第七章 土的力學性質(zhì)指標及其室內(nèi)測定第五節(jié) 振動三軸試驗

第七章土的力學性質(zhì)指標及其室內(nèi)測定第五節(jié)振動三軸試驗第五節(jié)振動三軸試驗一術(shù)語定義及土的動力學性質(zhì)簡介二試驗?zāi)康暮瓦m用范圍三采用標準四儀器設(shè)備五操作要點六記錄表格七資料整理八注意事項第五節(jié)土的振動三軸試驗

一術(shù)語定義及土的動力學性質(zhì)簡介（一）動模量動模量定義為引起單位動應(yīng)變所需的動應(yīng)力。1動剪切模量式中：—動剪切模量，kPa；—動剪應(yīng)力，kPa；

—動剪應(yīng)變。第五節(jié)土的振動三軸試驗

一術(shù)語定義及土的動力學性質(zhì)簡介

?（一）動模量

2動壓縮模量

（6.5-2）式中：—動壓縮模量，kPa；—動軸應(yīng)力，kPa；

—動軸應(yīng)變。已知土的泊松比和以及和可相互換算，有如下關(guān)系：

第五節(jié)土的振動三軸試驗一術(shù)語定義及土的動力學性質(zhì)簡介

?（一）動模量測定動模量的方法測定動模量的方法是將動荷載施加于試樣上，同時記錄動應(yīng)力和動應(yīng)變，某一循環(huán)的動應(yīng)力與同一循環(huán)的動應(yīng)變之比即可得動模量，見圖6.5-1（a）。圖6.5-1應(yīng)力—應(yīng)變記錄曲線和滯回圈

第五節(jié)土的振動三軸試驗一術(shù)語定義及土的動力學性質(zhì)簡介

（二）

阻尼比阻尼比定義為土的阻尼系數(shù)與臨界阻尼系數(shù)之比。阻尼比可衡量一周循環(huán)荷載內(nèi)土吸收能量的特性，吸收能量大小可用圖6.5-1（b）滯回圈面積表示。阻尼比D按下式計算：式中：——滯回圈面積；

——三角形面積。第五節(jié)土的振動三軸試驗一術(shù)語定義及土的動力學性質(zhì)簡介

（二）

阻尼比另一種常用的計算小應(yīng)變時阻尼比的方法為自由振動法，見圖6.5-2，用下式計算阻尼比

式中：——阻尼比；

——計算所取的振動次數(shù)；

——停止激振后第1周的振幅，mm;——停止激振后第

周的振幅，mm。第五節(jié)土的振動三軸試驗一術(shù)語定義及土的動力學性質(zhì)簡介

（三）動強度土在動荷載作用下，土的應(yīng)力、應(yīng)變及孔隙壓力隨時間（振動次數(shù)）而變，動強度是經(jīng)一定振動次數(shù)后試樣達到破壞的振動剪應(yīng)力，振動剪應(yīng)力與破壞周數(shù)的關(guān)系曲線稱為動強度曲線，見圖6.5-3。第五節(jié)土的振動三軸試驗圖6.5-2振幅隨時間的衰減曲線圖6.5-3不同破壞標準的動剪應(yīng)力比與破壞周數(shù)的關(guān)系第五節(jié)土的振動三軸試驗?二試驗?zāi)康暮瓦m用范圍：土的振動三軸試驗是室內(nèi)進行土的動力特性測定時較普遍采用的一種方法。試驗?zāi)康氖菧y定飽和土在動應(yīng)力作用下的應(yīng)力、應(yīng)變和孔隙水壓力變化過程，通過試驗確定土的動剪切模量、阻尼比和動強度等。試驗測得的參數(shù)一是用于分析周期荷載作用下地基和結(jié)構(gòu)物的穩(wěn)定問題，特別是砂土液化問題；另一是用于計算周期荷載作用下土體在一定范圍內(nèi)引起的位移、速度、加速度和應(yīng)力隨振次的變化等。本試驗適用于飽和砂土、粉土和黏土。一般采用固結(jié)不排水試驗。?三采用標準：SL237－032－1999第五節(jié)土的振動三軸試驗?四儀器設(shè)備?主要設(shè)備：電磁式振動三軸儀，有常規(guī)控制和計算機控制式兩種。由主機、靜力控制系統(tǒng)、動力控制系統(tǒng)和量測系統(tǒng)組成。主機：包括壓力室和激振器等，如圖6.5-4所示。靜力控制系統(tǒng)：用于施加圍壓、軸壓和反壓等，與一般靜三軸儀基本相同。動力控制系統(tǒng)：包括交流穩(wěn)壓電源、超低頻信號發(fā)生器、超低頻峰值電壓表、電源、功率放大器、超低頻雙線示波器等。量測系統(tǒng)：用于量測軸向力、軸向位移、及孔隙水壓力，由傳感器、動態(tài)應(yīng)變儀、光線記錄示波器或x－y函數(shù)記錄儀等組成。?

