sy4三軸剪切試驗(yàn)

1、試驗(yàn)項(xiàng)目四三軸剪切試驗(yàn)試驗(yàn)?zāi)康模喝S剪切試驗(yàn)是測定土體抗剪強(qiáng)度的一種方法，通常用34個(gè)圓柱形試樣，分別在不同的恒定圍壓力下（即小主應(yīng)力3）施加軸向壓力（即主應(yīng)力差13）進(jìn)行剪切直至破壞，然后根據(jù)摩爾庫侖理論，求得土的抗剪強(qiáng)度參數(shù)c、值。同時(shí)，試驗(yàn)過程中若測得了孔隙水壓力還可以得到土體的有效抗剪強(qiáng)度指標(biāo)c、和孔隙水壓力系數(shù)等。試驗(yàn)方法：三軸剪切試驗(yàn)可分為不固結(jié)不排水試驗(yàn)（UU）、固結(jié)不排水試驗(yàn)（CU）以及固結(jié)排水剪試驗(yàn)（CD）。 1、不固結(jié)不排水試驗(yàn)：試件在周圍壓力和軸向壓力下直至破壞的全過程中均不允許排水，土樣從開始加載至試樣剪壞，土中的含水率始終保持不變，可測得總抗剪強(qiáng)度指標(biāo)和； 2、固結(jié)不

2、排水試驗(yàn)：試樣先在周圍壓力下讓土體排水固結(jié)，待固結(jié)穩(wěn)定后，再在不排水條件下施加軸向壓力直至破壞，可同時(shí)測定總抗剪強(qiáng)度指標(biāo)和或有效抗剪強(qiáng)度指標(biāo)和及孔隙水壓力系數(shù)；3、固結(jié)排水剪試驗(yàn)：試樣先在周圍壓力下排水固結(jié)，然后允許在充分排水的條件下增加軸向壓力直至破壞，可測得總抗剪強(qiáng)度指標(biāo)和。試驗(yàn)指導(dǎo)書：三軸剪切試驗(yàn)一、目的1、了解三軸剪切試驗(yàn)的基本原理； 2、掌握三軸剪切試驗(yàn)的基本操作方法； 3、了解三軸剪切試驗(yàn)不同排水條件的控制方法和孔隙壓力的測量原理； 4、進(jìn)一步鞏固抗剪強(qiáng)度的基本理論。二、試驗(yàn)原理 三軸剪切試驗(yàn)是用來測定試件在某一固定周圍壓力下的抗剪強(qiáng)度，然后根據(jù)三個(gè)以上試件，在不同周圍壓力下測得的

3、抗剪強(qiáng)度，利用莫爾-庫侖破壞準(zhǔn)則確定土的抗剪強(qiáng)度參數(shù)。 三軸剪切試驗(yàn)可分為不固結(jié)不排水試驗(yàn)（UU）、固結(jié)不排水試驗(yàn)（CU）以及固結(jié)排水剪試驗(yàn)（CD）。 1、不固結(jié)不排水試驗(yàn)：試件在周圍壓力和軸向壓力下直至破壞的全過程中均不允許排水，土樣從開始加載至試樣剪壞，土中的含水率始終保持不變，可測得總抗剪強(qiáng)度指標(biāo)和； 2、固結(jié)不排水試驗(yàn)：試樣先在周圍壓力下讓土體排水固結(jié)，待固結(jié)穩(wěn)定后，再在不排水條件下施加軸向壓力直至破壞，可同時(shí)測定總抗剪強(qiáng)度指標(biāo)和或有效抗剪強(qiáng)度指標(biāo)和及孔隙水壓力系數(shù)； 3、固結(jié)排水剪試驗(yàn)：試樣先在周圍壓力下排水固結(jié)，然后允許在充分排水的條件下增加軸向壓力直至破壞，可測得總抗剪強(qiáng)度指標(biāo)和

