粘性土三轴剪切试验的实质应力和破坏条件分析

摘要：粘性土具有压缩强度大、拉锁强度小的突出特征。作为粘性土实质特性

研究的重要方式，三轴剪切实验能过实现其实质应力和破坏条件的有效分析。本

文在阐述三轴剪切实验应用原理的基础上，从总应力表示和实质应力表示两个角

度对三轴剪切实验的应力路径的进行分析；以期有利于人们对粘性土实质应力和

破坏条件把握水平的提升，进而推动相关工程建设的规范发展。

关键词：粘性土；三轴剪切实验；实质应力；破坏条件

粘性土是工程建设的常见土体材料之一，其在压硬性和剪胀性等方面的力学

特征尤为突出。然天然沉积的粘性土在应力状态上处于不等压固结状态，一旦受

到外部作用，其必然在初始应力各向异性的影响下，产生一定的强度改变和变形

破坏，对工程的建设造成影响。基于此，进行粘性土实质应力和破坏条件的分析

已成为粘性土基础工程建的重要问题。目前，三轴剪切试验是实现这些特性分析

的有效手段，本文就此展开分析。

一、三轴剪切实验的应用原理

作为一种抗剪强度实验，三轴剪切实验以三轴仪为基础，通过对某一固定试

样增加轴向压力，探究其实质应力强度和破坏条件的实践过程中。实践过程中，

人们也将其称为三轴压缩实验，其中摩尔-库伦强度理论是其实验设计的重要支撑。具体而言，在三轴剪切实验中，其假定某一土体试样处于平衡状态，则其必然存

在三种相互垂直的应力δ1、δ2和δ3，且其受力方向分别为x、y和z，同时与三

个主应力垂直垂直的作用面分别称为大主应力面、中主应力面和小主应力面。此时，在试样上进行轴向主应力δ1的增强，再不改变其它应力的状况下，使得土

样的剪应力不断增大，直至破坏；由此，破坏时刻的应力值为土块试样的最大抗

剪强度值，同时，实验人员也实现了试样破坏条件的具体把握。

二、通过总应力进行三轴实验应力路径表达

初始应力状态标准下，重塑土和原状土试样的三轴剪切试验是三轴实验的两

种基本形态[1]。相比而言，原始场地转移和初始应力状态缺失是重塑土的基本特征；而原状土试样的三轴剪切实验以原始场地为基本载体，即其处于不等压固结

状态，静止侧压力的系数Ｋ0不等于1。传统三轴剪切实验过程中，实验人员对

于这两者的初始应力状态没有进行精确区分，在ｐ－ｑ坐标体系下，两者的表示

方法具有相似性，具体应力表达路径如下图1：

图1 以总应力表达三轴试验应力路径

结合其应力表达路径可知，若以p为常数，其三轴试验以PTC表达；而侧向

减压和侧向增加的三轴实验分别以RTC和CTE表示；同时PTE代表了三轴伸长剪

切实验，RTE代表了轴向减压剪切实验。在图一中，就线路破坏的斜率而言，增

压破坏线路的斜率明显高于拉伸破坏线路的斜率；即压缩对黏土造成的破坏高于

拉伸破坏。

三、通过实质应力进行三轴试验应力路径表达

传统应力路径表达难以实现三轴剪切实验相关数据的高精度表达，故而在实

践中，人们引入以实质应力进行三轴剪切实验应力路径表达的方式，对于粘性土

特性的精确把控具有重大影响。

1.实验过程设计

在实质应力表达过程中，若将三轴剪切实验的ｐ-q 坐标系统进行平移和旋转，

美国GEOCOMP应力路径三轴仪

美国GEOCOMP应力路径三轴仪简介用途： Geocomp静三轴与应力路径三轴可以全自动完成土的应力路径试验。将试样安放后，设置好试验参数，然后所有过程均由系统自动完成。该系统通过软件自动完成试验初始化设置、饱和试验、固结(各向同性、各向异性或K0)和应力路径（剪切）试验。环球香港科技有限是美国GEOCOMP在中国的唯一的独家。概述： LoadTrac II/FlowTrac II系统采用高速、精确的微步进马达对试样施加轴向荷载和压力。包括一个施加轴向压力的荷载架、一个控制围压的液压泵和一个控制反压的液压泵。该系统可以在0.00003 ~ 15mm/min之间任意位移速度施加恒定速率应变。特点：通过网络通讯模块和相关的软件，可以在一台计算机上自动控制试验过程、采集和实时显示数据、生成试验报告。技术参数：

The LoadTrac II/FlowTrac II system for triaxial testing fully automates the conduct of CU, CD and any possible stress path triaxial test on soils. Once a soil sample is in place, and the test conditions are selected, the LoadTrac II/FlowTrac II system will run the entire triaxial test from start to finish. This system is operated by software which automates the initialization, saturation, consolidation (isotropic, anisotropic or Ko) and shear phases of the test. The system comes as a complete, self-contained unit with all of the equipment requiredto perform fully automated triaxial and stress path tests. The LoadTrac II/FlowTrac II system utilizes high speed, precision micro stepper motors to apply the vertical load and pressures to the soil specimen. It includes one load frame for vertical stress, one flow pump for cell pressure and one flow pump for back pressure. The sys-tem is capable of applying a constant rate of strain at any displacement rate from 0.00003 up to 15 mm per minute (0.000001 to 0.6 inches per minute). Sensor readings are displayed in SI or English units and stored in memory. With the network communications module and appropriate software, the entire test can be automatically controlled, data captured and displayed in real-time, and test reports prepared on a PC. Optional software running in Windows? 2000, XP, or Vista completely automates running the test, reducing the data and preparing test results. MOTOR Stepper motor with built-in controls TRAVEL Built-in displacement transducer with 76 mm (3 in.) range and 0.0013 mm (0.00005 in) resolution DISPLACE-MENT Control from 0.00003 to 35 mm per minute (0.000001 to 1.3 in. per min- FLOW RANGE 0.000006 to 3 cc per second POWER 110/220 V, 50/60 Hz, 1phase

