三軸實驗設計

1、三軸實驗設計一、實驗目的：研究卸荷條件下軟土破壞標準與屈服準則。二、實驗主要儀器設備： GDS三軸儀；GDSLAB軟件及PC；切土盤或切土器、 鋼絲鋸及切土刀；真空飽和裝置及土樣飽和器；乘膜筒；對開圓模；除氣水設 備；電子稱（最小分度值0.01g）:乳膠模、濾紙及透水石；游標卡尺。三、實驗類型：（1）三軸壓縮試驗（CU），6組，4個試樣/組；（2不同圍壓（50 kPa、100kPa、200 kPa、400 kPa、600 kPa、800 kPa）下等向固結，各向同性固結壓力下三軸壓縮試驗，6組，4個試樣/組。qp圖1不同應力路徑示意圖四、實驗試樣信息：土樣來自深圳地鐵深基坑淤泥質地層，現(xiàn)場薄壁

2、取土器取樣，取樣 深度612m，工程勘察單位出具的基坑勘察資料，土樣密封儲運、固定濕度、溫度保存， 室內原狀土試樣制備依據(jù)現(xiàn)行土工試驗規(guī)程要求制成試驗標準試樣。地面地面坑坑壁壁中心 坑腳圖2 基坑示意圖五、實驗操作步驟：（一）三軸壓縮試驗（固結不排水剪切試驗）檢查實驗儀器性能原狀土試樣制備及飽和2.1試樣制備1）開啟原狀土樣，按包裝上標識的上下方向放置，開啟原狀土樣包裝皮，將土樣 取出放正，整平兩端，觀察原狀土樣的顏色、氣味、結構、夾雜物和均勻性及其他情況， 并填寫原狀土樣開土記錄表。2）將原狀土樣先用鋼絲鋸或切土刀切取一稍大于規(guī)定尺寸的土柱，然后放置于所 需切削直徑規(guī)格的切土盤上，用鋼絲鋸緊

3、靠側板，一邊旋轉土樣，一邊用鋼絲鋸由上往 下細心進行切削，當上下切削完后，將土樣裝入標準尺寸兩半對開模，用切土刀切去兩 端多余土柱，制成標準試樣。試樣切削時應注意避免擾動，當試樣表面遇有礫石或凹坑 時，用切削下的余土補填。切削過程應注意觀察原狀土樣的情況，對其層次、氣味、有 無雜質、裂縫等進行描述。對于直徑為10cm的軟粘土土樣可先用分樣器分成3個土柱然 后再按上述的方法切削成直徑為38mm的試樣。3）將切削土樣的余土用蠟紙密封，置于保濕器內，以備土樣的物性試驗之用。取 切下的余土平行測定含水率時，取其平均值作為試樣的含水率。4）試樣的兩端面應平整互相平行，側面垂直上下端面。5）將切削好的試樣

4、稱量，直徑38mm的試樣準確至0.1g。試樣高度和直徑用卡尺量 測，試樣的平均直徑按下式計算：D _ q + 2 氣 + D3043式中，D0試樣平均直徑（mm）。DD2 D 試樣上、中、下部位的直徑（mm）。2.2試樣飽和（真空飽和法、反壓飽和法）1）將制備好的標準土樣置于框式飽和器（環(huán)刀、透水石、濾紙），而后將飽和器 內置于真空缸，為提高真空度可在蓋縫中涂上一層凡士林以防漏氣。將真空抽氣機與真 空缸接通，開動抽氣機，當真空缸壓力達到一個負大氣壓力強時，持續(xù)抽氣0.5h。緩慢 打開進水閥，使清水緩慢流入真空缸，至淹沒飽和器，同時確保注水過程真空缸內為 -0.1MPa，關閉抽氣閥先，停止抽氣，

