三轴试验任务书o兰州理工大学

1、 土体三轴抗剪试验教学试验任务书班 级： 姓 名： 学 号： 土木工程学院试验中心试验室操作规程及注意事项1.试验前学生必须进行试验预习，指导老师检查完预习情况后，学生才可进入试验室进行试验。2.使用电器时一定要注意安全，对玻璃器皿要轻拿轻放，爱护试验室所有试验仪器。3.在试验操作过程中可自行设计操作步骤，但是一定要遵循土工试验方法标准。4.对试验过程中有疑问或对试验现象有不理解时，可与指导老师及同学进行讨论。5.试验过程中请保持安静、整洁的环境。6.试验后必须由指导老师对其数据进行检查，认可后必须由老师签名，方可离开试验室，否则该次试验无效。7.试验结束后要求值日生打扫试验室环境卫生，并使试

2、验前、试验后环境保持一样。垃圾倒在指定位置。土体三轴抗剪试验 （设计型）8学时1基本原理1930年，美国哈佛大学卡萨格兰德A. Casagrande研究用应力边界条件的圆柱型试样的压缩试验代替直剪试验，以确定土的强度指标，以后经许多土力学专家的研究与完善，发展成目前广泛应用的三轴试验。它可以完整地反映试样受力变形直到破坏的全过程，因而即可作强度试验，也可作应力应变关系试验；它可以摸拟不同工况，进行一些不同应力路径的试验；也可很好地控制排水条件，不排水条件下还可量测试样的超静孔隙水压力。三轴试验中试样应力状态明确，应变量测简单可靠，较容易地判断试样的破坏，操作比较简单。这样三轴仪成为土力学试验室

3、中不可缺少的仪器。三轴压缩试验是根据莫尔库仑强度理论，用3至4个试样，分别在不同的恒定周围压力下（即小主应力）下施加轴向压力（即主应力差），进行剪切直至破坏，从而确定土的抗剪强度参数。 三轴试验和直剪试验相比有如下优点：可以控制试样排水条件，特别是对含水量高的粘性土的快剪试验；可以控制大小主应力；剪切面不固定，土样能沿最弱面破坏；能准确地测定土的孔隙水压力及体积的变化。 三轴剪切仪根据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。前者操作方便，应用较为广泛。根据排水条件的不同，三轴试验分为三种试验类型：即不固结不排水试验（UU），固结不排水试验(CU)和固结排水试验（CD），试验方法

4、的选择应根据工程情况，土的性质，建筑物施工和运行条件及所采用的分析方法而定。 （1）不固结不排水剪试验（UU）：在整个试验过程中从加周围压力和增加轴向压力直到剪坏为止，均不允许试样排水。对饱和试样可测得总抗剪强度参数Cu、或有效抗剪强度参数C、和孔隙水压力参数。 （2）固结不排水剪试验（CU）：试验是先使试样在某一周围压力下固结排水，然后保持在不排水情况下，增加轴向压力直到剪坏为止，可以测得总抗剪强度指标CC ， 或有效抗剪强度参数C 、和孔隙水压力系数。 （3）固结排水剪（CD）：是在整个试验过程中允许试样充分排水，即在某一周围压力下排水固结，然后在充分排水的情况下增加轴向压力直到剪坏为止，

5、可以测定有效抗剪强度指标2Cd、。本试验采用应变控制式三轴剪切仪适用于粘性土和砂性土。2.仪器设备 （1）应变控制式三轴压缩仪：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）百分表：量程3cm和1cm，分度值0.01mm。 （4）天平：称量200g，感量0.01g；称量1000g，感量0.1g。 （5）橡皮膜：应具有弹性，厚度应小于橡皮膜直径的1/100，不得有气孔。3.操作步骤（一）不固结不排水剪（UU）（1）仪器检查 1）周围压力的测量精度为全量程的1%，测读分值为5kPa。 2）孔隙水压力

