第三次课 岩石的拉伸、剪切以及三轴压缩试验
岩石三轴压缩实验的强度特性及应用_李亚林
抗剪强度 τｃ
／ＭＰａ
３．３ ５．２ ６．８ ９．１ １０．３
凝聚力（ｃ）和内摩擦角（Φ）
ｃ ／ＭＰａ
Φ （°）
适用范围 （ＭＰａ）
２．２
３０．５
０≤σ３≤５．２
破裂角（°）
实际
９０ ６０ ５５ ６０ ６０
理论
９０ ６０ ６０ ５６ ５４
（１）随着围压的增加，岩石的抗压、抗剪强度不断增大。 ①在低围压 ［如图 １ 的 ＣＡ 段（０≤σ３≤５．２ＭＰａ）］ 时，σ３ 与 σｃ、τｃ 的关系近似呈线性。
前言
岩石三轴压缩实验（简称三轴实验），实质是对处于三向受压环境中的地壳岩体的力学 性状的一种模拟。相对于其它一些所谓的常规实验，三轴实验属较复杂的高级实验，它可 以获取相应于岩体不同围压（或深度）的抗压强度、抗剪强度、弹性模量、泊松比以及准 确的凝聚力 Ｃ 和内摩擦角等数据。若使用三轴侍服压力机，还能得到应力—应变（σ—ε） 的全程曲线，进而获得岩石的残余应力、永久变形数据等。这些都是一些重大工程建设、 岩石力学和某些地学项目研究及应用中必不可少的重要参数。
度理论的一些具体内容作一简述：图中横坐标 σ为正应力、纵坐标 τ为剪应力。曲线 ＣＡＢ 为强度包络线。与包络线相切的每个应力圆均表示一种围压下的极限应力状态。圆与横坐 标的左侧交点为围压 σ３，右侧交点为该围压下的抗压强度 σｃ（σ１）。过切点的半径与横坐标 正方向的夹角为 ２ 倍破裂角，破裂角定义为破裂面法线与主应力 σ１ 方向所夹的锐角。本文 称此为理论破裂角 θ。切点的纵坐标为该圆所在围压下的抗剪强度 τｃ，亦即破裂面上的剪应 力 τ，横坐标为破裂面上的正应力 σｎ。包络线与纵坐标的交点为凝聚力 ｃ，直线 ＣＡ 与横坐 标所夹的锐角为内摩擦角 Φ。包络线下部是不会发生破裂的、稳定的应力状态区域，上部 为不可能存在的应力状态区域。
《岩体工程力学》实验指导书
《岩体工程力学》实验指导书河南理工大学能源学院采矿工程实验室前言实践教学是学生理解、综合运用所学知识的重要环节，对提高解决工程实际问题的能力具有特殊重要的作用。
因此，在《岩体工程力学》教学中，充分重视实验环节，安排足够的实验、实习内容，开展多种形式的实践教学，以提高实践教学效果。
任课教师参加指导实验，要求学生在实验指导教师指导下系统、独立完成实验过程和实验报告。
目前，实验开出率达100%，综合性和设计性实验比率超过30%。
目前，实验室不仅能开出本科教学的全部实验，也能满足研究生的实验项目和教师科研的需要，还可承接纵向、横向科研课题。
根据课程安排，将岩石单轴压缩实验，岩石单轴抗拉强度测定，岩石点荷载强度的测定，岩石三轴压缩实验以及电液伺服控制岩石力学试验系统的演示等项实验，分小组要求学生独立完成实验的全过程。
为了引导学生对岩石力学工程的特殊兴趣，充分利用教师的科研、科技项目及实践基地，以及实验室全面开放的有利条件，组织岩石力学科技小组活动，在岩石力学实验室，积极开展综合性和设计性实验，学生结合教师的科技服务项目，除大纲要求的实验内容外，还可进行煤和岩石的含水率、吸水率、坚固性系数、软化系数、动态破坏时间、弹性能指标等参数的实验。
在实验的过程中充分发挥学生的积极性，达到增强学生岩石力学的实践能力，锻炼学生的实践技能，培养学生动手和分析问题的能力，扩展知识面及实际工作能力的目的，更好地参与工程实践活动打下了基础。
学生实验守则一、每次实验前必须做好复习和预习。
复习的内容为教科书上有关本次实验的教学内容；预习内容包括仔细阅读实验指导书和去实验室熟悉有关仪器设备。
二、经过预习应掌握该项实验的意义、目的、操作步骤。
对实验指导教师提出的检查性问题，应能回答，否则不得进行实验。
三、实验时态度应严肃认真，严格按教师及实验指导书上所讲的操做步骤进行实验，每台设备应按操作则进行，以免损坏设备或造成事故。
四、实验结束后，应在规定时间内提交实验报告。
室内岩石试验(三轴)
σ3 =12
2）、绘制应力差～轴向 应变（εL）曲线。 3）、计算弹性模量和泊 松比。
σ3 =4 σ3 =8
0 0 0.005 0.01 0.015
εL
三轴压缩强度和变形试验
