三轴试验
三轴试验
三轴试验一、基本原理三轴压缩实验是根据摩尔-库伦强度理论，用3～4个试样，分别在不同的恒定周围压力（即小主应力σ3）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。
根据排水条件的不同，三轴试验分为以下三种试验类型：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）:是在整个实验过程中,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保和试样可测得总抗剪强度参数CU、ФU或有效抗剪强度参数C′、Ф′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，然后保持在不排水的情况下，增加轴向压力直到剪坏为止，可以测得总抗剪强度指标CCu、ФCu或有效抗剪强度参数C′、Ф′和孔隙水压力参数。
（3）固结排水剪试验（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，可以测定有效抗剪强度指标2Cd、Фd。
二、固结不排水试验（一）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、承膜筒和对开圆筒，：3、百分表量程3cm或1cm，分度值〉0.01mm。
4、天平程量200g，感量0.01g；程量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，不得有漏气空。
（二）操作步骤1、仪器检查⑴周围压力的测量精度为全量程的1%，测读分值为5kPa。
⑵孔隙水压力系统内的气泡应完全排除。
系统内的气泡可用纯水或施加压力使气泡溶于水，并从试样底座溢出，测量系统的体积因数应小于1.5×10-5cm3/ kPa。
⑶管路应畅通，活塞应能滑动，各连接处应无漏气。
三轴试验
密砂
松砂
竖向应变
密砂
松砂 竖向应变 图3-3三轴试验应力应变曲线
两类试验方法变形模量比较
三轴压缩
轴向压应力
• 土的变形模量随竖向
压力的增加而减小，
即土的压缩性增大 轴
向
• 侧限压缩
压
•
土的侧限变形模量随
应 变
竖向压力的增加而增
大
侧限压缩 三轴压缩
• 即土的压缩性减小
图3-4两类试验方法应力-应变关系比较
三轴试验
• 特点：
• （1）侧向可变形， 为轴对称三维应力状 态
• （2）可控制排水条件
• （3） 可有Δ多σ1 种加载路
径
σ3
σ3
σ3
σ3 Δσ1
动画3-4 三轴压缩排水试验装置
• 三轴压缩排水试验结论
• 密砂的变形： • 土体被挤密 屈服 • 土体竖向压缩而侧向鼓出 • 超固结粘土 • 压缩性状与密砂相似 • 松砂的变形： • 体积压缩密度增加， • 有时出现侧向鼓出 • 正常固结粘土 • 压缩性状与松砂相似
三轴试验
孔隙水压力阀，测定孔隙水压力。开排水阀。当需测定排水过程时， 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。
试样剪切步骤：
关孔隙水压力阀，微调压力机升降台，使活塞与试样接触，此 时轴向变形百分表的变化值为试样固结时的高度变化。
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；
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和 。
应力特点与试验方法
常用试验类型
百分表
类型
固结 排水
施加 3
固结
施加 1-3
排水
量测 体变
固结 不排水
固结
不排水
孔隙水 压力
不固结 不排水
不固结
不排水
孔隙水 压力
围压 力3
阀门
横梁 量力环
量 水 管
孔压
试 样
量测
马达
阀门
破坏偏差应力取值方法
1-3
(1-3)f (1-3)f
密砂 松砂
15% 1
取曲线的最大偏差应力值
作为(1-3)f
取规定的轴向应变值（通
常15%）所相应的偏差应
力作为(1-3)f
以最大有效主应力比
((1/3)max处的偏差应 力值作为(1-3)f
三轴试验确定土的强度包线
1-3
3=500kPa
(1-3)f
强度包线
3=300kPa
动三轴试验操作步骤
动三轴试验操作步骤三轴试验是一种用来研究岩土体力学性质的实验方法。
它通过施加轴向负载和两个正交的侧向负载来模拟实际工程中的应力状态。
以下是进行三轴试验的一般操作步骤：1.准备工作：a.确定试验目的和研究对象。