輔助設(shè)備：與一般靜三軸試驗相同。電磁式振動三軸儀示意圖第五節(jié)土的振動三軸試驗五操作要點?（一）準備工作1檢查土動三軸儀各組成部分，確認激振系統(tǒng)、靜力系統(tǒng)及量測系統(tǒng)都能正常工作。2明確試驗參數(shù)，包括試樣密度、固結(jié)壓力及固結(jié)應(yīng)力比等。?（二）試樣制備試樣制備的要求和方法與靜三軸試驗相同。原狀樣制備擾動樣制備（擊實法）、砂土試樣制備充填土試樣制備（土膏法），應(yīng)分別按SL237—017－1999規(guī)程有關(guān)規(guī)定進行。第五節(jié)土的振動三軸試驗五操作要點（三）試樣飽和試樣飽和過程也與靜三軸試驗相同。視土樣類型不同可分別采用抽氣飽和、水頭飽和、二氧化碳飽和、反壓飽和等方法，具體操作細節(jié)詳見SL237—017－1999規(guī)程4.2條。（四）試樣固結(jié)動三軸試驗通常要求在三個不同的主應(yīng)力比下進行固結(jié)。對于可自動控制施加靜載的新型土動三軸儀來說，只要試驗前按試驗的要求進行設(shè)置（如設(shè)定固結(jié)應(yīng)力比K值、加荷級數(shù)、荷載增量大小，各級荷載增量持續(xù)時間等），試驗機即可自動完成試樣的固結(jié)。第五節(jié)土的振動三軸試驗五操作要點?（四）試樣固結(jié)在進行等壓固結(jié)（σ1/σ3=1）時，動三軸加壓方式與靜三軸略有不同。靜三軸的加壓活塞與試樣為點接觸，加圍壓σ3時軸壓σ1也同步加上，σ1＝σ3。動三軸由于活塞與試樣相連，σ1與σ3需分開施加。一般先加σ3，在加σ3之前應(yīng)將活塞固定，以免加σ3時試樣受擠壓向上變形而破壞。加完σ3，由荷載傳感器控制施加σ1，動作銜接要盡量快。加荷完畢，松開活塞，開始固結(jié)。在進行不等壓固結(jié)（K＝σ1/σ3>1）時，要求固結(jié)過程盡量保持K值大致不變。對松軟試樣，為了避免一次加荷引起試樣破壞，應(yīng)分許多級加荷逐步固結(jié)。每級固結(jié)時先加圍壓σ3，后加軸壓σ1。第五節(jié)土的振動三軸試驗五操作要點?（五）施加動應(yīng)力固結(jié)完成后，在不排水條件下施加動應(yīng)力。動三軸試驗主要分為兩類，即動強度試驗及模量和阻尼比試驗。兩類試驗各自采用不同的方式和步驟施加動應(yīng)力。第五節(jié)土的振動三軸試驗五操作要點?（五）施加動應(yīng)力1動強度試驗對制樣密度和固結(jié)應(yīng)力比均相同的一組試樣（一般不少于

4個），設(shè)定大小不同的動應(yīng)力σd1、σd2、σd3、σd4；啟動激振力并同時打開記錄儀，記錄應(yīng)力、應(yīng)變和孔壓的變化過程線；當應(yīng)變達到應(yīng)變破壞標準（通常規(guī)定應(yīng)變達5％）或孔壓達到側(cè)壓（ud=σ3），即切斷激振力并停止記錄。根據(jù)試驗計劃要求，對于不同的制樣密度和不同的固結(jié)應(yīng)力比，重復(fù)上述試驗步驟。具體操作細節(jié)詳見SL237—032－1999規(guī)程4.5條。第五節(jié)土的振動三軸試驗五操作要點

?（五）施加動應(yīng)力?2模量和阻尼比試驗在同一個試樣上動應(yīng)力由小到大逐級施加，振動時記錄動應(yīng)力、動應(yīng)變和動孔壓；每級動應(yīng)力的振動次數(shù)不要超過

10次；第1級動應(yīng)力在可能正確測讀的條件下設(shè)定較小的值，后一級可設(shè)定比前一級大1倍；當應(yīng)變波形明顯不對稱或孔壓較大時，停止試驗。

第五節(jié)土的振動三軸試驗五操作要點

?（五）施加動應(yīng)力?2模量和阻尼比試驗對于不同的制樣密度和不同的固結(jié)應(yīng)力比，重復(fù)上述試驗步驟。同一干密度的試樣，在同一固結(jié)應(yīng)力比下，應(yīng)在1至3各不同的側(cè)壓力下試驗；每一個側(cè)壓力宜用5～6個試樣，改變5～6級動應(yīng)力。具體操作細節(jié)詳見SL237—032－1999規(guī)程4.6條。第五節(jié)土的振動三軸試驗七資料整理?（一）動強度試驗需要提供的資料包括：動強度曲線（即軸向動應(yīng)力與破壞周數(shù)關(guān)系曲線）；動孔壓和動應(yīng)變隨時間（周數(shù)）發(fā)展的過程線；動強度指標（包括總應(yīng)力動強度指標cd、φd及有效應(yīng)力動強度指標c‘d、φ’d）。在土動力學中，常用的破壞標準有三種：極限平衡標準、液化標準和應(yīng)變標準。因此，動強度曲線和動強度指標應(yīng)針對三個不同的破壞標準分別提供，如圖6.5-3所示。具體步驟詳見SL237—032－1999規(guī)程5.1條。第五節(jié)土的振動三軸試驗七資料整理?（二）模量和阻尼比試驗需要提供的資料包括：動應(yīng)力與動應(yīng)變關(guān)系曲線；動模量比Ed/Eo與動應(yīng)變εd關(guān)系；最大壓縮模量Eo與有效平均固結(jié)應(yīng)力σo的關(guān)系；阻尼比D與動應(yīng)變εd關(guān)系曲線等。具體步驟詳見SL237—032－1999規(guī)程5.2條。因資料整理內(nèi)容多涉及數(shù)據(jù)量浩大，用人工完成幾乎是不可能的。目前各種類型的土動三軸儀在數(shù)據(jù)采集和資料整理方面大多均可由計算機完成。第五節(jié)土的振動三軸試驗八注意事項1）對各種儀表、傳感器等要經(jīng)常校核和定期標定。2）振動三軸試驗中經(jīng)常要求測定松軟地基土的動強度指標，這些試樣密度很低。制備低密度試樣必須保持耐心和細心。3）由于在相同的固結(jié)條件下，試樣動強度取決于試樣的密度、飽和度和均勻程度，因此對制樣環(huán)節(jié)的控制就直接影響到試驗的質(zhì)量。同一干密度各組試驗的試樣，宜一批制備，其密度、含水率、擊實過程、飽和過程及試樣靜置時間等都應(yīng)大致相近。4）土動三軸儀屬于精密儀器設(shè)備，價值昂貴。土動三軸的試驗技術(shù)較復(fù)雜，要求試驗人員掌握的技術(shù)知識也相對較多。所以從事土動力學試驗工作的人員應(yīng)接受專門的技術(shù)培訓(xùn)。

第七章土的力學性質(zhì)指標及其室內(nèi)測定第六節(jié)其它力學試驗

第六節(jié)其它力學試驗

三孔隙水壓力消散試驗?（一）試驗?zāi)康暮瓦m用范圍本試驗使試樣受各向等壓作用或在K0條件下受軸向壓力作用，測定孔隙水壓力的消散過程，從中確定孔隙水壓力消散系數(shù)Cv‘、消散度Dc及孔隙水壓力系數(shù)B、。本試驗適用于飽和度大于85％的原狀黏質(zhì)土及含水率大于最優(yōu)含水率的擊實黏質(zhì)土，也可用于用充填法制備的試樣。第六節(jié)其它力學試驗三孔隙水壓力消散試驗?

