内容发布更新时间 : 2024/11/6 7:54:26星期一 下面是文章的全部内容请认真阅读。

能尽量考虑实际工程中存在的不同固结排水条件，通常采用不同加荷速率的试验方法来近似模拟土体在受剪时的不同排水条件，由此产生了三种不同的直剪试验方法，即快剪、固结快剪和慢剪。

（1）快剪。快剪试验是在对试样施加竖向压力后，立即以0.8 mm/min的剪切速率快速施加水剪应力使试样剪切破坏。一般从加荷到土样剪坏只用3～5min。由于剪切速率较快，可认为对于渗透系数小于106 cm/s的粘性土在剪

－

切过程中试样没有排水固结，近似模拟了“不排水剪切”过程，得到的抗剪强度指标用

c，?q

q

表示。

（2）固结快剪。固结快剪是在对试样施加竖向压力后，让试样充分排水固结，待沉降稳定后，再0.8 mm/min的剪切速率快速施加水平剪应力使试样剪切破坏。固结快剪试验近似模拟了“固结不排水剪切”过程，它也只适用于渗透系数小于106 cm/s的粘性土，得到的抗剪强度指标用

－

c

，

cq

?cq

表示。

（3）慢剪。慢剪试样是在对试样施加竖向压力后，让试样充分排水固结，待沉降稳定后，以小于0.02 mm/min的剪切速率施加水平剪应力直至试样剪切破坏，使试样在受剪过程中一直充分排水和产生体积变形，模拟了“固结排水剪切”过程，得到的抗剪强度指标用

c，?s

s

表示。

（4）直剪试验的优缺点

直剪试验具有设备简单，土样制备及试验操作方便等优点，因而至今仍为国内一般工程所广泛使用。但也存在不少缺点，主要有：

l）剪切面限定在上下盒之间的平面，而不是沿土样最薄弱的面剪切破坏；

2）剪切面上剪应力分布不均匀，且竖向荷载会发生偏转（上下盒的中轴线不重合），主应力的大小及方向都是变化的；

3）在剪切过程中，土样剪切面逐渐缩小，而在计算抗剪强度时仍按土样的原截面面积计算；

4）试验时不能严格控制排水条件，并且不能量测孔隙水压力；

5）试验时上下盒之间的缝隙中易嵌入砂粒，使试验结果偏大。

2. 三轴压缩试验

（1）三轴压缩试验仪器

三轴压缩试验所使用的仪器是三轴压缩仪（也称三轴剪切仪），其构造示意图如图5-8所示，主要由三个部分所组成：主机、稳压调压系统以及量测系统。

主机部分包括压力室、轴向加荷系统等。压力室是三轴仪的主要组成部分，它是一个由金属上盖、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个小孔分别与稳压系统以及体积变形和孔隙水压力量测系统相连。

稳压调压系统由压力泵、调压阀和压力表等组成。试验时通过压力室对试样施加周围压力，并在试验过程中根据不同的试验要求对压力予以控制或调节，如保持恒压或变化压力等。

量测系统由排水管、体变管和孔隙水压力量测装置等组成。试验时分别测出试样受力后土中排出的水量变化以及土中孔隙水压力的变化。对于试样的竖向变形，则利用置于压力室上方的测微表或位移传感器测读。

其它常用的三轴压缩仪

常规液压三轴仪

（2）三轴试验的基本原理

非饱和土三轴压缩仪 动静压缩仪

常规三轴试验一般按如下步骤进行：

1）将土样切制成圆柱体套在橡胶膜内，放在密闭的压力室中，根据试验排水要求启闭有关的阀门开关。

2）向压力室内注入气压或液压，使试样承受周围压力 作用，并使该周围压力在整个试验过程中保持不变。

??

