Bil

19、d 2).4 BezeichnungBezeichnung eines Rahmenscherversuchs (DSR):Versuch DIN 18137 DSR5 Gerte5.1 Schergert5.1.1 RahmenschergertDas Rahmenschergert (siehe Bild 1) besteht aus zwei bereinander liegenden starren Rahmen (3) und (4)mit quadratischem oder kreisfrmigem Grundriss, in die der Boden eingebracht

20、bzw. der Probekrpereingebaut wird, und dem Stempel (5), mit dem der Probekrper whrend des Versuchs mittels derVorrichtung fr die Normalbelastung N normal zur Scherebene belastet wird. Der untere Rahmen (3) ist miteiner Grundplatte, auf der eine Filterplatte (2) ruht, nach unten abgeschlossen. Der St

21、empel trgt auf derUnterseite eine Filterplatte (2). Bei den beiden in Bild 1 dargestellten Gertebauweisen a) und b) ist deruntere Rahmen (3) mit seiner Grundplatte gegen die Lagerplatte (6) horizontal translatorisch gefhrt,whrend der Stempel (5) und der obere Rahmen (4) in horizontaler Richtung fest

22、gehalten sind. Der untereRahmen wird zum Abscheren des Probekrpers mittels der Vorrichtung fr die Scherbelastung T horizontalverschoben. Gleichwertig sind Konstruktionen, bei denen der untere Rahmen festgehalten und der obereRahmen zusammen mit dem Stempel horizontal verschoben wird.Bei der Gertebau

23、weise a) (Bild 1a) gleitet der obere Rahmen (4) ohne sonstige mechanische Fhrungauf dem bewegten unteren Rahmen (3), und der Stempel (5) gleitet ohne zustzliche Fhrung senkrechtinnerhalb des oberen Rahmens. Der obere Rahmen sttzt sich mit einem einwertigen horizontalenWiderlager (11) in Hhe der Sche

24、rfuge gegen ein festes Widerlager; die Auflagerkraft ist gleich derresultierenden Scherkraft T.Zur Verhinderung von Verkippungen sollten der obere Rahmen (4) und der Stempel (5) parallel gefhrtwerden. Diese Fhrungen (7) und (8) mssen wie in Bild 1b) senkrecht zur Scherebene, d. h. in vertikalerRicht

25、ung orientiert sein: Gertebauweise b). Die Scherkraft T verteilt sich auf die beiden Fhrungen (7) und(8). Bei der im Bild 1 dargestellten Bauweise mit horizontal verschieblichem unterem Rahmen sind diesenkrechte Fhrung des Stempels (7) und die des oberen Rahmens (8) mit der Lagerplatte (6) starrverb

26、unden.Alle Fhrungen mssen reibungsarm sein.DIN 18137-3:2002-095a)b)Legendea) Gert mit verschieblichem unterem Rahmen und ohne Parallelfhrung des oberen Rahmens und desNormalbelastungsstempelsb) Gert mit verschieblichem unterem Rahmen und Parallelfhrung des oberen Rahmens und desNormalbelastungsstemp

27、els1 Probekrper2 Filterplatten3 unterer Rahmen, horizontal parallel gefhrt(verschoben dargestellt)4 oberer Rahmen5 Stempel fr die Normalbelastung N6 Lagerplatte mit Horizontalfhrung desunteren Rahmens7 senkrechte Parallelfhrung des Stempels frdie Normalbelastung bei der Bauweise b)8 senkrechte Paral

28、lelfhrung des oberenRahmens bei der Bauweise b)9 vertikal einstellbarer Spalt10 Einleitung des Vorschubs und derScherkraft T11 Widerlager fr die Scherkraft T am oberenRahmen (und am oberen Stempel beiBauweise b)12 Drnagebohrungen13 Wasserkasten6, 7, 8 und 11 sind starr miteinanderverbunden, siehe Sc