b. 准备试样，通常使用直径50mm和高度100mm的圆柱形试样。
c.计算所需的试验应力（轴向和侧向）和应变水平。
d.准备试验设备，包括三轴试验机、数据采集系统等。
2.装配试样：a.在试样上下两面涂抹润滑剂，以确保试样表面平滑并减少摩擦。
b.在试样上下两面安装薄膜，以防止试样与应力传感器接触。
c.将试样放入三轴试验机的试样夹具中，并确保试样与夹具接触紧密。
3.调整试验设备：a.确保三轴试验机的水平度，以避免试样受到非均匀应力的影响。
b.安装应力传感器和变形传感器，并校准它们的读数。
c.连接数据采集系统，并测试其工作正常。
4.施加轴向负载：a.将试样上夹具的一端固定在试验机上，并将另一端与活塞头连接。
b.逐渐施加轴向负载，以达到所需的应力水平。
在施加负载的过程中，记录应力和变形的变化，以便后续分析。
5.施加侧向负载：a.调整侧壁夹具的位置，使其与试样的侧面平行，并确保与试样接触紧密。
b.逐渐施加侧向负载，以达到所需的应力水平。
在施加负载的过程中，记录应力和变形的变化。
6.记录数据：a.使用数据采集系统实时记录试验过程中的应力和变形数据。
b.在每个负载步骤后，记录试样表面的水平变形，以进一步分析土体的力学特性。
7.完成试验：a.当达到所需的应力水平并完成试验后，减小轴向负载和侧向负载，并记录卸载过程中的应力和变形数据。
b.将试样从试验机中取出，并进行后续的应力与应变分析。
8.数据处理和分析：a.对试验过程中获得的应力和变形数据进行处理，得到土体的应力-应变关系曲线以及强度参数。
b.对不同试验条件下的数据进行比较和分析，以进一步研究土体的力学特性。
以上是进行三轴试验的一般操作步骤。
在实际操作中，还需要根据具体的试验目的和研究对象进行一些特殊操作，例如使用不同的负载路径、进行循环加载等。
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。
三轴试验 破坏面正应力
三轴试验破坏面正应力三轴试验 - 破坏面正应力在材料力学研究中，三轴试验是一种常用的试验方法，用于研究材料在三维应力状态下的破坏行为。
本文将介绍三轴试验的基本原理和破坏面正应力的相关内容。
一、三轴试验简介三轴试验是一种将材料置于三维应力状态下进行加载的试验方法。
常用的三轴试验设备包括恒应力型和恒应变型两种。
在恒应力型试验中，试样在三个方向上分别施加恒定的应力，而在恒应变型试验中，试样在三个方向上施加恒定的应变。
通过对试样施加不同的应力或应变，可以观察材料在不同载荷条件下的破坏行为。
二、破坏面正应力破坏面正应力是指在材料破坏时，与破坏面垂直方向上的应力。
在三轴试验中，破坏面正应力是研究破坏行为的重要参数之一。
在三轴试验过程中，试样在不同的应力状态下逐渐实现破坏。
当试样达到破坏点时，破坏面正应力会达到最大值。
而破坏面正应力的大小与材料的性质以及试验加载条件有关。
破坏面正应力的大小可以通过应力-应变曲线来计算得出。
在三轴试验中，可以测量试样在三个方向上的应变，然后通过应变数据和加载施加的应力计算出破坏面正应力。
三、应力空间在三轴试验中，应力状态可以用应力空间来表示。
应力空间是一个三维坐标系，以三个正应力（σ₁，σ₂，σ₃）作为坐标轴。
在应力空间中，试样所受的应力状态可以用一个点来表示。
根据破坏面正应力的计算公式，可以将破坏面正应力的变化情况在应力空间中绘制成等值线或等值面。
这样可以更直观地观察破坏面正应力的变化规律。
四、破坏机制材料在三轴试验中的破坏行为可以归结为两种基本破坏机制：拉压破坏和剪切破坏。
1. 拉压破坏当试样所受应力状态为拉压状时，破坏面正应力呈现出拉压状态。
材料在拉压状应力下呈现出脆性破坏特征，常见破坏形态为断裂和压碎。
2. 剪切破坏当试样所受应力状态为剪切状时，破坏面正应力呈现出剪切状态。
材料在剪切状应力下呈现出塑性破坏特征，常见破坏形态为剪切和滑移。
根据材料的性质和试验加载条件，材料在三轴试验中可能同时存在拉压破坏和剪切破坏。
三轴试验
试验条件与现场条件 的对应关系
固结排水试验
2 1
固结不排水试验
层固结后， 在1层固结后，快速施工 层 层固结后 快速施工2层
不固结不排水试验 粘土地基上的分层慢 速填方 软土地基上的快速填方
常规三轴试验优缺点
单元体试验， 单元体试验，试样内应力和应变相对均匀 应力状态和应力路径明确 排水条件清楚， 排水条件清楚，可控制 破坏面不是人为固定的 设备操作复杂 现场无法试验 常规三轴试验不能反映σ 常规三轴试验不能反映σ2的影响
4.3.2
横梁
力
百分表
量力环
量 水 管
试 样
量
力σ