孔壓消散系數(shù)的工程意義消散系數(shù)Cv‘主要用于估算期土壩或地基土體中的孔隙水壓力，對控制合理的施工進度，對保證土壩或地基的穩(wěn)定有重要意義。?（二）采用標準：SL237—019－1999

第六節(jié)其它力學試驗

三孔隙水壓力消散試驗（三）術(shù)語定義

1消散度Dc

：式中分別為試驗起始和經(jīng)時間t（min）后試樣不排水端的孔隙壓力值。第六節(jié)其它力學試驗三孔隙水壓力消散試驗?（三）術(shù)語定義

2消散系數(shù)

：

式中：

t

為達到某任意消散度Dc所需時間，min；

為任意消散度Dc的時間因數(shù)；為孔壓消散前后的試樣平均高度。第六節(jié)其它力學試驗三孔隙水壓力消散試驗（三）術(shù)語定義

3孔隙水壓力系數(shù)

B、：為周圍壓力增量，kPa；為軸向壓力增量，kPa；

為相應(yīng)于該壓力增量下的起始孔隙壓力增量，kPa。

第六節(jié)其它力學試驗三孔隙水壓力消散試驗（四）儀器設(shè)備主要設(shè)備：三軸壓力室，附有孔隙壓力量測系統(tǒng)和周圍壓力系統(tǒng)，見圖7.6.3-1。輔助設(shè)備：天平、切樣器、承膜筒、環(huán)刀、活塞板等，環(huán)刀的徑高比為1，兩端有刃。三孔隙水壓力消散試驗（a）各向等壓消散試樣裝置

（b）K0消散試樣在壓力室內(nèi)裝置1—孔隙壓力閥；2—周圍壓力閥；3—排水管閥；4—排氣閥；5—壓力室底座；6—加壓上帽；7—透水板；8—壓力室；9—試樣；10—活塞；11—環(huán)刀；12—橡皮膜（b）消散試樣在壓力室內(nèi)裝置（b）消散試樣在壓力室內(nèi)裝置三孔隙水壓力消散試驗（五）

操作要點5.1各向等壓消散試驗

1）試樣制備按SL237—017—1999規(guī)程有關(guān)規(guī)定切取原狀試樣或制備擾動試樣，黏質(zhì)土試樣的徑高比為1。粉質(zhì)土的徑高比為2。如需飽和，按SL237—017—1999規(guī)程4.2.1規(guī)定進行。2）試樣安裝按SL237—017—1999規(guī)程4.3.2規(guī)定進行，但試樣側(cè)面不貼濾紙條；裝壓力罩，充水，調(diào)整孔壓量測系統(tǒng)歸零，關(guān)閉孔壓閥等。

三孔隙水壓力消散試驗（五）操作要點5.1各向等壓消散試驗3）孔隙壓力消散（1）開周圍壓力閥，并按SL237—017—1999規(guī)程4.3.2

有關(guān)規(guī)定施加第1級圍壓，測定起始孔隙壓力。（2）開排水管閥，同時開始計時，進行孔壓消散測定。參照下列時間測記孔壓及排水體積：0.25、1、4、9、16、

25、36、49、64min，2、4h???直至需要的消散度為止，關(guān)排水管閥。（3）重復(fù)上述（1）和（2）操作，施加下一級圍壓，進行起始孔隙壓力和孔壓消散測定。如此可進行三次，每次施加壓力大小為實際需要壓力的1/3，也可以按實際情況增減消散次數(shù)和各級圍壓大小。三孔隙水壓力消散試驗（五）操作要點5.1各向等壓消散試驗3）孔隙壓力消散（4）最后一級孔壓消散完畢時，關(guān)閉圍壓閥、排水管閥和孔壓閥。打開排氣孔排出壓力室中的水，拆開壓力室，揩干橡皮膜外部及壓力室底座上的積水。（5）拆除試樣帽及透水板，脫去橡皮膜，迅速取出試樣。用卡尺測量試樣高度、直徑后，稱重、烘干，測定試驗后含水率。三孔隙水壓力消散試驗（五）操作要點5.2K0消散試驗1）試樣制備按SL237—019－1999規(guī)程4.2.1規(guī)定，用環(huán)刀切取原狀樣或擾動樣，借助本試驗專用的活塞板使高度比環(huán)刀小2mm的試樣位于環(huán)刀中部，如圖7.6.3-2所示。圖7.6.3-2試樣切制示意圖

1—2.0mm厚活塞板（帶氣孔）；2—1.0mm厚活塞板（帶氣孔）；3—試樣；4—環(huán)刀三孔隙水壓力消散試驗（五）操作要點5.2K0消散試驗2）試樣安裝按SL237—019－1999規(guī)程4.3.2規(guī)定，將帶有環(huán)刀的試樣放到壓力室底座上，在試樣上端放濾紙和透水板，上下兩端透水板應(yīng)嵌入環(huán)刀內(nèi)1mm；將帶有環(huán)刀的試樣套上橡皮膜，排除環(huán)刀與橡皮膜之間的氣泡，吸出環(huán)刀與橡皮膜之間的多余水分，扎好橡皮膜。3）孔隙壓力消散操作步驟與各向等壓消散試驗基本相同。三孔隙水壓力消散試驗（六）記錄表格按SL237—019－1999規(guī)程6.0.1規(guī)定，填寫填寫試驗記錄表。（七）計算和制圖1.按SL237—019－1999規(guī)程5.1.1規(guī)定，計算試樣初始干密度、飽和度等；2.按式（4）和式（5）計算孔隙壓力系數(shù)B和；3.按式（1）計算任意時刻t的孔壓消散百分數(shù)Dc；三孔隙水壓力消散試驗（七）計算和制圖4.