29、herverschiebungBild 1 Lngsschnitt durch ein Rahmenschergert mit verschieblichem unterem Rahmen,schematischDIN 18137-3:2002-096ANMERKUNG 1 Wegen der unvermeidlichen statischen Unvollkommenheiten des Rahmenschergerts insbe-sondere bei grerer Scherverschiebung s knnen Exzentrizitten der resultierenden

30、Randkrfte entstehen, die beimGert der Bauweise a) ungleichmige Verformungen des Probekrpers und somit Verkippungen des Stempels unddes oberen Rahmens zur Folge haben. Bei der Gertebauweise a) knnen zustzlich unkontrollierbare senkrechteReibungskrfte zwischen Stempel (5) und oberem Rahmen entstehen.

31、Durch die Parallelfhrungen (7) und (8) desStempels und des oberen Rahmens bei der Bauweise b) werden die statischen und kinematischen Imperfektionengegenber der Bauweise a) vermindert. Diese Parallelfhrungen mssen senkrecht zur Scherebene sein; durchwaagrechte Fhrung des oberen Rahmens knnen unkontr

32、ollierbare Zwngungskrfte und durch diese Fehler in denVersuchsergebnissen entstehen, die noch erheblich grer sein knnen als die Fehler infolge fehlender Fhrungen beider Bauweise a).Bei der Relativbewegung der Rahmen darf keine Reibung zwischen diesen auftreten. Dazu muss zuBeginn des Abscherens zwis

33、chen den Rahmen ein Spalt von etwa 0,2 mm vorhanden sein.ANMERKUNG 2 Diese Anforderung wird am zweckmigsten durch eine Konstruktion erfllt, die ein ffnen desSpalts nach der Konsolidation ermglicht.Die beiden Rahmen mssen whrend des Einbaus der Bodenprobe fest miteinander verbunden werdenknnen.Das Sc

34、hergert muss so ausgebildet sein, dass die Probe geflutet und drniert werden kann. Dazu dienender Wasserkasten (13) und die Filterplatten (2). Damit sich die Scherkraft mglichst gleichmig ber dieobere und untere Flche des Probekrpers verteilt, mssen die Filterplatten rau sein und die gesamtenFlchen

35、berdecken. In die Filterplatten eingelassene Schneiden oder Zhne zur Einleitung der Scherkraftsind zulssig, sofern sie das Bodengefge im Bereich der Scherfuge nicht zerstren. Dies ist nach demVersuch zu kontrollieren. Die Filterplatten mssen aus Materialien bestehen, die nicht mit dem Boden oderdem

36、Porenwasser chemisch reagieren. Die Oberflchen mssen sauber und eben sein und drfen keineAbschalungen und Risse haben. Zum Schutz der Filterplatten darf auch Filtrierpapier nach DIN 53135zwischen Probekrper und Filterplatte eingelegt werden. Der Durchlssigkeitsbeiwert der Filterplatten mussmindesten

37、s um den Faktor 10 grer als derjenige des Bodens sein.5.1.2 KreisringschergertDas Kreisringschergert (Bild 2) besteht aus zwei bereinander liegenden, konzentrischen undgegeneinander um die gemeinsame Achse drehbaren Systemen von starren Kreisringen, die in derRadialebene zu zwei rechteckigen Halbrah

38、men zusammengesetzt sind und beim Versuch denkreisringfrmigen Probekrper (1) einschlieen. Der untere Halbrahmen wird von den beiden zylindrischenunteren Wandringen (3) und dem Grundring (5), der obere Halbrahmen von den beiden oberenWandringen (4) und dem Belastungsring (6) gebildet. Der Grundring (

39、5) ruht unverschieblich auf derunteren Kreisringplatte (7). Der Belastungsring (6) ist unverschieblich mit der oberen Kreisringplatte (8)verbunden; beide zusammen sind in der Hhe verschieblich. Die unteren und oberen Wandringe (3) und(4) mssen sich reibungsarm gegeneinander drehen knnen. Die oberen

