土力学实验-三轴剪切实验
试验六三轴试验
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。
实验4：土的三轴剪切实验
实验4：土的三轴剪切实验实验4:土的三轴剪切实验实验目的:了解三轴剪切试验的特点。
掌握三轴剪切试验方法，运用库仑-莫尔理论确定土的抗剪强度参数、值，了解三轴剪切试验指标在工程中的应用。
基本原理:三轴剪切试验系指将土样制备成圆柱状的试件，放入三轴仪受压室内，先施加一定的周围压力，在恒定的周围压力下，施加轴向压力直至试样破坏，根据破坏时的大小主应力画出极限应力圆。
本试验方法适用于细粒土和粒径小于20mm的粗粒土。
试验时，应至少制备3个以上试样，分别施加不同的周围压力，得到相应的极限应力圆。
做各个应力圆的公切线，即得到强度包络线，从而确定土的抗剪强度指标c和Φ值。
仪器设备:1.应变控制式三轴仪(图7—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、切土器饱和器、原状土分样器、切土盘、承膜筒和对开圆膜; 3.天平:称量200g，最小分度值0.01g;称量1000g，最小分度值0.1 g;实验步骤:1.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，将橡皮膜用承膜筒套在试样外，并用橡皮圈将橡皮膜两端与底座及试样帽分别扎紧;2.将压力室罩顶部活塞提高，放下压力室罩，并均匀地拧紧底座连接螺母。
向压力室内注满纯水，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;3. 当试样帽与活塞及测力计接近时，将测力计和变形指示计调至零位;4.关排水阀，开周围压力阀，施加周围压力，周围压力宜根据工程实际确定，一般可按50、100、200、300、400 kPa施加;5.剪切应变速率宜为每分钟应变0.5%,1.0%;6.启动电动机，开始剪切。
试样每产生0.3%,0.4%的轴向应变(或0.2mm变形值)，测记一次测力计读数和轴向变形值。
当轴向应变大于3%时，试样每产生0.7%,0.8%的轴向应变(或0.5mm变形值)，测记一次;7.当测力计读数出现峰值时，剪切应继续进行到轴向应变为15%,20%;8.试验结束，关电动机，关周围压力阀，脱开离合器，将离合器调至粗位，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，描述试样破坏形状，称试样质量，并测定含水率。
三轴剪切试验
5
的水从试样底座进入，待上部溢出，水头高差一般在 1m 左右，直至流入水量 和溢出水量相等为止。
(3) 反压力饱和法。试件在不固结不排水条件下，在土样顶部施加反压力， 但同时应在试样周围施加侧压力，反压力应低于侧压力 5kPa，当试样底部孔 隙压力其比值∆u/∆σ3＞0.98 时被认为是饱和的，否则再增加反压力和侧压力使 土体内气泡继续缩小，直至满足∆u/∆σ3＞0.98 的条件。 六、不固结不排水剪（UU）试验
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，φu。 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，φcu和有效应力抗剪强度指标c’，φ’。 3、固结排水剪试验（CD）
(3) 调压阀的灵敏度及稳定性；
(4) 精密压力表的精度和误差；
(5) 稳压系统是否存在漏气现象；
(6) 管路系统的周围压力、孔隙水压力、反压力和体积变化装置以及试样上
下端通道接头处是否存在漏气漏水或阻塞现象
(7) 孔压及体变的管道系统内是否存在封闭气泡，若有封闭气泡可用无气泡
水进行循环排气；
(8) 土样两端放置的透水石是否畅通和浸水饱和；
四、试验前的检查和准备
1、仪器性能检查
图 9~7 承膜筒 模筒
１－三轴仪底座；２－透水石；３－试样； 座；２－透水石；３－制样圆膜；（两片合成）
3
图 9~8 砂样制备 １－仪器底
土力学实验三轴剪切实验
3.记录与计算：
4.讨论
意义：①根据实际的工程需要选择合适的试验方 法，提供合理的强度指标。②为有限元等数值分 析提供所需的参数 三轴试验与直剪试验的比较
优点： ①可测孔隙水压力，反映有效应力原理 ②可测体积变化，反映剪胀剪缩；算出较为真实的受力面积 ③全面反映抗剪强度情况，破坏面为最薄弱面 ④可整理出应力应变关系的本构参数，应用于数值计算 缺点：记录和整理数据繁琐
实验四 三轴剪切试验
1.试验目的、原理及意验的特点，增加感性认识，学会整理三轴试验 数据，并求出砂土的固结排水剪强度指标 Cd d Ccu cu Cu u
试验原理：采用3~4个圆柱形试样，分别在不同的恒定周围压力 （即小主应 3力 ）下，施加轴向压力[即产生主应力1差 3 ]，进行 剪切直至破坏；然后根据摩尔-库伦理论求得抗剪强度参数。
