土力学三轴试验
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。
土力学三轴试验
土力学三轴试验土力学三轴试验三轴试验中土的剪切性状分析摘要：按剪切前的固结状态和剪切时的排水条件分为三种：不固结不排水剪，固结不排水剪，固结排水抗剪。
文中将讨论正常固结饱和黏性土在剪切时将具有不同的强度特性。
关键词：不固结不排水抗剪强度，固结不排水抗剪强度，固结排水抗剪强度作者简介：Triaxial shear Characters of Middle-earthLI Jia-chun（shanghai University，department of civil engineering，08124240）Abstract: Consolidation by the state before shear and shear when the drainage is divided into three types: non-consolidated undrained shear, consolidation undrained shear, consolidated drained shear. This article will discuss the normally consolidated saturated clay in the shear strength will have different characteristics.Key words: non-consolidated undrained shear, consolidation undrained shear, consolidated drained shear.0 引言广义黏性土包括粉土，黏性土。
黏性土的抗剪强度远比无粘性土复杂。
要准确掌握原状土的强度特性，也就非常困难。
对土的强度研究，大多数用均匀的重塑土。
原状土和重塑土之间在结构上和应力历史存在重大差异，且原状土的取样扰动对其实际强度也有较大影响。
按剪切前的固结状态和剪切时的排水条件分为三种：不固结不排水剪，固结不排水剪，固结排水抗剪。
土力学三轴压缩实验数据
121.4
171.6
8.0
88.7
126.3
176.2
9.0
92.8
130.2
182.3
9.5
93.5
132.6
184.4
10.0
94.6
134.8
186.5
10.5
95.2
136.2
188
11.0
96.5
138
189.3
11.5
97.2
139.7
190.5
12.0
97.9
140.4
191.4
12.5
98.1
140.9
191.9
13.0
98.1
141.2
192.6
13.5
97.9
141.6
193.1
14.0
97.2
141.8
193.2
14.5
97
141.8
193.2
15.0
96.5
141.9
191.7
15.5
96
141.9
191.1
16.0
95.7
140.5
190.4
16.5
94.3
140.1
一、试样状态记录表
序号
试样面积
（cm2）
试样高度
（cm）
试样质量
（g）
试样密度
（g/cm3）
含水率
（％）
干密度
（g/cm3）
1
12
8.00
186
25.1
2
12
8.00
186.5
25.1
3
12
8.00
土的三轴剪切试验
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。
土力学三轴剪切实验的误差分析
土力学三轴剪切实验的误差分析
(1)仪器误差
由于测量工具、设备、仪器结构上的不完善，电路的安装、布置、调整不得实验分析仪器实验，当仪器刻度不准确或刻度的零点发生变动，样品不符合要求等原因引起的误差。
(2)人为误差
指试验检测操作人员感官的最小分辨力和某些固有习惯引起的误差。
例如，由于观察者的最小分辨力不同，在测量数值的估读或与界面的接触程度上，不同观测者就有不同的判断误差。
