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试验一 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34个圆柱形试样分别在不同的恒定围压（即小主应力）下施加轴向压力（即主应力差），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。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）在施加周围压力和轴向偏应力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和。固结不排水剪（CU）试验中，试样先在周围压力作用下排水固结，然后在试样不允许排水的条件下，施加偏应力至试样剪坏。固结不排水可得到总强度指标和，如试验时量测孔隙水压力也可得到有效强度指标和。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，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和。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（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（偏应力），小主应力是周围压力，中主应力和相等。则由一个试样所得的和，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，试样剪坏时所加的轴压力也会改变，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，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41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。图41 应变控制式三轴剪切仪1调压筒；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量力环；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变速箱图42 切土盘四 试验步骤1设备检查（1）周围压力的精度要求达到最大压力的1%，测读分值一般应为5kPa，根据试样强度的大小，选择不同量程的量力环，使最大轴向压力的精度不小于1%。（2）排除孔隙压力量测系统的气泡。关闭量管阀，用三轴压力室（三轴压力室内充满无气水）对孔隙压力量测系统中的无气水（煮沸冷却后的蒸馏水）施加压力，小心打开量管阀，使管路中气泡从量管排出，反复几次，直到气泡完全排出为止。关闭孔隙压力阀和量管阀，用调压筒施加压力，检查孔隙压力量测系统的体积因数，应小于1.510-5cm3/kPa。（3）检查排水管路是否通畅；活塞在轴套内滑动是否正常；连接处有无漏水、漏气现象。仪器检查完毕，关周围压力阀、孔隙压力阀和排水阀，以备使用。（4）橡皮膜在使用前应作仔细检查。其方法是在膜内充气，扎紧两端，然后在水下检查有无漏气。2试样制备原状试样，可从钻孔原状土柱或试坑原状土块中切取。图43 切土器和切土架试样尺寸应符合表4-1下列要求：超径颗粒的粒径不应超过试样直径的1/5。表4-1试样直径(mm)允许颗粒最大粒径(mm)3.9126.18510.1010对于较软的土样，先用钢丝锯或削土刀切取一稍大于规定尺寸的土柱，放在切土盘上、下圆盘之间，再用钢丝锯或削土刀紧靠侧板，由上往下细心切削，边切削边转动圆盘，直到土样被削成规定直径为止。然后按试验要求的试样高度截取试样，并削平上下两端，见图42。对于较硬的土样，先用削土刀或钢丝锯切取一稍大于规定尺寸的土样，上下两端削平，按试样的要求层次方向，放在切土架上，用切土器切削。先在切土器环刀口内壁涂上一层薄的凡士林，将切土器的刀口对准土样，边削土边压切土器，一直切削到比要求的试样高度约高2cm为止，然后拆开切土器，将试样取出，按要求的高度将两端削平，见图43。将切削好的试样称重，准确到0.1g。