三軸實驗報告精編版

1、三軸試驗報告課程高等土力學授課老師冷伍明等指導老師彭老師學生姓名劉瑋學號114811134專業(yè)隧道工程目錄1.試驗目的12.儀器設備13.試樣制備步驟14.試樣的安裝和固結25.數(shù)據(jù)處理 (鄧肯張模型 8 大參數(shù)的確定 )26.注意事項97.總結101.試驗目的(1).三軸壓縮試驗室測定圖的抗剪強度的一種方法，它通過用 34 個圓柱形試樣，分別在不同的恒定周圍壓力下，施加軸向壓力，進行剪切直至破壞；然后根據(jù)摩爾 -強度理論，求得土的抗剪強度參數(shù)；同時還可求出鄧肯-張模型的其它6 個參數(shù)。(2).本試驗分為不固結不排水剪 ( UU )；固結不排水剪 ( CU 或 CU )和固結排水剪 (CD )

2、等 3 種試驗類型。本次試驗采用的是固結排水剪 (CD )。2.儀器設備本次實驗采用全自動應變控制式三軸儀： 有反壓力控制系統(tǒng)， 周圍壓力控制系統(tǒng)，壓力室，孔隙壓力測量系統(tǒng)，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，試驗機等。3.試樣制備步驟(1).本次試驗所用土屬于粉粘土，采用擊實法對擾動土進行試樣制備，試樣直徑 39.1mm，試樣高度 80mm。選取一定數(shù)量的代表性土樣，經(jīng)碾碎、過篩，測定風干含水率，按要求的含水率算出所需加水量。(2).將需加的水量噴灑到土料上拌勻，稍靜置后裝入塑料袋，然后置于密閉容器內 24 小時，使含水率均勻。取出土料復測其含水率。(3).擊樣筒的內徑應與試樣直徑相同。擊錘的直徑宜小雨試樣直徑，

3、也允許采用與試樣直徑相同的擊錘。擊樣筒在使用前應洗擦干凈。(4).根據(jù)要求的干密度，稱取所需土質量。按試樣高度分層擊實，本次試驗為粉粘土，分 5 層擊實。各層土料質量相等。每層擊實至要求高度后，將表面刨毛，然后再加第 2 層土料。如此繼續(xù)進行，直至擊完最后一層，并將擊樣筒中的試樣取出放入飽和器中。表 1含水率記錄表盒號盒重 (g)盒加濕土重(g) 盒加干土重 (g)含水率含水率均值6b008410.5223.1521.4515.5%15.75%6b050310.5123.7421.9116.0%試驗要求干密度為1.7g/cm 3，飽和器容積為96cm 3，所以所需濕土質量為：m(1 w) v

4、(10.1575)1.7 96188.8(g)分 5 層擊實，則每層質量為37.76g。(5).試樣飽和：采用抽氣飽和，將裝有試樣的飽和器置于無水的抽氣缸內，進行抽氣，當真空度接近當?shù)? 個大氣壓后， 應繼續(xù)抽氣 1 個小時。抽氣完成后徐徐注入清水， 并保持真空度穩(wěn)定。 待飽和器完全被水淹沒即停止抽氣，并釋放抽氣缸的真空。4.試樣的安裝和固結(1).開孔隙壓力閥及量管閥，使壓力室底座充水排氣，并關閥。將透水板滑入壓力室底座上。 然后放上濾紙和試樣， 試樣上端亦放一濕濾紙及透水板，并在試樣周圍貼上 6 條浸濕的濾紙條，濾紙條上端與透水石相連接。(2).將橡皮膜套在承膜筒內，兩端翻出筒外，從吸氣孔

5、吸氣，使膜緊貼承膜筒內壁，然后套在試樣外，放氣翻起橡皮膜的兩端，取出承膜筒。用橡皮圈將橡皮膜下端扎緊在壓力室底座上。(3).用軟刷子自下向上輕輕按撫試樣，以排除試樣與橡皮膜之間的氣泡?？砷_啟空隙壓力閥及量管閥， 使水徐徐流入試樣與橡皮膜之間，以排除夾氣， 然后關閉。(4).開排水管閥，使水從試樣帽徐徐流出以排除管路中的氣泡，并將試樣帽置于試樣頂端。排除頂端氣泡，將橡皮膜扎緊在試樣帽上。(5).裝上壓力室罩，開排氣孔，向壓力水充水，水從排氣孔溢出時，立刻停止注水，并關閉排氣孔。(6).關體變管閥及孔隙壓力閥，開周圍壓力閥，施加所需的周圍壓力。周圍壓力大小應與工程實際荷載相適應， 并盡可能使最大周

6、圍壓力與土體的最大實際荷載大致相等。也可按 100、200、300、 400kPa施加。(7).打開主機和電腦，通過主機給調壓筒和反壓力調壓筒充水，一般反壓力調壓筒調到 30000-40000 便可。圍壓調壓筒可注水到60000。(8).在打開土工試驗數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，選擇好試驗參數(shù)，然后點擊開始試驗，試驗則進入飽和度判斷狀態(tài)， 當飽和度達 95%以上時自動進入固結狀態(tài)， 當試樣固結度達 95%時自動再進入剪切狀態(tài)。(9).剪切出現(xiàn)峰值后，或達到相應的應變，試驗便自動結束。卸除壓力，在進行下一圍壓下的試驗。5.數(shù)據(jù)處理 (鄧肯張模型8 大參數(shù)的確定 )(1). 切線模量的鄧肯張計算公式：2Et K

