三轴试验报告

1、三轴试验报告课 程高等土力学授课老师冷伍明等指导老师彭老师学生姓名刘 玮学 号 /专 业隧道工程1试验目的(1) .三轴压缩试验室测定图的抗剪强度的一种方法，它通过用34个圆柱形 试样，分别在不同的恒定周围压力下，施加轴向压力，进行剪切直至破坏；然后 根据摩尔-强度理论，求得土的抗剪强度参数；同时还可求出邓肯 -张模型的其它 6个参数。(2) .本试验分为不固结不排水剪(UU );固结不排水剪(CU或CU )和固结排水 剪(CD)等3种试验类型。本次试验采用的是固结排水剪 (CD)。2. 仪器设备本次实验采用全自动应变控制式三轴仪：有反压力控制系统，周围压力控制系统，压力室，孔隙压力测量系统，

2、数据采集系统，试验机等。3. 试样制备步骤(1) .本次试验所用土属于粉粘土，米用击实法对扰动土进行试样制备，试样 直径39.1mm，试样高度80mm。选取一定数量的代表性土样，经碾碎、过筛， 测定风干含水率，按要求的含水率算出所需加水量。(2) .将需加的水量喷洒到土料上拌匀，稍静置后装入塑料袋，然后置于密闭 容器内24小时，使含水率均匀。取出土料复测其含水率。(3) .击样筒的内径应与试样直径相同。击锤的直径宜小雨试样直径，也允许 采用与试样直径相同的击锤。击样筒在使用前应洗擦干净。(4) .根据要求的干密度，称取所需土质量。按试样高度分层击实，本次试验 为粉粘土，分5层击实。各层土料质量

3、相等。每层击实至要求高度后，将表面刨 毛，然后再加第2层土料。如此继续进行，直至击完最后一层，并将击样筒中的 试样取出放入饱和器中。表1 含水率记录表盒号盒重(g)盒加湿土重(g)盒加干土重(g)含水率含水率均值6b0084%6b0503%试验要求干密度为1.7g/cm3,饱和器容积为96cm3,所以所需湿土质量为:m (1 w) v (10.1575) 1.7 96188.8(g)分5层击实，则每层质量为37.76g。.试样饱和：采用抽气饱和，将装有试样的饱和器置于无水的抽气缸内， 进行抽气，当真空度接近当地1个大气压后，应继续抽气1个小时。抽气完成后 徐徐注入清水，并保持真空度稳定。待饱和

4、器完全被水淹没即停止抽气，并释放抽气缸的真空。4试样的安装和固结(1) .开孔隙压力阀及量管阀，使压力室底座充水排气，并关阀。将透水板滑 入压力室底座上。然后放上滤纸和试样，试样上端亦放一湿滤纸及透水板， 并在 试样周围贴上6条浸湿的滤纸条，滤纸条上端与透水石相连接。(2) .将橡皮膜套在承膜筒内，两端翻出筒外，从吸气孔吸气，使膜紧贴承膜 筒内壁，然后套在试样外，放气翻起橡皮膜的两端，取出承膜筒。用橡皮圈将橡 皮膜下端扎紧在压力室底座上。(3) .用软刷子自下向上轻轻按抚试样，以排除试样与橡皮膜之间的气泡。可 开启空隙压力阀及量管阀，使水徐徐流入试样与橡皮膜之间，以排除夹气，然后 关闭。(4)

5、 .开排水管阀，使水从试样帽徐徐流出以排除管路中的气泡，并将试样帽 置于试样顶端。排除顶端气泡，将橡皮膜扎紧在试样帽上。装上压力室罩，开排气孔，向压力水充水，水从排气孔溢出时，立刻停 止注水，并关闭排气孔。.关体变管阀及孔隙压力阀，开周围压力阀，施加所需的周围压力。周围 压力大小应与工程实际荷载相适应，并尽可能使最大周围压力与土体的最大实际 荷载大致相等。也可按 100、200、300、400kPa施加。(7) .打开主机和电脑，通过主机给调压筒和反压力调压筒充水，一般反压力 调压筒调到30000-40000便可。围压调压筒可注水到 60000。(8) .在打开土工试验数据采集系统，选择好试验

6、参数，然后点击开始试验，试验则进入饱和度判断状态，当饱和度达95%以上时自动进入固结状态，当试样 固结度达95%时自动再进入剪切状态。(9) .剪切出现峰值后，或达到相应的应变，试验便自动结束。卸除压力，在 进行下一围压下的试验。5. 数据处理(邓肯一张模型8大参数的确定)(1).切线模量的邓肯一张计算公式:EtKPaPaRf t 31 sin1 2c cos 2c 3 sin23(1)式中 Et 切线弹性模量，kPa；3周围压力，kPa；Pa大气压力，kPa；Rf 破坏比，数值小于1;土的内摩擦角，(° )c土的粘聚力，kPa；K,n试验常数。切线泊松比按下列两式计算：G Fig