4、。三、儀器設(shè)備 1、三軸剪力儀（分為應(yīng)力控制式和應(yīng)變控制式兩種）。 應(yīng)變控制式三軸剪力儀有以下幾個(gè)組成部分（圖4-1）：圖4-1 應(yīng)變控制式三軸剪切儀1調(diào)壓桶；2周圍壓力表；3周圍壓力閥；4排水閥；5體變管；6排水管；7變形量表；8測力環(huán)；9排氣孔；10軸向加壓設(shè)備；11壓力室；12量管閥；13零位指標(biāo)器；14孔隙壓力表；15量管；16孔隙壓力閥；17離合器；18手輪；19馬達(dá)；20變速箱。 （1）三軸壓力室 壓力室是三軸儀的主要組成部分，它是由一個(gè)金屬上蓋、底座以及透明有機(jī)玻璃圓筒組成的密閉容器，壓力室底座通常有3個(gè)小孔分別與圍壓系統(tǒng)以及體積變形和孔隙水壓力量測系統(tǒng)相連。 （2）軸向加荷傳動(dòng)

5、系統(tǒng) 采用電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)多級變速的齒輪箱，或者采用可控硅無級調(diào)速，根據(jù)土樣性質(zhì)及試驗(yàn)方法確定加荷速率，通過傳動(dòng)系統(tǒng)使土樣壓力室自下而上的移動(dòng)，使試件承受軸向壓力。 （3）軸向壓力測量系統(tǒng) 通常的試驗(yàn)中，軸向壓力由測力計(jì)（測力環(huán)或稱應(yīng)變?nèi)Φ鹊龋﹣矸从惩馏w的軸向荷重，測力計(jì)為線性和重復(fù)性較好的金屬彈性體組成，測力計(jì)的受壓變形由百分表測讀。軸向壓力系統(tǒng)也可由荷重傳感器來代替。 （4）周圍壓力穩(wěn)壓系統(tǒng) 采用調(diào)壓閥控制，調(diào)壓閥當(dāng)控制到某一固定壓力后，它將壓力室的壓力進(jìn)行自動(dòng)補(bǔ)償而達(dá)到周圍壓力的穩(wěn)定。 （5）孔隙水壓力測量系統(tǒng) 孔隙水壓力由孔隙水壓力傳感器測得。 （6）軸向應(yīng)變（位移）測量裝置 軸向距離采用大

6、量程百分表（030mm百分表）或位移傳感器測得。 （7）反壓力體變系統(tǒng) 由體變管和反壓力穩(wěn)定控制系統(tǒng)組成，以模擬土體的實(shí)際應(yīng)力狀態(tài)或提高試件的飽和度以及測量試件的體積變化。 2、附屬設(shè)備 （1）擊實(shí)器和飽和器； （2）切土器和原狀土分樣器； （3）砂樣制備模筒和承模筒； （4）托盤天平和游標(biāo)卡尺； （5）其它如乳膜薄、橡皮筋、透水石、濾紙、切土刀、鋼絲鋸、毛玻璃板、空氣壓縮機(jī)、真空抽氣機(jī)、真空飽和抽水缸、稱量盒和分析天平等。四、試驗(yàn)前的檢查和準(zhǔn)備 1、儀器性能檢查應(yīng)包括如下幾個(gè)方面： （1）周圍壓力和反壓力控制系統(tǒng)的壓力源； （2）空氣壓縮機(jī)的穩(wěn)定控制器（又稱壓力控制器）； （3）調(diào)壓閥的靈敏

7、度及穩(wěn)定性； （4）監(jiān)視壓力精密壓力表的精度和誤差； （5）穩(wěn)壓系統(tǒng)有否漏氣現(xiàn)象； （6）管路系統(tǒng)的周圍壓力、孔隙水壓力、反壓力和體積變化裝置以及試樣上下端通道節(jié)頭處是否存在漏氣或阻塞現(xiàn)象； （7）孔壓及體變的管道系統(tǒng)內(nèi)是否存在封閉氣泡，若有封閉氣泡可用無氣水進(jìn)行循環(huán)排水； （8）土樣兩端放置的透水石是否暢通和浸水飽和； （9）乳膠薄膜套是否有漏氣的小孔； （10）軸向傳壓活塞是否存在磨擦阻力等。 2、試驗(yàn)前的準(zhǔn)備工作 除了上述儀器性能檢查外，還應(yīng)根據(jù)試驗(yàn)要求作如下的準(zhǔn)備： （1）根據(jù)工程特點(diǎn)和土的性質(zhì)確定試驗(yàn)方法和測定哪些參數(shù)； （2）根據(jù)土樣的制備方法和土樣特性決定飽和方法和設(shè)備； （3）