有的试验检测人员的固有习惯，如在读取仪表读数时总是把头偏向一边，也可能会引起误差。
(3)外界误差
外界误差也称环境误差，是由于测试环境，如温度、湿度等的影响而造成的误差。
(4)方法误差
由于测试者未按规定的方法进行试验检测，或测量方法的理论依据有缺点，或引用了近似的公式，或试验条件达不到理论公式所规定的要求等造成的误差。
(5)试剂误差
在材料的成分分析及某些性质的测定中，有时要用一些试剂，当试剂中含有被测成分或含有干扰杂质时，也会引起测试误差，这种误差称为试剂误差。
一般来说，系统误差的出现是有规律的，其产生原因往往是可知或可掌握的，只要仔细观察和研究各种系统误差的具体来源，就可设法消除或降低其影响。
(6)随机误差原因分析
随机误差往往是由不能预料、不能控制的原因造成的。
例如试验检测人员对仪器最小分度值的估读很难每次严格相同；测量仪器的某些活动部件所指示的测量结果在重复测量时很难每次完全相同，尤其是使用年久或质量较差的仪器设备时更为明显。
三轴压缩试验土力学地基基础
无粘性土的极限平衡条件
σ 1= σቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ3tg2(45+φ /2) σ 3= σ 1tg2(45－φ /2)
土力学地基基础
讨论：破坏面=最大主应力面？？？
承 基础下的地基土体产生整体滑动或因局部剪切破坏而导致 载 过大的地基变形甚至倾覆。
力 问 题 ( 图 1 )
土力学地基基础
2000年西藏易贡巨型滑坡
土力学地基基础
第六章 土的抗剪强度和地基承载力
土体抵抗剪切破坏的极限能力 §6.1 土的抗剪强度和极限平衡条件
变形破坏 位移、不均匀沉降等超过规定限值
地基破坏 强度破坏 地基整体或局部滑移、土工构筑 物失稳 土体强度破坏的机理： 在外荷载作用下，土体中将产生剪应力和剪切变 形，当土中某点由外力所产生的剪应力达到土的抗 剪强度时，土就沿着剪应力作用方向产生相对滑动， 该点便发生剪切破坏。
土力学地基基础
第六章 土的抗剪强度和地基承载力
τ
f c tg
D A B τ＝τf 极限平衡条件 莫尔－库仑破坏准 则
O
σ
剪切破坏面
极限应力圆 破坏应力圆
土力学地基基础
第六章 土的抗剪强度和地基承载力
粘性土的极限平衡条件
土力学地基基础
三轴压缩试验
固结排水试验（CD试验） cu 、u 1 打开排水阀门，施加围压后充分固结，超
土力学地基基础
第六章 土的抗剪强度和地基承载力
三、莫尔-库仑强度理论
土力学三轴压缩试验资料
（4）重复以上步骤。用同一种土样的若干个 试件(三个以上)按以上所述方法分别进行试验， 每个试件施加不同的周围压力σ3 ，可分别得出剪 切破坏时的大主应力σ1 ，将这些结果绘成一组极 限应力圆，如图3—9c中的圆I、Ⅱ和Ⅲ。由于这 些试件都剪切至破坏，根据莫尔—库伦理论，作 一组极限应力圆的公共切线，即为土的抗剪强度 包线(图3—9c)，通常可近似取为一条直线，该直 线与横座标的夹角即土的内摩擦角φ，直线与纵 坐标的截距即为土的粘聚力c
常规的三轴压缩试验是取3-4个圆柱体试样， 分别在其四周施加不同的恒定周围压力，随后逐 渐增加轴向压力，直至破坏为止。根据破坏时的 大主应力与小主应力分别绘制莫尔圆，莫尔圆的 切线就是剪应力与法向应力的关系曲线，通常近 似的以直线表示，其倾角为φ，在纵轴上的截距 为c。
二、试地基强度和稳定 使用的土的强度指标内摩擦角φ和内聚力c。
缺点:
①剪切破坏面人为的固定为 上下盒之间的水平面，不符 合实际情况。 ②试验中不能严格控制排水 条件，不能量测土样的孔隙 水压力。
目前，较为完善的一种方法是三轴压缩试验。
三轴压缩试验优点： ①试验中能严格控制试样排水条件， 受力状态明确。 3 ②试验中可以控制大小主应力，剪 切面不固定，能准确地测定土的孔 3 隙压力和体积变化。
六、绘图
根据试验结果绘制莫尔应力圆，抗剪强度包线，查 出相应的C和φ值