直剪试验和三轴剪切试验对比分析

直剪试验和三轴剪切试验对比分析【摘要】土的抗剪强度是指地基土抵抗外荷载破坏的能力。抗剪强度指标是确定地基土承载力的关键指标，在地基与基础设计及办坡工程设计中至关重要。土的抗剪强度指标主要是通过室内试验获得。试验方法主要有直接快剪、固结快剪和固结不排水剪。本文通过在室内对同一土体进行固结快剪和固结不排水剪试验，探研两种试验方法所得结果的差异。【关键词】抗剪强度；固结快剪；固结不排水剪为了确定建筑物地基承载力、预测边坡的稳定性、确定渠道和基抗的坡角等，都需要研究土的抗剪强度。抗剪强度指标是工程计算中需要的直接计算指标。土在外力作用下在剪切面单位面积上所能承受的最大剪应力称为土的抗剪强度。土的抗剪强度是由颗粒间的内摩擦力以及胶结物和水膜的分子引力所产生的粘聚力共同组成。 1. 土的抗剪强度的基本理论 1773年，库仑根据砂土的摩擦试验，砂土的抗剪强度决定于砂土的内摩擦角，即决定于砂土颗粒之间的内摩擦力。它与压应力成正比。砂土的抗剪强度曲线为一过原点的直线，可用τf=σtgφ表示。后来又提出粘性土的抗剪强度表达式为： τf=c+σtgφ

式中：τ f ——土的抗剪强度，kpa； σ——作用于剪切面上的法向应力，kpa； φ——土的内摩擦角，（°） c——土的粘聚力，kpa。据库伦定律求土的抗剪强度指标是很简单。但由于土的抗剪强度受许多因素影响，如试验时的排水条件、试样的受压历史、剪切的速度、仪器的类型和操作方法等，所以c、φ值随着影响因素的不同而异，实际上，它是表示在一定条件下的抗剪强度。 2. 试验方法对比 2.1 固结快剪。试验仪器采用直接剪刀切仪。首先将制备好的3～4个高2cm面积30cm2的圆柱形土体分别置于剪切盒内，使其承受一定的竖向压力σ下排水，待固结稳定后快速施加水平剪应力使其剪破，在剪应力施加过程中记录下剪应力的峰值强度，若未出现峰值取剪位移为4mm相对应的剪应力作为它的抗剪强度（一般最大位移为试样直径的1/15～1/10。对于直径61.8mm的试样，其最大剪切位移为4～6mm，所以规定取剪切位移为4mm对应的剪应力为抗剪强度值。同时要求试验的剪切位移达6mm）。 2.2 固结不排水剪。试验仪器采用三轴压缩仪。首先将3～4个制备好的高8cm面积12cm2的圆柱形土体在周围压力σ3下排水，待固结稳定后，开始剪切，过程中按一定变形量测记测力计、轴向变形和孔隙水压

GDS标准应力路径三轴系统操作说明

标准应力路径三轴测试系统操作说明 ——安徽建筑工业学院STDTTS系统1.GDSLAB软件操作 1.1.打开GDSLAB软件 1.2.检查硬件的通讯参数点击Management，出现如下图

并点击Object Display，出现系统硬件的连接图， 8通道数据采集板

Comm Port: 1 Baud: 4800 Parity: n(此处必须为None，否则无法正常通讯，这一点很重要) Data Bits: 8 Stop Bits: 2 设置上面的参数后，就开始设置压力/体积控制器 STDDPC V2，包括反压、轴压和围压的通讯参数，点击“Select STDDPC controller”，会弹出“GDS USB controller selection tool ”，然后选择下拉菜单下的文件，从3个控制器的通讯文件选择一个，之后点击“Selected”，系统就会为反压控制器选择通讯文件。图29为反压控制器通讯设置正常后的状态。轴向压力/体积控制通讯参数跟反压一样，当反压和轴向控制器选好后，一定要注意控制器与压力室的链接情况。当三个图标的通讯参数设置好以后，就点击“Read”图标，查看各个传感器是否有读数。注意，本系统在已经选好通讯文件，一般情况下，如果不出现系统错误，不需要再进行设置，只需要在实验前检查下就可以了。在每个控制器后面有个序列号，反压为12813，轴压为12811，围压为12809，注意检查控制器与压力室管路连接是否正确。

选择控制的通讯文件 STDDPC V2 连接状态

1.3.传感器和控制器清零在装土样前，要对传感器和控制器清零 1.3.1. 传感器清零，只能在软件上清零点击某个传感器所对应的眼睛图标，会出现对话框，点击Advanced，然后在“Soft Zero Offset”旁边点击“Set Zero”，观察传感器的读数就会变成0。如果出现很小的波动为正常。轴向力、孔压和轴向位移传感器清零都是如此。

土的三轴剪切试验

实验五土的三轴剪切试验学时：2学时实验性质：综合型实验一、目的要求：土的三轴剪切试验是综合性试验，通过对试验的设计，能获得在不同的排水条件下土的应力与应变的关系和强度参数。通过试验加深对土力学基本理论的理解，培养学生的动手能力和创新能力。掌握土的三轴剪切试验基本原理和试验方法，了解试验的仪器设备，熟悉试验的操作步骤，掌握三轴剪切试验成果的整理方法，根据试验成果绘制应力与应变的关系曲线，计算土的聚力和摩擦角。二、试验原理：一般认为，土体的破坏条件用莫尔－库仑（Mohr-Coulomb ）破坏准则：土体在各向主应力作用下，作用在某一应力面上的剪应力τ与法向应力σ之比达到某一比值，土体将沿该面发生剪切破坏。莫尔－库仑破坏准则的表达式为：φσσφσσsin 2 cos 23131++=-C 。1σ大主应力，3σ小主应力，C 土的粘聚力，φ土的摩擦角。三轴剪切试验就是根据莫尔－库仑破坏准则测定土的强度参数粘聚力c 和摩擦角φ。三、试验方法：根据加载类型的不同，三轴剪切试验又可分为三种试验方法：不固结不排水剪(UU)；固结不排水剪(CU)；固结排水剪(CU)。四、仪器设备： 1．应变控制式三轴仪(图5. 1—1)：由压力室、轴向加压设备、周围压力系统、反压力系统、孔隙水压力量测系统、轴向变形和体积变化量测系统组成。 2．附属设备：包括击样器、饱和器、切土器、原状土分样器、切土盘、承膜筒和对开圆膜，应符合下图要求：1)击样器(图5. 1－2)，饱和器(图5. 1－3)。2)切土盘、切土器和原状土分样器(图5. 1－4)。3)承膜筒及对开圆模(图5. 1—5及图5. 1—6)。 3．天平：称量200g ，最小分度值0. 0lg ；称量1000g ，最小分度值0. 1g 。 4．橡皮膜：应具有弹性的乳胶膜，对直径39. 1和61. 8mm 的试样；厚度以0. 1～0. 2mm 为宜，对直径101mm 的试样，厚度以0. 2～0. 3为宜。