8、根據(jù)試驗(yàn)方法和土的性質(zhì)，確定剪切速率； （4）根據(jù)取土深度和應(yīng)力歷史以及試驗(yàn)方法，確定周圍壓力的大?。?（5）根據(jù)土樣的多少和均勻程度確定單個(gè)土樣多級加荷還是多個(gè)土樣分級加荷。五、試樣制備和飽和 1、擾動(dòng)土和砂土的試樣 根據(jù)要求可按一定的干容重和含水量將擾動(dòng)土拌勻，粉質(zhì)土分35層，粘質(zhì)土分58層，分層裝入擊實(shí)筒擊實(shí)（控制一定密度），并在各層面上用切土刀刨毛以利于兩層面之間結(jié)合。 對于砂土，應(yīng)先在壓力室底座上依次放上透水石、濾紙、乳膠薄膜和對開圓模筒，然后根據(jù)一定的密度要求，分三層裝入圓模筒內(nèi)擊實(shí)。如果制備飽和砂樣，可在圓模筒內(nèi)通入純水至1/3高，將預(yù)先煮沸的砂料填入，重復(fù)此步驟，使砂樣達(dá)到預(yù)定

9、高度，放在濾紙、透水石、頂帽，扎緊乳膠膜。為使試樣能站立，應(yīng)對試樣內(nèi)部施加0.05kg/cm2(5kPa)的負(fù)壓力或用量水管降低50cm水頭即可，然后拆除對開圓模筒。 2、原狀試樣 將原狀土制備成略大于試樣直徑和高度的毛坯，置于切土器內(nèi)用鋼絲鋸或切土刀邊削邊旋轉(zhuǎn)，直到滿足試件的直徑為止，然后按要求的高度切除兩端多余土樣。 3、試樣飽和 （1）真空抽氣飽和法 將制備好的土樣裝入飽和器內(nèi)置于真空飽和缸，為提高真空度可在蓋縫中涂上一層凡士林以防漏氣。將真空抽氣機(jī)與真空飽和缸接通，開動(dòng)抽氣機(jī)，當(dāng)真空壓力達(dá)到一個(gè)大氣壓力，微微開啟管夾，使清水徐徐注入真空飽和缸的試樣中，待水面超過土樣飽和器后，使真空表壓

10、力保持一個(gè)大氣壓力不變，即可停止抽氣。然后靜置一段時(shí)間，粉性土大約10小時(shí)左右，使試樣充分吸水飽和。另一種所抽氣飽和辦法，是將試樣裝入飲和器后，先浸沒在帶有清水注入的真空飽和缸內(nèi)，連續(xù)真空抽氣24小時(shí)（粘土），然后停止抽氣，靜置小時(shí)左右即可。 （2）水頭飽和法 將試樣裝入壓力室內(nèi)，施加0.2kg/cm2(20kPa)周圍壓力，使無氣泡的水從試樣底座進(jìn)入，待上部溢出，水頭高差一般在1m左右，直至流入水量和溢出水量相等為止。 （3）反壓力飽和法 試件在不固結(jié)不排水條件下，使土樣頂部施加反壓力，但試樣周圍應(yīng)施加側(cè)壓力，反壓力應(yīng)低于側(cè)壓力的0.05kg/cm2(5kPa)，當(dāng)試樣底部孔隙壓力達(dá)到穩(wěn)定后

11、關(guān)閉反壓力閥，再施加側(cè)壓力，當(dāng)增加的側(cè)壓力與增加的孔隙壓力其比值0.95時(shí)被認(rèn)為是飽和，否則再增加反壓力和側(cè)壓力使土體內(nèi)氣泡繼續(xù)縮小，然后再重復(fù)上述測定是否大于0.95，即相當(dāng)于飽和度為大于95%。六、固結(jié)不排水試驗(yàn)法（CU）試驗(yàn) 1、操作步驟 （1）將制備成大于試樣直徑和高度的毛坯，放在切土器內(nèi)用鋼絲鋸和修土刀，制備成所要求規(guī)格的試樣，最后量其直徑、高度、稱其重量，并選擇代表性的土樣測定含水量。 （2）安裝試樣前，事先應(yīng)全面檢查三軸儀的各部分是否完好。 打開試樣底座的開關(guān)（孔隙水壓力閥和量管閥），使量管里的水緩緩地流向底座，并依次放上透水石和濾紙，待氣泡排除后，再放上試樣，試樣周圍貼上濾紙條

