三軸實驗報告

1、三軸試驗報告課 程 高等土力學(xué) 授課老師 冷伍明等 指導(dǎo)老師 彭老師 學(xué)生姓名 劉 瑋 學(xué) 號 114811134 專 業(yè) 隧道工程 目 錄1.試驗?zāi)康?2.儀器設(shè)備13.試樣制備步驟14.試樣的安裝和固結(jié)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(jié)10101.試驗?zāi)康?1).三軸壓縮試驗室測定圖的抗剪強(qiáng)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(jìn)行剪切直至破壞；然后根據(jù)摩爾-強(qiáng)度理論，求得土的抗剪強(qiáng)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(jié)不排水剪()；固結(jié)不排水剪(或)和固結(jié)排水剪()等3種試驗類型

2、。本次試驗采用的是固結(jié)排水剪()。2.儀器設(shè)備本次實驗采用全自動應(yīng)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(jī)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(jìn)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(fēng)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(nèi)24小時，使含水率均勻。取出土料復(fù)測其含水率。(3).擊樣筒的內(nèi)徑應(yīng)與試樣直徑相同。擊錘的直徑宜小雨試樣直徑，也允許采用與試樣直徑相同的擊錘。擊樣筒

3、在使用前應(yīng)洗擦干凈。(4).根據(jù)要求的干密度，稱取所需土質(zhì)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(zhì)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(jìn)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/cm3，飽和器容積為96cm3，所以所需濕土質(zhì)量為：(g)分5層擊實，則每層質(zhì)量為37.76g。(5).試樣飽和：采用抽氣飽和

4、，將裝有試樣的飽和器置于無水的抽氣缸內(nèi)，進(jìn)行抽氣，當(dāng)真空度接近當(dāng)?shù)?個大氣壓后，應(yīng)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(jié)(1).開孔隙壓力閥及量管閥，使壓力室底座充水排氣，并關(guān)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(nèi)，兩端翻出筒外，從吸氣孔吸氣，使膜緊貼承膜筒內(nèi)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

5、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(guān)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(guān)閉排氣孔。(6).關(guān)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(yīng)與工程實際荷載相適應(yīng)，并盡可能使最大周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(jī)和電腦，通過主機(jī)給調(diào)壓筒和反壓力調(diào)壓筒充水，

6、一般反壓力調(diào)壓筒調(diào)到30000-40000便可。圍壓調(diào)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(jìn)入飽和度判斷狀態(tài)，當(dāng)飽和度達(dá)95%以上時自動進(jìn)入固結(jié)狀態(tài)，當(dāng)試樣固結(jié)度達(dá)95%時自動再進(jìn)入剪切狀態(tài)。(9).剪切出現(xiàn)峰值后，或達(dá)到相應(yīng)的應(yīng)變，試驗便自動結(jié)束。卸除壓力，在進(jìn)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： (1)式中 切線彈性模量，kPa； 周圍壓力，kPa； 大氣壓力，kPa； 破壞比，數(shù)值小于1； 土的內(nèi)摩擦角，() 土的粘聚力，kPa； 試驗常數(shù)。(2).切線泊松比按下列

7、兩式計算： (2) (3)式中 試驗常數(shù)。公式(1)，(2)，(3)中包含8個試驗常數(shù)：、，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。、值的求得繪制出不同圍壓下的摩爾應(yīng)力圓，則、值可由圖1中的截距和斜率求得。圖1 固結(jié)排水剪強(qiáng)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=18.7，=31.9。求得：鄧肯-張雙曲線模型的本質(zhì)在于假定土的應(yīng)力應(yīng)變之間的關(guān)系具有雙曲線性質(zhì)，見圖2。圖2 雙曲線應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系雙曲線關(guān)系式： (4)變換縱坐標(biāo)關(guān)系式： (5)式中 初始切線模量的倒數(shù)； 主應(yīng)力差漸近值的倒數(shù)。變換坐標(biāo)的雙曲線

8、見圖3。圖3 變換坐標(biāo)的雙曲線由和即可求得初始切線模量和主應(yīng)力差的漸近值。按下式計算破壞比： (6)式中 主應(yīng)力差的破壞值，kPa； 主應(yīng)力差的漸近值，kPa。由TgWin系統(tǒng)自動繪制的變換坐標(biāo)的雙曲線見圖4：圖4 變換坐標(biāo)的雙曲線TgWin系統(tǒng)自動計算出=0.755。、的求得初始切線模量與固結(jié)壓力有以下關(guān)系： (7)式中 大氣壓力，kPa。、由曲線確定(見圖5)。圖5 關(guān)系曲線由TgWin系統(tǒng)自動繪制的關(guān)系曲線如下：圖6 關(guān)系曲線由上圖易知，=202.7，=0.114。的求得假定軸向應(yīng)變與側(cè)向應(yīng)變成雙曲線關(guān)系(見圖7)即： (8)變換縱坐標(biāo)，如圖8： (9)式中 初始切線泊松比； 軸向應(yīng)變漸

9、近值的倒數(shù)。圖7 雙曲線主應(yīng)變關(guān)系圖8 變換縱坐標(biāo)的雙曲線從上圖中可求得、值。由TgWin系統(tǒng)自動繪制的變換縱坐標(biāo)的雙曲線見圖9：圖9 變換縱坐標(biāo)的雙曲線TgWin系統(tǒng)計算得D=0.000。、的求得繪制與關(guān)系曲線(見圖10)： (10)式中 不同作用下的初始孔隙比；、由關(guān)系曲線求得。圖10 關(guān)系曲線而由TgWin系統(tǒng)自動繪制的關(guān)系曲線見圖11： 圖11 關(guān)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)18.67kPa31.950.755202.70.1140.000

10、0.5000.0006.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(dá)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(yīng)變關(guān)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，以方便后面的同學(xué)進(jìn)行試驗，完成好后期工作，并整理試驗