按式定義計算任一消散度對應(yīng)的消散系數(shù)，與Dc的對應(yīng)關(guān)系見圖7.7-11。

圖7.7-11孔隙壓力消散百分數(shù)與時間因數(shù)關(guān)系曲線三孔隙水壓力消散試驗?（七）計算和制圖5.繪制以下曲線（1）各級～或～關(guān)系曲線；（2）各級Dc～lgt關(guān)系曲線；（3）～、e～或～、e～關(guān)系曲線。三孔隙水壓力消散試驗（八）

注意事項

1測定黏性土的孔隙水壓力消散通常歷時較長，宜采用長期穩(wěn)定、體積因數(shù)小、靈敏度高的壓力傳感器。為了保證測試結(jié)果的可靠性，對傳感器性能應(yīng)當經(jīng)常檢驗（主要是自檢）。2試驗前要細心排除透水石連通至孔壓傳感器之間的管路以及環(huán)刀和橡皮膜之間等處的氣泡，否則將產(chǎn)生較大試驗誤差。3對于軟弱的土樣特別是用充填法制備的土樣，施加的第一級壓力應(yīng)當盡量小，而且此級壓力應(yīng)視為一個預(yù)壓階段，其間測試結(jié)果不宜采用。待此級孔隙壓力消散完成后，后續(xù)施加的各級壓力才可視為正式試驗。三孔隙水壓力消散試驗（九）試驗誤差常見的誤差來源有：1系統(tǒng)排除氣泡不徹底會直接影響孔壓變化過程；2環(huán)刀切樣操作不當使環(huán)刀與試樣之間存在間隙；3有些試樣在消散初期孔壓變化太快，人工讀數(shù)跟不上。四無側(cè)限抗壓強度試驗（一）目的和適用范圍：本試驗測定飽和軟粘土的無側(cè)限抗壓強度及靈敏度。試驗取得的土性參數(shù)對軟土地基上各類工程的設(shè)計和施工有重要意義。（二）

采用標準：SL237—020－1999規(guī)程（三）術(shù)語定義1

無側(cè)限抗壓強度是試樣在無側(cè)向壓力條件下，抵抗軸向壓力的極限強度。2

原狀土的無側(cè)限抗壓強度與重塑后的無側(cè)限抗壓強度之比定義為靈敏度。四無側(cè)限抗壓強度試驗（四）儀器設(shè)備主要設(shè)備：應(yīng)變式無側(cè)限壓縮儀，包括加壓框架、升降螺桿及測力計等，見圖7.6.4.1輔助設(shè)備：天平、切樣工具、重塑筒、薄塑料布、凡士林、百分表、秒表、卡尺等。圖7.6.4.1應(yīng)變控制式無側(cè)限壓縮儀

1—軸向加壓架；2—軸向測力計；

3—試樣；4—上、下傳壓板；

5—手輪或電動轉(zhuǎn)輪；6—升降板；

7—軸向位移計四無側(cè)限抗壓強度試驗（五）操作要點1試樣制備：按SL237—017—1999規(guī)程4.1.2規(guī)定切取原狀試樣，試樣直徑3.5～4.0mm，徑高比為2～2.25。2試樣安裝：試樣兩端抹薄層凡士林（若天氣干燥，試樣側(cè)面也要抹），然后將其放于下加壓板上，轉(zhuǎn)動手輪，使試樣與上加壓板剛好接觸。調(diào)整百分表、測力計讀數(shù)歸零。3以每分鐘1％～3％的軸應(yīng)變速率轉(zhuǎn)動手輪，8～10分鐘內(nèi)完成試驗。4軸應(yīng)變每變化0.5％，測記一次測力計和位移計讀數(shù)。

四無側(cè)限抗壓強度試驗（五）操作要點5測力計讀數(shù)達到峰值或達到穩(wěn)定，再增加3％～5％軸應(yīng)變值可停止試驗；如讀數(shù)無穩(wěn)定值，則試驗一直進行到軸應(yīng)變值達20％時為止。6試樣結(jié)束后，迅速反轉(zhuǎn)手輪，取下試樣，描述破壞后形狀，測量破壞面傾角。7若需測定靈敏度，則將破壞后的試樣加入少許切削余土，包以塑料布，充分搓揉后放入重塑筒內(nèi)，擠壓成密度與尺寸均與原狀試樣相同的試樣。然后按2）～5）步驟進行試驗。四無側(cè)限抗壓強度試驗（六）記錄表格

按SL237－1999規(guī)程6.0.1規(guī)定，填寫填寫試驗記錄表。

（七）計算及制圖1按SL237—020－1999規(guī)程

5.0.1～5.0.4規(guī)定，計算試樣軸向應(yīng)變、平均斷面積、軸向應(yīng)力及靈敏度等。2繪制軸向應(yīng)力應(yīng)變曲線，見圖7.6.4.2。取最大軸向應(yīng)力為無側(cè)限抗壓強度，如最大值不明顯，取軸向應(yīng)變?yōu)?5％時的軸向應(yīng)力為無側(cè)限抗壓強度。7.6.4.2軸向應(yīng)力與軸向應(yīng)變關(guān)系曲線