7、丄 P3 t21 AKPaPaRf13 1 sin2ccos 2c 3 sin式中 G,D,F 试验常数。公式(1)，(2)，(3)中包含8个试验常数：K、n、c、Rf、G、D、F，这就是邓肯一张模型的8大参数。(3) .求得试验常数的的方法。c、 值的求得绘制出不同围压下的摩尔应力圆，则c、 值可由图1中的截距和斜率求得。lUQQn750-图1固结排水剪强度包线(0三 500-/ : : pJ1 A Ju IB d . L * a. I1 1;Iio (kPa)由于本次试验采用的是全自动的土工试验数据采集处理系统，已不需人工读 入和处理数据，TgWin系统自动计算出c=，求得Rf :邓肯-张

8、双曲线模型的本质在于假定土的应力应变之间的关系具有双曲线性 质，见图2。图2双曲线应力应变关系(66 ) uit双曲线关系式:变换纵坐标关系式:式中 a初始切线模量Ei的倒数;b主应力差渐近值 i 3 ult的倒数 变换坐标的双曲线见图3。ub'LE图3变换坐标的双曲线由a和b即可求得初始切线模量和主应力差的渐近值。1Rf13ultkPaii60g20101-n3Eici10,0D.丿电00金云13 ult3 f3 fKPa按下式计算破坏比Rf :由TgWin系统自动绘制的变换坐标的双曲线见图 4:图4变换坐标的双曲线RTgWin系统自动计算出Rf =。初始切线模量与固结压力有以下关系

9、:主应力差的破坏值， -主应力差的渐近值,K、n的求得式中 pa 大气压力，kPa。K、n由lg Ei lg 3曲线确定（见图5）。式中kPa。I30_.-了-j40 _001 F 1 1 t.015.020.025.020030()woO.i! 0950 IgEi/Palgklg /pa图5 lg Ei lg 3关系曲线由TgWin系统自动绘制的lg Elg 3关系曲线如下：1000 n r“-t -1 ts_ _r t r '100100IDo3/Pa图6 Ei3关系曲线由上图易知，K=, n=。D的求得假定轴向应变a与侧向应变r成双曲线关系（见图7）即:变换纵坐标，如图8(9)式

10、中 f初始切线泊松比；D 轴向应变渐近值的倒数。图8变换纵坐标的双曲线 从上图中可求得f、D值。由TgWin系统自动绘制的变换纵坐标的双曲线见图 9：70 50. 0?53. 00000. O0D0, 0000. 000；dOOkPa:SaSEPOO OOkPa| 1 -1 -1 -1 -fII-1 -1 -ll I II 6.03.010,012,0e 3 (%)图9变换纵坐标的双曲线TgWin系统计算得D=。G、F的求得绘制i与lg 3关系曲线（见图10）：i G Flg Pa(10)图10 i lg 3关系曲线式中i不同3作用下的初始孔隙比;G、而由TgWin系统自动绘制的i lg 3关

11、系曲线见图11：1 640qD. 590IrrI I I - I 十dq:a中3D图11 i lg 3关系曲线TgWin系统处理得G=, F=。通过上面的5个步骤就可求得邓肯一张模型的 8 大参数。(4) 本次试验所求得的8大参数值列表如表2:表2邓肯一张模型的8大参数cRfKnDGF06. 注意事项(1) 为了图样均匀，方便制样，配好了含水率的土一定还要再过一次孔径 2mm 的筛，并测含水率；(2) 制样时，每层击实后一定要将表面刨毛，这样有利于土样的整体完整， 在试验过程中也可减少出现断样的情况；(3) 每个土样制好后一定要脱模，然后装入另一个饱和器；(4) 抽气饱和时，时间要足够，且蒸馏水一定要淹没饱和器，否则可能会出 现土样达不到饱和度的要求；(5) 拆样时，要注意饱和器的三片铁片只能上下移动，不能垂直于土样轴线 前后移动；(6) 装样时，排气要充分且不能让土样断裂，同时要注意各个阀门的开闭状 态是否正确，否则很可能照成孔隙压力与轴向应变关系曲线不正确(7) 试验完成后，要注意还原实验室的清洁卫生，以方便后面的同学进行试