3）通过活塞杆对试样加竖向压力，随着竖向压力逐渐增大，试样最终将因受剪而破坏。

上述试验过程将依据试验要求不同而有所变化，可分别参见不固结不排水剪、固结不排水剪和固结排水剪的试验演示。

设剪切破坏时轴向加荷系统加在试样上的竖向压应力（称为偏应力）为 ，而小主应力为

△??

，则试样上的大主应力为

= +

?? ??

△??

，据此可作出一个极限应力圆。用同一种土样的若干个试件（一般3～4个）分别在不同的

??

周围压力 下进行试验，可得一组极限应力圆，如图5-9(c)中的圆Ⅰ,圆Ⅱ和圆Ⅲ。作出这些极限应力圆的公切线，

??

即为该土样的抗剪强度包络线，由此便可求得土样的抗剪强度指标c,值。

?

图5-9 三轴试验基本原理

(a)试样围压 (b)破坏时试样主应力 (c)应力圆与强度包线

（3）三轴试验方法

通过控制土样在周围压力作用下固结条件和剪切时的排水条件，可形成如下三种三轴试验方法：

1）不固结不排水剪（UU试验）

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，即从开始加压直至试样剪坏，土中的含水量始终保持不变，孔隙水压力也不会消散。UU试验得到的抗剪强度指标用cu、 表示，这种试验方法所

?u对应的实际工程条件相当于饱和软粘土中快速加荷时的应力状况。

不固结不排水剪的试验过程可观看动画

2）固结不排水剪（CU试验）

在施加周围压力 时，将排水阀门打开，允许试样充分排水，待固结稳定后关闭排水阀门，然后再施加偏应力，

?3使试样在不排水的条件下剪切破坏。在剪切过程中, 试样没有任何体积变形。若要在受剪过程中量测孔隙水压力，则要打开试样与孔隙水压力量测系统间的管路阀门。CU试验得到的抗剪强度指标用ccu、

?cu

表示，其适用的实际工程

条件为一般正常固结土层在工程竣工或在使用阶段受到大量、快速的活荷载或新增荷载的作用下所对应的受力情况，在实际工程中经常采用这种试验方法。

固结不排水剪的试验过程可观看动画

3）固结排水剪（CD试验）

在施加周围压力及随后施加偏应力直至剪坏的整个试验过程中都将排水阀门打开，并给予充分的时间让试样中的孔隙水压力能够完全消散。CD试验得到的抗剪强度指标用cd、

?d

表示。

固结排水剪的试验过程可观看动画

有关三轴试验内容

三轴压缩试验

一、试验目的

测定土的抗剪强度，提供计算地基强度和稳定使用的土的强度指标内摩擦角?和内聚力c。

二、试验方法

一般有不固结不排水试验（UU）、固结不排水试验（CU）和固结排水试验（CD）。

三、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200 g，感量0.01 g；称量1000 g，感量0.1 g。

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。

三轴压缩仪

（4）三轴试验结果的整理

下面通过一个实例数据来说明如何用总应力法和有效应力法整理三轴试验的成果。

【例题5-2】 设有一组饱和粘土试样作固结不排水试验，3个试样分别施加的周围压力 、剪破时的偏应力

?3 (?1

－?3)

f和孔隙水压力uf等有关数据及部分计算结果见表5-1。

表5-1 三轴固结不排水试验成果 kPa

土样编号 1 50 92 142 2 100 120 220 3 150 164 314 土样编号 uf 1 23 2 40 60 180 3 67 83 247 ?3 f (?1－?3) 27 119 ?1

上述三轴试验数据的整理过程主要包括以下步骤：

在 ?? 坐标系中分别作出三个总应力摩尔圆，再作出其公切线即为总应力强度包线Kf ，量出强度包线的 轴

???上的截距和水平倾角即为总应力抗剪强度指标，其值分别为c=10 kPa,

????

°。用相同的步骤作出有效应力摩尔圆和

有效应力强度包线，量出相应的有效应力抗剪强度指标为 c' =6 kPa,。如图5-10所示。 ?'???°