6、系统内的气泡应完全排除。 3）管路应畅通，活塞应能滑动，各连接处应无漏气。 4）橡胶膜在使用前应仔细检查，方法是在膜内充气，扎紧两端，然后再水下检查有无漏气。（2）试样制备 本试验需3至4个试样，分别在不同周围压力下进行试验。试样尺寸：最小直径为35mm，最大直径为101mm，试样高度宜为试样直径的22.5倍，试样的最大粒径应小于试样直径的1/10。 1）原状土试样的制备：根据土样的软硬程度，分别用切土盘和切土器按上述步骤的规定切成圆柱形试样，试样两端应平整，并垂直与试样轴，当试样侧面或端部有小石子或凹坑时，允许用修下的余土修整，试样切削时应避免扰动，并取余土测定试样的含水量。 2）扰动土试样

7、制备：根据预定的干密度和含水量，按扰动土制样规定备样后，在击实器内分层击实，粉质土宜为35层，粘质土宜为58层，各层土样数量相等，各层接触面应刨毛。 3）对于砂类土，应先在压力室底座上依次放上不透水板、橡皮膜和对开圆模。将砂料填入对开圆模内，分三层按预定干密度击实。当制备饱和试样时，在对开圆模内注入纯水至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，拆除对开圆模。 4）对制备好的试样，量测其直径和高度。试样的平均直径应按下式 D0= 式中：D1、D2、D3分别为上、中、下部位的直径。（3）试样饱和 1）抽气饱和。

8、将试样装入饱和器内，置入抽气缸内盖紧后，进行抽气。当真空度接近一个大气压时，对于粉质土（轻亚粘土）再抽气半小时以上，粘质土（亚粘土、粘土）抽一小时以上，密实的粘性土抽2小时以上。然后注入清水，并使真空度保持温定。待饱和器完全淹没水中后，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，然后取出试样称量。 2）水头饱和。对于粉土，可直接在仪器上用水头饱和；对于粉质土和粘质土，若无特殊要求，也可用水头饱和。其方法是先按上述规定步骤将试样安装好（但试样两端棉都用透水石，试样顶面上加透水帽）然后施加20kPa的周围压力。并同时提高试样底部量管的水面和降低试样顶部固结排水管的水面，使两管水

9、面高差在1m左右。打开空气压力阀和排水阀。让水自下而上通过试样，直至同一时间间隔内两管流出的水量与固结排水管内的水量相等为止。 3）假如上述两条不能使试样完全饱和（Sr=99%以上），而试验要求试样完全饱和时，则须对试样再用反压力饱和。 施加反压力步骤如下： （a）当试样在三轴压力室装好后，关孔隙压力阀和反压力阀，测记体变管读数。先对试样施加20kPa的周围压力预压。打开空气压力阀进行测读。孔隙压力稳定后记下读数，然后关孔隙压力阀。 （b）反压力应分级施加，并分级施加周围压力。以尽量减少对试样的扰动。在施加反压力过程中，始终保持周围压力比反压力大20kPa。反压力和周围压力的每级增量，对软粘土

10、取30kPa。对坚实的土或起始饱和度较低的土，取5070kPa。 （c）操作时，先调周围压力至50kPa，并将反压力系统调至30kPa，同时同步打开周围压力阀和反压力阀，然后缓缓打开孔隙压力阀，待孔隙压力稳定后，测记孔隙压力仪表显示读数和体变管读数，再施加下一级的周围压力和反压力。 （d）算出本级周围压力下引起的孔隙压力增量，并与周围压力增量比较，假如/<0.98，则表示试样尚未饱和，这时关孔隙压力阀、反压力阀和周围压力阀，继续按上述步骤加下一级周围压力和反压力。如此逐级增加周围压力直至试样饱和。 （e）当试样在某一级压力下达到时，这时应立即检查试样是否饱和。其方法是保持反压力不变，增大

