三轴试验
土的抗剪强度三轴压力实验流程以及优点
土的抗剪强度三轴压力实验流程以及优点
内容:
土的抗剪强度是评价土体强度的一个重要指标。
为了测试土体的抗剪强度,通常采用三轴压力实验。
三轴压力实验的基本流程如下:
1. 取样:采用无扰动采样获得代表性的土样。
2. 处理样品:将土样制成三轴试验规定的圆柱形试件,两端平整,侧面涂油。
3. 饱和样品:将试件放入三轴仪的样品室内,从下端灌入水使试件饱和。
4. 固结:关闭排水,加载轴向压力使试件达到所需的初始应力状态并固结。
5. 剪切:保持轴向压力不变,逐步加载横向压力使试件发生剪切破坏。
记录各阶段的应变和位移。
6. 分析:根据加载过程中试件的应力和应变关系,绘制应力-应变曲线和抗剪强度包线,计算抗剪强度参数。
三轴压力实验的优点:
1. 可以准确控制和测量各向应力状态。
2. 可以获得土体抗剪强度的重要参数:粘聚力和内摩擦角。
3. 可通过改变固结压力模拟土体不同的初始应力状态。
4. 可通过饱水和排水条件模拟土体的饱水和不饱水状态。
5. 试验设备成熟,测试过程可靠,结果准确。
6. 可通过不同条件的试验对比分析土体抗剪强度的各种影响因素。
综上,三轴压力实验是获得土体抗剪强度参数的标准实验方法,对于土工 engineering 和地基基础设计具有重要意义。
三轴压缩试验原理
三轴压缩试验原理什么是三轴压缩试验？三轴压缩试验是一种广泛用于土力学和岩石力学领域的实验方法，用于研究材料在压力作用下的物理和力学特性。
这种试验可以模拟土壤、岩石等材料在地下深处承受地压的情况。
在三轴压缩试验中，样品在垂直荷载（轴向）和水平荷载（径向）的作用下进行。
三轴压缩试验的装置三轴压缩试验的主要装置包括试样室、应力应变控制器、荷载施加系统和数据采集系统。
试样室试样室是一个密封的容器，用于容纳试样。
它通常由钢制或钢铝复合材料制成，并配有绝缘材料以防止能量散失。
试样室内应具有足够的刚度和密封性，以确保试验结果的准确性。
应力应变控制器应力应变控制器用于控制试样受到的载荷。
它通常由液压系统组成，包括液压油源、传感器和控制器。
应力应变控制器通过施加压力来产生试样的轴向和径向应力，并通过测量压力和变形来控制试样的应变状态。
荷载施加系统荷载施加系统用于施加试样的轴向和径向荷载。
它通常由液压活塞和液压缸组成，液压活塞用于施加轴向荷载，而液压缸用于施加径向荷载。
荷载施加系统还包括各种传感器和仪器，用于测量施加的载荷大小。
数据采集系统数据采集系统用于记录试验过程中的各种数据。
它可以包括压力传感器、变形传感器、温度传感器等。
通过数据采集系统，可以实时监测试验过程中的应力、应变、位移和温度变化，从而获取准确的试验结果。
三轴压缩试验的原理三轴压缩试验是基于以下原理进行的：1.应力平衡原理：在试样受到轴向和径向荷载的同时，试样内部各点的应力应满足平衡条件。
轴向应力和径向应力之间存在一定的关系。
2.孔隙水压力原理：在试样内部存在孔隙水。
孔隙水的存在会影响试样的应力分布和强度特性。
通过控制孔隙水压力，可以模拟实际情况下试样的应力状态。
3.应力应变关系：应力应变关系描述了试样在不同应力作用下的变形特性。
通过测量应力和变形，可以得到试样的应力应变曲线，从而了解材料的力学性质。
三轴压缩试验流程三轴压缩试验通常包括以下步骤：1.准备试样：选择合适的材料制备试样。
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
三轴渗流试验方案
三轴渗流试验方案一、试验目的。
咱为啥要做这个三轴渗流试验呢？就是想看看在不同的应力条件下，那些个土或者岩石啥的，水是咋在里面流来流去的。
这就好比我们想知道在各种压力下，小蚂蚁是怎么在迷宫（土或者岩石的孔隙结构）里找路的。
二、试验材料。
1. 试样准备。
首先得找一些合适的土样或者岩样。
如果是土样呢，就像去挖土的时候要小心点儿，不能把土块弄得太散，尽量保持它原来的结构。
岩样的话，就得找那些没有太多裂缝或者缺陷的，就像挑水果一样，要挑长得周正的。
把试样做成标准的形状，一般是圆柱体啦，大小也要符合咱们试验设备的要求，就像做蛋糕得用合适的模具一样。
2. 流体选择。
我们就用水来做这个渗流的流体，水比较常见嘛，就像咱们日常生活里到处都能看到水在流动，比较好控制和测量。
不过如果有特殊需求，比如模拟油在地下岩石里的渗流，那也可以用油，但是水是比较简单直接的选择啦。
三、试验设备。
1. 三轴仪。
这个三轴仪可是我们的大宝贝，它就像一个超级精密的小牢房，可以给试样施加不同方向的压力。
有竖向的压力，就像从上往下压着试样，还有侧向的压力，从两边挤着试样。
而且它还能测量试样在这些压力下的变形呢，就像给试样称体重、量身高一样。
2. 渗流系统。
这个系统包括一个能稳定供水的装置，就像一个小水库，源源不断地给试样供水。
还有一些管道和阀门，来控制水的流向和流量。
这些管道就像小水管一样，阀门就像水龙头，我们可以通过调整阀门来控制水是怎么流进试样里的。
3. 测量装置。
流量测量仪那是必不可少的，它就像一个小警察，盯着水到底流了多少。
还有压力传感器，它能感觉到试样里面的压力变化，就像小触角一样灵敏。
四、试验步骤。
1. 试样安装。
把做好的试样小心翼翼地放进三轴仪里，就像把小宝宝放进婴儿床一样，要放得稳稳当当的。
然后连接好渗流系统的管道，确保没有漏水的地方，这就像接水管的时候得拧紧接头，不然水就到处乱跑啦。
2. 施加初始应力。
先给试样施加侧向压力，就像给它穿个紧身衣一样，从两边轻轻地挤着它。