试样高度和直径量测，并按下式计算试样的平均直径： （41）图44 饱和器1土样筒；2紧箍；3夹板；4拉杆；5透水石式中：D1、D2、D3分别为试样上、中、下部分的直径。取切下的余土，平行测定含水率，取其平均值作为试样的含水率（同一组原状试样，含水率差值不宜大于2%）。3试样饱和根据试样的性质有抽气饱和、水头饱和、施加反压力饱和等几种饱和方法。这里仅介绍抽气饱和法。抽气饱和。将试样装入饱和器内（图44）置于抽气缸内，盖紧后进行抽气，当真空度接近一个大气压后，对于粉质土（壤土）再继续抽半小时以上，粘质土抽1小时以上，密实的粘质土抽2小时以上，然后徐徐注入清水，并使真空度保持稳定。待饱和器完全淹没在水中后，停止抽气。解除抽气缸内的真空，让试样在抽气缸内静置10小时以上然后取出试样称重（试样饱和由实验室完成）。4.试样的固结与剪切根据排水条件的不同，三轴试验分为不固结不排水剪（UU），固结不排水剪（CU或）和固结排水剪（CD）三种类型。本次只做不固结不排水剪。一）不固结不排水剪（UU）1.试样安装（1）将试样放在仪器底座的不透水水圆板上，在试样的顶部放置不透水试样帽。（2）将橡皮膜套在承膜筒内，两端翻出膜外（见图7-5）从吸嘴吸气，使膜贴紧承膜筒内壁，然后套在试样外，放气，翻起橡皮膜取出承膜筒。用橡皮圈将橡皮膜分别扎紧在仪器底座和试样帽上。（3）装上压力室外罩。装时应先将活塞提高，以防碰撞试样，然后将活塞对准试样帽中心，并均匀地旋紧螺丝，再将量力环对准活塞。（4）开排气孔，向压力室充水，当压力室快注满水时，降低进水速度，水从排气孔溢出时，关闭排气孔。（5）开周围压力阀，施加所需的周围压力。周围压力应与工程的实际荷重相适应，并尽可能使最大周围压力与土体的最大实际荷重大致相等。（6）旋转手轮，当量力环的量表微动时表示活塞已与试样帽接触，然后将量力环的量表和变形量表的指针调整到零位。2.试样剪切剪切应变速度一般取每分钟0.51.0%（可据土的不同性质而异）。开动马达，接上离合器，进行剪切。开始阶段，试样每产生垂直应变0.30.4%测记量力环量表读数和垂直变形量表读数各一次。当垂直应变达3%以后，读数间隔可延长为0.70.8%各测记一次。当接近峰值时应加密读数，如果试样特别硬脆或软弱，可酌情加密或减少测读的次数。当出现峰值后，再继续剪35%垂直应变；若量力环的量表读数无明显减少，则当垂直应变进行到1520%时，停止剪切。试验结束后关闭马达，关周围压力阀，拨开离合器，倒转手轮，然后打开排气孔，排去压力室内的水，拆除压力室外罩，擦干试样周围的余水，脱去试样外的橡皮膜，描述破坏后形状，称试样质量，测定试验后含水率。对其余试样，只改变周围压力，按以上步骤进行试验。二）固结不排水剪（CU）1.试样安装（1）开孔隙压力阀及量管阀，使仪器底座充水排气，并关阀。将煮沸过的透水石放在仪器底座上。然后放上湿滤纸，放置试样，试样上端亦放一湿滤纸及透水石。为了加速排水固结，可在试样周围贴上79条宽度为6毫米左右的浸湿滤纸条，滤纸条两端与透水石连接。（2）把已检查过的橡皮膜套在承膜筒上，两端翻出膜外，从吸嘴吸气，使膜贴紧承膜筒内壁，然后把橡皮膜筒套在试样外，放气，翻起橡皮膜，橡皮膜紧贴在试样上，取出承膜筒，用橡皮圈将橡皮膜下端扎紧在仪器底座上。（3）用软刷子或双手自上而下轻轻按抚试样，以排除试样与橡皮膜之间的气泡（对于饱和软粘土，可打开孔隙压力阀及量管阀，使水徐徐流入试样与橡皮膜间，以排除夹气，然后关阀）。（4）打开排水阀，使水从试样帽徐徐流出以排除管路中气泡，并将试样帽放置于试样顶端，排除顶端气泡，将橡皮膜扎紧在试样帽上。（5）降低排水管，使其水面至试样中心高程以下20-40cm，吸出试样与橡皮膜之间多余水分，然后关闭排水阀。（6）装上压力室外罩，将活塞提高到最高位置，以免和试样碰撞，然后将活塞对准试样帽中心，并均匀地旋紧螺丝，再将量力环对准活塞。打开压力室上的排气孔，向压力室充水。（当压力室快充满水时，降低进水速度，当水从排气孔溢出时，关闭排气孔，然后使排水管的水面与试样中心高度齐平，并测记水面读数）。（7）调整孔隙压力起始读数，使排水管水面位于试样中心高度处开量管阀，记下孔隙压力表起始读数，然后关量管阀。（8）开周围压力阀，施加所需的周围压力。