振动三轴试验

1、振动三轴试验 第七章第七章 土的力学性质指标及其室内测定土的力学性质指标及其室内测定 第五节第五节 振动三轴试验振动三轴试验 振动三轴试验 第五节第五节 振动三轴试验振动三轴试验 一一 术语定义及土的动力学性质简介术语定义及土的动力学性质简介 二二 试验试验目的和适用范围目的和适用范围 三三 采用标准采用标准 四四 仪器设备仪器设备 五五 操作要点操作要点 六六 记录表格记录表格 七七 资料整理资料整理 八八 注意事项注意事项 振动三轴试验 第五节第五节 土的振动三轴试验土的振动三轴试验 一一 术语定义及土的动力学性质简介术语定义及土的动力学性质简介 （一）动模量（一）动模量 动模量定义为引起

2、单位动应变所需的动应力。 1 动剪切模量动剪切模量 式中： 动剪切模量，kPa； 动剪应力，kPa； 动剪应变。 d d d G d G d d 振动三轴试验 第五节第五节 土的振动三轴试验土的振动三轴试验 一一 术语定义及土的动力学性质简介术语定义及土的动力学性质简介 （一）动模量（一）动模量 2 动压缩模量动压缩模量 （6.5-2） 式中： 动压缩模量，kPa； 动轴应力，kPa； 动轴应变。 已知土的泊松比 和 以及 和 可相互换算，有如 下关系： d d d E d Ed d d G, d E d d )1 (2 d d E G dd )1 ( 振动三轴试验 第五节第五节 土的振动三轴

3、试验土的振动三轴试验 一一 术语定义及土的动力学性质简介术语定义及土的动力学性质简介 （一）动模量（一）动模量 测定动模量的方法测定动模量的方法 测定动模量的方法是将动荷载施加于试样上，同时记录动应力和动应 变，某 一循环的动应力与同一循环的动应变之比即可得动模量，见图6.5-1（a）。 图6.5-1 应力应变记录曲线和滞回圈 振动三轴试验 第五节第五节 土的振动三轴试验土的振动三轴试验 一一 术语定义及土的动力学性质简介术语定义及土的动力学性质简介 （二）（二） 阻尼比阻尼比 阻尼比定义为土的阻尼系数与临界阻尼系数之比。阻尼比 可衡量一周循环荷载内土吸收能量的特性，吸收能量大小 可用图6.5

4、-1（b）滞回圈面积表示。阻尼比D按下式计算： 式中： 滞回圈面积； 三角形 面积。 T c A A D 4 1 c A T A 212 振动三轴试验 第五节第五节 土的振动三轴试验土的振动三轴试验 一一 术语定义及土的动力学性质简介术语定义及土的动力学性质简介 （二）（二） 阻尼比阻尼比 另一种常用的计算小应变时阻尼比的方法为自由振动法， 见图6.5-2，用下式计算阻尼比 式中： 阻尼比； 计算所取的振动次数； 停止激振后第1周的振幅，mm; 停止激振后第 周的振幅，mm。 1 1 ln 1 2 1 n A A N D D N 1 A 1N 1n A 振动三轴试验 第五节第五节 土的振动三轴

5、试验土的振动三轴试验 一一 术语定义及土的动力学性质简介术语定义及土的动力学性质简介 （三）动强度（三）动强度 土在动荷载作用下，土的应力、应变及孔隙压力随时间 （振动次数）而变，动强度是经一定振动次数后试样达到 破坏的振动剪应力，振动剪应力与破坏周数的关系曲线 称为动强度曲线，见图6.5-3。 振动三轴试验 第五节第五节 土的振动三轴试验土的振动三轴试验 图6.5-2 振幅随时间的衰减曲线 图6.5-3 不同破坏标准的动剪应力比 与破坏周数的关系 振动三轴试验 第五节第五节 土的振动三轴试验土的振动三轴试验 二二 试验试验目的和适用范围：目的和适用范围： 土的振动三轴试验是室内进行土的动力特

