2023年三軸實(shí)驗(yàn)報(bào)告

+南大罌

三軸實(shí)驗(yàn)報(bào)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(hào)

專隧道工程

業(yè)

小目錄

1.實(shí)驗(yàn)?zāi)康?。

2.儀器設(shè)備。1

3.試樣制備環(huán)節(jié)1。

4.試樣的安裝和固結(jié).......................2

5.數(shù)據(jù)解決（鄧肯一張模型8大參數(shù)的擬定）....2

6.注意事項(xiàng)................................9

7.總結(jié)。錯(cuò)誤!未定義書簽。

1.實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/p>

(1).三軸壓縮實(shí)驗(yàn)室測(cè)定圖的抗剪強(qiáng)度的一種方法，它通過用3~4個(gè)圓柱形

試樣，分別在不同的恒定周邊壓力下，施加軸向壓力，進(jìn)行剪切直至破壞；然后根

據(jù)摩爾一強(qiáng)度理論，求得土的抗剪強(qiáng)度參數(shù);同時(shí)還可求出鄧肯一張模型的其它

6個(gè)參數(shù)。

(2).本實(shí)驗(yàn)分為不固結(jié)不排水剪(UU);固結(jié)不排水剪(CU或而)和固結(jié)排

水剪(CO)等3種實(shí)驗(yàn)類型。本次實(shí)驗(yàn)采用的是固結(jié)排水剪(CD).

2.儀器設(shè)備

本次實(shí)驗(yàn)采用全自動(dòng)應(yīng)變控制式三軸儀：有反壓力控制系統(tǒng),周邊壓力控制

系統(tǒng)，壓力室，孔隙壓力測(cè)量系統(tǒng)，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，實(shí)驗(yàn)機(jī)等。

3.試樣制備環(huán)節(jié)

(1).本次實(shí)驗(yàn)所用土屬于粉粘土，采用擊實(shí)法對(duì)擾動(dòng)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(cè)

定風(fēng)干含水率，按規(guī)定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(shí)，使含水率均勻。取出土料復(fù)測(cè)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。擊樣筒在使用前應(yīng)洗擦干凈。

(4).根據(jù)規(guī)定的干密度，稱取所需土質(zhì)量。按試樣高度分層擊實(shí)，本次實(shí)驗(yàn)

為粉粘土，分5層擊實(shí)。各層土料質(zhì)量相等。每層擊實(shí)至規(guī)定高度后，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含水率登記表

盒號(hào)盒重(g)盒加濕土重(g)盒加干士重(g)含水率含水率均值

6b008410.5223.1521.4515.5%

15.75%

6b050310.5123.7421.9116.0%

實(shí)驗(yàn)規(guī)定干密度為L(zhǎng)7g/cm3,飽和器容積為96cm3,所以所需濕土質(zhì)量為:

m=(l+w)pv=(1+0.1575)x1.7x96=188.8(g)

分5層擊實(shí)，則每層質(zhì)量為37.76go

(5).試樣飽和：采用抽氣飽和，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)真空度接近本地1個(gè)大氣壓后，應(yīng)繼續(xù)抽氣1個(gè)小時(shí)。抽氣完畢后漸

漸注入清水,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

樣周邊貼上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。

⑶.用軟刷子自下向上輕輕按撫試樣，以排除試樣與橡皮膜之間的氣泡?？?/p>

啟動(dòng)空隙壓力閥及量管閥,使水漸漸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，使水從試樣帽漸漸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(shí),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，開周邊壓力閥，施加所需的周邊壓力。周邊壓

力大小應(yīng)與工程實(shí)際荷載相適應(yīng)，并盡也許使最大周邊壓力與土體的最大實(shí)際荷

載大體相等。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，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).在打開土工實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，選擇好實(shí)驗(yàn)參數(shù),然后點(diǎn)擊開始實(shí)驗(yàn)，

實(shí)驗(yàn)則進(jìn)入飽和度判斷狀態(tài)，當(dāng)飽和度達(dá)95%以上時(shí)自動(dòng)進(jìn)入固結(jié)狀態(tài),當(dāng)試樣

固結(jié)度達(dá)95%時(shí)自動(dòng)再進(jìn)入剪切狀態(tài)。

(9).剪切出現(xiàn)峰值后,或達(dá)成相應(yīng)的應(yīng)變，實(shí)驗(yàn)便自動(dòng)結(jié)束。卸除壓力，在進(jìn)

行下一圍壓下的實(shí)驗(yàn)。

5.數(shù)據(jù)解決(鄧肯一張模型8大參數(shù)的擬定)