—成果整理
4、破坏后试件描述
描述破坏形式，并量测破坏面与最大主应力作 用面之间的夹角。
三轴压缩强度和变形试验
—试验方法
断层泥
三、三轴压缩强度和变形试验
—试验方法 2）安装试件： a、套热缩管、隔油；
三轴压缩强度和变形试验
—试验方法
三轴压缩强度和变形试验
—试验方法
以0.05MPa/s——同时施加侧压 力和轴向压力至预定侧压力值 以0. 5～1.0MPa/s——施加轴向 荷载，直至试件完全破坏。
试样安装完 毕，给压力 室注油，准 备施加围压
50 40 30 20 10 τ( )
φ
C
0 10 20 30 40 50 60 σ(
应力莫尔圆
三轴压缩强度和变形试验
—成果整理 3）以σ1纵坐标， σ3为横坐标点绘的 最佳关系曲线为直 线，可按下式直接求 C、 φ值。
轴压 σ 1 (MPa) y = 12.8x + 165.04 400 350 300 250 200 150 100 50 0 0 5 10 15 围压 σ3 (MPa)
2、三轴压力室
利用伺服控制刚性试验机 提供轴向荷载，将三轴压力室 底座推至试验机活塞中心，放 下三轴压力室，并用螺栓与底 座连接。
—仪器设备
三轴压力室底座 滑轨
三轴压力室
轴向荷载加 压油缸
三、三轴压缩强度和变形试验
—仪器设备 3、液压稳压综合控制系统 围 压： 0～100MPa； 试件尺寸： φ25×50mm； φ50×100mm； φ100×200mm。
3第三讲 岩石的力学性质测试
p c A
式中 p—岩石破坏时的轴向载荷，N； A—岩样的横截面积，m2。
四. 抗拉强度的测定
1.单向拉伸试验 测定岩石抗拉强度有直接拉伸和间接拉伸两种 方法。岩石直接拉伸试验基本上与一般的金属拉伸 试验方法相同。常利用特制的夹具或粘合剂，将试 样夹持在试验机上拉伸(见图3-4)。岩样拉断时的应 力值，即为岩石的抗拉强度：
vp
Ed
L
t1 t2
声波发射器
岩样试块
声波接收器
波速vρ=L/（t2-t1）
vp Ed
二．岩石塑性指标的测定
在地质钻探和石油钻井中通常利用压头静压入时得 到的载荷—侵深曲线确定岩石的塑性系数Kn。如图3—2 所示，纵轴代表压头静压入的载荷，横轴代压头侵入岩 石的深度，OA段为弹性区，AB段为塑性区，A点为屈 服极限，B点为破碎极限。OABC面积是岩石破碎前所 消耗的总能量，ODE面积是弹性变形所消耗的能量。岩 石的塑性系数Kn。用破碎前所消耗的总能量与弹性变形 所消耗能量之比来表示。即；
3-1
表3-2
表3-2
表3-3 表3-3
三.单向抗压强度的测定 单向抗压强度是岩石力学试验中 最基本的指标之一。如图3一3所示， 试验时，首先应将岩样置于压力机承 压板中心，并注意压力机与试件受压 面是否平行。若不平行，则可调整球 形承座直至平行，以便岩样受载均匀。 然后。开动材料试验机，以0.5～1.0 图3-3 MPa／s的速率施加载荷，直到岩样破 坏为止。 岩样破坏时的应力值，即是岩石的抗压强度。即：
图3-15
铝粉抛光,试验的面积至少大于10厘米2,厚度大于 1cm。试验表面垂直于仪器,冲击点间距大于5mm, 重复测20次取平均值。仪器使用前,至少在标准块 上打5个点,以作校正用。 操作时，首先调整机座上的三个调平螺钉12， 然后转动升降手轮5，使冲头的保护帽10离开工作 台11，将岩样放在工作台上，倒转动手轮使保护 帽尽量压紧岩样。转动操作手轮8(1～2r／s)，使 钩子9张开，冲头杆4落到被测试的岩样表面。钩 子张开后不要将手松开，应将手轮反向(1～2r／s) 送回到原来位置。冲头杆则随之上升触动齿条顶 杆3，这时表盘1内的指针2反映出回跳的数值即肖 氏硬度。
第三讲 岩石强度
下图。
2P X Dl
（2-22）
6P y （2-23） Dl
•计算公式：当P值达到峰值破坏荷载Pmax时，在垂直径向的
x方向（水平方向）产生均匀拉应力σxmax即为岩石的拉应力：
2 Pmax Rt Dl
（2-25）
（3）点荷载试验法
–是上世纪发展起来的一种简便的现场试验方法。 –试件：任何形状，尺寸大致50mm，不做任何加工。 –试验：在直接带到现场的点荷载仪上，加载劈裂破坏。