5、同時關閉進水閥。將引水管提出水面，打開進水 閥使空氣緩慢進入真空缸，靜置10h，以使試樣飽和。打開蓋子，用十毛巾將飽和器擦 十，拆除飽和器，取出試樣，稱其質量。2）將試樣、儀器安裝完畢后，試樣在不固結不排水條件下，添加新的實驗階段一 飽和固結試驗模塊（Satcon.dll），其中包括飽和、BCheck、固結。對土樣周圍應施加 20kPa側壓力，待孔隙壓力變化穩(wěn)定，為盡可能減小對土樣的擾動，施加的（反壓，圍 壓）：（30,50）、（60,80）、（90,110）、（120,140）、（ 150,170），當增加的側壓 力與增加的孔隙壓力的比值叩/加30.98時，在BCheck中目標圍壓200kP

6、a，Graph3 圖表中將豎坐標選擇為B值，當B值在1上下波動，即認為土樣飽和，否則，再增加反壓 力和側壓力使土樣內氣泡繼續(xù)縮小，然后繼續(xù)BCheck，直至試樣飽和為止。3試樣安裝1）通過孔隙水量測管，對壓力室底座充水，排除氣泡，關閉孔隙水閥門。在底座 上依次放置透水石、濾紙、黏土試樣、濾紙、透水石、試樣帽。2）將橡皮膜套在承膜筒內兩端翻出筒外，從吸氣孔吸氣使膜貼緊承膜筒內壁，然 后小心套在試樣外圍，放氣翻起橡皮膜的兩端，取出承膜筒，用橡皮緊圈將橡皮膜分別 扎緊在壓力室底座和試樣帽上。3）裝上圍壓室罩，安裝時應先將荷重錘提升以防碰撞試樣，密封螺帽要對稱上緊。 圍壓室罩安放后，緩慢地旋轉荷重錘控

7、制螺帽，同時觀察PC中Management-Object DisplayCPReadAxial Load軸壓傳感器顯示框，讀數(shù)為0.001時，且在千分位波動， 停止旋轉控制螺帽。4）開排氣孔，接通圍壓注水管，利用水頭差向壓力室注水，當水從排氣孔溢出時， 先關閉進水閥，后關閉排氣閥。本實驗按照50kPa、100 kPa、200 kPa、400 kPa、600 kPa、 800kPa 施加。注意事項：1）整個操作過程中，避免土?；蚱渌⑿‰s物落進GDS三軸儀底座圓縫中，以防 影響軸向傳感器讀數(shù)準確性。2）當橡皮膜與土樣底座扎緊后，利用水頭差，通過孔隙水壓力管道，將除氣水壓 入土樣與橡皮膜之間，進而

8、排除土樣周圍氣體，當孔隙水從土樣頂帽周圍慢慢溢出時， 關閉進水閥，將橡皮膜扎緊在試樣帽上。（此過程在土樣安裝后，頂帽橡皮緊圈未上套 前操作）。3）1000cc Advanced Pressure/VOlume Controller1（Cell Pressure/Volume），1000ccAdvanced Pressure/Volume Controller 2(Back Pressure/Volume)，1000cc Advanced Pressure/Volume Controller 3（Lower Chamber pressure/Volume）,三個腔室操作盤上的按鍵 empty表示

9、排氣，fill表示吸水，reset表示重置（停止），當三個腔室的液壓油缸行程不滿 足加載要求時，按fill鍵，吸入提前制備好的除氣水，當每次試驗準備開始前，在CP中 將Cell Pressure/Volume Tranducer、Back Pressure/Volume Tranducer和Pore Pressure Tranducer清 零。4）制備無氣水。把沸騰且冷卻后的水倒入真空除氣杯中，蓋上杯蓋（為防止漏氣在蓋 子內涂一層凡士林），抽氣機管口接杯蓋接口，壓力表接口接封堵口（起始壓力表讀數(shù) 為零即為一個大氣壓）。各接口接牢后，通電，打開真空泵，同時緩慢選轉杯蓋上閥門， 控制抽氣量，由小到