6、性测定时较普 遍采用的一种方法。试验目的是测定饱和土在动应力作 用下的应力、应变和孔隙水压力变化过程，通过试验确 定土的动剪切模量、阻尼比和动强度等。 试验测得的参数一是用于分析周期荷载作用下地基和结 构物的稳定问题，特别是砂土液化问题；另一是用于计 算周期荷载作用下土体在一定范围内引起的位移、速 度、加速度和应力随振次的变化等。 本试验适用于饱和砂土、粉土和黏土。一般采用固结不 排水试验。 三三 采用标准：采用标准：SL2370321999 振动三轴试验 第五节第五节 土的振动三轴试验土的振动三轴试验 四四 仪器设备仪器设备 主要设备：电磁式振动三轴仪，有常规控制和计算机控制 式两种。由主机

7、、静力控制系统、动力控制系统和量测 系统组成。 主机：包括压力室和激振器等，如图6.5-4所示。 静力控制系统：用于施加围压、轴压和反压等，与一般 静三轴仪基本相同。 动力控制系统：包括交流稳压电源、超低频信号发生器、 超低频峰值电压表、电源、功率放大器、超低频双线示 波器等。 量测系统：用于量测轴向力、轴向位移、及孔隙水压力， 由传感器、动态应变仪、光线记录示波器或xy函数记 录仪等组成。 辅助设备：与一般静三轴试验相同。 振动三轴试验 电磁式振动三轴仪示意图电磁式振动三轴仪示意图 振动三轴试验 第五节第五节 土的振动三轴试验土的振动三轴试验 五五 操作要点操作要点 （一（一）准备工作）准备

8、工作 1 检查土动三轴仪各组成部分，确认激振系统、静力系统 及量测系统都能正常工作。 2 明确试验参数，包括试样密度、固结压力及固结应力比 等。 （二）试样制备（二）试样制备 试样制备的要求和方法与静三轴试验相同。原状样制备 扰动样制备（击实法）、砂土试样制备充填土试样制备 （土膏法），应分别按SL2370171999规程有关规定 进行。 振动三轴试验 第五节第五节 土的振动三轴试验土的振动三轴试验 五五 操作要点操作要点 （三）试样饱和（三）试样饱和 试样饱和过程也与静三轴试验相同。视土样类型不同可分 别采用抽气饱和、水头饱和、二氧化碳饱和、反压饱和等 方法，具体操作细节详见SL237017

9、1999规程4.2条。 （四）试样固结（四）试样固结 动三轴试验通常要求在三个不同的主应力比下进行固结。 对于可自动控制施加静载的新型土动三轴仪来说，只要试 验前按试验的要求进行设置（如设定固结应力比K值、加 荷级数、荷载增量大小，各级荷载增量持续时间等），试 验机即可自动完成试样的固结。 振动三轴试验 第五节第五节 土的振动三轴试验土的振动三轴试验 五五 操作要点操作要点 （四）试样固结（四）试样固结 在进行等压固结（1/3=1）时，动三轴加压方式与静三 轴略有不同。静三轴的加压活塞与试样为点接触，加围 压3时轴压1也同步加上，13。动三轴由于活塞与试 样相连，1与3需分开施加。一般先加3，

10、在加3之前应 将活塞固定，以免加3时试样受挤压向上变形而破坏。 加完3，由荷载传感器控制施加1，动作衔接要尽量快。 加荷完毕，松开活塞，开始固结。在进行不等压固结 （K 1/31）时，要求固结过程尽量保持K值大致不变。 对松软试样，为了避免一次加荷引起试样破坏，应分许 多级加荷逐步固结。每级固结时先加围压3，后加轴压1。 振动三轴试验 第五节第五节 土的振动三轴试验土的振动三轴试验 五五 操作要点操作要点 （五）施加动应力（五）施加动应力 固结完成后，在不排水条件下施加动应力。 动三轴试验主要分为两类，即动强度试验及模量 和阻尼比试验。两类试验各自采用不同的方式和 步骤施加动应力。 振动三轴试

11、验 第五节第五节 土的振动三轴试验土的振动三轴试验 五五 操作要点操作要点 （五）施加动应力（五）施加动应力 1 动强度试验动强度试验 对制样密度和固结应力比均相同的一组试样（一般不少于 4个），设定大小不同的动应力d1、d2、d3、d4 ； 启动激振力并同时打开记录仪，记录应力、应变和孔压的 变化过程线； 当应变达到 应变破坏标准（通常规定应变达5）或孔压 达到侧压（ud=3），即切断激振力并停止记录。 根据试验计划要求，对于不同的制样密度和不同的固结应 力比，重复上述试验步骤。 具体操作 细节详见SL2370321999规程4.5条。 振动三轴试验 第五节第五节 土的振动三轴试验土的振动三