在实验过程中，如何预见岩石的宏观破坏形式呢？ 也就是说在试验过程中，能否通过某种方式预先知道 （预测）它的破坏结果？（声发射技术的应用）
abLeabharlann cdef
– 由上图可知，声发射技术是一门无损监（检）测技 术，被动声发射监测，可以用来监测了解材料的破 坏趋势。
• 室内实验中影响岩石抗压强度的主要因素：
– 岩石试件的形状：圆柱体形、立方块、长方块等不同 的形状影响岩石的抗压强度，立方块和长方块容易在 棱角上产生应力集中，影响岩样的强度。
1. 岩石抗压强度：是指岩石承受最大外荷载的能力。
（1）单轴抗压强度：无围压（无侧限）强度 –岩样：圆柱形（尺寸直径48~54mm、高径比=2~2.5） –计算公式：压力与受载面积的比。
Pc Rc A
（2-14）
非标准试样的抗压强度计算公式：
为非标准岩样的强度，d为岩 样的直径或边长，h为高度。
• 试验方法：直剪仪，垂向压力P作 用下的直接剪切； • 试样：一般为立方块（尺寸：棱 长50mm），有时也用长方块； • 计算方法：
P A
P
岩样
直剪仪剪切盒
（2-15） （2-16）
T A
三轴压缩实验报告
86.4 225.5 324.8 403.8 462.9 514.5 558.9 590.6 626.8 650.8 668.4 680.0 690.9
1400 1500
17.50 18.75
14.55 14.77
135 138
696.1 700.8
周 围 压 力 3 ： 400 7.5N/0.01mm。 轴向应变 读数 0.01mm
1 3
CR 10 Aa
100 200 300 400 500 600 700 800 900
12.15 12.31 12.47 12.63 12.80 12.97 13.15 13.33 13.52
163.6 255.9 327.9 374.1 416.0 445.2 470.5 489.4 507.5
1000 1100 1200 1300 1400 1500
12.50 13.75 15.00 16.25 17.50 18.75
13.71 13.91 14.12 14.33 14.55 14.77
94.5 99 102 105 108 111
516.8 533.7 541.9 549.6 556.9 563.7
Kpa
剪 切 应 变 速 率 ： 1.2
mm/min
测力计率定系数 C：
轴向应变
试样校正面积
测力计表读数
应力差
%
cm 2
Aa A0 1
0.01mm
Kpa
h
1.25 2.50 3.75 5.00 6.25 7.50 8.75 10.00 11.25 12.50 13.75 15.00 16.25 17.50 18.75
1f 3f
三轴压缩试验文库.
三轴压缩试验目的和适用范围三轴压缩试验是测定土的抗剪强度的一种方法它通常用个圆柱形试样分别在不同的恒定周围压力即小主应力下施加轴向压力即产生主应力差进行剪切直至破坏然后根据摩尔库仑理论求得抗剪强度参数本规程适用于测定细粒土和砂类土的总抗剪强度参数和有效抗剪强度参数根据排水条件的不同本试验分为不固结不排水剪固结不排水剪或和固结排水剪等种试验类型不固结水排水剪试验是在施加周围压力和增加轴向压力直至破坏过程中均不允许试样排水本试验可以测得总抗剪强度参数固结不排水剪或试验是试样先在某一周围压力作用下排水固结然后在保持不排水的情况下增加轴向压力直至破坏本试验可以测得总抗剪强度参数或有效抗剪强度参数和孔隙压力系数固结排水剪试验是试样先在某一周围压力作用下排水固结然后在允许试样充分排水的情况下增加轴向压力直到破坏本试验可以测得有效抗剪强度参数和变形参数引用标准应变控制式三轴仪应变控制式三轴仪校验方法击实试验土工仪器的基本参数及通用技术条件第一篇室内土工仪器仪器设备仪器设备应变控制式三轴仪如图所示有反压力控制系统周围压力控制系统压力室孔隙水压力量测系统试验机等其技术条件应符合规定图三轴仪组成示意图反压力控制系统轴向测力计轴向位移计试验机横梁孔隙压力测量系统活塞压力室升降台量水管试验机周围压力控制系统压力源体变管周围压力阀量管阀孔隙压力阀手轮体变管阀排水管孔隙压力传感器排水管阀附属设