三轴试验相关理论知识

三轴试验相关理论知识一、基本概念 1.常用术语法向力——垂直于滑动面上的应力，也叫正应力σ。σ=N/A （N ：作用于滑动面的力；A ：滑动面的面积）剪应力——与法向力垂直的切向应力τ。τ=F/A （F ：与法向力相垂直的摩擦力）主平面——没有剪应力的平面。主应力——主平面上的法向应力（正应力）。在相互垂直的立方体上(图1)又分成：大主应力（σ1）——轴向应力；小主应力（σ3）——径向应力；中主应力（σ2）——界于大、小主应力之间的径向应力。 (常规三轴试验的试样呈圆柱形，中、小主应力相等，即σ2=σ3，谓之轴对称条件下的试验。) 偏应力——轴向应力与径向应力（或大、小主应力）之差，即（σ1-σ3）。摩檫角——剪应力达到极限（土体开始滑动）时的剪破角Φ，此时Φ=α （tan Φ为摩檫系数）图1 主应力与主应力面抗剪强度——随着剪应力的增加，剪阻力亦相应增加。而剪阻力达到一定限度就不再增大这个强度称为土的抗剪强度。 2.摩尔圆摩尔圆源自材料力学之应力圆，由于是科学家摩尔首先提出的，故叫摩尔圆。（图2）通过土体内某微小单元的任一平面，一般都作用着一个合应力，并可分解为法向应力（σ）和剪应力（τ）两个分量。如图3，沿圆柱体轴线取一个垂直面作应力分析，可得如下的关系式：将两式平方后相加，整理后得出图2 摩尔应力园上式的几何意义是，在σ-τ坐标系里以（σ1+σ3）/ 2，0为圆心、（σ1-σ3）/ 2为半径的圆。在三轴试验轴对称时的平面上，当试样给定σ1和σ3，如果已知试样上的大、小主应力面的方向，就可以从摩尔圆上确定试样内任一斜面上的剪应力τ和法向应力σ。摩尔圆在σ-τ坐标系里的应力关系如图4所示。图的右边为一三轴试样，左边为相应的摩尔圆。过圆的D 点（σ1）作平行于试样大主应力面AB 线，交圆上 Op 点；过圆E 点（σ3）作平行于小主应力面AC 线，必通过Op 点（∵AB 与AC 正交，∠DEOp 是半圆的圆周角）。然后经交点Op 作与OpD 线成α角的直线，交圆于P 图3 三轴试样的应力状态 α σστασσσσσ2sin )(2 1 2cos )(21)(21313131-=-++= 2312231)2 ()2(σστσσσ-=++-

三轴剪切试验操作规程

三轴剪切试验操作规程 1、将仪器放在固定位置上，调平仪器。 2、试验前应在各齿轮处加少量机油润滑，打开电源预热20分。 3、三轴试验根据排水情况分为三种类型：即不固结不排水(UU)试验、固结不排水剪（CD）测孔隙水压力(CU)试验和固结排水剪 (CD)试验已适用不同工程条件而进行强度指标测定。 4、三轴试验必须制备3个以上性质相同的式样，在不同周围压力下进行试验。周围压力宜根据工程实际试验要求确定。 5、应变控制式三轴仪由压力式、轴向加压设备、周围压力系统、反压力系统、孔隙水压力系统、轴向变形和体积变化测量系统组成。 6、附属设备：包括击样器、饱和器、切土器、原状土分样器、切土盘、承膜筒和对开圆膜 7、在压力室的底座上，依次放上不透水板、试样及不透水试样帽，将橡皮膜筒套在试样外，并用橡皮圈将橡皮腊两端与此同时底座及试样帽分别扎紧。 8、将压力室罩顶部活塞提高，放下压力室罩，将活塞对准试样中心，并均匀地拧紧底座连接螺母。向压力室注满纯水待压力室顶部排气孔有水溢出时，拧紧排气孔，并将活塞对准测力计和试样顶部。 9、按电控柜面板的围压设定，设置试验需要的围压值，将离合器调到空位，转动空挡手轮，当试样帽与活塞及测力计接触，装上变形指示计，将测力计和变形指示计调至零位。 10、输入工程编号、土样编号、试验方法，剪切速率。 11、关排水阀，开周围压力阀，施加周围压力，开始剪切。 12、试验结束后，关电动机，关周围压力阀，脱开离合器将离合器调至于粗位，转动粗调手轮，将压力室降下，打开排气孔，排除压力室内的水，拆卸压力室罩，拆除试样。关掉电源，擦洗仪器。山西春晖工程质量检测有限责任公司

三轴剪切试验

实验十三轴剪切试验一、概述三轴剪切试验是测定土的抗剪强度的主要方法之一。它通常用3~4个圆柱形试样分别在不同的围压下施加轴向压力对试样进行剪切，直至破坏，然后根据摩尔——库伦理论，求得土的抗剪强度指标φ和c 。根据排水条件的不同，三轴剪切试验可分为不固结不排水剪(UU)、固结不排水剪(CU)和固结排水剪(CD)三种试验方法。不固结不排水剪试验，在施加周围压力σ3和轴向偏应力（σ1-σ3），直至试样剪坏的整个过程中，均不允许试样排水固结，即不让孔隙水压力消散。固结不排水剪试验，在施加周围压力时，允许试样充分排水固结；在施加偏应力时，不允许排水至试样剪坏。固结排水剪试验，在施加周围压力和轴向偏应力，直至试样剪坏的整个过程中，使试样充分排水固结。这里只介绍饱和试样的固结不排水剪试验。二、试验原理三轴试验采用圆柱形试样，对试样在空间三个坐标方向上施加压力。试验时先通过压力室有压液体，使试样在三个轴向受到相同的周围压力σ3，并维持整个试验过程不变。然后通过活塞杆向试样施加垂直轴向压力，直到试样剪坏。若由活塞杆所加的试样破坏时的压力强度为q ＝σ1-σ3，小主应力是周围压力 σ3。由一个试样所得的σ1和σ3，可以绘制一个极限应力圆。若干个试样，可得在不同周围压力作用下，试样剪坏时的最大主应力，从而可绘制若干个极限应力圆，作这些应力圆的公切线，便是土的抗剪强度包线，由此包线可求得强度指标c 和φ，附图10.1所示。三、仪器设备 1、常用的三轴剪切仪，按施加轴向压力方式的不同，分为应变控制式和应力控制式两种。 2、应变控制式三轴仪见附图10.9所示。包括压力室、轴向加压设备、施加周围压力系统、体积变化和孔隙压力量测系统等。 3、附属设备：击实筒、饱和器、切土盘、切土器和切土架、分样器、承膜筒、天平、附图10.1 抗剪强度包线