1—原樣試樣；2—重塑試樣四無側(cè)限抗壓強度試驗（八）注意事項1

有些結(jié)構(gòu)性黏土試樣重塑后特別軟，要注意脫模后輕拿輕放。2

若天氣干燥，試樣側(cè)面也要抹凡士林，以防水分蒸發(fā)。3

土樣重塑操作中要注意土樣中不能存在大的氣泡。4

試樣重塑后應(yīng)立即試驗，不可在保濕容器中久放后再進行試驗。（九）試驗誤差

不按上述注意事項操作均可能導(dǎo)致明顯的誤差。違反1、

3

會導(dǎo)致強度偏低，違反2、4可導(dǎo)致強度偏高。五排水反復(fù)直剪試驗（一）試驗?zāi)康暮瓦m用范圍：1本試驗用應(yīng)變控制式直剪儀在慢速（排水）條件下，對試樣反復(fù)剪切至剪應(yīng)力達到穩(wěn)定值，以測求土的殘余抗剪強度參數(shù)Cr’和Φr’。2這些土性參數(shù)對滑坡治理工程和基巖含有軟弱夾層的水利工程或巖土工程設(shè)計有重要意義。3試驗對象一般為滑帶土及巖石軟弱夾層中的黏性土，分為原狀樣和人工制備液限樣兩種。五．排水反復(fù)直剪試驗（二）采用標準：SL237—022－1999（三）術(shù)語定義殘余抗剪強度參數(shù)Cr’和Φr’

土在某一有效壓力作用下進行剪切試驗時，當剪應(yīng)力達到峰值后，繼續(xù)剪切，則剪應(yīng)力隨剪切位移增加而降低，最后達到一個穩(wěn)定值，該值稱為土的殘余抗剪強度，相應(yīng)的強度參數(shù)稱為殘余抗剪強度參數(shù)Cr’和Φr’

。五．排水反復(fù)直剪試驗（四）儀器設(shè)備主要設(shè)備：應(yīng)變控制式反復(fù)直剪儀，包括變速設(shè)備、可逆電動機和反推夾具，見圖7.6.5-1。

圖7.6.5-1反復(fù)直剪儀示意圖

1—垂直變形百分表；2—加壓框架；3—試樣；4—連接件；

5—推動軸；6—剪切盒；7—限制連接桿；8—測力計輔助設(shè)備：天平、環(huán)刀、飽和器、百分表、秒表等。五．排水反復(fù)直剪試驗（五）操作要點1試樣制備（1）對有軟弱面的原狀土，用環(huán)刀切土樣時，應(yīng)使土樣頂面平行軟弱面，且使軟弱面位于環(huán)刀高度一半處。如果原狀試樣標注了天然滑動方向，則在試樣裝入剪切盒時，要使剪切位移方向與天然滑動方向一致。（2）對無軟弱面的原狀土，可使試樣先在小于50kPa的垂直壓力下，以較快的剪速進行預(yù)剪，使形成破壞面。如試樣堅硬，可用刀、鋸等工具預(yù)先切割一個剪切面，然后加垂直壓力，待固結(jié)穩(wěn)定后進行剪切。（五）操作要點1試樣制備（3）對泥化帶較厚軟弱夾層、滑坡面，取靠近滑裂面1～2mm的土；對泥化帶較薄滑動面，取泥化的土；對無泥化帶的裂隙面，取靠近裂隙兩側(cè)的土。將上述刮取的土浸泡24小時，然后調(diào)制成均勻的液限土膏，填入環(huán)刀內(nèi)。（4）每組試樣一般為4個。五．排水反復(fù)直剪試驗五．排水反復(fù)直剪試驗（五）

操作要點2試樣安裝試樣裝入剪切盒的操作與常規(guī)直剪試驗基本相同。如果原狀試樣標注了天然滑動方向，則在試樣裝入剪切盒時，要使剪切位移方向與天然滑動方向一致。3試樣固結(jié)試樣固結(jié)的操作與常規(guī)直剪試驗相同。對于液限土膏試樣，垂直壓力要分級施加。五排水反復(fù)直剪試驗（五）操作要點4試樣剪切?首次剪切的操作與常規(guī)直剪試驗基本剪切速度相同。剪切速度：對一般粉質(zhì)土、粉質(zhì)黏土及低塑性黏土，不宜超過

0.06mm/min；對高塑性黏土，不宜超過0.02mm/min?；钊車詽衩藁ǎ乐顾终舭l(fā)。最大剪切位移達到8mm

時停止剪切。反復(fù)剪切時首先倒轉(zhuǎn)手輪，在保持現(xiàn)有垂直壓力的條件下，用反推設(shè)備緩慢地（剪切速度不大于0.6mm/min）將下盒推至與上盒重合位置，插入固定銷。待固結(jié)穩(wěn)定后實行第二次剪切。如此反復(fù)進行剪切至剪應(yīng)力達到穩(wěn)定值為止。（六）記錄表格按SL237－1999規(guī)程6.0.1規(guī)定，填寫填寫試驗記錄表。五．排水反復(fù)直剪試驗（七）計算及制圖1

按SL237—022－1999規(guī)程5.0.1規(guī)定，計算殘余抗剪強度Sr

。2

繪制剪應(yīng)力與剪切位移關(guān)系曲線，如圖7.6.5-2所示圖7.6.5-2剪應(yīng)力與剪切位移曲線五．排水反復(fù)直剪試驗（七）計算及制圖3

取每個試驗曲線的峰值作為破壞強度S，穩(wěn)定值作為殘余強度Sr

，繪制抗剪強度與垂直壓力關(guān)系曲線，如圖7.6.5-3所示。圖7.6.5-3抗剪強度與垂直壓力關(guān)系曲線五．排水反復(fù)直剪試驗（八）

注意事項1

目前使用的直剪儀的垂直加壓杠桿，有采用刀口接觸傳力和軸承接觸傳力兩種型式。對于前者，在施加垂直壓力的操作中，要切記安裝試樣時要低下頭來對加壓杠桿進行檢查，保證刀口放在正確的位置上。2

試驗前要細心調(diào)整蝸輪蝸桿的初始位置，粗心大意會導(dǎo)致試驗失敗甚至是儀器損壞。3

采用四聯(lián)電動直剪儀時，要注意保持四臺直剪儀同時工作的協(xié)調(diào)性。使用數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)時，要合理設(shè)置初始化條件，保持整個試驗系統(tǒng)的協(xié)調(diào)性。