12、轴试验 五五 操作要点操作要点 （五）施加动应力（五）施加动应力 2 模量和阻尼比试验模量和阻尼比试验 在同一个试样上动应力由小到大逐级施加，振动时记录动 应力、动应变和动孔压； 每级动应力的振动次数不要超过 10次； 第1级动应力在可能正确测读的条件下设定较小的值，后 一级可设定比前一级大1倍； 当应变波形明显不对 称或孔压较大时，停止试验。 振动三轴试验 第五节第五节 土的振动三轴试验土的振动三轴试验 五五 操作要点操作要点 （五）施加动应力（五）施加动应力 2 模量和阻尼比试验模量和阻尼比试验 对于不同的制样密度和不同的固结应力比，重复上述试验 步骤。 同一干密度的试样，在同一固结应力比

13、下，应在1至3各不 同的侧压力下试验； 每一个侧压力宜用56个试 样，改变56级动应力。 具体操作细节详见SL2370321999规程4.6条。 振动三轴试验 第五节第五节 土的振动三轴试验土的振动三轴试验 七七 资料整理资料整理 （一）动强度试验（一）动强度试验 需要提供的资料包括： 动强度曲线（即轴向动应力与破坏周数关系曲线）； 动孔压和动应变随时间（周数）发展的过程线； 动强度指标（包括总应力动强度指标cd、d及有 效应力动 强度指标cd、d）。 在土动力学中，常用的破坏标准有三种：极限平衡标准、 液化标准和应变标准。因此，动强度曲线和动强度指标应 针对三个不同的破坏标准分别提供，如图6

14、.5-3所示。 具体步骤详见SL2370321999规程5.1条。 振动三轴试验 第五节第五节 土的振动三轴试验土的振动三轴试验 七七 资料整理资料整理 （二）模量和阻尼比试验（二）模量和阻尼比试验 需要提供的资料包括： 动应力与动应变关系曲线； 动模量比Ed/Eo与动应变d关系； 最大压缩模量Eo与有效平均固结应力o的关系； 阻尼比D与动应变d关系曲线等。 具体步骤详见SL2370321999规程5.2条。 因资料整理内容多涉及数据量浩大，用人工完成几乎是不 可能的。目前各种类型的土动三轴仪在数据采集和资料整 理方面大多均可由计算机完成。 振动三轴试验 第五节第五节 土的振动三轴试验土的振动

15、三轴试验 八八 注意事项注意事项 1）对各种仪表、传感器等要经常校核和定期标定。 2）振动三轴试验中经常要求测定松软地基土的动强度指 标，这些试样密度很低。制备低密度试样必须保持耐心和 细心。 3）由于在相同的固结条件下，试样动强度取决于试样的 密度、饱和度和均匀程度，因此对制样环节的控制就直接 影响到试验的质量。同一干密度各组试验的试样，宜一批 制备，其密度、含水率、击实过程、饱和过程及试样静置 时间等都应大致相近。 4）土动三轴仪属于精密仪器设备，价值昂贵。土动三轴 的试验技术较复杂，要求试验人员掌握的技术知识也相 对较多。所以从事土动力学试验工作的人员应接受专门的 技术培训。 振动三轴试

16、验 第七章第七章 土的力学性质指标及其室内测定土的力学性质指标及其室内测定 第六节第六节 其它力学试验其它力学试验 振动三轴试验 第六节第六节 其它力学试验其它力学试验 三三 孔隙水压力消散试验孔隙水压力消散试验 （一）试验目的和适用范围（一）试验目的和适用范围 本试验使试样受各向等压作用或在K0条件下受轴 向压力作用，测定孔隙水压力的消散过程，从中 确定孔隙水压力消散系数Cv、消散度Dc及孔隙水 压力系数B、。 本试验适用于饱和度大于85的原状黏质土及含 水率大于最优含水率的击实黏质土，也可用于用 充填法制备的试样。 振动三轴试验 第六节第六节 其它力学试验其它力学试验 三三 孔隙水压力消散