7、pa31Rf13 1sinpa2c cos2c(1)3 sin式中Et 切線彈性模量， kPa；3 周圍壓力， kPa；Pa 大氣壓力， kPa；R f 破壞比，數(shù)值小于1；土的內摩擦角， (°)c 土的粘聚力， kPa；K , n 試驗常數(shù)。(2).切線泊松比按下列兩式計算：GF lg3p3t(2)1A2AD13(3)nRf3 1sinKp a311pa2c cos2c3 sin式中 G, D , F 試驗常數(shù)。公式 (1)，(2)，(3)中包含 8 個試驗常數(shù)： K 、 n 、 c 、 R f 、 G 、 D 、 F ，這就是鄧肯張模型的8 大參數(shù)。(3). 求得試驗常數(shù)的的方法

8、。 c 、值的求得繪制出不同圍壓下的摩爾應力圓，則 c 、值可由圖 1 中的截距和斜率求得。圖 1固結排水剪強度包線由于本次試驗采用的是全自動的土工試驗數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)，已不需人工讀入和處理數(shù)據(jù) ，TgWin 系統(tǒng)自動計算出c =18.7， =31.9。求得 R f ：鄧肯 -張雙曲線模型的本質在于假定土的應力應變之間的關系具有雙曲線性質，見圖 2。圖 2雙曲線應力應變關系雙曲線關系式：131(4)ab1變換縱坐標關系式：1a b 1(5)13式中a 初始切線模量Ei 的倒數(shù)；b 主應力差漸近值13ult 的倒數(shù)。變換坐標的雙曲線見圖3。圖 3變換坐標的雙曲線由 a 和 b 即可求得初始切線模

9、量和主應力差的漸近值。按下式計算破壞比R f ：13fRf(6)13ult式中13 f 主應力差的破壞值，kPa；1 3 ult 主應力差的漸近值， kPa。由 TgWin 系統(tǒng)自動繪制的變換坐標的雙曲線見圖 4：圖 4變換坐標的雙曲線TgWin 系統(tǒng)自動計 算出 R f =0.755。 K 、 n 的求得初始切線模量與固結壓力有以下關系：n3EiKpa(7)pa式中pa 大氣壓力， kPa。K 、 n 由 lg Ei lg3 曲線確定 (見圖 5)。lgEi/Pan1lgklg/Pa3圖 5l gEi l g3 關系曲線由 TgWin 系統(tǒng)自動繪制的 lg Ei lg3 關系曲線如下：圖 6

10、Ei 3 關系曲線由上圖易知， K =202.7， n =0.114。D的求得假定軸向應變a 與側向應變r 成雙曲線關系 (見圖 7)即：ar(8)fDr變換縱坐標，如圖8：rf D r(9)a式中f 初始切線泊松比；D 軸向應變漸近值的倒數(shù)。圖 7雙曲線主應變關系圖 8變換縱坐標的雙曲線從上圖中可求得f 、 D 值。由 TgWin 系統(tǒng)自動繪制的變換縱坐標的雙曲線見圖9：圖 9變換縱坐標的雙曲線TgWin 系統(tǒng)計算得 D=0.000。G、F 的求得繪制 i 與 lg 3關系曲線 (見圖 10)：i G F lg3(10)pa式中i 不同3作用下的初始孔隙比；G 、 F 由 i lg3 關系曲

11、線求得。圖 10i l g 3 關系曲線而由 TgWin 系統(tǒng)自動繪制的i lg 3 關系曲線見圖11：圖 11i l g 3 關系曲線TgWin 系統(tǒng)處理得 G=0.500，F(xiàn)=0.000。通過上 面的 5 個步驟就可求得鄧肯張模型的 8 大參數(shù)。(4)本次試驗所求得的8 大參數(shù)值列表如表2：表 2鄧肯張模型的8 大參數(shù)cR fKnDGF18.67kPa 31.95°0.755202.70.1140.0000.5000.0006.注意事項(1)為了圖樣均勻，方便制樣，配好了含水率的土一定還要再過一次孔徑 2mm 的篩，并測含水率；(2)制樣時，每層擊實后一定要將表面刨毛，這樣有利于土樣的整體完整，在試驗過程中也可減少出現(xiàn)斷樣的情況；(3)每個土樣制好后一定要脫模，然后裝入另一個飽和器；(4)抽氣飽和時，時間要足夠，且蒸餾水一定要淹沒飽和器，否則可能會出現(xiàn)土樣達不到飽和度的要求；(5)拆樣時，要注意飽和器的三片鐵片只能上下移動，不能垂直于土樣軸線前后移動；(6)裝樣時，排氣要充分且不能讓土樣斷裂，同時要注意各個閥門的開閉狀態(tài)是否正確，否則很可能照成孔隙壓力與軸向應變關系曲線不正確。(7)試驗完成后，要注意還原實驗室的清潔衛(wèi)生，以方便后面的