五．排水反復(fù)直剪試驗（八）注意事項4

用液限狀態(tài)土膏試驗時，將環(huán)刀中試樣推入剪切盒的操作要謹慎小心，避免試樣滑落。試樣固結(jié)時，垂直荷載一定要從小到大分級施加至預(yù)定值，每級荷載下試樣變形穩(wěn)定后，方可施加下一級荷載。否則土膏易從透水石與剪切盒之間的縫隙中擠出，使試驗失敗。（九）試驗誤差：不按上述1、4注意事項操作均可能導(dǎo)致明顯的誤差。注：工程實際中的大位移剪切是單方向的，本試驗中的“大位移”剪切是正反兩方向累計的，二者之間存在很大差別。六．無粘性土休止角試驗（一）目的和適用范圍：本試驗測定無粘性土在風干狀態(tài)或水下狀態(tài)的休止角。該參數(shù)對散體物料堆放倉庫或堆放場地以及碎石場、排土場等類工程的設(shè)計有一定意義。（二）采用標準：SL237—023－1999規(guī)程（三）術(shù)語定義：休止角是無粘性土在松散狀態(tài)堆積時其坡面與水平面形成的最大傾角。六．無粘性土休止角試驗（四）儀器設(shè)備主要設(shè)備：休止角測定儀，如圖7.6.6-1所示。直徑10cm和20cm的圓盤分別適用于粒徑小于2mm和5mm的無粘性土。輔助設(shè)備：勺子、水槽等。圖7.6.6-1休止角測定儀1—底盤；2—圓盤；3—鐵桿；

4—制動器；5—水平螺絲

六．無粘性土休止角試驗（五）操作要點1

預(yù)先使砂樣充分風干。2

轉(zhuǎn)動制動器，使園盤落在底盤中。3

用小勺沿鐵桿四周傾倒砂樣，小勺離試樣表面的高度保持在1cm左右，直至園盤外緣被砂蓋滿為止。4

慢慢轉(zhuǎn)動制動器，使園盤平穩(wěn)升起，直至離開底盤中砂樣為止。測記砂錐頂與鐵桿接觸處的刻度。5

測定水下休止角時，先將園盤慢慢沉入水槽內(nèi)。水槽內(nèi)水面應(yīng)在鐵桿0刻度處。然后按3）、4）所述步驟傾倒砂樣和提升園盤。當砂錐頂端到達水面時，測記砂錐頂與鐵桿接觸處的刻度。6

本試驗需進行2次平行測定，取平均值為休止角，以整數(shù)（o）表示。七．靜止側(cè)壓力系數(shù)試驗（一）目的和適用范圍：本試驗用側(cè)壓力儀進行排水固結(jié)試驗，測定側(cè)向有效應(yīng)力，計算土的靜止側(cè)壓力系數(shù)。該參數(shù)用于確定天然土層的水平向應(yīng)力，并用于計算擋土結(jié)構(gòu)物的靜止側(cè)向土壓力。本試驗適用于飽和的黏質(zhì)土和砂質(zhì)土。

（二）采用標準：SL237—028－1999（三）術(shù)語定義：土的靜止側(cè)壓力系數(shù)是土體在無側(cè)向變形條件下，側(cè)向有效應(yīng)力與軸向有效應(yīng)力之比。用K0

表示，為一無量綱數(shù)。軸對稱條件下有。七．靜止側(cè)壓力系數(shù)試驗（四）

儀器設(shè)備主要設(shè)備：側(cè)壓力儀（見圖7.6.7-1），軸向加壓設(shè)備（可利用固結(jié)儀），側(cè)壓力量測設(shè)備（包括壓力傳感器及與其匹配的讀數(shù)儀表，或利用三軸儀的測壓板）圖7.6.7-1側(cè)壓力儀試驗裝置示意圖。1—側(cè)壓儀容器；2—試樣；3—接壓力傳遞系統(tǒng)；4—進水孔；5—排氣孔閥；6—固結(jié)排氣孔；7—O形圈輔助設(shè)備：切土環(huán)刀、校正樣塊、飽和器、推樣器、硅脂等。七．靜止側(cè)壓力系數(shù)試驗（五）

操作要點1側(cè)壓力儀使用前的檢查（1）排氣泡：向受壓室和測壓系統(tǒng)注無氣水，用手擠壓受壓室的橡皮膜，排除密閉受壓室和測壓系統(tǒng)的氣泡。反復(fù)操作數(shù)次至無氣泡逸出時為止。（2）查漏水：用校正樣塊代替試樣，慢慢放入側(cè)壓力儀容器中。開排氣閥，排出多余水分后關(guān)排氣閥。然后通過加壓測壓系統(tǒng)（如利用三軸儀的測壓板）逐級施加壓力，直至壓力達500kPa，如壓力讀數(shù)不降，表示系統(tǒng)不漏水。七．靜止側(cè)壓力系數(shù)試驗（五）操作要點2試樣切取，環(huán)刀直徑61.8mm，高度40～60mm。（適合黏質(zhì)土）3

試樣飽和，要求飽和度達95％以上。4

推出土樣，貼濾紙條（如透水性較強可不貼），套上橡皮膜并涂上薄層硅脂，放入側(cè)壓力儀容器內(nèi)。5

將容器置于加壓框架中就位，施加1kPa預(yù)壓，安裝軸向位移計并調(diào)零。6

開側(cè)壓力量測系統(tǒng)閥，調(diào)平電測儀表，測記受壓室中水壓力為零時的傳感器讀數(shù)。七．靜止側(cè)壓力系數(shù)試驗（五）

操作要點7

施加軸向壓力，一般按25、25、50、100、200、400

kPa逐級施加。施加每級壓力后，隨時調(diào)平電測儀表，按

0.5、1、2、4、9、16、25、36、49min???測記儀表讀數(shù)和軸向變形，直至變形穩(wěn)定為止。穩(wěn)定標準為每小時變形不大于0.01mm。8