11、周围压力，假若试样内增加的孔隙压力等于周围压力的增量，这表明试样却系饱和；否则应增大反压力，重复上述步骤，直至试样饱和为止。（4）试样安装 1）将试样放在压力室底座的不透水（有机玻璃）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，将两端翻出筒外，从吸咀吸气，使橡皮膜贴紧承膜筒内壁。然后套在试样外，放气，反起橡皮膜，取出承膜筒。用橡皮圈将橡皮膜分别扎紧在压力室底座和试样帽上。 3）装上压力室外罩。安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，并均匀的旋紧螺丝，再将量力环对准活塞。 4）开压力室外罩顶面排气孔，向压力室充水。当压力室快注满水时，降慢进水速度，水从

12、排气孔溢出时，关闭周围压力阀，旋紧排气孔闷头螺栓。 5）开周围压力阀，施加所需的周围压力。周围压力的大小应与工程实际荷重相适应，并尽可能使周围压力与土体的最大实际荷重大致相等。也可按100，200，300，400kPa施加。 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。（5）试样剪切 1）剪切应变速率宜为每分钟应变0.51.0%。 2）启动电动机，开始剪切。试样每产生0.30.4%的轴向应变，测记一次测力计读数和轴向变形值。当轴向应变大于3%，每隔0.70.8的应变值测记一次读数。 3）当测力计读数出现峰值时，剪切应继续进行，到超过5

13、%的轴向应变为止。当测力计读数无峰值时，剪切应进行到轴向应变为1520%。 4）试验结束，关电动机，关周围压力阀，开排气阀，排除压力室内的水，拆除试样，描述试样破坏形状。称试样质量，并测定含水量。（6）成果整理 1）轴向应变的计算 (1) 2）试样面积的校正 (2)式中 试样的校正断面积（cm2）；试样的初始断面积（cm2）； 3）主应力差计算 (3) 4）在直角坐标系上绘制轴向应变与主应力差关系曲线图。 5）求不排水强度参数：以（）的峰值为破坏点，无峰值时，取15%轴向应变时的主应力差值为破坏点。以法向应力为横坐标，剪应力为纵坐标，在横坐标上以（）为圆心，以（）为半径（注脚表示破坏），在应力

14、平面图上绘制破损应力图，并绘制不同周围应力圆的包线。（二）固结不排水试验（CU） 本试验主要用于测定土的总抗剪强度参数或有效抗剪强度参数和孔隙压力系数。试验所用的主要仪器设备与不固结不排水试验相同。试验前仪器检查、试样制备试样饱和按不固结不排水的有关要求进行。（1）试样安装 1）开孔隙压力阀，用玻璃量管中的蒸馏水对管路及压力室底座充水排气，并关阀。将煮沸过的透水石放在压力室底座上，放上滤纸，放上试样，试样上端亦放一湿滤纸及透水石，然后在其周围贴上79条宽度为6mm左右的浸湿滤纸条，滤纸条两端与透水石连接。如要对试样施加反压力饱和，则所贴的滤纸条必须中间断开约1/4试样高度，或自底部向上贴至3/

15、4试样高度处。 2）按规定用承膜筒将橡皮膜套在试样外。橡皮膜下端扎紧在压力室底座上。 3）用软刷子或双手自下向上轻轻按抚试样，以排除试样与橡皮膜之间的气泡（对于饱和软土，可打开孔隙压力阀，使玻璃量管中的水徐徐流入试样与橡皮膜之间，以排除夹气，然后关闭）。 4）打开排水阀，使水经细尼龙管从试样帽徐徐流出以排除管路中气泡，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。 5）降低排水管，使其水面至试样高程以下2040cm,吸出试样与橡皮膜之间多余水分，然后关闭排水阀。 6）按规定装上压力室并注满水，放低排水管使其水面与试样中心高度齐平，并测记其水面读数。 7）使量管水面位于试样中心高