循环加载条件下土的应力路径本构模型

基金项目作者简介黑龙江人博士后路德春姚仰平张在明杜修力北京工业大学城市与工程安全减灾省部共建教育部重点实验室北京北京航空航天大学交通科学与工程学院北京摘要土的应力应变关系与应力路径密切相关充分接近的两条加载路径所产生的变形基本相同因此可将任意应力路径转化为与其充分接近且易于计算变形的应力路径在此基础上本文通过定义两个应力状态的参量分别描述等应力比循环加载和等平均应力循环加载条件下土的塑性变形规律以及两者的相互影响并给出一个新的加卸载准则在不增加任何土性参数的条件下将现有的土的应力路径本构模型扩展应用于循环加载条件通过与试验结果的比较表明本文提出的循环加载模型模型简单易用只含关键词本构模型应力路径循环加载加卸载准则研究背景而且与外力作用密切相关然而现有土的本构模型大都建立在塑性变形与应力路径无关假定的基础上如剑桥模型模型通常用与实际工程相同或相近的应力路径来进行土工试验应力路径的相关性等个区域殷宗泽胡德金等路德春等根据土在不同加载条件下应力提出了一种考虑应力路径相关性的方法即认为充分接近的两条加载路径下土所产生的变形基本相等因而可将任意应力路径以循环加载和等平均应力循环加载条件在不增加任何土性参数的条件采用基于广义非线性强度理论三维化方法将模型用于三维应力条件桥模型通过与文献资料中的砂土和黏土在多种应力路径下的试验结果的比较表明本文模型可较合理地描述循环每个参数均具有明确的物理意

模型的应力应变关系土的应力路径本构模型为增量形式的应力应变关系利用广义虎克定律计算弹性体应变和弹性剪应变分别为式中上式中式中上式中式中为初始孔隙比塑性体积应变与塑性剪应变的表达式分别为式中即由剪缩转为剪胀拐点处的应力比为等向固结压缩基于准则的变换应力张量上式中

土的三轴剪切试验

实验五土的三轴剪切试验学时：2学时实验性质：综合型实验一、目的要求：土的三轴剪切试验是综合性试验，通过对试验的设计，能获得在不同的排水条件下土的应力与应变的关系和强度参数。通过试验加深对土力学基本理论的理解，培养学生的动手能力和创新能力。掌握土的三轴剪切试验基本原理和试验方法，了解试验的仪器设备，熟悉试验的操作步骤，掌握三轴剪切试验成果的整理方法，根据试验成果绘制应力与应变的关系曲线，计算土的内聚力和摩擦角。二、试验原理：一般认为，土体的破坏条件用莫尔－库仑（Mohr-Coulomb ）破坏准则：土体在各向主应力作用下，作用在某一应力面上的剪应力τ与法向应力σ之比达到某一比值，土体将沿该面发生剪切破坏。莫尔－库仑破坏准则的表达式为：φσσφσσsin 2 cos 23131++=-C 。1σ大主应力，3σ小主应力，C 土的粘聚力，φ土的内摩擦角。三轴剪切试验就是根据莫尔－库仑破坏准则测定土的强度参数粘聚力c 和内摩擦角φ。三、试验方法：根据加载类型的不同，三轴剪切试验又可分为三种试验方法：不固结不排水剪(UU)；固结不排水剪(CU)；固结排水剪(CU)。四、仪器设备： 1．应变控制式三轴仪(图5. 1—1)：由压力室、轴向加压设备、周围压力系统、反压力系统、孔隙水压力量测系统、轴向变形和体积变化量测系统组成。 2．附属设备：包括击样器、饱和器、切土器、原状土分样器、切土盘、承膜筒和对开圆膜，应符合下图要求：1)击样器(图5. 1－2)，饱和器(图5. 1－3)。2)切土盘、切土器和原状土分样器(图5. 1－4)。3)承膜筒及对开圆模(图5. 1—5及图5. 1—6)。 3．天平：称量200g ，最小分度值0. 0lg ；称量1000g ，最小分度值0. 1g 。 4．橡皮膜：应具有弹性的乳胶膜，对直径39. 1和61. 8mm 的试样；厚度以0. 1～0. 2mm 为宜，对直径101mm 的试样，厚度以0. 2～0. 3为宜。图5.1－1 应变控制式三轴仪图5.1－2 击样器图5.1－3 饱和器 1－套环；2－定位螺丝；3－导杆；4－击锤； 1－圆模(3片)；2－紧箍 5－底板；6－套筒；7－击样筒；8－底座 3－夹板；4－拉杆；5－透水板图5.1－4 原装土和土盘分样器图5.1－5 承膜筒图5.1－6 对开圆模全自动三轴仪 TSZ10-1.0应变控制式三轴仪