周围压力大小与工程的实际荷重相适应，并尽可能使最大周围压力与土体的实际荷重大致相等。（9）旋转手轮，当量力环的量表微动时，表示活塞已与试样帽接触，然后将量力环的量表和变形量表的指针调整到零位。2.排水固结（1）加周围压力后缓缓打开孔隙压力阀，测记稳定后的孔隙压力读数，减去孔隙压力表起始读数，即为周围压力下试样的孔隙水压力u。（2）打开排水阀的同时开动秒表，按时间测记固结排水管水面及孔隙压力表读数。以便了解试样内孔隙水压力的消散情况，在整个试验过程中，固结排水管水面应始终保持在试样的中心高度，当排水量不再有变化时固结度至少达95%，即可关排水阀，记下固结排水管和孔隙压力表的读数。然后转动细调手轮，使活塞与试样帽接触（注意避免试样放置不正的假接触现象）记下轴向变形量读数，即固结下沉量h，算出固结后试样高度hc。然后将量力环量表、垂直变形量表都调至零。3.试样剪切（1）选择剪切速率粉质土每分钟应变为0.10.5%：一般粘质土每分钟应变为0.10.05%，高密度或高塑性土每分钟应变500外径（mm）51内径（mm）35管靴长度（mm）5076刃口角度1820刃口单刃厚度（mm）2.5钻杆直径（mm）42相对弯度1/1000 三 操作过程钻具钻至试验土层标高以上约15厘米处，以避免下层土受扰动。贯入时，穿心锤落距为76厘米，使其自由下落，将贯入器直打入土层中15厘米。以后每打入土层30厘米的锤击数，即为实测锤击数N。提出贯入器，取出贯入器中的土样进行鉴别描述。如此继续逐层试验。当钻杆长度大于3米时，锤击数应按下式进行钻杆长度修正：=aN，式中为标准贯入试验锤击数，a为触探杆长度校正系数，如触探杆长分别为3、6、9、12、15、18、21米时，则a相应分别为1、0.92、0.86、0.81、0.77、0.73、0.70。四 测定根据标准贯入试验锤击数测定各类砂的地基承载力（公斤/平方厘米），一般为：当击数大于30时，密实的砾砂、粗砂、中砂（孔隙比均小于0.60）为4公斤/平方厘米；当击数小于或等于30而大于15时，中密的砾砂、粗砂、中砂（孔隙比均大于0.60而小于0.75）为3公斤/平方厘米，细砂、粉砂（孔隙比均大于0.70而小于0.85）为1.52公斤/平方厘米；当击数小于或等于15而大于或等于10时，稍密的砾砂、粗砂、中砂（孔隙比均大于0.75而小于0.85）为2，细砂、粉砂（孔隙比均大于0.85而小于0.95）为11.5。对于老粘土和一般粘性土的容许承载力，当锤击数分别为3、5、7、9、11、13、15、17、19、21、23时，则其相应的容许承载力分别为1.2、1.6、2.0、2.4、2.8、3.2、3.6、4.2、5.0、5.8、6.6公斤/平方厘米。五 承载力的确定 一般结果都要进行杆长，上覆压力及地下水位的影响，现在趋势是不进行修正。 标准贯入试验成果整理时，试验资料应当齐全，包括：钻孔孔径、钻进方式、护孔方式、落锤方式、地 下水位及孔内水位(或泥浆高程)、初始贯入度、预打击 数、试验标贯击数及深度记录、贯入器所取扰动土样 的鉴别描述。（ 如做过锤击能量标定试验的，应有F(t)t曲线）我国各地区规范给出了按野外鉴别结果、室内物理、力学指标，或现场动力触探试验锤击数查取地基承载力特征值fak的表格，这些表格是将各地区荷载试验资料经回归分析并结合经验编制的。下表为砂土按标准贯入试验锤击数N查取承载力特征值的表格：砂土承载力特征值（kPa）10153050中砂、粗砂180250340500粉砂、细砂140180250340六 技术要点1 标准贯入试验必须与钻探配合，以钻机设备为基础。钻进方法：为保证钻孔质量，要求采用回转钻进，并保持孔内水位略高于地下水水位，当钻进至试验标高以上 15cm时，停止钻进。还应注意：（1）仔细清除孔底残土到试验标高，换用标准贯入器，并量得深度尺寸；（2）在地下水位以下钻进时，或遇承压含水砂层时，孔 内水位应始终高于地下水位，以减少对土的振动扰动； （3）当下套管时，要防止套管下过头，否则在管内做试 验会使N值偏大。 2为保证锤击时钻杆不发生侧向晃动，钻杆应定期检 为保证锤击时钻杆不发生侧向晃动，钻杆应定期检 查，使钻杆弯曲度小于 查，使钻杆弯曲度小于0.1%，接头应牢固 ，接头应牢固。 3采用自动脱钩的自由锤击法进行标贯试验，并减少导向杆与锤之间的摩擦阻力。