試驗結(jié)束后，關(guān)側(cè)壓力量測系統(tǒng)閥，卸去軸壓，及時取出試樣稱重，測定含水率。9

如系砂質(zhì)土樣，則根據(jù)設(shè)定的干容重直接將干砂樣或飽和砂樣裝填在容器內(nèi)。然后按前述（5）～（8）各條進行試驗。七．靜止側(cè)壓力系數(shù)試驗（六）注意事項1側(cè)壓力儀使用前要認真檢查，測量系統(tǒng)中的氣泡要排凈，且不能漏水；2傳感器和顯示儀表使用前要做認真的校驗；3松軟土樣試驗時，樣品推入側(cè)壓力儀時要細心。（七）記錄表格按SL237－1999規(guī)程6.0.1規(guī)定，填寫試驗記錄表。七．靜止側(cè)壓力系數(shù)試驗（八）計算及制圖1

按SL237—028－1999規(guī)程5.0.1規(guī)定，計算側(cè)向壓力。2

繪制

～關(guān)系曲線，如圖所示。其斜率為靜止側(cè)壓力系數(shù)，即

圖7.7-19～關(guān)系曲線八．彈性模量試驗（一）試驗?zāi)康暮瓦m用范圍：本試驗用應(yīng)力控制式三軸儀，用軸向反復(fù)反復(fù)加荷、卸荷的方法確定土的彈性變形，計算土的彈性模量。該參數(shù)可用于估算迅速加荷情形下地基的初期沉降。本試驗適用于飽和的黏質(zhì)土和砂質(zhì)土。（二）采用標準：SL237—029－1999（三）術(shù)語定義：土的彈性模量是土體在外力作用下，應(yīng)力與彈性應(yīng)變之比。八．彈性模量試驗（四）儀器設(shè)備主要設(shè)備：應(yīng)力控制式三軸儀，如圖7.6.8-1所示。輔助設(shè)備：同一般三軸試驗。

圖7.6.8-1應(yīng)力控制式三軸儀裝置1—調(diào)壓筒；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—軸向位移計；8—軸向加壓設(shè)備；9—排氣孔；10—壓力室；11—孔隙壓力閥；12—量管閥；13—量管；14—孔壓傳感器八．彈性模量試驗（五）操作要點1

試樣制備、試樣飽和的操作與一般三軸試驗相同2

試樣固結(jié)分為各向等壓固結(jié)與K0固結(jié)兩種情形（1）各向等壓固結(jié)的操作與一般三軸試驗相同；（2）K0固結(jié)時，先施加圍壓和反壓，然后緩慢地施加軸壓，以排水量等于軸向變形量（試樣面積不變）作為控制，務(wù)使排水量等于軸向變形量與試樣初始面積的乘積，直至孔壓消散到施加的反壓，使有效側(cè)向壓力與有效軸向壓力之比等于K0值。八．彈性模量試驗（五）

操作要點3

固結(jié)完成后，關(guān)排水閥和孔壓閥，軸向位移計調(diào)零。準備分級施加軸向壓力，每級壓力為破壞主應(yīng)力差的

1/12～1/10。4施加第一級軸向壓力，同時開始計時，測記加壓后

1min時的位移計讀數(shù)。每隔1min加一級，測記位移計讀數(shù)一次，如此加四級。5在測記第四級加壓后1min位移計讀數(shù)的同時，逐級卸壓。每隔1min卸去一級，測記位移計讀數(shù)一次，如此卸四級。八．彈性模量試驗（五）操作要點

6在最后一次測記卸壓后1min位移計讀數(shù)時，按上述4）、5）規(guī)定重復(fù)進行4～5次。然后繼續(xù)分級加壓，測記每級加壓后1min時的位移計讀數(shù)，直至破壞。

7關(guān)圍壓閥，卸去軸壓，拆除試樣，稱重，測定試驗后含水率。八．彈性模量試驗（六）注意事項1

試樣的擾動對試驗結(jié)果有很大影響，要保證試驗結(jié)果有實用意義，使用高質(zhì)量的原狀試樣是根本前提。2

試驗前準備好分級加壓所需的砝碼；3

為了避免手忙腳亂，試驗宜由2人分工協(xié)作，并建議使用有呼叫功能的電子計時器（如文曲星等）。（七）記錄表格按SL237—029－1999規(guī)程6.0.1規(guī)定，填寫試驗記錄表。

八．彈性模量試驗（八）計算及制圖1

繪制加壓、卸壓與軸向變形關(guān)系曲線，如圖7.6.8-2所示。2

過最后一個滯回圈的兩端點連一直線，其斜率可體現(xiàn)土的彈性模量。3

按SL237—029－1999規(guī)程5.0.2規(guī)定，計算彈性模量：八．彈性模量試驗（八）計算及制圖圖7.6.8-2加壓、卸壓與軸向變形關(guān)系曲線八．彈性模量試驗（九）試驗誤差1本試驗操作頻繁，且時間間隔較短。手忙腳亂是容易引起試驗誤差的主要來源之一。2試驗節(jié)奏的快慢對試樣所能結(jié)果影響很大，節(jié)奏放慢會導(dǎo)致測得的彈性模量明顯偏低。九．土的變形參數(shù)（K、G）試驗（一）試驗?zāi)康暮瓦m用范圍：本試驗通過各向等壓固結(jié)試驗和等有效平均正應(yīng)力的排水剪試驗，測定土的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系，計算土的體變模量和剪切模量，為土工數(shù)值計算提供計算參數(shù)。本試驗適用于飽和的黏質(zhì)土和砂質(zhì)土。（二）采用標準：SL237—030－1999規(guī)程（三）術(shù)語定義