17、试验孔隙水压力消散试验 孔压消散系数的工程意义孔压消散系数的工程意义 消散系数Cv主要用于估算 期土坝或地基土体中 的孔隙水压力，对控制合理的施工进度，对保证 土坝或地基的稳定有重要意义。 （二）采用标准（二）采用标准：SL2370191999 振动三轴试验 第六节第六节 其它力学试验其它力学试验 三三 孔隙水压力消散试验孔隙水压力消散试验 （三）术语定义（三）术语定义 1 消散度Dc ： 式中 分别为试验起始和经时间t（min） 后试样不排水端的孔隙压力值。 1100 t c i u D u it uu 、 振动三轴试验 第六节第六节 其它力学试验其它力学试验 三三 孔隙水压力消散试验孔隙水

18、压力消散试验 （三）（三）术语定义术语定义 2 消散系数消散系数 ： 式中： t 为达到某任意消散度Dc所需时间，min； 为任意消散度Dc的时间因数； 为孔压消散前后的试样平均高度。 V C 2 v v T Ch t v T h 振动三轴试验 第六节第六节 其它力学试验其它力学试验 三三 孔隙水压力消散试验孔隙水压力消散试验 （三）术语定义（三）术语定义 3 孔隙水压力系数孔隙水压力系数 B、 ： 为周围压力增量，kPa； 为轴向压力增量，kPa； 为相应于该压力增量下的起始孔隙压力增量，kPa。 B 3 i u B 1 i u B 3 1 i u 振动三轴试验 第六节第六节 其它力学试验其

19、它力学试验 三三 孔隙水压力消散试验孔隙水压力消散试验 （四）（四） 仪器设备仪器设备 主要设备：三轴压力室，附有孔隙压力量 测系统和周围压力系统，见图7.6.3-1。 辅助设备：天平、切样器、承膜筒、环刀、 活塞板等，环刀的径高比为1，两端有刃。 振动三轴试验 三三 孔隙水压力消散试验孔隙水压力消散试验 （a）各向等压消散试样装置各向等压消散试样装置 （b）K0 消散试样在压力室内装置消散试样在压力室内装置 0 K 1孔隙压力阀；2周围压力阀；3排水管阀；4排气阀；5压力室底座； 6加压上帽；7透水板；8压力室；9试样；10活塞；11环刀；12橡皮膜 （b） 0 K 消散试样在压力室内装置

20、（b） 0 K 消散试样在压力室内装置 振动三轴试验 三三 孔隙水压力消散试验孔隙水压力消散试验 （五）（五） 操作要点操作要点 5.1 各向等压消散试验各向等压消散试验 1）试样制备）试样制备 按SL2370171999规程有关规定切取原状试样或制备 扰动试样，黏质土试样的径高比为1。粉质土的径高比为2。 如需饱和，按SL2370171999规程4.2.1规定进行。 2）试样安装）试样安装 按SL2370171999规程4.3.2规定进行，但试样侧面不 贴滤纸条； 装压力罩，充水，调整孔压量测系统归零，关闭孔压阀等。 振动三轴试验 三三 孔隙水压力消散试验孔隙水压力消散试验 （五）（五） 操

21、作要点操作要点 5.1 各向等压消散试验各向等压消散试验 3）孔隙压力消散）孔隙压力消散 （1）开周围压力阀，并按SL2370171999规程4.3.2 有关规定施加第1级围压，测定起始孔隙压力。 （2）开排水管阀，同时开始计时，进行孔压消散测定。 参照下列时间测记孔压及排水体积：0.25、1、4、9、16、 25、36、49、64min，2、4h直至需要的消散度为 止，关排水管阀。 （3）重复上述（1）和（2）操作，施加下一级围压，进 行起始孔隙压力和孔压消散测定。如此可进行三次，每次 施加压力大小为实际需要压力的1/3，也可以按实际情况增 减消散次数和各级围压大小。 振动三轴试验 三三 孔

22、隙水压力消散试验孔隙水压力消散试验 （五）（五） 操作要点操作要点 5.1 各向等压消散试验各向等压消散试验 3）孔隙压力消散）孔隙压力消散 （4）最后一级孔压消散完毕时，关闭围压阀、排水管阀 和孔压阀。打开排气孔排出压力室中的水，拆开压力室， 揩干橡皮膜外部及压力室底座上的积水。 （5）拆除试样帽及透水板，脱去橡皮膜，迅速取出试样。 用卡尺测量试样高度、直径后，称重、烘干，测定试验后 含水率。 振动三轴试验 三三 孔隙水压力消散试验孔隙水压力消散试验 （五）（五） 操作要点操作要点 5.2 K0消散试验消散试验 1）试样制备）试样制备 按SL2370191999规程4.2.1规定，用环刀切取