10、大，抽氣持續(xù)運行4050min，觀察杯中水無氣泡冒出，壓力表穩(wěn) 定在-30in.Hg，關閉真空泵，擰開各接口，無氣水制備成功。5）為了加速排水，在圓柱形土樣的側面還要每隔一段距離放置豎向濾紙條。濾紙條一 般寬0.5cm，間隔0.71.0cm，與上下兩端的濾紙相連，可將水引到上下透水石，有利 于縮短孔壓傳輸和孔隙水排出時間。軟粘土三軸試驗，通常用濾紙側向排水來實現(xiàn)孔壓軸向平衡。這將加速試驗排水， 減少試驗固結時間，提供更多合理的應力和應變，這意味著在底座測量試樣孔壓更具有 代表性。GDS中實驗模塊：Satcon固結飽和試驗模塊，Standard Triaxial標準三軸壓縮試驗 模塊，Advan

11、ced Loading高級加載試驗模塊，Stress path Testing應力路徑實驗模塊， K0 Triaxial Testing各向異性固結實驗模塊。實驗方案試樣編號固結路徑c / kPa剪切路徑排水條件備注T200200氣逐級增大C 3保持不變不排水各向同性固結，圍壓分級加載至200kPa，每級增量為20 kPa，持續(xù)時間2h。為使土樣 固結充分，在圍壓200kPa下，持續(xù)24小時。1.雙擊桌面GDSLAB軟件圖標（第一次運行），彈出交互式窗口 GDS Toolbar，直接點 擊Test status中的空白Station1。若之前已建立了一個試驗站，則需新建一個試驗站2Statio

12、n2，然后直接點擊這個試驗站，會彈出Create Station （創(chuàng)建試驗站點）對話框。左鍵點擊Create Station，彈出選擇試驗站點配置窗口 Select Station Configuration，選 擇STDTAB.in站點配置，默認缺省選項Always start with this file?不選，確認后點擊OK 鍵。彈出站點試驗計劃 Station 1Test Plan 窗口，窗口包含 Data Save、Sample Add Test 用 來設置試驗站的配置文件名（ini文件）。點擊試驗站點試驗計劃Test Plan窗口中的保存數(shù)據(jù)Data Save圖標，顯示數(shù)據(jù)文件D

13、ata File的結構。點擊選擇數(shù)據(jù)文件Choose Data File鍵，顯示一個數(shù)據(jù)保存Save Data的窗 口，選擇單一目錄Single Directory并點擊下一步Next鍵，彈出新一個窗口 Save Data 菜單欄中為Standard GDS*.gds，窗口包含數(shù)據(jù)保存格式Data Saving Format選擇gds 格式、數(shù)據(jù)保存類型Data Saving Type線性Linear每隔X秒保存一個數(shù)據(jù)和保存計算 數(shù)據(jù)Save Calculated Data不選，點擊Next鍵，選擇文件名和保存文件路徑，點擊OK 鍵。用左鍵點擊站點試驗計劃Station Test Plan窗

14、口中的試樣詳細描述Sample鍵，顯示 Sample Details 對話框中 Set up Sample Details，點擊 Set up Sample Details，彈出 Is this the first test on a new specimen 對話框，點擊 Yes 鍵，接著彈出 Is the specimen docked，點擊 No鍵，此時為各項同性試驗，下一步顯示試樣描述Specimen Details窗口。窗口中試樣 尺寸（直徑38mm、高度76mm英國BS-1377-7標準）必須填寫，荷重錘直徑0（內置 傳感器）默認，點擊OK鍵。點擊試驗站點的試驗計劃Test Pla

15、n窗口中添加試驗階段Add Test Stage鍵，在添加試 驗階段Add Test Stage下拉菜單中選擇試驗模塊Test Module固結飽和模塊 GDS_ttSatcon.dll，點擊創(chuàng)建新的試驗階段 Create New Test Stage 鍵一創(chuàng)建 Station 1 Test Stage Numberl，顯示試驗模塊細節(jié)Test Module Details窗口，固結飽和模塊Satcon包括 三個部分:Saturation Ramp、B-Check（Skempton 孑L壓參數(shù) B）、Consolidation 和 Incremental B-Checks，按照試驗方案依次選擇

16、試驗類型為飽和Saturation Ramp、B-Check（Skempton 孔壓參數(shù) B）、ConsolidationoAdd Test Stage Numberl 中 Test type 選為 Saturation Ramp，在對話框中設置目標圍壓 50kPa、反壓30 kPa及目標值所需時間5mins （每級增量為30 kPa），點擊NextTest Termination Screen, 勾選 End of Saturation Ramp 同時注意選擇 Go to next stage automatically 自動進入下一階段或是 Wait for user interactio