300
τ(KPa)
200
100
0 0 100 200 300 400 500 600
σ (KPa)
七、思考题
1、如何测定土样的饱和度？
2、三种测定方法分别适用在什么情况下？
3、试讨论一下常规三轴试验的不足之处。
△ 3
3
土的三轴压缩实验报告
土的三轴压缩实验报告引言土的三轴压缩实验是土力学研究中的基础实验之一，通过对土样进行不同加载条件下的三轴试验，可以获得土体的力学性质参数，为土的工程应用提供依据。
本实验报告将详细介绍实验的目的、原理、方法、结果和结论。
实验目的1.了解土的三轴压缩实验的基本原理和方法；2.熟悉土的应力-应变关系；3.研究土的随应力变化的变形特性。
实验原理1. 应力与应变在土体内部，受到的外力作用会导致土体发生应力和应变。
应力是单位面积上的力，一般用σ表示，单位为kPa。
应变是土体体积、形状或者密实程度的变化，一般用ε表示，没有单位。
2. 应力路径应力路径是指在三轴试验中，施加应力的变化轨迹。
常见的应力路径有p-q路径、p’-q路径等。
不同的应力路径会导致土体的变形特性产生差异。
3. 应力状态与强度土体在不同的应力状态下，会表现出不同的强度特性。
常见的土体强度参数有极限强度和摩擦角等。
4. 孔隙水压力土体中的水分存在于孔隙中，当施加外部应力时，孔隙水会受到压缩。
孔隙水压力能够影响土体的强度和变形性质。
实验方法1. 样品制备根据实验要求，制备土样。
首先将土样清洗干净，去除其中的杂质。
然后根据实验需要确定土样的尺寸和形状，并按照相应的规定进行模具的设计和制作。
最后将土样放入模具中。
2. 实验仪器设备准备准备好三轴试验的仪器设备，包括三轴仪、荷载框架、应变计、应力传感器等。
3. 实验流程1.将土样装在三轴仪中，并施加初次重量以使土样与模具底部接触；2.根据实验要求设定应力路径和加载方式，调整荷载框架，施加有效应力和孔水压力；3.记录试验过程中的应力和应变数据，并随时监测土样的变形情况；4.根据实验要求，不断调整应力路径，使土样遵循预设的应力路径；5.继续记录应力和应变数据，直至达到预设的终止条件。
4. 实验数据处理根据实验记录的应力和应变数据，计算得到土样的应力-应变曲线和其他相关参数。
进行数据分析，得出实验结果。
结果与分析经过实验测定，得到了土样在不同应力条件下的应变数据。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
土力学三轴试验土力学三轴试验三轴试验中土的剪切性状分析摘要：按剪切前的固结状态和剪切时的排水条件分为三种：不固结不排水剪，固结不排水剪，固结排水抗剪。
文中将讨论正常固结饱和黏性土在剪切时将具有不同的强度特性。
关键词：不固结不排水抗剪强度，固结不排水抗剪强度，固结排水抗剪强度作者简介：Triaxial shear Characters of Middle-earthLI Jia-chun（shanghai University，department of civil engineering，08124240）Abstract: Consolidation by the state before shear and shear when the drainage is divided into three types: non-consolidated undrained shear, consolidation undrained shear, consolidated drained shear. This article will discuss the normally consolidated saturated clay in the shear strength will have different characteristics.Key words: non-consolidated undrained shear, consolidation undrained shear, consolidated drained shear.0 引言广义黏性土包括粉土，黏性土。
