土三軸壓縮試驗報告

1、實驗六 土三軸壓縮試驗 實驗人： 學(xué)號：（一）、試驗?zāi)康?、了解三軸剪切試驗的基本原理； 2、掌握三軸剪切試驗的基本操作方法； 3、了解三軸剪切試驗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）、試驗原理 三軸剪切試驗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)三個以上試件，在不同周圍壓力下測得的抗剪強(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)。 三軸剪切試驗可分為不固結(jié)不排水試驗（uu）、固結(jié)不排水試驗（cu）以及固結(jié)排水剪試驗（cd）。 1、不固結(jié)不排水試驗：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

2、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ucuf； 2、固結(jié)不排水試驗：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，可同時測定總抗剪強(qiáng)度指標(biāo)和cuccuf或有效抗剪強(qiáng)度指標(biāo)和c¢f¢及孔隙水壓力系數(shù)； 3、固結(jié)排水剪試驗：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dcdf。 （三）、試驗儀器設(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組成部分（圖8-1）： 圖8-1 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

3、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）軸向加荷傳動系統(tǒng) 采用電動機(jī)帶動多級變速的齒輪箱，或者采用可控硅無級調(diào)速，根據(jù)土樣性質(zhì)及試驗方法確定加荷速率，通過傳動系統(tǒng)使土樣壓力室自下而上的移動，使試件承受軸向壓力。 （3）軸向壓力測量系

4、統(tǒng) 通常的試驗中，軸向壓力由測力計（測力環(huán)或稱應(yīng)變?nèi)Φ鹊龋﹣矸从惩馏w的軸向荷重，測力計為線性和重復(fù)性較好的金屬彈性體組成，測力計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

5、屬設(shè)備： （1）擊實器和飽和器； （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）、試驗前的檢查和準(zhǔn)備 1、儀器性能檢查應(yīng)包括如下幾個方面： （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

6、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)試驗要求作如下的準(zhǔn)備： （1）根據(jù)工程特點和土的性質(zhì)確定試驗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）根據(jù)試驗方法和土的性質(zhì)，確定剪切速率； （4）根據(jù)取土深度和應(yīng)力歷史以及試驗方法，確定周圍壓力的大小； （5）根據(jù)土樣的多少和均勻程度確定單個土樣多級加荷還是多個土樣分級加

7、荷。 （五）、試樣制備和飽和 1、擾動土和砂土的試樣 根據(jù)要求可按一定的干容重和含水量將擾動土拌勻，粉質(zhì)土分35層，粘質(zhì)土分58層，分層裝入擊實筒擊實（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。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。

8、 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，開動抽氣機(jī)，當(dāng)真空壓力達(dá)到一個大氣壓力，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，使真空表壓力保持一個大氣壓力不變，即可停止抽氣。然后靜置一段時間，粉性土大約10小時左右，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

9、真空飽和缸內(nèi)，連續(xù)真空抽氣24小時（粘土），然后停止抽氣，靜置小時左右即可。 （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3/sddu0.95時被認(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3

10、/u是否大于0.95，即相當(dāng)于飽和度為大于95%。 （六）、固結(jié)不排水試驗法（cu）試驗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，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，

11、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0.6

12、mpa（低壓三軸儀）和2.0mpa（高壓三軸儀）。 同時測定土體內(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，測計孔隙水壓力和排水管讀數(shù)。 轉(zhuǎn)動細(xì)檔手輪，微調(diào)壓力機(jī)升降臺，使活塞與試樣接觸，此時軸向變形指示計的變化值為試樣固結(jié)時的高度變化。 （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。 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讀數(shù)均調(diào)速至零點。 啟動電動機(jī)，合上離合器，開始剪切。試樣每產(chǎn)生0.3%0.4%的軸

13、向應(yīng)變（或0.2mm變形值），測讀一次測力計讀數(shù)和軸向變形值。當(dāng)軸向應(yīng)變大于3%時，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)測力計讀數(shù)出現(xiàn)峰值時，剪切應(yīng)繼續(xù)進(jìn)行到軸向應(yīng)變量為15%20%。試驗結(jié)束，關(guān)電動機(jī)，關(guān)各閥門，脫開離合器，轉(zhuǎn)動手輪，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）按下式計算孔隙水壓力系數(shù)： d （2）按下式修正試樣固結(jié)后的高度和面積： （3）按下式計算剪切過程中的平均斷面積和應(yīng)變值： （4）按下式計算主應(yīng)力差： （5）按下式計算破壞時有效主應(yīng)力： （七）、實驗體會 最后一次實驗是土的三軸壓縮實驗，也被稱為三軸剪切實驗，是一種常見的測定土的抗剪強(qiáng)度的實驗方法。 在實驗中，先要將土做成圓柱形，我認(rèn)為這是實驗中最消耗時間，也是最需要耐心的一個步驟。因為實驗土的土質(zhì)疏松，所以要不斷地錘擊土樣，使土樣變得密實。 土柱做成后，將會放在一個外面有圓形斑點的橡膠皮中。其中，圓形斑點的作用是監(jiān)測土的形