40、Wandringe (4) sind auerdemgegenber dem Belastungsring (6) frei drehbar. Die beiden oberen Wandringe (4) drfen durch radialeStege fest miteinander verbunden werden, wenn hierdurch die freie Drehbarkeit bei unbegrenzter Drehungdes Gerts nicht eingeschrnkt wird. Auf dem Grundring (5) und dem Belastungs

41、ring (6) sind Filterringe (2)befestigt, die zur bertragung der Schubspannungen in den Probekrper und zu dessen Drnage dienen.Bei der in Bild 2 dargestellten Bauweise ist die untere Kreisringplatte (7) zusammen mit dem Grundring (5)und den unteren Wandringen (3) axial drehbar, whrend der Belastungsri

42、ng (6) ber die obereKreisringplatte (8) gegen Drehung um die senkrechte Achse festgehalten wird. Die Scherung wird dabeidurch Drehen der unteren Kreisringplatte erzeugt (Drehmoment MT), wobei der Probekrper ber denBelastungsring (6) und die obere Kreisringplatte (8) senkrecht belastet wird (Normalkr

43、aft N).Gleichwertig sind Konstruktionen, bei denen der Grundring (5) ber die untere Kreisringplatte gegenDrehung festgehalten und der Belastungsring (6) ber die obere Kreisringplatte (8) axial gedreht wird.Die zylindrischen Wnde drfen abweichend von Bild 2 auch aus mehr als zwei bereinander gleitend

44、enWandringen zusammengesetzt sein. Bei der Drehbewegung des Gerts darf keine Reibung zwischen denWandringen auftreten. Dazu muss zu Beginn des Abscherens zwischen den bereinander liegendenRingen ein waagerechter Spalt von etwa 0,2 mm vorhanden sein.ANMERKUNG Diese Anforderung wird am zweckmigsten du

45、rch eine Konstruktion erfllt, die ffnen des Spaltsnach der Konsolidation ermglicht.DIN 18137-3:2002-097Zur Verhinderung von Verkippungen sollte die Kreisringplatte (8) in axialer Richtung translatorisch gefhrtsein.Zur Verbesserung der bertragung der Schubspannungen zwischen den Filterringen (2) und

46、demProbekrper drfen die Filterringe mit Zahnringen verbunden werden, deren Zhne in den Probekrpereingreifen.Das Schergert muss einen Wasserkasten enthalten, mit dem der Probekrper geflutet werden kann.Fr die Filterringe gilt 5.1.1.Legende1 Probekrper2 Filterringe3 untere Wandringe4 obere Wandringe,

47、gegen 3 und 6 frei drehbar5 Grundring6 Belastungsring7 untere Kreisringplatte, axial drehbar8 obere Kreisringplatte, gegen Drehung festgehalten und gegen Verkippung senkrecht translatorischgefhrt, Einleitung der senkrechten Belastung N9 Fuge mit vertikal einstellbarem Spalt, Beispiel fr die Gestaltu

48、ng10 Antrieb fr Drehbewegung der unteren Kreisringplatte um die senkrechte Achse, Drehmoment MT11 Wasserkasten12 DrnagebohrungBild 2 Kreisringschergert mit drehbarer unterer Kreisringplatte (schematisch)5.2 Belastungsvorrichtung5.2.1 RahmenschergertDie Vorrichtung fr die Normalbelastung muss so ausg

49、ebildet sein, dass die Normalbelastung whrend desAbscherens konstant bleibt. Mit der Vorrichtung fr die Scherbelastung muss eine Scherkraft durchVorschub mit einer konstanten Geschwindigkeit erzeugt werden knnen. Dazu mssenDIN 18137-3:2002-098Vorschubgeschwindigkeiten im Bereich zwischen 1 mm/min und 0,005 mm/min mit