三轴剪切试验

试验九三轴剪切试验一、概述三轴剪切试验是试样在某一固定周围压力下逐渐增大轴向压力直至试样破坏的一种抗剪强度试验是以摩尔-库仑强度理论为依据而设计的三轴向加压的剪力试验。三轴剪切试验是测定土体抗剪强度的一种比较完善的室内试验方法通常采用3~4个圆柱形试样分别在不同的周围压力下测得土的抗剪强度再利用摩尔 -库仑破坏准则确定土的抗剪强度参数。三轴剪切试验可以严格控制排水条件可以测量土体内的孔隙水压力另外试样中的应力状态也比较明确试样破坏时的破裂面是在最薄弱处而不像直剪试验那样限定在上下盒之间同时三轴剪切试验还可以模拟建筑物和建筑物地基的特点以及根据设计施工的不同要求确定试验方法因此对于特殊建筑物构筑物、高层建筑、重型厂房、深层地基、海洋工程、道路桥梁和交通航务等工程有着特别重要的意义。二、试验方法根据土样固结排水条件和剪切时的排水条件三轴试验可分为不固结不排水剪试验 UU 、固结不排水剪试验 CU 、固结排水剪试验 CD 以及K0固结三轴试验等。以下仅对不固结不排水剪 UU 试验进行详细介绍。 1、不固结不排水剪试验 UU 试样在施加周围压力和随后施加偏应力直至剪坏的整个试验过程中都不允许排水这样从开始加压直至试样剪坏土中的含水量始终保持不变孔隙水压力也不可能消散可以测得总应力抗剪强度指标cu υu。 2、固结不排水剪试验 CU 试样在施加周围压力时允许试样充分排水待固结稳定后再在不排水的条件下施加轴向压力直至试样剪切破坏同时在受剪过程中测定土体的孔隙水压力可以测得总应力抗剪强度指标ccu υcu和有效应力抗剪强度指标c’ υ’。 3、固结排水剪试验 CD 试样先在周围压力下排水固结然后允许试样在充分排水的条件下增加轴向https://www.360docs.net/doc/447205907.html, 压力直至破坏同时在试验过程中测读排水量以计算试样体积变化可以测得有效应力抗剪强度指标cd υd。 4、K0固结三轴剪切试验常规三轴试验是在等向固结压力 σ1=σ2=σ3 条件下排水固结而K0固结三轴试验是按σ3=σ2= K0σ1施加周围压力使试样在不等向压力下固结排水然后再进行不排水剪或排水剪试验。三、仪器设备 1、三轴仪三轴仪依据施加轴向荷载方式的不同可以分为应变控制式和应力控制式两种目前室内三轴试验基本上采用的是应变控制式三轴仪。应变控制式三轴仪由以下几个组成部分图9-1 图9-1应变控制式三轴剪切仪 —调压筒 —周围压力表 —周围压力阀 —排水阀 — 体变管子 —排水管 —变形量表 —量力环 —排气孔 10—轴向加压设备 11—压力室 12—量管阀 13—零位指示器 14—孔隙压力表 15—量管 16—孔隙压力阀 17—离合器 18— 手轮 19—马达 20—变速箱三轴压力室。压力室是三轴仪的主要组成部分它是一个由金属上盖、

土三轴压缩试验报告完整版

土三轴压缩试验报告 HEN system office room 【HEN16H-HENS2AHENS8Q8-HENH1688】

实验六土三轴压缩试验实验人：学号：（一）、试验目的 1、了解三轴剪切试验的基本原理； 2、掌握三轴剪切试验的基本操作方法； 3、了解三轴剪切试验不同排水条件的控制方法和孔隙压力的测量原理； 4、进一步巩固抗剪强度的基本理论。（二）、试验原理三轴剪切试验是用来测定试件在某一固定周围压力下的抗剪强度，然后根据三个以上试件，在不同周围压力下测得的抗剪强度，利用莫尔-库仑破坏准则确定土的抗剪强度参数。三轴剪切试验可分为不固结不排水试验（UU）、固结不排水试验（CU）以及固结排水剪试验（CD）。 1、不固结不排水试验：试件在周围压力和轴向压力下直至破坏的全过程中均不允许排水，土样从开始加载至试样剪坏，土中的含水率始终保持不变，可测得总抗剪强度指标和UCU； 2、固结不排水试验：试样先在周围压力下让土体排水固结，待固结稳定后，再在不排水条件下施加轴向压力直至破坏，可同时测定总抗剪强度指标和CUCCU或有效抗剪强度指标和C及孔隙水压力系数； 3、固结排水剪试验：试样先在周围压力下排水固结，然后允许在充分排水的条件下增加轴向压力直至破坏，可测得总抗剪强度指标和dCd。（三）、试验仪器设备 1、三轴剪力仪（分为应力控制式和应变控制式两种）。

应变控制式三轴剪力仪有以下几个组成部分（图8-1）：图8-1 应变控制式三轴剪切仪 1－调压桶；2－周围压力表；3－周围压力阀；4－排水阀；5－体变管；6－排水管；7－变形量表；8－测力环；9－排气孔；10－轴向加压设备；11－压力室；12－量管阀；13－零位指标器；14－孔隙压力表；15－量管；16－孔隙压力阀；17－离合器；18－手轮；19－马达；20－变速箱。（1）三轴压力室压力室是三轴仪的主要组成部分，它是由一个金属上盖、底座以及透明有机玻璃圆筒组成的密闭容器，压力室底座通常有3个小孔分别与围压系统以及体积变形和孔隙水压力量测系统相连。（2）轴向加荷传动系统采用电动机带动多级变速的齿轮箱，或者采用可控硅无级调速，根据土样性质及试验方法确定加荷速率，通过传动系统使土样压力室自下而上的移动，使试件承受轴向压力。（3）轴向压力测量系统通常的试验中，轴向压力由测力计（测力环或称应变圈等等）来反映土体的轴向荷重，测力计为线性和重复性较好的金属弹性体组成，测力计的受压变形由百分表测读。轴向压力系统也可由荷重传感器来代替。（4）周围压力稳压系统采用调压阀控制，调压阀当控制到某一固定压力后，它将压力室的压力进行自动补偿而达到周围压力的稳定。（5）孔隙水压力测量系统孔隙水压力由孔隙水压力传感器测得。（6）轴向应变（位移）测量装置轴向距离采用大量程百分表（0～30mm百分表）或位移传感器测得。（7）反压力体变系统由体变管和反压力稳定控制系统组成，以模拟土体的实际应力状态或提高试件的饱和度以及测量试件的体积变化。

三轴压缩试验的步骤(正式)