备击实筒见图饱和器见图图击实筒套环定位螺丝导杆击锤底板套筒饱和器底板图饱和器土样筒紧箍夹板拉杆透水板切土盘见图切土器和切土架见图分样器见图承膜筒见图制备砂样圆模见图用于冲填土或砂性土天平称量分度值称量分度值称量分度值量表量程分度值橡皮膜对直径和的试样橡皮膜厚度以为宜对直径的试样橡皮膜厚度以为宜仪器设备的检定和校准天平应按相应的检定规程规定进行检定应变控制式三轴仪应按规定的方法进行校准图切土盘图切土器和切土架图原状土分样器量表应按大量程百分表检定规程进行检定仪器检查图承膜筒安装示意图压力室底座透水板试样承膜筒橡皮膜上帽吸气孔周围压力控制系统和反压力控制系统的仪表的误差应小于全量程的采用传感器时其误差应小于全量程的根据试样的强度大小选择不同量程的测力计最大轴向压力的准确度不小于孔隙压力量测系统的气泡应排除其方法是孔隙压力量测系统中充以无气水煮沸冷却后的蒸馏水并施加压力小心打开孔隙压力阀让图制备砂样圆模压力室底座透水板制样圆模两片合成紧箍像皮膜橡皮圈管路中的气泡从压力室底座排出应反复几次直到气泡完全冲出为止若用零位指示器时将零位指示器中的水银移入贮槽内关闭量管阀用调压筒对孔隙压力测量系统加压排除气泡需要注意不要使贮槽内水银冲出指示器排气完毕后从贮槽中移回水银关闭孔隙压力阀用调压筒施加压力孔隙压力量测系统的体积因数应小于排水管路应通畅活塞在轴套内应能自由滑动各连接处应无漏水漏气现象俟仪器检查完毕关周围压力阀孔隙压力阀和排水阀以备使用橡皮膜在使用前应仔细检查其方法是扎紧两端在膜内充气然后沉入水下检查应无气泡溢出仪器检查的各项结果应符合的规定操作步骤试样制备试样尺寸应符合下列要求试样高度与直径之比应为对于有裂隙软弱面或构造面的试样直径宜采用原状土试样制备对于较软的土样先用钢丝锯或削土刀切取一稍大于规定尺寸的土柱放在切土盘的上下圆盘之间见图再用钢丝据或削土刀紧靠侧板由上往下细心切表土样粒径与试样直径的关系表试样直径允许粒径削边切削边转动圆盘直至土样的直径被削成规定的直径为止然后按试样高度的要求削平上下两端对于直径为的软粘土土样可先用分样器图分成个土柱然后再按上述的方法切削成直径为的试样对于较硬的土样先用削土刀或钢丝锯切取一稍大于规定尺寸的土柱上下两端削平按试样要求的层次方向放在切土架上用切土器切削见图先在切土器刀口内壁涂上一薄层油将切土器的刀口对准土样顶面边削土边压切土器直至切削到比要求的试样高度约高为止然后拆开切土器将试样取出按要求的高度将两端削平试样的两端面应平整互相平行侧面垂直上下均匀在切样过程中若试样表面因遇砾石而成孔洞允许用切削下的余土填补将切削好的试样称量直径的试样准确至直径和的试样准确至试样高度和直径用卡尺量测试样的平均直径按式计算式中试样平均直径分别为试样上中下部位的直径取切下的余土平行测定含水率取其平均值作为试样的含水率对于同一组原状试样密度的差值不宜大于含水率差值不宜大于对于特别坚硬的和很不均匀的土样如不易切成平整均匀的圆柱体时允许切成与规定直径接近的柱体按所需试样高度将上下两端削平称取质量然后包上橡皮膜用浮称法称试样的质量并换算出试样的体积和平均直径扰动土试样制备击实法选取一定数量的代表性土样对直径试样约取和试样分别取和经风干碾碎过筛筛的孔径应符合本规程表规定测定风干含水率按要求的含水率算出所需加水量计算方法参照中式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至少使含水率均匀取出土料复测其含水率测定的含水率与要求的含水率的差值应小于否则需调整含水率至符合要求为止击样筒的内径应与试样直径相同击锤的直径宜小于试样直径也允许采用与试样直径相等的击锤击样筒壁在使用前应洗擦干净涂一薄层凡士林根据要求的干密度称取所需土质量按试样高度分层击实粉质土分层粘质土分层击实各层土料质量相等每层击实至要求高度后将表面刨毛然后再加第层土料如此继续进行直至击实最后一层将击样筒中的试样两端整平取出称其质量一组试样的密度差值应小于冲填土试样制备土膏法取代表性土样风过筛调成略大于液限的土膏然后置于密闭容器内储存左右测定土膏含水率同一组试样含水率的差值不应大于在压力室底座上装对开圆模和橡皮膜在底座上的透水板上放一湿滤纸连接底座的透水板均应饱和橡皮