23、原状样或扰动样， 借助本试验专用的活塞板使高度比环刀小2mm的试样位于环刀中部， 如图7.6.3-2所示。 图7.6.3-2 试样切制示意图 12.0mm厚活塞板（带气孔）；21.0mm厚活塞板（带气孔）； 3试样；4环刀 振动三轴试验 三三 孔隙水压力消散试验孔隙水压力消散试验 （五）（五） 操作要点操作要点 5.2 K0消散试验消散试验 2）试样安装）试样安装 按SL2370191999规程4.3.2规定，将带有环刀的试样 放到压力室底座上，在试样上端放滤纸和透水板，上下两 端透水板应嵌入环刀内1mm；将带有环刀的试样套上橡皮 膜，排除环刀与橡皮膜之间的气泡，吸出环刀与橡皮膜之 间的多余水

24、分，扎好橡皮膜。 3）孔隙压力消散）孔隙压力消散 操作步骤与各向等压消散试验基本相同。 振动三轴试验 三三 孔隙水压力消散试验孔隙水压力消散试验 （六）记录表格（六）记录表格 按SL2370191999规程6.0.1规定，填写填写试 验记录表。 （七）计算和制图（七）计算和制图 1. 按SL2370191999规程5.1.1规定，计算试样 初始干密度、饱和度等； 2. 按式（4）和式（5）计算孔隙压力系数B和 ； 3. 按式（1）计算任意时刻t的孔压消散百分数Dc； B 振动三轴试验 三三 孔隙水压力消散试验孔隙水压力消散试验 （七）计算和制图（七）计算和制图 4. 按式定义计算任一消散度对应

25、的消散系数，与Dc的对 应关系见图7.7-11。 图图7.7-11 孔隙压力消散百分数与时间因数关系曲线孔隙压力消散百分数与时间因数关系曲线 振动三轴试验 三三 孔隙水压力消散试验孔隙水压力消散试验 （七）计算和制图（七）计算和制图 5. 绘制以下曲线 （1）各级 或 关系曲线； （2）各级Dclgt关系曲线； （3） 、e 或 、e 关系曲线。 i u 3 i u 1 V C 3 3 V C 1 1 振动三轴试验 三三 孔隙水压力消散试验孔隙水压力消散试验 （八）（八） 注意事项注意事项 1 测定黏性土的孔隙水压力消散通常历时较长，宜采用 长期稳定、体积因数小、灵敏度高的压力传感器。为了保

26、证测试结果的可靠性，对传感器性能应当经常检验（主要 是自检）。 2 试验前要细心排除透水石连通至孔压传感器之间的管 路以及环刀和橡皮膜之间等处的气泡，否则将产生较大试 验误差。 3 对于软弱的土样特别是用充填法制备的土样，施加的 第一级压力应当尽量小，而且此级压力应视为一个预压阶 段，其间测试结果不宜采用。待此级孔隙压力消散完成 后，后续施加的各级压力才可视为正式试验。 振动三轴试验 三三 孔隙水压力消散试验孔隙水压力消散试验 （九）（九） 试验误差试验误差 常见的误差来源有： 1 系统排除气泡不彻底会直接影响孔压变化过程； 2 环刀切样操作不当使环刀与试样之间存在间隙； 3 有些试样在消散初

27、期孔压变化太快，人工读数跟不上。 振动三轴试验 四四 无侧限抗压强度试验无侧限抗压强度试验 （一）（一） 目的和适用范围：目的和适用范围： 本试验测定饱和软粘土的无侧限抗压强度及灵敏度。 试验取得的土性参数对软土地基上各类工程的设计和施工 有重要意义。 （二）（二） 采用标准采用标准：SL2370201999规程 （三）（三） 术语定义术语定义 1 无侧限抗压强度无侧限抗压强度是试样在无侧向压力条件下，抵抗轴 向压力的极限强度。 2 原状土的无侧限抗压强度与重塑后的无侧限抗压强度 之比定义为灵敏度灵敏度。 振动三轴试验 四四 无侧限抗压强度试验无侧限抗压强度试验 （四）（四） 仪器设备仪器设备

