影响固结不排水剪三轴试验结果的因素

在非饱和土中，孔隙水和气之间的弯液面造成孔隙气相的压 力，不同于孔隙水相的压力，而且孔隙水还往往处于受拉状态，需 要分别测得孔隙水压力 U（ 或张力） 和气压力 S，才有可能准确确 定非饱和土的有效张力 σ'。在三轴试验中，若试样没有完全饱 和，则总 应 力 σ = σ' + U + S。而 根 据 太 沙 基 有 效 应 力 原 理， σ = σ' + U，因为总应力不变，将试样按照饱和处理，则得到的有效 应力值将会偏大，为 σ' + S。而且非饱和粘性土的不排水试验中， 由于试样中的孔 隙 空 气 的 压 缩，会 引 起 试 样 体 积 有 明 显 的 缩 小， 从而不能正确量测试样体积的变化。所以试验前一定要对试样 进行充分的饱和，可以结合抽气饱和和反压力饱和两种方法同时 进行，尽最大的可能来达到最好的饱和效果，满足试验要求，减少 试验误差。
摘 要： 研究分析了试样的饱和、体变、仪器的摩阻力以及土样两端应力不均等对三轴试验造成的影响及原因，并提出了一定的改
善方案，从而保证试验结果的准确性。
关键词： 三轴试验，饱和，体变，摩阻力
中图分类号： TU411
文献标识码： A
0 引言
三轴试验是根据摩尔—库仑破坏准则测定土的总抗剪强度 参数和有效抗剪强度参数及应力与应变关系的一种试验方法，分 为不固结不排水 剪、固 结 不 排 水 剪、固 结 排 水 剪 试 验。 常 用 的 试 验设备是应变控制式三轴仪。可以采取一个试样的多级加荷方 式或者取 3 个 ～ 4 个试样分别加荷的方式，得到土的三个极限或 者是接近极限的 应 力 圆，据 此 得 到 土 的 强 度 线，计 算 确 定 该 土 的 抗剪强度。试验步骤主要是试样制备和饱和、试样安装、固结（ 不 固结不排水剪无此步骤） 、剪切、成果整理。试验中试样的轴向应 变是根据试样帽的轴向位移量和试样的起始高度算得的。试样 的侧向应变是根据试样的体积变化量和轴向应变间接算得的。 试样的体积变化量是通过试样中排出的流体体积进入受压室的
2 体变对试验结果的影响
在饱和土的排水 试 验 中，认 为 从 试 样 中 排 出 的 孔 隙 水 体 积， 就等于试样的体积变化。但是实际上的排水量却往线 从图 1 中可以发现，在某一段当应变发生变化时，主应力没 有发生变化，曲线中出现了几段直线。在不影响仪器密闭性的前 提下，将压力室活塞上端螺丝放松，直线现象有所缓解，这主要由 于活塞和轴套之间的摩擦力造成的。 作用在试样 上 的 活 塞 荷 重，是 用 应 变 控 制 式 试 验 机 和 量 力 环、磅秤或者是简 单 杠 杆 施 加 的。施 加 的 荷 重，通 常 是 用 装 置 在 受压室外面的量力设备来量测的。测得的荷重是指作用在活塞 上端的荷重，这一荷重减去活塞与轴套之间的摩擦力以及受压室 的流体压力对活塞的顶托力以后，才是试样所受到的实有活塞的 荷重。 对于应变控制式试验机来说，消除活塞与轴套之间摩擦力的 方法是在施加围压以后，活塞尚未接触试样以前，开动试验机，以 预定的变形速率 使 活 塞 移 动，这 时，将 量 力 环 上 的 量 表 数 设 置 成 零，就可消除摩擦力和顶托力影响。或者在压力室内部设置压力 量测系统，测得土样所受到的真正的压力值。
4 两端应力不同对试验的影响
人们已经认识到，以土的应力—应变特性为依据的土工问题
收稿日期： 2012-10-13 作者简介： 李慧芝（1980- ） ，女，硕士，工程师
第 38 卷 第 35 期
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山西建筑
SHANXI ARCHITECTURE
Vol． 38 No． 35 Dec． 2012
第 38 卷 第 35 期 2012年12 月
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Dec． 2012 ·61·
文章编号： 1009-6825（ 2012） 35-0061-02
影响固结不排水剪三轴试验结果的因素分析
李慧芝
（ 铁道第三勘察设计院集团有限公司，天津 300142）
有些土样本来是 饱 和 的，从 地 下 取 出 后，土 中 的 溶 解 空 气 可 能游离出来，当试 样 装 入 三 轴 仪 后，额 外 的 气 泡 往 往 被 困 陷 在 试
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样同橡胶膜之间和量测系统之间。如果把这些气泡和试样孔隙 中的气泡统统排 除 掉，则 可 加 快 孔 隙 水 压 力 的 反 应 速 度，并 且 提 高量测精度。
验前和试验后的试样重量差。其原因除了橡皮膜与试样帽（ 底 座） 之间接合缝的漏水以及橡皮膜本身的渗透外，主要是试样与 橡皮膜之间在充气排水过程中残留了一些水，这些水在围压下挤 到了量水管内，被误认为是试样中排出的孔隙水。减少误差的办 法是，在施加 围 压 前，降 低 量 水 管 高 程，在 试 样 内 形 成 一 小 的 吸 力，并持续一段时间，等到试样中排水稳定后，再进行剪切。排水 管中如果原来存 在 有 气 体，会 影 响 到 孔 隙 水 的 排 出 速 度，由 于 孔 隙 水 压 力 比 较 小，所 以 排 水 管 中 的 气 体 甚 至 会 阻 碍 孔 隙 水 的 排 出。橡皮膜的渗透、孔 隙 压 力 在 试 样 中 的 传 递 速 度、孔 隙 压 力 量 测设备本身的体积变化以及非饱和土中孔隙水与孔隙压力之间 的差别等，也都是影响量测精度的因素。
3 摩阻力对试验结果的影响
水的体积测得的。了解影响固结不排水剪三轴试验结果的影响
图 1 是土样三轴试验得到的应力应变图。
因素，并且采取有 效 的 措 施，对 保 证 试 验 结 果 的 准 确 性 具 有 很 重
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要的意义。
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σ1-σ3 /kPa
1 饱和对试验结果的影响
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根据太沙基理论，进 行 三 轴 试 验 的 土 样 均 应 为 饱 和 土 样，一 般采用的饱和方 法 有 抽 气 饱 和、水 头 饱 和、反 压 力 饱 和。 土 样 饱 和程度直接影响测试结果。