膜与底座扎紧称制备好的土膏用调土刀将土膏装入橡皮膜内装土膏时避免试样内夹有气泡试样装好后整平上端称剩余土膏计算装入土膏的质量在试样上部依次放湿滤纸透水板和试样帽并扎紧橡皮膜然后打开孔隙压力阀和量管阀降低量水管使其水位低于试样中心约测记量水管读数算出排水后试样的含水率拆去对开模测定试样上中下部位的直径及高度按本规程式计算试样的平均直径及体积砂类土试样制备根据试验要求的试样干密度和试样体积称取所需风干砂样质量分三等分在水中煮沸冷却后待用开孔隙压力阀及量管阀使压力室底座充水将煮沸过的透水板滑入压力室底座上并用橡皮带把透水板包扎在底座上以防砂土漏入底座中关孔隙压力阀及量管阀将橡皮膜的一端套在压力室底座上并扎紧将对开模套在底座上将橡皮膜的上端翻出然后抽气使橡皮膜贴紧对开模内壁见图在橡皮膜内注脱气水约达试样高的用长柄小勺将煮沸冷却的一份砂样装入膜中填至该层要求高度Array第层砂样填完后继续注水至试样高度的再装第层砂样如此继续装样直至模内装满为止如果要求干密度较大则可在填砂过程中轻轻敲打对开模务使所称出的砂样填满规对含有细粒土和要求高密度的试样可采用干砂制备用水头饱和或反压力饱和定的体积然后放上透水板试样帽翻起橡皮膜并扎紧在试样帽上开量管阀降低量管使管内水面低于试样中心高程以下约对于直径的试样约在试样内产生一定负压使试样能站立拆除对开模按本规程之量试样高度与直径复核试样干密度各试样之间的干密度差值应小于试样饱和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个大气压后应继续抽气继续抽气时间宜符合下列要求粉质土大于粘质土大于密实的粘质土大于当抽气时间达到上述要求后徐徐注入清水并保持真空度稳定待饱和器完全被水淹没即停止抽气并释放抽气缸的真空试样在水下静置时间应大于然后取出试样并称其质量水头饱和对于粉土或粉质砂土均可直接在仪器上用水头饱和其方法是先按本规程之至步骤安装完毕试样顶用透水帽然后施加的周围压力并同时提高试样底部量管的水面和降低连接试样顶部固结排水管的水面使两管水面差在左右打开量管阀孔隙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量管流出的水量与固结排水管内的水量相等为止二氧化碳饱和二氧化碳饱和适用于无粘性的松砂紧砂及密度低的粉质土二氧化碳的饱和装置见图其步骤如下试样安装完成后装上压力室罩将各阀门关闭开周围压力阀对试样施加的周围压力图二氧化碳饱和装置图减压阀储气瓶供气阀将减压阀调至开供气阀使气体由试样底部输入试样内开体变管阀当体变管内的水面无气泡时关闭供气阀开孔隙压力阀及量管阀升高量管内水面使保持高于体变管内水面约当量管内流出的水量约等于体变管内上升的水量为止再继续水头饱和后关闭体变管阀及孔隙压力阀反压力饱和按本规程或规定进行试样饱和并用值孔隙压力系数检查饱和度如试样的饱和度达不到可对试样施加反压力以达到完全饱和施加反压力装置见图其步骤如下试样装好以后装上压力室罩关孔隙压力阀和反压力阀测记体变管读数先对试样施加的周围压力预压并开孔隙压力阀待孔隙压力稳定后记下读数然后关孔隙压力阀反压力应分级施加并同时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反压力和周围压力的每级增量对软粘土取对坚实的土或初始饱和度较低的土取操作时先调周围压力至并将反压力系统调至同时打开周围压力阀和反压力阀再缓缓打开孔隙压力阀待孔隙压力稳定后测记孔隙压力计和体变管读数再施加下一级的周围压力和反压力算出本级周围压力下的孔隙压力增量并与周围压力增量比较如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规定施加下一级周围压力和反压力当试样在某级压力下达到时应保持反压力不变增大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表明试样已完全饱和否则应重复上述步骤直至试样饱和为止试样安装和固结不固结不排水剪试验试验对压力室底座充水在底座上放置不透水板并依次放置试样不透水板及试样帽对于冲填土或砂性土的试样安装分别按本规程或规定进行将橡皮膜套在