28、 主要设备：应变式无侧限压缩仪， 包括加压框架、升降螺杆及测力 计等，见图7.6.4.1 辅助设备：天平、切样工具、 重塑筒、薄塑料布、凡士林、 百分表、秒表、卡尺等。 图7.6.4.1 应变控制式无侧限压缩仪 1 轴向加压架；2轴向测力计； 3试样；4上、下传压板； 5手轮或电动转轮；6升降板； 7轴向位移计 振动三轴试验 四四 无侧限抗压强度试验无侧限抗压强度试验 （五）（五） 操作要点操作要点 1 试样制备：按SL2370171999规程4.1.2规定切取 原状试样，试样直径3.54.0mm，径高比为22.25。 2 试样安装：试样两端抹薄层凡士林（若天气干燥，试 样侧面也要抹），然后将

29、其放于下加压板上，转动手轮， 使试样与上加压板刚好接触。调整百分表、测力计读数归 零。 3 以每分钟13的轴应变速率转动手轮，810分 钟内完成试验。 4 轴应变每变化0.5，测记一次测力计和位移计读数。 振动三轴试验 四四 无侧限抗压强度试验无侧限抗压强度试验 （五）（五） 操作要点操作要点 5 测力计读数达到峰值或达到稳定，再增加35轴 应变值可停止试验；如读数无稳定值，则试验一直进行到 轴应变值达20时为止。 6 试样结束后，迅速反转手轮，取下试样，描述破坏后 形状，测量破坏面倾角。 7 若需测定灵敏度，则将破坏后的试样加入少许切削余 土，包以塑料布，充分搓揉后放入重塑筒内，挤压成密度

30、与尺寸均与原状试样相同的试样。然后按2）5）步骤进 行试验。 振动三轴试验 四四 无侧限抗压强度试验无侧限抗压强度试验 （六）记录表格（六）记录表格 按SL2371999规程6.0.1规定， 填写填写试验记录表。 （七）计算及制图（七）计算及制图 1 按SL2370201999规程 5.0.15.0.4规定，计算试样轴 向应变、平均断面积、轴向应力 及灵敏度等。 2 绘制轴向应力应变曲线， 见图7.6.4.2。取最大轴向应力 为无侧限抗压强度，如最大值 不明显，取轴向应变为15时 的轴向应力为无侧限抗压强度。 7.6.4.2 轴向应力与轴向应变关系曲线 1原样试样；2重塑试样 振动三轴试验 四

31、四 无侧限抗压强度试验无侧限抗压强度试验 （八）注意事项（八）注意事项 1 有些结构性黏土试样重塑后特别软，要注意脱模后轻 拿轻放。 2 若天气干燥，试样侧面也要抹凡士林，以防水分蒸发。 3 土样重塑操作中要注意土样中不能存在大的气泡。 4 试样重塑后应立即试验，不可在保湿容器中久放后再 进行试验。 （九）（九） 试验误差试验误差 不按上述注意事项操作均可能导致明显的误差。违反1、 3 会导致强度偏低，违反2 、4可导致强度偏高。 振动三轴试验 五五 排水反复直剪试验排水反复直剪试验 （一）（一） 试验目的和适用范围：试验目的和适用范围： 1 本试验用应变控制式直剪仪在慢速（排水）条 件下，对

32、试样反复剪切至剪应力达到稳定值，以 测求土的残余抗剪强度参数Cr和r。 2 这些土性参数对滑坡治理工程和基岩含有软弱 夹层的水利工程或岩土工程设计有重要意义。 3 试验对象一般为滑带土及岩石软弱夹层中的黏 性土，分为原状样和人工制备液限样两种。 振动三轴试验 五排水反复直剪试验五排水反复直剪试验 （二）采用标准（二）采用标准：SL2370221999 （三）术语定义（三）术语定义 残余抗剪强度参数Cr和r 土在某一有效压力作用下进行剪切试验时，当剪 应力达到峰值后，继续剪切，则剪应力随剪切位移 增加而降低，最后达到一个稳定值，该值称为土的 残余抗剪强度，相应的强度参数称为残余抗剪强度 参数Cr