避免锤击时偏心和晃动，保持贯入器、探杆、导向杆连接后的垂直度，以保持锤击能量恒定。4将贯入器垂直打入试验土层中，锤击速率应小于30击/min，先打入15cm，不计锤击数，继续贯入，记录每打入10cm的锤击数，累计30 cm的锤击数即为标准贯入的锤击数N。若遇比较密实的砂土，贯入不足30cm的捶击数已超过50击时，应终止试验，并记录实际贯入深度S（cm） 和累计击数n。按下式换算成贯入30cm的锤击数N：N=30n/S。5提出贯入器，将其中土样取出进行鉴别描述、记录，然后换以钻具继续钻进，至下一需要进行试验的深度，再重复上述操作。一般每隔1.02.0m进行一次试验。6在不能保持孔壁稳定的钻孔中进行试验时，应下套管以保护孔壁，但试验深度必须在套管75cm以下，或采用泥浆护壁。7最后绘出击数N和贯入深度标高（H）的关系曲线。七 标贯试验的应用1、评定砂土的密实状态 2、评定粘性土的稠度状态 3、评定地基土的承载力 4、评定土的变形参数 5、预估单桩承载力 6、砂土液化判别7、估算地基基床反力系数 8、估算土层的平均弹性剪切波速vp (ms) 9、地基处理效果检测 试验四 静力触探试验（CPT）一 基本概念与原理静力触探试验是用静力将探头以一定的速率压入土中，利用探头内的力传感器，通过电子量测仪器将探头受到的贯入阻力记录下来。由于贯入阻力的大小与土层的性质有关，因此通过贯入阻力的变化情况，可以达到了解土层的工程性质的目的。 静力触探试验可根据工程需要采用单桥探头、双桥探头或带孔隙水压力量测的单、双桥探头，可测定比贯入阻力()、锥尖阻力()侧壁阻力()和贯入时的孔隙水压力（u）。静力触探试验适用于软土、一般粘性土、粉土、砂土和少量碎石的土。物理原理：探头压入时受到的阻力大小与土层的软硬程度成比例。探头压入时，土层孔隙水渗入探头形成水压力。传感原理：阻力测量：阻力转化为电阻片的变形，形成电信号。孔压测量：孔压转化为电阻膜片的变形，形成电信号。二 仪器设备 静力触探试验设备主要有三部分组成：触探头、测量记录仪表、贯入系统。 触探头9土层阻力贯入力123657548 单桥探头结构及工作原理示意图1 顶柱；2 外套筒；3 探头管；4 导线；5 环氧树脂密封垫圈；6 橡皮管；7 空心变形柱；8 应变片; 9、探杆探头有两种规格：双桥探头和单桥探头，其规格如表所 单桥探头规格 双桥探头规格型号锥底直径（mm）锥底面积A()有效侧壁长度L(mm)锥角（）型号锥底直径（mm）锥底面积A()有效侧壁长度L(mm)锥角（）12335.743.750.410152057708160606012335.743.750.4101520200300500606060测量记录仪表有电阻应变仪和自动记录仪两种。贯入系统有加压装置和反力装置组成，其中加压装置分三种：1. 手摇式轻型静力触探（用于施工地狭小场地的浅层地基）2. 齿轮机械式静力触探（结构简单，使用方便，但贯入力有限）3. 全液压传动静力触探。（目前国内普遍使用装置） 反力装置有三种解决方式：1. 利用地锚作反力。（当地表有一层较硬的粘性土时）2. 用重物作反力。（当地表为砂砾、碎石土时）3. 利用车辆自重作反力。三 操作过程现场试验步骤如下： 1. 将仪表与探头接通电源，打开仪表和稳压电源开关，使仪器预热15min 。 2. 根据土层软硬情况，确定工作电压，将仪器调零，并记录孔号、探头号、标定系数、工作电压及日期。3. 先压入 0.5m，稍停后提升 10cm ，使探头与地温相适应，记录仪器初读数 。试验中每贯入 10mm 测记读数一次。以后每贯入 35m ，要提升 510cm ，以检查仪器初读数。 4. 探头应匀速垂直压入土中，贯入速度控制在 1.2m/min 。5. 接卸钻杆时，切勿使入土钻杆转动，以防止接头处电缆被扭断，同时应严防电缆受拉，以免拉断或破坏密封装置。6. 防止探头在阳光下暴晒，每结束一孔，应及时将探头锥头部分卸下，将泥沙檫洗干净，以保持顶柱及外套筒能自由活动。四 技术要求静力触探试验的技术要求应符合下列规定：1. 探头圆锥锥底截面积应采用 10或 15，单桥探头侧壁高度应分采用 57mm 或 70mm ，双桥探头侧壁面积应采用 150 300，锥尖锥角应为 60。 2. 