承膜筒内两端翻出筒外见图从吸气孔吸气使膜贴紧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分别扎紧在压力室底座和试样帽上装上压力室罩安装时应先将活塞提升以防碰撞试样压力室罩安放后将活塞对准试样帽中心并均匀地旋紧螺丝再将轴向测力计对准活塞开排气孔向压力室充水当压力室内快注满水时降低进水速度水从排气孔溢出时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的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施加旋转手轮同时转动活塞当轴向测力计有微读数时表示活塞已与试样帽接触然后将轴向测力计和轴向位移计的读数调整到零位固结不排水剪试验测孔隙压力试验开孔隙压力阀及量管阀使压力室底座充水排气并关阀将煮沸过的透水板滑入压力室底座上然后放上湿滤纸和试样试样上端亦放一湿滤纸及透水板在其周围贴上条浸湿的滤纸条宽度为试样直径的左右滤纸条上端与透水石连接按本规程之规定将橡皮膜套在试样外橡皮膜下端扎紧在压力室底座上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粘土可开孔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开排水管阀使水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降低排水管使其水面至试样中心高程以下吸出试样与橡皮膜之间多余水分然后关排水管阀按本规程之和的规定装上压力室罩并注满水然后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关排水管阀使量管水面位于试样中心高度处开量管阀若用零位指如要施加反压力饱和试样所贴的滤纸条必须中间断开约试样高度或自底部向上贴至试样高度处示器时用调压筒调整零位指示器的水银面于毛细管指示线测读传感器记下孔隙压力计起始读数然后关量管阀按本规程之的规定施加周围压力并调整各测力计和位移计读数打开孔隙压力阀若用零位指示器用调压筒先将孔隙压力计读数调至接近该级周围压力大小然后缓缓打开孔隙压力阀并同时旋转调压筒使毛细管内水银面保持不变测记稳定后的孔隙压力读数减去孔隙压力计起始读数即为周围压力与试样的初始孔隙压力注如不测孔隙压力可以不做本款要求的试验开排水管阀的同时开动秒表按时间测记排水管水面及孔隙压力计读数在整个试验过程中零位指示器的水银面始终保持在原来位置排水管水面应置于试样中心高度处固结度至少应达到随时绘制排水量与时间平方根或时间对数曲线见图或孔隙压力消散度与时间对数曲线如要求对试样施加反压力时则按本规程规定进行然后关体变管阀增大周围压力使周围压力与反压力之差等于原来选定的周围压力记录稳定的孔隙压力读数和体变管水面读数作为固结前的起始读数开体变管阀让试样通过体变管排水并按本规程之及之规定进行排水固结固结完成后关排水管阀或体变管阀记下体变管或排水管和孔隙压力计的读数然后转动细调手轮到测力计读数开始微动时表示活塞已下试样接触记下轴向位移计读数即为固结下沉量依此算出固结后试样高度然后将测力计垂直位移计读数都调至零其余几个试样按同样方法安装试样并在不同周围压力下排水固结固结排水试验试验若试样的主固结时间已经掌握也可不读排水管和孔隙压力的过程读数图排水量与排水时间的关系曲线固结排水量与时间平方根曲线固结排水量与时间对数曲线试样安装按本规程之规定进行排水固结按本规程之规定进行试样剪切试验机的电动机启动之前应按表规定将各阀门关闭或开启表各阀门开关状态试验方法体变管阀排水管阀周围压力阀孔隙压力阀量管阀试验关关开关关试验测孔隙压力关关开开关试验关关开关关试验开开开开关注试验中用体变管或排水管试验的剪切应变速率按表规定选择表剪切应变速率表试验方法剪切应变速率备注试验试验测孔隙压力粘质土粘质土高密度粘性土试验试验开动电动机合上离合器进行剪切开始阶段试样每产生轴向应变测记测力计读数和轴向位移计读数各次当轴向应变达以后读数间隔可延长为各测记次当接近峰值时应加密读数如果试样为特别硬脆或软弱土的可酌情加密