TSZ-3应变控制式三轴仪（无级调速）中国水电十局中心试验室 2012-7-20编写操作步骤一：不固结不排水剪切： 1．1：打开反压排水阀（向右，确保加压帽畅通）→固定土样→上升压力室直到与测力环接触：注水：打开压力室上面的排气塞、压力室阀（注水）、压力室注水阀→开动水泵开始注水→待排气塞有水溢出时关闭水泵、排气塞、压力室阀（注水）、压力室注水阀：根据规程设定围压数值→打开围压注水阀→逆时针旋转手轮到底→关闭围压注水阀→打开围压阀→顺时针旋转手轮至围压设定值→拧紧手轮上的螺帽→点击控制器上的稳压→调整两个百分表归零→根据规程设置速率→点击控制器上的上升、开始剪切→记录位移计每走2mm对应测力计的读数→点击控制器上的停止速率、停止稳压. ：卸压排水：打开压力室阀（排水）→轻轻打开压力室排水阀→关闭围压阀→打开压力室上的排气塞→开动水泵开始排水→下降主机压力室→取出土样二：固结不排水剪切：：打开反压排水阀（向右，确保加压帽畅通）→固定土样→上升压力室直到与测力环接触：注水：打开压力室上面的排气塞、压力室阀（注水）、压力室注水

阀→开动水泵开始注水→待排气塞有水溢出时关闭水泵、排气塞、压力室阀（注水）、压力室注水阀：固结：调整反压力管的水位和土样中心线相齐平，读取反压力管的初始水位→打开反压排水阀，开始固结→当孔压值消散到围压的5%左右时(孔压值在固结过程中读取)，固结结束→记录反压力管的刻度，关闭反压排水阀：剪切：根据规程设定围压数值→打开围压注水阀→逆时针旋转手轮到底→关闭围压注水阀→打开围压阀→顺时针旋转手轮至围压设定值→拧紧手轮上的螺帽→点击控制器上的稳压→调整两个百分表归零→根据规程设置速率→点击控制器上的上升、开始剪切→记录位移计每走2mm对应测力计的读数→点击控制器上的停止速率、停止稳压：卸压排水：打开压力室阀（排水）→轻轻打开压力室排水阀→关闭围压阀→打开压力室上的排气塞→开动水泵开始排水→下降主机压力室→取出土样三：固结排水剪切: ：打开反压排水阀（向右，确保加压帽畅通）→固定土样→上升压力室直到与测力环接触：注水：打开压力室上面的排气塞、压力室阀（注水）、压力室注水阀→开动水泵开始注水→待排气塞有水溢出时关闭水泵、排气塞、压力室阀（注水）、压力室注水阀. ：固结：调整反压力管的水位和土样中心线相齐平，读取反压力管的初始水位→打开反压排水阀，开始固结→当孔压值消散到围压的5%

粘性土应力路径试验概要

第27卷第5期2005年9月南京工业大学学报 JOURNAL OF NANJ I N G UN I V ERSI TY OF TECHNOLOGY Vol . 27No . 5 Sep. 2005 粘性土应力路径试验常银生, 王旭东, 宰金珉, 徐建龙

(南京工业大学土木工程学院, 江苏南京210009 摘要:利用G DS 多功能三轴仪, 对南京河西地区原状粘性土进行了常规三轴压缩、减压三轴压缩和等p 应力路径的固结不排水三轴试验, 探讨不同应力路径下粘性土的变形和强度特性。实验表明:不同应力路径下土的应力应变关系都呈曲线形态相似的非线性应变硬化型, 而土的峰值强度和土中孔隙水压力差异明显; 验得到的有效应力路径形态一致, 常规三轴压缩试验中有效应力路径呈S 。关键词:粘性土; 固结不排水三轴试验; 应力路径中图分类号:T U411文献标识码:A -( 05--, 的应力状态, [1, ] 方向有关, La 提出的应力路径方法为研究在不同加载条件下土的强度和变形特性提供了一个合理方法。基坑开挖卸荷引起坑周土中应力场的变化, 因所处位置不同, 土体经受的应力路径也不尽相同, 国 [3, 4] 内外学者对基坑开挖中的应力路径和不同应力 [5～7][8, 9] 路径下土的变形、强度等特性进行了现场监测和室内应力路径三轴试验研究。研究表明不同的应力路径下土的性质存在明显差异, 常规三轴压缩试验结果用于基坑工程分析时, 导致计算结果与实际情况差距较大。已有的研究成果由于受试验设备的控制和数据采集等功能的限制, 难以全面反映试验过程和试验结果, 存在一定的局限性, 因此有必要对不同应力路径下土的强度和变形等特性进行详细的深入研究。 σ1>0, 本文选取常规三轴压缩应力路径(Δ Δσ3=0 、等平均应力p 应力路径(Δp =0 及基坑

试验四、三轴压缩试验.

试验四、三轴压缩试验（一）概述三轴压缩试验是测定土的抗剪强度的一种方法。它通常用3～4个圆柱形试样分别在不同的恒定围压（即小主应力3σ）下施加轴向压力（即主应力差1σ—3σ），对试样进行剪切，直至破坏，然后根据摩尔—库伦理论，求得土的总抗剪强度指标?和c 以及有效抗剪强度指标'?和'c 。根据排水条件的不同，三轴剪切试验可分为不固结不排水剪（UU ）、固结不排水剪（CU ）和固结排水剪（CD ）三种试验方法。不固结不排水剪（UU ）在施加周围压力3σ和轴向偏应力1σ—3σ直至试样剪坏的整个过程中，均不允许试样排水固结，所得强度指标为总强度指标u ?和u c 。固结不排水剪（CU ）试验中，试样先在周围压力3σ作用下排水固结，然后在试样不允许排水的条件下，施加偏应力1σ—3σ至试样剪坏。固结不排水可得到总强度指标cu ?和cu c ，如试验时量测孔隙水压力也可得到有效强度指标'?和'c 。固结排水剪（CD ）试验时，试样先在周围压力下排水固结，然后在允许试样排水的条件下，施加偏应力1σ—3σ，至试样剪破坏。该试验由于在整个试验过程中允许试样排水固结，孔隙水压力始终保持为零，总应力等于有效应力，故此时的总强度指标即为有效应力强度指标d ?和d c 。本次试验只做饱和试样的固结不排水剪。（二）试验原理三轴试验采用圆柱形试样，可以对试样的空间三个坐标方向上施加压力。试验时先通过压力室内的有压液体，使试样在三个轴向受到相同的周围压力3σ（其大小由压力计测定），并维持整个试验过程不变。然后通过活塞向试样施加垂直轴向压力，直到试样剪坏。若由活塞杆所施加的试样破坏时的压力强度为1σ=q —3σ（偏应力），小主应力是周围压力，中主应力2σ和3σ相等。则由一个试样所得的1σ和3σ，可以绘制一个极限应力圆。对同一种土，另取几个试样，改变围压3σ，试样剪坏时所加的轴压力1σ也会改变，从而又可绘制另几个极限应力圆。这样，在不同周围压力下试验，就可得到一组（最少三个试样）极限应力圆。作这些应力圆的公切线，即是土的抗剪强度包线c +=?στtg ，由此包线可求得抗剪强度指标?和c 。（三）仪器设备（1）常用的三轴仪，按施加轴向压力方式的不同，分为应变控制式和应力控制式两种。（2）应变控制式三轴仪见图4–1所示。包括压力室、试验机、施加周围压力系统、体积变化和孔隙压力量测系统等。（3）附属设备：击实筒、饱和器、切土盘、切土器和切土架、分样器、承膜筒、天平、量表、橡皮膜等。