实验六三轴试验
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。
土的三轴剪切试验(优选材料)
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 2cos 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。
土工实验指导书及实验报告： 三轴剪切试验
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 ；
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 或有效抗剪强度指标 和 及孔隙水压力系数；
2、原状试样
将原状土制备成略大于试样直径和高度的毛坯，置于切土器内用钢丝锯或切土刀边削边旋转，直到满足试件的直径为止，然后按要求的高度切除两端多余土样。 Nhomakorabea3、试样饱和
（1）真空抽气饱和法 将制备好的土样装入饱和器内置于真空饱和缸，为提高真空度可在盖缝中涂上一层凡士林以防漏气。将真空抽气机与真空饱和缸接通，开动抽气机，当真空压力达到一个大气压力，微微开启管夹，使清水徐徐注入真空饱和缸的试样中，待水面超过土样饱和器后，使真空表压力保持一个大气压力不变，即可停止抽气。然后静置一段时间，粉性土大约10小时左右，使试样充分吸水饱和。另一种所抽气饱和办法，是将试样装入饮和器后，先浸没在带有清水注入的真空饱和缸内，连续真空抽气2～4小时（粘土），然后停止抽气，静置小时左右即可。
（2）空气压缩机的稳定控制器（又称压力控制器）；
（3）调压阀的灵敏度及稳定性；
（4）监视压力精密压力表的精度和误差；
（5）稳压系统有否漏气现象；
（6）管路系统的周围压力、孔隙水压力、反压力和体积变化装置以及试样上下端通道节头处是否存在漏气或阻塞现象；
（7）孔压及体变的管道系统内是否存在封闭气泡，若有封闭气泡可用无气水进行循环排水；
一、目的
土工试验-三轴剪切试验指导书
三轴剪切试验第一节 概述三轴剪切试验被认为是测定土的抗剪强度的一种较完善的方法。
与直剪试验相比，三轴剪节试验有以下优点：1、能控制试验过程中试样的排水条件；2、能量测试样固结和排水过程中的孔隙水应力；3、试样内应力分布均匀。
三轴剪切试验能得到不同条件下土的抗剪强度指标和变形参数。
根据试验过程中排水条件的不同，将三轴试验分为不固结不排水剪（UU ）、固结不排水剪（CU ）和固结排水剪（CD ）等三种类型。
第二节 试验原理和计算公式三轴剪切试试样为圆柱状如图11-1。
试验过程中测量以下参数：1、周围压力，2、竖向应力增量q,3、竖向变形量或竖向应变ε1，4、试样底部的孔隙水应力u,5、试样顶部接排水管量测试样排水量，6、反压力。
不同类型的三轴剪切试验加载过程如下：一、不固结不排水剪（UU ）一组试验通常需四个试样，试验加载顺序如下：1、在每个试样的周围施加相同的初始固结应力，待其固结完成后，量测试样轴向变形量和体积变化；2、对各个试样分别施加不同的围压增量作用，在作用期间不允许试样固结排水，量测由产生的孔隙应力u=1u ∆；3、施加竖向偏应q(q 自零开始增加，至试样破坏时达到最大值qmax)。
施加q 的过程中也不允许试样排水。
在加q 的过程中，量测q 的数值、由q 产生的轴向应变和孔隙水应力u=21u u ∆+∆（2u ∆为由q 产生的孔隙水应力）。
值得注意的是，《土工试验方法标准》（GB/T50123-1999）及其它土工试验标准中规定，对于原状土UU 试验步骤为：施加围压在不排水条件下，量测由产生的孔隙水应力u ，即试样的303σσσ∆+=一次施加，且在作用下不排水，然后施加竖向偏应力q 至试样破坏为止，在加q 的过程中量测q 、轴向应变和孔隙水应力u 。
UU 试验在剪切过程中试样的应力状态为：总应力303301σσσσσσ∆+=+∆+=q （11-1）有效压力：31333/u u u ∆-∆-=-=σσσ （11-2）由UU 试验量测得到孔隙应力系数：⎥⎦⎤⎢⎣⎡∆∆-+==∆-=∆=∆∆=---131231)1(σσσA A B B B A A q u u q u A u B （11-3）上列各式中：;,,,;.,;,,,2132133131u u u q u u q u ∆+∆=∆----∆∆+∆----∆∆---剪量过程中孔隙水应力产生的孔隙水应力增量分别为主应力增量分别为大主应力增量小小主应力和孔隙水应力分别为大主应力σσσσσσA ，.,,数分别为四个孔隙应力系-----B B A二、固结不排水剪（CU ）先给四个试样施加不同的围压，让试样在作用下固结排水（该步骤为将施加初始固结应力和围压增量两步合并），在作用下试样固结完成后，施加轴向偏听偏应力q。