或减少测读的次数当出现峰值后再继续剪辆向应变若测力计读数无明显减少则剪切至轴向应变达试验测孔隙压力测读轴向位移计时应同时测读孔隙压力计的读数试验测读轴向位移计时应同时测读体变管读数或排水管读数试验结束后关闭电动机关周围压力阀试验测孔隙压力应关闭孔隙压力阀试验则应关闭孔隙压力阀和体变管阀然后拔出离合器倒转手轮开排气孔排去压力室内的水拆除压力室罩揩干试样周围的余水脱去试样外的橡皮膜描述破坏后形状称试样质量测定试验后含水率对于直径的试样宜取整个试样烘干和直径的试样允许切取剪切面附近有代表性的部分土样烘干对其余几个试样在不同周围压力下以同样的剪切应变速率进行试验计算和制图计算试样的高度面积体积及剪切时的面积计算公式列于表表高度面积体积计算表项目起始固结后按实测固结下沉等应变简化式剪切时校正值试样高度试样面积不固结不排水剪固结不排水剪固结排水剪试样体积表中固结下沉量由轴向位移计测得固结排水量实测或试验前后试样质量差换算排水剪中剪切时的试样体积变化按体变管或排水管读数求得轴向应变不固结不排水剪中的等于固结不排水剪及固结排水剪中的等于试样剪切时高度变化由轴向位移计测得为方便起见可预先绘制及的关系线备用按式计算主应力差式中大主应力小主应力测力计率定系数测力计读数试样剪切时的面积单位换算系数按式计算有效主应力比式中有效大主应力和有效小主应力大主应力与小主应力孔隙水压力按式式计算孔隙压力系数和式中试样在周围压力下产生的初始孔隙压力试样在主应力差下产生的孔隙压力制图根据需要分别绘制主应力差与轴向应变的关系曲线图有效主应力比与轴向应变的关系曲线图孔隙压力与轴向应变的关系曲线图用与作坐标的应力路径关系曲线图破坏点的取值以或的峰点值作为破坏点如和均无峰值应以应力路径的密集点或按一定轴向应变一般可取经过论证也可根据工程情况选取破坏应变相应的或作为破坏强度值绘制强度包线对于不固结不排水剪切试验及固结不排水剪切试验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为半径注脚表示破坏时的值绘制破坏总应力圆后作诸圆包线该包线的倾角为内摩擦角或包线在纵轴上的截距为粘聚力或见图及图在固结不排水剪切中测孔隙压力则可确定试样破坏时的有效应力以有效应力为横坐标剪应力为为纵坐标在横坐标轴上以为圆心以为半径绘制不同周围压力下的有效破坏应力圆后作诸圆包线包线的倾角为有效内摩擦角包线在纵轴上的截距为有效粘聚力在排水剪切试验中孔隙压力等于零抗剪强度包线的倾角和在纵轴上的截距分别以和表示如图如各应力圆无规律难以绘制各圆的强度包线可按应力图主应力差与轴向应变关系曲线图有效主应力比与轴向应变关系曲线图孔隙压力与轴向应变关系曲线图应力路径曲线正常固结粘土图不固结不排水剪强度包线图固结不排水剪强度包线路径取值即以作纵坐标作横坐标绘制应力圆作通过各圆之圆顶点的平均直线见图图固结排水剪强度包线图应力路径包线根据直线的倾角及在纵坐标上的截距按下列两式计算和式中平均直线的倾角平均直线在纵轴上的截距变形参数的整理变形参数的整理按本规程附的方法进行变形参数的整理按本规程附的方法进行记录本试验的记录格式如表表表表三轴压缩试验记录表工程名称试验者土样编号计算者土样说明校核者试验方法试验日期试样状态起始值固结后剪切后直径高度面积体积质量密度干密度试样含水率起始值剪切后盒号盒质量盒加湿土质量湿土质量盒加干土质量干土质量水质量含水率饱和度周围压力反压力周围压力下的孔隙压力孔隙压力系数破坏应变破坏主应力差破坏大主应力破坏孔隙压力系数相应的有效大主应力相应的有效大主应力最大有效主应力比孔隙压力系数试样破坏情况的描述呈鼓状破坏。
三轴压缩试验
实验六 三 轴 压 缩 试 验一、三轴压缩实验是测定土的抗剪强度的一种方法，它通常用3~4个圆柱形试样，分别在受压室内施加一定的恒定周围压力（即小主应力σ3）下，再施加轴向压力[即产生主应力差（σ1~σ3）]，进行剪切直至试样破坏为止；然后根据摩尔－库仑理论，求得抗剪强度参数（内摩擦角和内聚力）。
二、实验方法：根据排水条件不同，本试验分为：1. 不固结不排水剪（UU ）：试验是在施加周围压力和增加轴向压力直至破坏过程中均不 允许试样排水。
本试验可以测得总抗剪强度参数u c 、u ϕ。