黏性土的抗剪强度远比无粘性土复杂。
要准确掌握原状土的强度特性，也就非常困难。
对土的强度研究，大多数用均匀的重塑土。
原状土和重塑土之间在结构上和应力历史存在重大差异，且原状土的取样扰动对其实际强度也有较大影响。
按剪切前的固结状态和剪切时的排水条件分为三种：不固结不排水剪，固结不排水剪，固结排水抗剪。
下面将讨论正常固结饱和黏性土在剪切时将具有不同的强度特性。
固结排水试验（慢剪）:土样在竖向荷载下充分排水固结,然后缓慢（约40分钟或更长时间）地施加剪应力直至破坏。
以上三种试验,可以得到不同的强度参数,实际应用时要根据工程和土层的具体情况选用试验方法及其强度参数。
例如在深厚的高塑性黏土地基上,建筑物施工速度很快,预计动土层在施工期排水固结程度很小,就应当采用快剪的参数来分析地基的稳定性;又如施工期很长,预计土层能够充分排水固结,但竣工后可能有瞬时荷载,在这种情况下可以用固结快剪的参数。
1 三轴试验饱和黏性土的抗剪强度试验有总应力法和有效应力法之分;相应的强度参数有总应力参数和有效应力参数之别。
由于直剪试验不能量测土样内的孔隙水应力,不能从定量上知道土样的排水固结的程度。
所以只能根据控制试验速度来求得不同的强度参数,规定了以下三种不同的试验方法: 不固结不排水试验（快剪）:在士样上下面上加一层塑料薄膜防止孔隙水排出,在竖荷载施加后立即（3~5分钟）进行剪切直至破坏;固结不排水（固结快剪）:先让土样在竖荷载下充分排水固结（通常恒压24小时）,然后快速地将土样剪坏;1 不固结不排水抗剪强度（简称不排水抗剪强度）如前所述，不固结不排水试验是在施加周围压力和轴向压力直至剪切破坏的整个试验过程中都不允许排水，如果有一组饱和粘性土试件，都先在某一周围压力下固结至稳定，试件中的初始孔隙水压力为静水压力，然后分别在不排水条件下施加周围压力和轴向压力至剪切破坏，试验结果如图1所示，图中三个实线半圆A、B、C分别表示三个试件在不同的?3作用下破坏时的总应力圆，虚线是有效应力圆。
试验结果表明，虽然三个试件的周围压力?3不同，但破坏时的主应力差相等，在?f-?3图上表现出三个总应力圆直径相同，因而破坏包线是一条水平线，即式中——不排水内摩擦角，度；——不排水抗剪强度，kPa在试验中如果分别量测试样破坏时的孔隙水压力，试验结果可以用有效应力整理，结果表明，三个试件只能得到同一个有效应力圆，并且有效应力圆的直径与三个总应力圆直径相等，即这是由于在不排水条件下，试样在试验过程中含水量不变，体积不变，饱和粘性土的孔隙压力系数＝1，改变周围压力增量只能引起孔隙水压力的变化，并不会改变试样中的有效应力，各试件在剪切前的有效应力相等，因此抗剪强度不变。
如果在较高的剪前固结压力下进行不固结不排水试验，就会得出较大的不排水抗剪强度。
由于一组试件试验的结果，有效应力圆是同一个，因而就不能得到有效应力破坏包线和、值，所以这种试验一般只用于测定饱和土的不排水强度。
不固结不排水试验的“不固结”是在三轴压力室压力下不再固结，而保持试样原来的有效应力不变，如果饱和粘性土从未固结过，将是一种泥浆状土，抗剪强度也必然等于零。
一般从天然土层中取出的试样，相当于在某一压力下已经固结，总具有一定天然强度。
天然土层的有效固结压力是随深度变化的，所以不排水抗剪强度也随深度变化，均质的正常固结不排水强度大致随有效固结压力成线性增大。
饱和的超固结粘土的不固结不排水强度包线也是一条水平线，即。
2 固结不排水抗剪强度饱和粘性土的固结不排水抗剪强度在一定程度上受应力历史的影响，因此，在研究粘性土的固结不排水强度时，要区别试样是正常固结还是超固结。
将第5章提到的正常固结土层和超固结土层的概念应用到三轴固结不排水试验中，如果试样所受到的周围固结压力大于它曾受到的最大固结压力，属于正常固结试样；如果＜，则属于超固结试样。
试验结果证明，这两种不同固结状态的试样，其抗剪强度性状是不同的。