17、n，找到右下角 Add to test list 點擊此鍵，建立Stagel,點擊試驗站點的試驗計劃Test Plan窗口中右下角開始試驗Go to Test鍵，彈出試驗顯示Test Display窗口： 3個圖表Graphs 1, 2 and 3和實時數(shù)據(jù)網(wǎng)格 Data，點擊Start Test鍵，觀察數(shù)據(jù)框Live Test Data中變化：圍壓、反壓等差增大到目 標值。循環(huán)上述步驟，Creat new Test Stage Stage2目標圍壓80kPa、目標反壓60 kPa及 目標值所需時間5mins，Stage3目標圍壓110kPa、反壓90 kPa及目標值所需時間5mins， 繼續(xù)

18、建立 Stage4、5 （140,120 ）、（170，150），點擊 NextTest Termination Screen , 勾選End of Saturation Ramp，找到右下角Add to test list點擊此鍵，點擊試驗站點的試 驗計劃Test Plan窗口中右下角開始試驗Go to Test鍵，點擊Start Test鍵，試驗從Stage1 開始。當Live Test Data數(shù)據(jù)框中圍壓、反壓均達到目標值，反壓飽和完成。Add Test Stage Number4中Test type選為B-Check，B-Check對話框顯示當前圍壓值、當 前孔壓值，需設定目標圍壓值

19、為220 kPa。點擊NextTest Termination Screen，勾選Max Skempton B-Value，同時選擇自動進入下一階段或是手動，找到右下角Add to test list 點擊此鍵，建立Stage6，點擊試驗站點的試驗計劃Test Plan窗口中右下角開始試驗Go to Test鍵。彈出Test Display窗口： 3個圖表Graphs 1, 2 and 3和實時數(shù)據(jù)網(wǎng)格Data，雙擊Graphs 3彈出Station1 Test Options窗口：在Graph Selection中設置Y-Axis1 為B-value和在Live Test Data Opti

20、ons中設置有效應力或總應力或劍橋平均應力，點擊OK鍵，點擊Start Test鍵， 觀察B值，若在1上下小范圍波動或在1偏上，則認為飽和度滿足要求，暫停，進入GDS Toolbar 下的 Management 組，在 O bject Display 下的CP 中將 Back pressure 設為200 kPa，接 著打開反壓閥。否則繼續(xù)反壓飽和。Add Test Stage Number1中Test type選為Consolidation，對話框中會顯示當前圍壓值、 反壓值，需輸入目標圍壓240kPa （260 kPa、280 kPa、300 kPa、320 kPa、340 kPa、 36

21、0 kPa、380 kPa、400 kPa ）、反壓值200 kPa，點擊NextTest Termination Screen， 勾選 Maximum Test Length=30minuties 和 End of Consolidation dV=0，找到右下角 Add to test list點擊此鍵，建立Stage7,8,9,10,11,12,13,14,15，點擊試驗站點的試驗計劃Test Plan 窗口中右下角開始試驗Go to Test鍵。雙擊Graphs 3，將Y-Axis1為B-value改選為V-change， 當圍壓值接近目標圍壓值，且V-change趨于穩(wěn)定時，暫停本階

22、段，進行下一級加壓。最 終圍壓達0400 kPa，各向同性固結壓力為200 kPa。再添加一個Test Stage16， Test type 選為Consolidation，目標圍壓400 kPa，目標反壓 100 kPa，點擊NextTest Termination Screen中找到勾選Maximum Test Length=1440min，即持續(xù)固結24h。再次點擊試驗站點的試驗計劃Test Plan窗口中添加試驗階段Add Test Stage鍵，在添加試驗階段Add Test Stage下拉菜單中選擇試驗模塊Test Module標準三軸試驗模塊 StandardTriaxial.dll,點擊創(chuàng)建新的試驗階段 Create New Test Stage 鍵創(chuàng)建 Test Stage17,顯示試驗模塊細節(jié)Test Module Details窗口，標準三軸試驗模塊Stand