2. 固结不排水剪（CU 或CU ）：试验是试样先在某一周围压力作用下排水固结，然后在保持不排水的情况下, 增加轴向压力直至破坏。
本试验可以测得总抗剪强度参数cu c 、cu ϕ或有效抗剪强度参数c '、ϕ'和孔隙压力参数。
3. 固结排水剪（CD ）：试验是试样先在某一周围压力作用下排水固结，然后在允许试样充分排水的情况下, 增加轴向压力直至破坏。
本试验可以测得有效抗剪强度参数d c 、d ϕ和变形参数。
三、仪器设备1. 应变控制式三轴剪力仪：试样控制在一定的变形速率下完成剪切过程，并装有孔隙水压力的量测设备。
三轴仪的基本构造可分为试样压力室、轴向加压装置、周围压力的恒压设备、真空抽气饱和设备、试样体积变化的量测部分和孔隙水压力测量装置等构成；2.旋转式的切土器；3.承膜筒；4.橡皮膜（厚度在0.2mm左右不透水橡皮膜）；5.其他：钢丝锯、切土刀、烘箱、称量盒、干燥器、天平、滤纸、游标卡尺、止水橡皮圈以及活络扳手等工具。
四、不固结不排水剪切试验的操作步骤1．制备三个以上圆柱形试样（原状或人工）。
将人工制备的扰动土或原状土的土样毛坯应大于试样的直径和高度，小心地放在旋转式的切土器内，用钢丝锯或切土刀边转边削的切成所要求的圆柱形试样（试样直径为Ø 39.1mm、Ø 61.8mm 、和Ø101.0mm，高度为直径的二倍至二倍半），并同时测定其容重和代表性含水率。
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岩石的抗剪强度
定义 指岩石在一定的应力条件下（主要指 压应力），所能抵抗的最大剪应力，常 用 表示
1.
抗剪断强度试验（下图为试验室直剪试验）：
P A
T A
tan c
现场直剪试验（平推法和斜推法）
变角板剪切试验
根据力的平衡原理，作用 于剪切面上的法向力N和切向力 T可按下式计算：
N P cos f sin A A T P sin f cos A A
优点？缺点？
τ f(Mpa)
σ （MP
2.
抗切试验（下图分别为单剪和双剪试验）：
剪切面上无压应力的剪切试验
3.
弱面抗剪强度（摩擦强度）试验：
摩擦强度 残余强度 非弹性变形作业：1、名词解释：残余强度、泊松比 2、你认为花岗岩和粉砂岩在常规三轴压缩试 验中，它们的弹性模量分别会出现什么变化？ 为什么？ 3、课后习题第6题。 sin48=0.743，sin55=0.819，sin64=0.899 cos48=0.669，cos55=0.573，cos64=0.438
2 2 1
1 2 P
3. 间接方法
（1）抗弯法（梁的弯曲试验）
t MC / I
（2）劈裂法（巴西法）（最常用的测试方法）
t 2P / DH
t
2P ah
（3）点荷载试验法
Is P / y2
t t
kt I s ( 50 )
P kt y2
三
4
3 2 1 7 5 6
补充知识：岩石的扩容
扩容----所谓扩容,是指岩石受外力作用后,发生非
弹性的体积膨胀,并且该体积膨胀不可逆，标志是岩石
的泊松比大于0.5。 岩石试件在不断加载过程中，由于试件中产生微裂
纹的张开、扩展、贯通等现象，使岩石内的孔隙不断增
大，同时促使岩石在宏观上表现为体积也随之增大的现 象，扩容发生在岩石破坏前。 一般单轴、三轴压缩都出现扩容，只是围压增大， 扩容量减小。多数岩石在破坏前都要产生扩容，扩容的 快慢和大小与岩石本身的性质、种类及其它因素有关。
二
岩石的抗拉强度
1. 定义：岩石试件在受到轴向拉应力后试件发生破坏时的 单位面积上所受的拉力。 2. 直接拉伸法： (1) 单轴直接拉伸法 抗拉强度： P—试件能承受的最大拉力； A—垂直拉应力方向试件的截面积。
Rt P / A
(2) 限制性直接拉伸法
限制性直接拉伸装置示意图
P( d 2 d ) 3 2 d1
四、三轴压缩状态下的岩石变形特性
1、岩石在常规三轴试验条件下的变形特性
岩石在常规三轴试验条件下的莫尔强度包络线
直线型莫尔强度包络线
曲线型莫尔强度包络线
常规三轴压缩试验中围压对岩石刚度的影响
常规三轴压缩试验中围压对岩石变形及其强度的影响
2、岩石在真三轴试验条件下的变形特性
现场三轴压缩试验