二、试验方法： 试验方法：
三轴剪切试验可分为不固结不排水试验（UU）、固结 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） 不排水试验（CU）以及固结排水剪 试验（CD）。 试验（CD）。 不固结不排水试验： 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， 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， 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c 指标c 和φ ； 固结不排水试验： 2、固结不排水试验：试样先在周围压力下让土体排水固 待固结稳定后， 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， 至破坏，可同时测定总抗剪强度指标 和 或有效抗剪强度 和及孔隙水压力系数； 指标 和及孔隙水压力系数； 固结排水剪试验：试样先在周围压力下排水固结， 3、固结排水剪试验：试样先在周围压力下排水固结，然 轴向压力直至破坏， 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和 。
列举出三轴压缩试验的类型及其特点
一、 列举出三轴压缩试验的类型及其特点。
答：三轴压缩试验是测定土的抗剪强度的一种方法，根据剪切前的固结程度和排水条件的不同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)三种试验类型。
（1）不固结水排水剪试验（UU ）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，试验自始至终关闭排水阀门。
本试验可以测得总抗剪强度参数u u c ϕ,。
（2）固结不排水剪试验(CU)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 cu c ϕ,，有效抗剪强度参数'',ϕc ，和孔隙压力系数。
（3）固结排水剪试验（CD ）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cd cd c ϕ,和变形参数。
二、直接剪切试验的类型及其适用的工程情况。
答：直接剪切试验是测定土的抗剪强度的一种基本方法。
试验的原理是根据库仑定律，土的内摩擦力与剪切面上的法向压力成正比。
将土制备成几个土样，分别在不同的法向压力下，沿固定的剪切面直接施加水平剪力进行剪切，得其剪坏时的剪应力，即为抗剪强度f τ，然后，根据剪切定律确定土的抗剪强度指标c 和ϕ。
为了在直剪试验中能尽量考虑实际工程中存在的不同固结排水条件，通常采用三种不同加荷速率的试验方法来近似模拟土体在受剪时的不同排水条件，由此产生了三种不同的直剪试验方法：(1) 快剪法(或称不排水剪)：即在试样上施加垂直压力后，立即加水平剪切力。
在整个试验中，不允许试样的原始含水率有所改变(试样两端敷以隔水纸)，即在试验过程中孔隙水压力保持不变(3-5min内剪坏)。
(2) 慢剪法(或称排水剪)：即在加垂直荷重后，使其充分排水(试样两端敷以滤纸)，在土样达到完全固结时，再加水平剪力；每加一次水平剪力后，均需经过一段时间，待土样因剪切引起的孔隙水压力完全消失后，再继续加下一次水平剪力。
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剪切试样按下列步骤进行： （1）将轴向测力计、轴向变形百分表及孔隙 水压力读数均调整至零民。 （2）选择剪切应变速率，进行剪切。粘质土 每分钟应变为0.05%～0.1%；粉质土每分钟应变 0.1%～0.5%。 （3）测记轴向压力、孔隙水压力和轴向变形。 （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。
破坏后的试样
1.不固结不排水试验
（1）剪切应变速率宜为每分钟应变0.5%～ 1.0％。 （2）启动电动机，开始剪切。试样每产生 0.3%～0.4％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0.7%～ 0.8％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，超过5%的轴向应变为止。当测力计读数无 峰值时，剪切进行到轴向应变为15%～20%。 （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。