33、和r 。 振动三轴试验 五排水反复直剪试验五排水反复直剪试验 （四）仪器设备（四）仪器设备 主要设备：应变控制式反复直剪仪，包括变速设备、可逆 电动机和反推夹具，见图7.6.5-1。 图7.6.5-1 反复直剪仪示意图 1垂直变形百分表；2加压框架；3试样；4连接件； 5推动轴；6剪切盒；7限制连接杆；8测力计 辅助设备：天平、环刀、饱和器、百分表、秒表等。 振动三轴试验 五排水反复直剪试验五排水反复直剪试验 （五）（五） 操作要点操作要点 1 试样制备试样制备 （1 ）对有软弱面的原状土，用环刀切土样时，应使土样 顶面平行软弱面，且使软弱面位于环刀高度一半处。如果 原状试样标注了天然滑动方向

34、，则在试样装入剪切盒时， 要使剪切位移方向与天然滑动方向一致。 （2） 对无软弱面的原状土，可使试样先在小于50kPa的 垂直压力下，以较快的剪速进行预剪，使形成破坏面。如 试样坚硬，可用刀、锯等工具预先切割一个剪切面，然后 加垂直压力，待固结稳定后进行剪切。 振动三轴试验 （五）（五） 操作要点操作要点 1 试样制备试样制备 （3 ）对泥化带较厚软弱夹层、滑坡面，取靠近滑裂面 12mm的土；对泥化带较薄滑动面，取泥化的土；对无 泥化带的裂隙面，取靠近裂隙两侧的土。将上述刮取的土 浸泡24小时，然后调制成均匀的液限土膏，填入环刀内。 （4） 每组试样一般为4个。 五排水反复直剪试验五排水反复直

35、剪试验 振动三轴试验 五排水反复直剪试验五排水反复直剪试验 （五）（五） 操作要点操作要点 2 试样安装试样安装 试样装入剪切盒的操作与常规直剪试验基本相同。如果原 状试样标注了天然滑动方向，则在试样装入剪切盒时，要 使剪切位移方向与天然滑动方向一致。 3 试样固结试样固结 试样固结的操作与常规直剪试验相同。对于液限土膏试样， 垂直压力要分级施加。 振动三轴试验 五五 排水反复直剪试验排水反复直剪试验 （五）（五） 操作要点操作要点 4 试样剪切试样剪切 首次剪切的操作与常规直剪试验基本剪切速度相同。剪切速 度：对一般粉质土、粉质黏土及低塑性黏土，不宜超过 0.06mm/min；对高塑性黏土，

36、不宜超过0.02mm/min。活塞 周围要塞以湿棉花，防止水分蒸发。最大剪切位移达到8mm 时停止剪切。 反复剪切时首先倒转手轮，在保持现有垂直压力的条件下， 用反推设备缓慢地（剪切速度不大于0.6mm/min）将下盒推 至与上盒重合位置，插入固定销。待固结稳定后实行第二次 剪切。如此反复进行剪切至剪应力达到稳定值为止。 （六）记录表格（六）记录表格 按SL2371999规程6.0.1规定，填写填写试验记录表。 振动三轴试验 五排水反复直剪试验五排水反复直剪试验 （七（七 ） 计算及制图计算及制图 1 按SL2370221999规程5.0.1规定，计算残余抗剪 强度Sr 。 2 绘制剪应力与剪

37、切位移关系曲线，如图7.6.5-2所示 图7.6.5-2 剪应力与剪切位移曲线 振动三轴试验 五排水反复直剪试验五排水反复直剪试验 （七）（七） 计算及制图计算及制图 3 取每个试验曲线的峰值作为破坏强度S，稳定值作为残 余强度Sr ，绘制抗剪强度与垂直压力关系曲线，如图 7.6.5-3所示。 图7.6.5-3 抗剪强度与垂直压力关系曲线 振动三轴试验 五排水反复直剪试验五排水反复直剪试验 （八）（八） 注意事项注意事项 1 目前使用的直剪仪的垂直加压杠杆，有采用刀口接触 传力和轴承接触传力两种型式。对于前者，在施加垂直压 力的操作中，要切记安装试样时要低下头来对加压杠杆进 行检查，保证刀口放