16、度处。记下孔隙压力仪表显示的起始读数，然后关闭孔压传感器右侧的阀门。 8）根据土样类别按有关规定步骤对试样进行饱和。如用反压力饱和试样方法，待试样饱和后，关闭反压力阀。增大周围压力，使增大后的周围压力与反压力之差值等于原来此试样选定的值（如试样确已饱和，则孔隙压力也相应地增加此差值）。记录稳定的孔隙压力读数和体变管水面读数作为固结排水前的起始读数。（2）试样排水固结1）开孔隙水压力阀，测定孔隙水压力。开排水阀。当需要测定排水过程时，按规定测记排水管水面及孔隙水压力值，直至孔隙水压力消散95%以上。固结完成后，关排水阀，测记排水管读数和孔隙水压力读数。2）微调压力机升降台，使活塞与试样接触，此时

17、轴向变形百分表的变化值为试样固结时的高度变化。（3）试样剪切1）将轴向测力计、轴向变形百分表和孔隙水压力读数均调整为零。2）选择剪切应变速率，进行剪切。粘质土每分钟应变为0.050.1%；粉质土每分钟应变为0.10.5%。3）轴向压力、孔隙水压力和轴向变形按本规程上述小节测记。 4）试验结束，关电动机和各阀门，开排气阀，排除压力室内的水，拆除试样，描述试样破坏形状。称试样质量并测定含水量。（4）成果整理 1）试样固结的高度计算 （4）式中 试样固结后的高度，cm； 试样固结后与固结前的体积变化，cm3。 2）试样固结后的面积计算 （5） 式中试样固结后的断面积。 3）剪切时试样的校正面积计算

18、（6）式中 试样校正后的断面积。 4）主应力差计算 主应力差按式（3）计算。 （5）有效主应力计算 1）有效大主应力 （7）式中 有效大主应力，kPa； 孔隙水压力，kPa。 2）有效小主应力 （8） 3）有效主应力比 （9） （6）孔隙水压力系数计算 1) 初始孔隙水压力系数 （10）式中 初始孔隙水压力系数；初始周围压力产生的孔隙水压力，。 2）破坏时孔隙水压力系数 （11）式中 破坏时孔隙水压力系数； 试样破坏时，主应力差产生的孔隙水压力。（三）固结排水试验（CD） 本试验主要测定土的抗剪强度参数、 试验前仪器检查、试样制备和饱和按不固结不排水试验的相应规定进行。试样的安装、固结和剪切按

19、固结不排水试验相应公式计算，剪切时试样的校正面积按下式计算： （12）式中 剪切过程中试样的体积变化（）；剪切过程中试样的高度变化（）。 主应力差按有关公式计算，轴向应变与主应力差的关系曲线、轴向应变与主应力比的关系曲线按固结不排水试验的相应规定绘制。4注意事项 （1）采用何种类型的三轴试验应根据不同的工程条件来确定。 （2）试样的制备和饱和，原状试样制备用切土器切取即可。对扰动试样可以采用压样法和击样法。压样法制备的试样均匀，但时间较长。故应采用击样法制备，并建议击锤的面积应小于试样面积，在击实分层时，使试样更均匀，层数多，效果好。但分层过多，一方面操作比较麻烦，另一方面层与层之间的接触面太

20、多，操作不注意也会影响强度，因此，规定粘质土为58层，粉质土为35层。 （3）在不固结不排水试验中，当试验无明显破坏值时，为了简便，可采用应变15%时的主应力差作为破坏值。 （4）在排水固结试验中，规定孔隙压力消散95%作为判别固结的标准。 （5）固结排水试验的剪切应变速率对试验结果的影响，主要反映在剪切过程中是否存在孔隙水压力，如剪切速度快，孔隙水压力不完全消散，就不能得到真实的有效强度指标。比较试验结果表明，对粘性土剪切应变速率采用每分钟应变0.0030.012%为最宜。土体三轴抗剪试验报告实验人： 班级： 学号： 成绩 ，一、试验目的：二、试验仪器三、试验方案的选择和试验步骤设计四数据处理过程1、在直角坐标系上绘制轴向应