sy4三轴剪切试验

试验项目四三轴剪切试验试验目的：三轴剪切试验是测定土体抗剪强度的一种方法，通常用3～4个圆柱形试样，分别在不同的恒定围压力下（即小主应力σ3）施加轴向压力（即主应力差σ1－σ3）进行剪切直至破坏，然后根据摩尔—库仑理论，求得土的抗剪强度参数c 、φ值。同时，试验过程中若测得了孔隙水压力还可以得到土体的有效抗剪强度指标c′、φ′和孔隙水压力系数等。试验方法：三轴剪切试验可分为不固结不排水试验（UU ）、固结不排水试验（CU ）以及固结排水剪试验（CD ）。 1、不固结不排水试验：试件在周围压力和轴向压力下直至破坏的全过程中均不允许排水，土样从开始加载至试样剪坏，土中的含水率始终保持不变，可测得总抗剪强度指标U C 和U φ； 2、固结不排水试验：试样先在周围压力下让土体排水固结，待固结稳定后，再在不排水条件下施加轴向压力直至破坏，可同时测定总抗剪强度指标CU C 和CU φ或有效抗剪强度指标C '和φ'及孔隙水压力系数； 3、固结排水剪试验：试样先在周围压力下排水固结，然后允许在充分排水的条件下增加轴向压力直至破坏，可测得总抗剪强度指标d C 和d φ。试验指导书：三轴剪切试验一、目的 1、了解三轴剪切试验的基本原理； 2、掌握三轴剪切试验的基本操作方法； 3、了解三轴剪切试验不同排水条件的控制方法和孔隙压力的测量原理； 4、进一步巩固抗剪强度的基本理论。二、试验原理三轴剪切试验是用来测定试件在某一固定周围压力下的抗剪强度，然后根据三个以上试件，在不同周围压力下测得的抗剪强度，利用莫尔-库仑破坏准则确定土的抗剪强度参数。三轴剪切试验可分为不固结不排水试验（UU ）、固结不排水试验（CU ）以及固结排水剪试验（CD ）。 1、不固结不排水试验：试件在周围压力和轴向压力下直至破坏的全过程中均不允许排水，

直剪试验和三轴剪切试验对比分析说课讲解

直剪试验和三轴剪切试验对比分析

直剪试验和三轴剪切试验对比分析摘要：本文通过对直剪试验和三轴剪试验的比较，借此与同行交流。关键字：直剪；三轴剪；对比分析土的抗剪强度定义为土体抵抗剪切破坏的极限能力，是土的重要力学性质之一。在土力学中，采用摩尔-库仑强度准则，用内摩擦角和内聚力来表现土的抗剪强度规律，即是在土的破裂面上，抗剪强度随法向应力增长的规律。土的抗剪强度在计算承载力、评价地基稳定性以及计算挡土墙土压力时，都有重要的应用。因此，正确的测定土的抗剪强度，在计算和评价土体的性质有重要的意义。根据土体受力面和受力方式不同，测定土的抗剪强度的方法和仪器也不同，常用的方法主要有室内的直接剪切试验、无侧限抗压强度试验和三轴压缩试验及原位的十字板剪切试验等。本文主要针对直接剪切试验和三轴压缩试验进行分析对比。一、直剪试验直接剪切试验就是是在某一预订的面上剪切土的试件，测定该面上的剪应力和抗剪强度的试验。我国目前普遍采用的是应变控制式直剪仪。如图1，试样施加某一法向

应力σ，然后等速推动下盒，使试样在沿上下盒之间的水平面上受剪直至破坏，剪应力t的大小可借助与上盒接触的量力环而确定。根据试样在剪切过程中剪应力t与剪切位移S之间的关系曲线，（2-a）可以确定抗剪强度τf通常同一种土取4个试样，分别在不同的法向应力（J下剪切破坏，可将试验结果绘制成如图2（2 - b）所示的抗剪强度与法向应力之间的关系曲线。图2 的（ 2 - a ）是剪应力与剪切位移的关系；图2的（ 2 - b ）是抗剪强度与法向应力关系。按照剪切前土的固结程度，剪切时排水的条件以及剪切加荷的快慢，直接剪切试验方法可分3种：（1）快剪试验（不排水剪）。（2）固结快剪试验（固结不排水剪）。在法向压力下试样充分排 7JC，待完全固结后，再快速施加水平剪力使试样剪切破坏。二、三轴试验三轴压缩试验是测定土的抗剪强度一种比较完善的方法。它通常用3―4个圆柱形试样，分别承受不同的周围压力并保持周围压力不变，然后施加轴向压力，进行剪切直至破坏，再根据摩尔-库仑理论，求得抗剪强度指标。三轴试验能够模拟土体的三轴受力情况如图3 （ 3 - a ）和