三轴试验
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 。
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
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
三轴试验仪试模
三轴试验仪试模概述三轴试验仪是一种用于模拟土壤在不同受力状态下的性能的仪器。
试模是指在三轴试验仪上进行的土壤模型试验。
本文将详细介绍三轴试验仪试模的原理、步骤和应用。
三轴试验仪原理三轴试验仪是一种常用的土力学试验仪器，用于研究土壤在三个不同方向上的应力-应变关系。
其工作原理可以概括如下：1.垂直轴：在三轴试验中，样品被放置在一个垂直轴上，垂直轴可以施加垂直应力。
通过施加不同的垂直应力，可以模拟不同层次的土壤深度。
2.围压应力：在试验过程中，通过施加围压应力来模拟土壤周围的围压状况。
围压应力可以使试样达到更接近自然状态下的应力条件。
3.荷载施加：荷载施加是三轴试验的核心部分。
通过施加水平荷载来模拟土壤受力状态，以研究土壤的应力-应变关系。
常用的荷载方式包括静态荷载和动态荷载。
三轴试验仪试模步骤进行三轴试验仪试模，通常需要以下步骤：1. 准备土样首先，需要准备土样。
选择符合试验要求的土壤样品，并进行必要的处理。
例如，如果样品含有过多的杂质，需要进行筛分和清洗。
2. 准备试模设备将试模设备准备好，包括调整垂直轴高度、安装应变计等。
确保设备处于正常工作状态。
3. 提取土样在准备好的试模设备中，将土样从容器中提取出来，并放置在适当的位置。
土样的大小和形状应符合试验要求。
4. 围压施加在土样周围施加围压，以模拟自然状态下的土壤受力情况。
通过调整围压应力大小，可以模拟不同围压条件下的试验。
5. 荷载施加根据试验要求，通过施加水平荷载来模拟土壤的受力状态。
可以采用静态荷载或动态荷载，根据需要进行调整。
6. 记录数据在试验过程中，需要及时记录数据。
包括应力、应变、变形等数据。
这些数据可以用于后续的分析和研究。
7. 分析结果试验完成后，对试验数据进行分析和结果计算。
可以应用力学原理和数学模型，分析土壤在不同受力状态下的性能。
三轴试验仪试模应用三轴试验仪试模在土力学和地质工程领域具有广泛的应用。
主要应用包括：1.土壤力学研究：通过三轴试验仪试模，可以获得土壤的力学参数，如剪切强度、变形特性等。
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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ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
（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。
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%。
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。
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。
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。
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
（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。
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％。
3=100kPa 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
安装轴向位移传感器
试样排水固结步骤：
施加周围压力
固结不排水 剪或固结快 剪（CU）
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 的对应关系
固结排水试验
固结不排水试验
2 1
在1层固结后，快速施工2层
粘土地基上的分层慢 速填方
不固结不排水试验 软土地基上的快速填方
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
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
适用条件
不 排 水 剪 或 地基土的透水性和排水条件不良，建筑物施 快剪（UU） 工速度较快
排 水 剪 或 慢 地基土的透水性好，排水条件较佳，建筑物 剪（CD） 加荷速率较慢
说明： 3＝0 即为无侧限抗压强度试验
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
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。
4.3.2 三轴压缩试验
试样应力特点
与试验方法
强度包线 试验类型 优缺点
百分表
围压 力3
横梁 量力环
量 水 管
孔压
试
量测
样
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 ；