(1).切線模量的鄧肯-張計(jì)算公式：

/(巧一4)。一sin9)

E,=Kp.至x1---------------------⑴-------------

2ccos(p-2C(T3sin(p

式中E,——切線彈性模量，kPa;

%---周邊壓力,kPa；

Pa---大氣壓力,kPa;

Rf一一破壞比，數(shù)值小于1；

(P一一土的內(nèi)摩擦角,(°)

c---土的粘聚力,kPa；

K,n——實(shí)驗(yàn)常數(shù)。

(2).切線泊松比按下列兩式計(jì)算：

/

G-Flg久

。（百一4）

A=(3)

/\fl

Rf(CT,-cr3)(l-sin(p)

KPa生

IPJ2ccos0+2。％sin(p

式中G,D,F——實(shí)驗(yàn)常數(shù)。

公式⑴，⑵，⑶中包含8個(gè)實(shí)驗(yàn)常數(shù):K、〃、9、c、%、G、D、F,

這就是鄧肯一張模型的8大參數(shù)。

（3）.求得實(shí)驗(yàn)常數(shù)的的方法。

①c、。值的求得

繪制出不同圍壓下的摩爾應(yīng)力圓，則c、。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

由于本次實(shí)驗(yàn)采用的是全自動(dòng)的上工實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)采集解決系統(tǒng),已不需人工讀

入和解決數(shù)據(jù),TgWin系統(tǒng)自動(dòng)計(jì)算出。=18.7y=31.9。

②求得R/：

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2o

(5—6)uit

e

d

x

n

s

L

b

)

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)

%一巧

式中a——初始切線模量的倒數(shù);

b——主應(yīng)力差漸近值（歷的倒數(shù)。

變換坐標(biāo)的雙曲線見圖3。

o

圖3變換坐標(biāo)的雙曲線

由。和匕即可求得初始切線模量和主應(yīng)力差的漸近值。

按下式計(jì)算破壞比R：

(6)

式中（5-%）/---主應(yīng)力差的破壞值,kPa；

（5-%）“〃---主應(yīng)力差的漸近值,kPao

由TgWin系統(tǒng)自動(dòng)繪制的變換坐標(biāo)的雙曲線見圖4:

(

g

0

)

/

1

3

TgWin系統(tǒng)自動(dòng)計(jì)算出％=0.755o

③K、〃的求得

初始切線模量與固結(jié)壓力有以下關(guān)系:

/V1

Ei=Kp”—（7）

\Pa

式中Pa---大氣壓力，kPa。

K、w由lgg~lg%曲線擬定（見圖5）。

圖5lgg~lgq關(guān)系曲線

由TgWin系統(tǒng)自動(dòng)繪制的IgE,~lgq關(guān)系曲線如下:

圖6關(guān)系曲線

由上圖易知,K=202.7,〃=0.114o

④。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:

3

⑻

變換縱坐標(biāo)，如圖8:

~=f+(9)

式中f一一初始切線泊松比；

D一一軸向應(yīng)變漸近值的倒數(shù)。

從上圖中可求得了、。值。

由TgWin系統(tǒng)自動(dòng)繪制的變換縱坐標(biāo)的雙曲線見圖9:

70-r

1_______________

，;_______________

________________——

60-

400kPa：

：：：

：：：200kPa：

501IIr—|IIIIIIIIIIIIIIIIIIIIII

0.02.04.06.08.010.012.0

￡3(%)

No.5

圖9變換縱坐標(biāo)的雙曲線

TgWin系記錄算得D=0.000o

⑤G、尸的求得

繪制從與lg4關(guān)系曲線（見圖10）:

4二G-Flg2（10）

IP"

式中從一一不同％作用下的初始孔隙比；

G、產(chǎn)由自~館丐關(guān)系曲線求得。

圖10從~恒內(nèi)關(guān)系曲線

而由TgWin系統(tǒng)自動(dòng)繪制的“~恒力關(guān)系曲線見圖11:

0.640

0.590

0.540

i

ZL

0.490

IJ

-d<-

0.440G-

--

?」d-

1-

F1:-

E-

-

l'—-

1I-

1I-

0.390

110100

o3/Pa

圖114Tg巴關(guān)系曲線

TgWin系統(tǒng)解決得G=0.500,F=0.000o通過上面的5個(gè)環(huán)節(jié)就可求得鄧肯

一張模型的8大參數(shù)。

（4）本次實(shí)驗(yàn)所求得的8大參數(shù)值列表如表2:

表2鄧肯一張模型的8大參數(shù)

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