12、，關(guān)閉底座開關(guān)。 把已檢查過的橡皮薄膜套在承膜筒上，兩端翻起，用吸球從氣嘴中不斷吸氣，使橡皮膜緊貼于筒壁，小心將它套在土樣外面，然后讓氣嘴放氣，使橡皮膜緊貼試樣周圍，翻起橡皮兩端，用橡皮緊圈將橡皮膜下端扎緊在底座上。 打開試樣底座開關(guān)，讓量管中水（有時(shí)采取高量管所產(chǎn)生的水頭差）從底座流入試樣與橡皮膜之間，排除試樣周圍的氣泡，關(guān)閉開關(guān)。 打開與試樣帽連通的排水閥，讓量水管中的水流入試樣帽，并連同透水石，濾紙放在試樣的上端，排盡試樣上端及量管系統(tǒng)的氣泡后關(guān)閉開關(guān)，用橡皮圈將橡皮膜上端與試樣帽扎緊。 裝上壓力筒擰緊密封螺帽，并使傳壓活塞與土樣帽接觸。 （3）試樣排水固結(jié)按下列步驟進(jìn)行： 向壓力室施加

13、試樣的周圍壓力（水壓力或氣壓力），周圍壓力的大小根據(jù)土樣的覆蓋壓力而定，一般應(yīng)等于和大于覆蓋壓力，但由于儀器本身限定，目前最大壓力不宜超過0.6MPa（低壓三軸儀）和2.0MPa（高壓三軸儀）。 同時(shí)測定土體內(nèi)與周圍壓力相應(yīng)的起始孔隙水壓力，施加周圍壓力后，在不排水條件下靜止1530分鐘后，記下起始孔隙水壓力讀數(shù)。 打開排水閥，固結(jié)完成后，并排水閥，測計(jì)孔隙水壓力和排水管讀數(shù)。 轉(zhuǎn)動(dòng)細(xì)檔手輪，微調(diào)壓力機(jī)升降臺，使活塞與試樣接觸，此時(shí)軸向變形指示計(jì)的變化值為試樣固結(jié)時(shí)的高度變化。 （4）試樣剪切按下列步驟進(jìn)行： 剪切速率：粘土宜為0.050.1%/每分鐘，粉質(zhì)土或輕亞粘土為0.10.5%/每分鐘

14、。 將軸向變形的百分表、軸向壓力測力環(huán)的百分表及孔隙水壓力計(jì)讀數(shù)均調(diào)速至零點(diǎn)。 啟動(dòng)電動(dòng)機(jī)，合上離合器，開始剪切。試樣每產(chǎn)生0.3%0.4%的軸向應(yīng)變（或0.2mm變形值），測讀一次測力計(jì)讀數(shù)和軸向變形值。當(dāng)軸向應(yīng)變大于3%時(shí)，試樣每產(chǎn)生0.7%0.8%的軸向應(yīng)變（或0.5mm變形值），測讀一次。當(dāng)測力計(jì)讀數(shù)出現(xiàn)峰值時(shí)，剪切應(yīng)繼續(xù)進(jìn)行到軸向應(yīng)變量為15%20%。 試驗(yàn)結(jié)束，關(guān)電動(dòng)機(jī)，關(guān)各閥門，脫開離合器，轉(zhuǎn)動(dòng)手輪，將壓力室降下，打開排氣孔，排除壓力室內(nèi)的水，拆卸壓力室罩，取出試件，描繪試樣破壞時(shí)形狀并稱其質(zhì)量，并測定土樣含水率。 2、成果整理（1）按下式計(jì)算孔隙水壓力系數(shù)： 或 或 式中：B各

15、向等壓作用下的孔隙水壓力系數(shù)； 試樣在周圍壓力增量下所出現(xiàn)孔隙水壓力增量（kPa）； 周圍壓力的增量（kPa）； 在周圍壓力下所產(chǎn)生的孔隙水壓力（kPa）； 周圍壓力（kPa）； 偏壓應(yīng)力作用下的孔隙水壓力系數(shù)； 大主應(yīng)力增量（kPa）； 剪損時(shí)的孔隙水壓力（kPa）； 剪損時(shí)的大主應(yīng)力增量（kPa）； 試樣在主應(yīng)力差下所產(chǎn)生的孔隙水壓力增量（kPa）。 （2）按下式修正試樣固結(jié)后的高度和面積：式中：、固結(jié)前的體積、高度和直徑； 、固結(jié)后體積、高度和直徑的改變量； 、固結(jié)后平均斷面積和高度。 （3）按下式計(jì)算剪切過程中的平均斷面積和應(yīng)變值：(cm2) 式中：剪切過程中平均斷面積（cm2）； 剪