饱和粘性土固结不排水试验时，试样在作用下充分排水固结，，在不排水条件下施加偏应力剪切时，试样中的孔隙水压力随偏应力的增加而不断变化，，如图2所示，对正常固结试样剪切时体积有减少的趋势（剪缩），但由于不允许排水，故产生正的孔隙水压力，由试验得出孔隙压力系数都大于零，而超固结试样在剪切时体积有增加的趋势（剪胀），强超固结试样在剪切过程中，开始产生正的孔隙水压力，以后转为负值。
图3表示正常固结饱和粘性土固结不排水试验结果，图中以实线表示的为总应力圆和总应力破坏包线，如果试验时量测孔隙水压力，试验结果可以用有效应力整理，图中虚线表示有效应力圆和有效应力破坏包线，为剪切破坏时的孔隙水压力，由于，，故o～40o之间，超固结土的破坏包线略弯曲，实用上近似取为一条直线代替，如图5（b）所示，25kPa，比正常固结土的内摩擦角要小、与固结不排水试验得到的、约为5～试验证明，，即有效应力圆与总应力圆直径相很接近，由于固结排水试验所需的时间太长，故实等，但位置不同，两者之间的距离为，因为正常固结试样在剪切破坏时产生正的孔隙水压力，故有效应力圆在总应力圆的左方。
总应力破坏包线和有效应力破坏包线都通过原点，说明未受任何固结压力的土（如泥浆状土）不会具有抗剪强度。
总应力破坏包线的倾角以表示，一般在10o～20o之间，有效应力破坏包线的倾角称为有效内摩擦角，比大一倍左右。
3 固结排水抗剪强度（简称排水抗剪强度）固结排水试验在整个试验过程中，超孔隙水压力始终为零，总应力最后全部转化为有效应力，所以总应力圆就是有效应力圆，总应力破坏包线就是有效应力破坏包线。
图4（a）和（b）分别为固结排水试验的应力-应变关系和体积变化，在剪切过程中，正常固结粘土发生剪缩，而超固结土则是先剪缩，继而主要呈现剪胀的特性。
图5为固结排水试验结果，正常固结土的破坏包线通过原点，如图5（a）所示，粘聚力＝0，内摩擦角约在20用上以、代替、，但是两者的试验条件是有差别的，固结不排水试验在剪切过程中试样的体积保持不变，而固结排水试验在剪切过程中试样的体积一般要发生变化，、略大于、。
在直接剪切试验中进行慢剪试验得到的结果常常偏大，根据经验可将慢剪试验结果乘以0.9。
图6表示同一种粘性土分别在三种不同排水条件下的试验结果，由图可见，如果以总应力表示，将得出完全不同的试验结果，而以有效应力表示，则不论采用那种试验方法，都得到近乎同一条有效应力破坏包线（如图中虚线所示），由此可见，抗剪强度与有效应力有唯一的对应关系。
4 三种结果比较将上述三种三轴压缩试验的结果汇总于图中。
由图可见，对于同一种正常固结的饱和粘土，当采用三种不同的试验方法来测定其抗剪强度时，其强度包线是不同的。
其中UU试验结果是一条水平线，CU和CD试验各是一条通过坐标原点的直线。
三种方法所得到的强度指标间的关系是c u ? c cu ? cd ? 0 ，? d??cu??u?0试验结果表明，当用有效应力表示试验结果时，三种剪切试验将得到基本相同的强度包线及十分接近的有效应力强度指标，这就意味着同一种土三种试验的试样将沿着同一平面剪破。
实测资料表明，?f通常约为60°，而粘性土的一般在30°左右，实测的?f角接近于 45 ? ? / 2 ，?这也是有效应力概念下的理论剪破角。
正常固结土为应变硬化型，体变多表现为剪缩。
5 结论由三种三轴试验结果可见，同一种粘土当以总应力表示试验结果时，由不同试验方式可得到不同的总应力强度指标。
当以有效应力表示试验结果时，三种剪切试验将得到十分接近的有效应力强度指标，这意味着粘土在三种试验中将沿同一平面剪破。
6 参考文献[1] 张孟喜主编. 土力学原理[M], 武汉: 华中科技大学出版社,2010.9: 101－113.（ Zhang Mengxi. Soil mechanics [M], Wuhan: Huazhong University of Science & Technology Press, 2010.9: 101-113.）。