4.3.2 三轴压缩试验
横梁
试样应力特点
与试验方法
百分表
量力环
量 水 管
试 样
强度包线 试验类型 优缺点
孔压 量测
围压 力 3 阀门
马达
阀门
二、试验方法：
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c 和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 和 或有效抗剪强度 指标 和及孔隙水压力系数； 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和 。
2.固结不排水试验
试样排水固结按下列步骤进行： （1）开孔隙水压力阀，测定孔隙水压力。开 排水阀。当需测定排水过程时，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，测定排水管读数和孔隙 水压力读数。 （2）微调压力机升降台，使活塞与试样接触， 此时轴向变形百分表的变化值为试样固结时的高 度变化。
排水剪或慢 剪（CD）
固结不排水 剪或固结快 剪（CU）
地基土的透水性好，排水条件较佳，建筑物 加荷速率较慢
建筑物竣工以后较久，荷载又突然增大，或 地基条件等介于上述两种情况之间
试验条件与现场条件
2 1
固结不排水试验
的对应关系
固结排水试验 在1层固结后，快速施工2层
不固结不排水试验
粘土地基上的分层慢 速填方 软土地基上的快速填方
3.固结排水试验
试样的安装、固结和剪切，与固结不排水试验的 相应步骤相同，但在剪切过程中应打开排水阀， 剪切速率采用每分钟应变 0.003％～0.012％。
土的抗剪强度指标随试验方法、排水条件的不同而异，对于 具体工程问题，应该尽可能根据现场条件决定采用实验室的试验 方法，以获得合适的抗剪强度指标 试验方法 不排水剪或 快剪（UU） 适用条件 地基土的透水性和排水条件不良，建筑物施 工速度较快
试验10、三轴试验
一.试验目的：
三轴剪切试验是测定土体抗剪强度的一种方 法，通常用3～4个圆柱形试样，分别在不同 的恒 定围压力下（即小主应力σ3）施加轴向压力（即 主应力差σ1－σ3）进行剪切直至破坏， 然后根 据摩尔—库仑理论，求得土的抗剪强度参数c、φ 值。同时，试验过程中若测得了孔隙 水压力还可 以得到土体的有效抗剪强度指标c′、φ′和孔隙 水压力系数等。
3=500kPa 3=300kPa 3=100kPa
强度包线
c O
3
1f
15%
1
由不同围压的三轴试验，得到破坏时相应的（1-)f 分别绘制破坏状态的莫尔应力圆，其公切线即为强度包
线，可得强度指标c与
仪器设备
试样安装步骤
检查压力管线
安装透水石
连接管线
土样装入压力室
应力特点与试验方法
横梁
常用试验类型
类型 固结 排水 固结 不排水 施加 3 固结 施加 1 -3 排水 量测 体变 孔隙水 压力
百分表
量力环
量 水 管
试 样
孔压 量测
固结
不排水
不固结 孔隙水 不固结 不排水 不排水 压力
围压 力 3 阀门
马达
阀门
破坏偏差应力取值方法
1-3
( 1 - 3 ) f
将轴向测力计、轴向变形百分表及孔隙水压力读数均调整至 零。选择剪切应变速率，进行剪切。粘质土每分钟应变为 0.05%～0.1％；粉质土每分钟应变为0.1%～0.5％。 测记轴向 压力、孔隙水压力和轴向变形。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
安装轴向位移传感器
试样排水固结步骤：
施加周围压力
孔隙水压力阀，测定孔隙水压力。开排水阀。当需测定排水过程时， 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。
试样剪切步骤：
关孔隙水压力阀，微调压力机升降台，使活塞与试样接触，此 时轴向变形百分表的变化值为试样固结时的高度变化。
常规三轴试验优缺点
单元体试验，试样内应力和应变相对均匀
应力状态和应力路径明确 排水条件清楚，可控制 破坏面不是人为固定的 设备操作复杂
现场无法试验
常规三轴试验不能反映2的影响
说明： 3＝0 即为无侧限抗压强度试验
密砂
取曲线的最大偏差应力值 作为(1-3)f 取规定的轴向1-3)f 以最大有效主应力比 ((1/3)max处的偏差应 力值作为(1-3)f
( 1 - 3 ) f
松砂
15%
1
三轴试验确定土的强度包线
1 - 3 ( 1 - 3 ) f