探头测力传感器应连同仪器、电缆进行定期标定，室内探头标定测力传感器的非线性误差、重复性误差、滞后误差、温度漂移、归零误差均应小于 1%FS ，现场试验归零误差应小于3%，绝缘电阻不小于500M 。3. 深度记录的误差不应大于触探深度的1%。 4. 当贯入深度超过 30m 或穿过厚层软土后再贯入硬土层时，应采取措施防止孔斜或断杆，也可配置测斜探头，量测触探孔的偏斜角，校正土层界线的深度。 5. 孔压探头在贯入前，应在室内保证探头应变腔为已排除气泡的液体所饱和，并在现场采取措施保持探头的饱和状态，直至探头进入地下水位以下的土层为止。在孔压静探试验过 程中不得上提探头。 6. 当在预定深度进行孔压消散试验时，应量测停止贯入后不同时间的孔压值，其计时间隔由密而疏合理控制；试验过程中不得松动探杆。五 计算1 原始数据的修正（1）深度修正当记录深度与实际深度有出入时，应按深度线性修正深度误差。若触探的同时量测触探杆的偏斜角(相对铅垂线)，也需要进行深度的修正。假定偏斜的方位角不变，每1m 测一次偏斜角，则深度修正为： 式中：第i段的深度修正值 第i次、i1次的实测偏斜角 到深度处，总的深度修正值为，实际的深度应为；（2） 飘零修正 一般根据归零检查的深度间隔按线性内插法对测试值加以修正。2 数据整理（1）初读数的处理初读数是指探头在不受土层阻力的条件下，传感器的初始应变的读数。影响初读数的因 素很多，最主要的是温度。因为现场工作过程的地温与气温同探头标定时的温度不一样。消 除初读数影响的办法，可采用每隔一定深度将探头提升一次，在其不受力的情况下将应变仪 调零一次，或测定一次初读数。后者在进行应变量计算时，按下式消除初读数的影响 式中：应变量 ；探头压入时的读数；初读数。（2）贯入阻力的计算将电阻应变仪测出的应变量，换算成比贯入阻力（单桥探头），或锥头阻力及侧壁摩擦力 (双桥探头)，计算公式如下： = = 式中：应变仪标定的单桥探头、双桥探头的锥头传感器及摩擦传感器的标定系数，MPa；、单桥探头、双桥探头的锥头及侧壁传感器的应变量。 自动记录仪绘制出的贯入阻力随深度变化曲线，其本身就是土层力学性质的柱状图，只需在其纵、横坐标上绘制比例标尺，就可在图上直接量出 或、 值的大小。（3） 摩阻比的计算摩阻比是以百分率表示的双桥探头的各对应深度的锥头阻力和侧壁摩擦力的比值，即 式中：摩阻比。六 要点做好准备工作：1. 设置反力装置(或利用车装重量)。2. 安装好加压和量测设备，并用水准尺将底板调平。 3. 检查电源电压是否符合要求。 4. 检查仪表是否正常。5. 检查探头外套筒及锥头的活动情况，并接通仪器，利用电阻挡调节度盘指针，如调节比较灵活，说明探头正常。注意实验步骤。七 应用1 应用范围静力触探试验的应用范围有： 1. 查明地基土在水平方向和垂 直方向的变化，划分土层确定土 的类。 2. 确定建筑物地基土的承载力和变形模量以及其他物理力学指标。 3. 选择桩基持力层，预估单桩承载力，判桩基沉入的可能性。 4. 检查填土及其他人工加固地基的密实程度和均匀性，判砂土的密度及其在地震作用 下的液化可能性。 5. 湿陷性黄土地区用来查找浸水湿陷事故的范围和界线。2 按贯入阻力进行土层分类利用静力触探进行土层分类，由于不同类型的土可能有相同的、 或值，因此单靠某个指标，是无法对土层进行正确分类的。在利用贯入阻力进行分层时，应结合钻孔资料进行判分类。使用双桥探头时，由于不同土的 和 值不可能都相同， 因而可以利用 和/。(摩阻比)两个指标查静力触探技术规则来区分土层类。对比结果证明，用这种方法 划分土层类效果较好3确定地基土的承载力目前，为了利用静力触探确定地基土的承载力，国内外都是根据对比试验结果提出经验公式，以解决生产上的应用问题。 建立经验公式的途径主要是将静力触探试验结果与载荷试验求得的比例界限值进行对比，并通过对比数据的相关分析得到用于特定地区或特定土性的经验公式对于粉土则采用下式： =3644.6 式中：地基承载力基本值，kPa；单桥探头的比贯入阻力，单位为 MPa。4确定不排水抗剪强度 Cu 值 用静力触探求饱和软粘土的不排水综合抗剪强度(Cu），目前是用静力触探成果与十字板剪切试验成果对比，建立 ps 与 Cu 之间的关系，以求得 Cu 值，其相关式见表 软土Cu（Kpa）与、（Mpa）的相关公式公式适用范围公