土的體積變形模量K定義為土體在各向等壓作用下，有效壓應(yīng)力與體積應(yīng)變之比；

土的剪切模量G定義為土體剪應(yīng)力與剪應(yīng)變之比。九．土的變形參數(shù)試驗（四）

儀器設(shè)備主要設(shè)備：應(yīng)力控制式三軸儀輔助設(shè)備：同一般三軸試驗（五）操作要點1試樣制備、試樣飽和、試驗安裝操作步驟與一般三軸試驗要求相同（見SL237—017－1999規(guī)程）。九．土的變形參數(shù)試驗（五）操作要點2體變模量試驗（1）分級進行各向等壓固結(jié)，一般可按50、100、200、400、600kPa施加。（2）每級固結(jié)完成后，關(guān)體變管閥、圍壓閥、孔壓閥，然后緩慢轉(zhuǎn)動手輪，當測力計開始微動，記下軸向位移讀數(shù)既為該級固結(jié)下沉量。（3）若需進行逐級退荷試驗，則記下各級荷載下膨脹后體變及軸向位移讀數(shù)。（4）試驗結(jié)束后，拆除試樣，稱重，測定試驗后含水率。九．土的變形參數(shù)試驗（五）操作要點3剪切模量試驗（1）首先進行各向等壓固結(jié)或K0固結(jié)。（2）固結(jié)完成后，測記體變、孔壓和軸向變形讀數(shù)。然后分級施加軸向壓力（主應(yīng)力差），每級壓力為破壞主應(yīng)力差的1/12～1/10；同時減小圍壓，使整個剪切過程中，保持有效平均主應(yīng)力為常量，這就要求三軸壓縮時保持，三軸拉伸時保持。（3）各級壓力施加后，待孔壓消散完畢再施加下一級壓力，直至試樣破壞。（4）試驗結(jié)束后，關(guān)圍壓閥，卸去軸壓，拆除試樣，稱重，測定試驗后含水率。九．土的變形參數(shù)試驗（六）注意事項1

試樣飽和應(yīng)采用反壓飽和法，以便于各級壓力施加后，監(jiān)測孔壓消散的程度。2

試驗前要精心計劃好所需施加的各級圍壓和各級軸壓的大小，并準備好與軸壓增量相應(yīng)的砝碼。圍壓的選擇應(yīng)與工程實際相適應(yīng)，最大圍壓宜大于設(shè)計荷載。3

由于圍壓和軸壓應(yīng)“同時施加”，故宜安排二人配合操作。4

剪切模量試驗時，如土比較軟弱，固結(jié)階段應(yīng)分級進行。5

如進行三軸等p拉伸試驗，則需在加壓活塞桿與壓蓋之間安裝一個連接附件。（七）記錄表格按SL237－1999規(guī)程6.0.1規(guī)定，填寫試驗記錄表。九．土的變形參數(shù)試驗（八）計算及制圖1

按SL237—030－1999規(guī)程5.1.1規(guī)定，計算體積應(yīng)變εv

、

切線體積變形模量Kt

、軸應(yīng)變ε1和廣義剪應(yīng)變ε

及廣義剪應(yīng)力q；2

繪制εv~lgp關(guān)系曲線，如圖7.6.9-1所示；3

繪制q～ε關(guān)系曲線，如圖7.6.9-2所示，每一個p值對應(yīng)一條q～ε關(guān)系曲線；4

根據(jù)所采用的數(shù)學模型，推求不同p值對應(yīng)的切線剪切模量Gt和初始剪切模量G0；

5

根據(jù)建模具體要求，還可繪制Gt～p、G0～p關(guān)系曲線；以推求相關(guān)參數(shù)。

九．土的變形參數(shù)試驗（九）試驗誤差K0固結(jié)階段及排水等p試驗均需圍壓和軸壓同時施加，人手不夠或操作不熟練均會出現(xiàn)手忙腳亂，造成大的誤差。（十）其它說明：應(yīng)當指出，本項試驗所指的土的變形參數(shù)是針對非線性

K—G模型的。實際上土工計算中常用的還有非線性E—μ

模型及E—B模型。為求得這兩種模型對應(yīng)的參數(shù)，只需進行常規(guī)的固結(jié)排水三軸壓縮試驗。相應(yīng)的試驗資料整理步驟詳見SL237—017－1999規(guī)程的附a及附b（SL237－

1999書中174～180頁）。十．單軸抗拉強度試驗（一）試驗?zāi)康暮瓦m用范圍：本試驗對圓柱形或長方形試樣逐級施加軸向拉力，使試樣達到斷裂破壞，測得單軸抗拉強度，可供分析土體表層開裂時參考使用。試驗方法分為立式和臥式兩種。（二）采用標準：SL237—031－1999（三）術(shù)語定義：土的單軸抗拉強度是試樣只在拉力作用下達到斷裂破壞時的極限正應(yīng)力。十．單軸抗拉強度試驗（四）立式單軸抗拉強度試驗1儀器設(shè)備主要設(shè)備：電機可正反轉(zhuǎn)的應(yīng)變控制式三軸儀，或具有加荷框架的應(yīng)力控制式三軸儀。附屬設(shè)備：

（1）臥式方形截面制樣模，如圖7.6.10-1所示。圖7.6.10-1正方截面制樣模具示意圖1—框架；3—墊塊；3—四片成型模；4—壓繁螺絲十．單軸抗拉強度試驗（四）立式單軸抗拉強度試驗1儀器設(shè)備附屬設(shè)備：?（2）鉤拉裝置，如圖7.6.10-2所示。?（3）其它設(shè)備：夾具、粘合劑、切土工具、百分表等。圖7.6.10-2鉤拉裝置（a）三腳爪；（b）試樣帽十．單軸抗拉強度試驗?（四）立式單軸抗拉強度試驗2a應(yīng)變控制拉伸操作要點（1）原狀試樣制備方法與一般三軸試驗相同，試樣尺寸。（2）擾動試樣制備：根據(jù)要求的干密度、含水率和試樣體積，配制濕土樣，靜置濕潤一段時間后，稱取所需濕土，分四層壓入制樣模具，制成試樣坯。然后按一般三軸試驗方法切取試樣。（3）將試樣上、下兩端分別與試樣帽和不透水板用粘合劑膠結(jié)，在試樣表面涂