16、切過程中軸向應(yīng)變%； 剪切時(shí)軸向變形（mm）。 （4）按下式計(jì)算主應(yīng)力差：式中：C測力環(huán)校正系數(shù)（N/0.01mm）； R測力環(huán)百分表讀數(shù)差（0.01mm）。 （5）按下式計(jì)算破壞時(shí)有效主應(yīng)力： 式中：、破壞時(shí)有效主應(yīng)力和有效小主應(yīng)力（kPa）； 、大主應(yīng)力和小主應(yīng)力（kPa）； 破壞時(shí)孔隙水壓力（kPa）； （6）主應(yīng)力差與軸向應(yīng)變關(guān)系曲線（圖4-2）：以主應(yīng)力差為縱坐標(biāo)，軸向應(yīng)變?yōu)闄M坐標(biāo)，繪制關(guān)系曲線，取曲線上主應(yīng)力差的峰值作為破壞點(diǎn)，無峰值時(shí)，取15%軸向應(yīng)變時(shí)的主應(yīng)力差值作為破壞點(diǎn)。（7）有效應(yīng)力比與軸向應(yīng)變關(guān)系曲線（圖4-3）：以有效應(yīng)力比為縱坐標(biāo)，軸向應(yīng)變?yōu)闄M坐標(biāo)，繪制關(guān)系曲線。圖

17、42 主應(yīng)力差與軸向應(yīng)變關(guān)系曲線 圖43 有效應(yīng)力比與軸向應(yīng)變關(guān)系曲線 （8）孔隙水壓力u與軸向應(yīng)變關(guān)系曲線（圖4-4）：以孔隙水壓力u為縱坐標(biāo)，軸向應(yīng)變?yōu)闄M坐標(biāo)，繪制關(guān)系曲線。（9）固結(jié)不排水剪強(qiáng)度包線（圖4-5）：以剪應(yīng)力為縱坐標(biāo)，法向應(yīng)力為橫坐標(biāo)，在橫坐標(biāo)軸以破壞時(shí)的為圓心，以為半徑，繪制破壞總應(yīng)力圓，并繪制不同周圍壓力下破壞應(yīng)力圓的包線，包線的傾角為內(nèi)摩擦角，包線在縱軸上的截距為粘聚力。對于有效內(nèi)磨擦角和有效粘聚力，應(yīng)以為圓心，以為半徑繪制有效破壞應(yīng)力圓確定。圖44 孔隙壓力與軸向應(yīng)變關(guān)系曲線 圖45 固結(jié)不排水剪強(qiáng)度包線 （10）有效應(yīng)力路徑曲線（圖4-6）：若各應(yīng)力圓無規(guī)律，難以繪制各應(yīng)力圓強(qiáng)度包線，可按應(yīng)力路徑取值，即以為縱坐標(biāo)，以為橫坐標(biāo)，繪制有效應(yīng)力路徑曲線并按下式計(jì)算有效內(nèi)磨擦角和有效粘聚力。 有效內(nèi)摩擦角： 有效粘聚力：式中：應(yīng)力路徑圖上破壞點(diǎn)連線的傾 角（°）； d應(yīng)力路徑圖上破壞點(diǎn)連線在縱 軸上的截距（kPa）。 圖46 應(yīng)力路徑曲線 3、試驗(yàn)記錄 記錄格式見試驗(yàn)記錄表。試驗(yàn)記錄表：三軸試驗(yàn)記錄表（固結(jié)不排水剪）工程名稱 試樣編號 試驗(yàn)日期 試 驗(yàn) 者 計(jì) 算 者 校 核 者 1、含水率 2、密度試驗(yàn)前試驗(yàn)后試驗(yàn)前試驗(yàn)后盒號試樣高度(cm)濕土質(zhì)量(g)試樣體積(cm3)干土質(zhì)量(g)試樣質(zhì)量(g)含水率(%)密度