土的三轴剪切试验

实验五土的三轴剪切试验学时：2学时实验性质：综合型实验一、目的要求：土的三轴剪切试验是综合性试验，通过对试验的设计，能获得在不同的排水条件下土的应力与应变的关系和强度参数。通过试验加深对土力学基本理论的理解，培养学生的动手能力和创新能力。掌握土的三轴剪切试验基本原理和试验方法，了解试验的仪器设备，熟悉试验的操作步骤，掌握三轴剪切试验成果的整理方法，根据试验成果绘制应力与应变的关系曲线，计算土的内聚力和摩擦角。二、试验原理：一般认为，土体的破坏条件用莫尔—库仑（Mohr-Coulomb ）破坏准则：土体在各向主应力作用下，作用在某一应力面上的剪应力与法向应力之比达到某一比值，土体将沿该面发生剪切破坏。莫尔—库仑破坏准则的表达式为：丄一 3 Ccos 」 3 sin 。 1大 2 2 1 C 土的粘聚力，土的内摩擦角。主应力， 3小主应力，三轴剪切试验就是根据莫尔-库仑破坏准则测定土的强度参数粘聚力c和内摩擦角。三、试验方法：根据加载类型的不同，三轴剪切试验又可分为三种试验方法：不固结不排水剪（UU）；固结不排水剪（CU）;固结排水剪（CU）。四、仪器设备： 1 .应变控制式三轴仪（图5. 1—1）:由压力室、轴向加压设备、周围压力系统、反压力系统、孔隙水压力量测系统、轴向变形和体积变化量测系统组成。 2. 附属设备：包括击样器、饱和器、切土器、原状土分样器、切土盘、承膜筒和对开圆膜，应符合下图要求：1）击样器（图5. 1 —2），饱和器（图5. 1 —3）。2）切土盘、切土器和原状土分样器（图5. 1 —4）。3）承膜筒及对开圆模（图5. 1—5及图5. 1 —6）。 3. 天平：称量200g,最小分度值0. Olg ;称量1000g，最小分度值0. 1g。 4 .橡皮膜：应具有弹性的乳胶膜，对直径39. 1和61. 8mm的试样；厚度以0. 1?0. 2mm 为宜，对直径101mm的试样，厚度以0. 2?0. 3为宜。

土的静三轴剪切试验

土的静三轴剪切试验一、基本原理三轴压缩试验是测定土的抗剪强度的一种方法。它通常用3-4个圆柱形试样，分别在不同的恒定周围压力（σ3）下，施加轴向压力，即主应力差（σ1-σ3），进行剪切直到破坏；然后根据摩尔-库伦理论，求得抗剪强度参数。适用于测定细粒土及砂类土的总抗剪强度参数及有效抗剪强度参数。本次试验主题词：周围压力；轴向压力；不固结不排水剪；固结不排水剪；固结排水剪。二、仪器设备 1．三轴压缩议：应变控制式，由周围压力系统、反压力系统、孔隙水压力量测系统和主机组成。 2．附属设备：包括击实器、饱和器、切土器、分样器、切土盘、承膜筒和对开圆模。 3．天平：称量200g，感量0.019；称量1000g，感量0.1g。 4．橡皮膜：应具有弹性，厚度应小于橡皮膜直径的1／100，不得有漏气孔。三、操作步骤试样的制备：（1）将制备成大于试样直径和高度的毛坯，放在切土器内用钢丝锯和修土刀，制备成所要求规格的试样（2）试样饱和一般采用真空抽气饱和法，将切好的试样装入饱和器后，先浸没在带有清水的真空饱和缸内，连续真空抽气2-4小时（粘土），然后停止抽气，静置12小时左右即可。（3）原状试样制备，应将土切成圆柱形试样，试样两端应平整并垂直于试样轴，当试样侧面或端部有小石子或凹坑时，允许用削下的余土修整，试样切削时应避免扰动，并取余土测定试样的含水量。（4）扰动试样制备，应根据预定的干密度和含水量，在击实器内分层击实，粉质土宜为3一5层，粘质土宜为5一8层，各层土料数量应相等，各层接触面应刨毛。（5）对于砂性土应先在压力室底座．全依次放上不透水板，橡皮膜和对开圆膜。将砂料填入对开圆膜内，分三层按预定干密度击实。当制备饱和试样时，在对开圆膜内注入纯水至1／3高度，将煮沸的砂料分三层填入，达到预定高度。放上不透水板、试样帽，扎紧橡皮膜。对试样内部施加5KPa负压力使试样能站立，折除对开圆膜。（6）对制备好的试样，应量测其直径和高度。

试验六三轴试验

实验六：三轴试验一、基本原理三轴剪切试验是用来测定试件在某一固定周围压力下的抗剪强度，然后根据三个以上试件，在不同周围压力下测得的抗剪强度，利用莫尔-库仑破坏准则确定土的抗剪强度参数。三轴剪切试验可分为不固结不排水试验（UU ）、固结不排水试验（CU ）以及固结排水剪试验（CD ）。 1、不固结不排水试验：试件在周围压力和轴向压力下直至破坏的全过程中均不允许排水，土样从开始加载至试样剪坏，土中的含水率始终保持不变，可测得总抗剪强度指标U C 和U φ； 2、固结不排水试验：试样先在周围压力下让土体排水固结，待固结稳定后，再在不排水条件下施加轴向压力直至破坏，可同时测定总抗剪强度指标CU C 和CU φ或有效抗剪强度指标C ′和φ′及孔隙水压力系数； 3、固结排水剪试验：试样先在周围压力下排水固结，然后允许在充分排水的条件下增加轴向压力直至破坏，可测得总抗剪强度指标d C 和d φ。二、试验目的 1、了解三轴剪切试验的基本原理； 2、掌握三轴剪切试验的基本操作方法； 3、了解三轴剪切试验不同排水条件的控制方法和孔隙压力的测量原理； 4、进一步巩固抗剪强度的基本理论。三、试验设备 1、三轴剪力仪（分为应力控制式和应变控制式两种）。（1）三轴压力室：压力室是三轴仪的主要组成部分，它是由一个金属上盖、底座以及透明有机玻璃圆筒组成的密闭容器，压力室底座通常有3个小孔分别与围压系统以及体积变形和孔隙水压力量测系统相连。（2）轴向加荷传动系统：采用电动机带动多级变速的齿轮箱，或者采用可控硅无级调速，根据土样性质及试验方法确定加荷速率，通过传动系统使土样压力室自下而上的移动，使试件承受轴向压力。（3）轴向压力测量系统：通常的试验中，轴向压力由测力计（测力环或称应变圈等等）来反映土体的轴向荷重，测力计为线性和重复性较好的金属弹性体组成，测力计的受压变形由百分表测读。轴向压力系统也可由荷重传感器来代替。（4）周围压力稳压系统：采用调压阀控制，调压阀当控制到某一固定压力