38、在正确的位置上。 2 试验前要细心调整蜗轮蜗杆的初始位置，粗心大意会 导致试验失败甚至是仪器损坏。 3 采用四联电动直剪仪时，要注意保持四台直剪仪同时 工作的协调性。使用数据采集系统时，要合理设置初始化 条件，保持整个试验系统的协调性。 振动三轴试验 五排水反复直剪试验五排水反复直剪试验 （八）（八） 注意事项注意事项 4 用液限状态土膏试验时，将环刀中试样推入剪切盒的操 作要谨慎小心，避免试样滑落。试样固结时，垂直荷载一 定要从小到大分级施加至预定值，每级荷载下试样变形稳 定后，方可施加下一级荷载。否则土膏易从透水石与剪切 盒之间的缝隙中挤出，使试验失败。 （九）（九） 试验误差：试验误差：

39、 不按上述1、4 注意事项操作均可能导致明显的误差。 注：工程实际中的大位移剪切是单方向的，本试验中的 “大位移”剪切是正反两方向累计的，二者之间存在很大 差别。 振动三轴试验 六无粘性土休止角试验六无粘性土休止角试验 （一）（一） 目的和适用范围：目的和适用范围： 本试验测定无粘性土在风干状态或水下状态的休 止角。 该参数对散体物料堆放仓库或堆放场地以及碎石 场、排土场等类工程的设计有一定意义。 （二）（二） 采用标准采用标准：SL2370231999规程 （三）（三） 术语定义：术语定义：休止角是无粘性土在松散状态 堆积时其坡面与水平面形成的最大倾角。 振动三轴试验 六无粘性土休止角试验六

40、无粘性土休止角试验 （四）（四） 仪器设备仪器设备 主要设备主要设备：休止角测定仪， 如图7.6.6-1所示。直径10cm 和20cm的圆盘分别适用于粒径 小于2mm和5mm的无粘性土。 辅助设备辅助设备：勺子、水槽等。 图7.6.6-1 休止角测定仪 1底盘；2圆盘；3铁杆； 4制动器； 5水平螺丝 振动三轴试验 六无粘性土休止角试验六无粘性土休止角试验 （五）（五） 操作要点操作要点 1 预先使砂样充分风干。 2 转动制动器，使园盘落在底盘中。 3 用小勺沿铁杆四周倾倒砂样，小勺离试样表面的高度保 持在1cm左右，直至园盘外缘被砂盖满为止。 4 慢慢转动制动器，使园盘平稳升起，直至离开底盘

41、中 砂样为止。测记砂锥顶与铁杆接触处的刻度。 5 测定水下休止角时，先将园盘慢慢沉入水槽内。水槽内 水面应在铁杆0刻度处。然后按3）、4）所述步骤倾倒砂 样和提升园盘。当砂锥顶端到达水面时，测记砂锥顶与铁 杆接触处的刻度。 6 本试验需进行2次平行测定，取平均值为休止角，以整 数（o）表示。 振动三轴试验 七静止侧压力系数试验七静止侧压力系数试验 （一）目的和适用范围：（一）目的和适用范围： 本试验用侧压力仪进行排水固结试验，测定侧向有效应 力，计算土的静止侧压力系数。 该参数用于确定天然土层的水平向应力，并用于计算挡土 结构物的静止侧向土压力。 本试验适用于饱和的黏质土和砂质土。 （二）采用

42、标准（二）采用标准：SL2370281999 （三）术语定义：（三）术语定义：土的静止侧压力系数是土体在无侧 向变形条件下，侧向有效应力与轴向有效应力之比。用K0 表示，为一无量纲数。 轴对称条件下有 。 3 0 1 K 振动三轴试验 七静止侧压力系数试验七静止侧压力系数试验 （四）（四） 仪器设备仪器设备 主要设备主要设备：侧压力仪（见图7.6.7-1），轴向加压设备（可利用固 结仪），侧压力量测设备（包括压力传感器及与其匹配的读数仪表， 或利用三轴仪的测压板） 图7.6.7-1 侧压力仪试验装置示意图。 1侧压仪容器；2试样；3接压力传递系统； 4进水孔；5排气孔阀；6固结排气孔；7O形圈

43、 辅助设备辅助设备：切土环刀、校正样块、饱和器、推样器、硅脂等。 振动三轴试验 七静止侧压力系数试验七静止侧压力系数试验 （五）（五） 操作要点操作要点 1 侧压力仪使用前的检查 （1）排气泡：向受压室和测压系统注无气水，用手挤压 受压室的橡皮膜，排除密闭受压室和测压系统的气泡。反 复操作数次至无气泡逸出时为止。 （2）查漏水：用校正样块代替试样，慢慢放入侧压力仪 容器中。开排气阀，排出多余水分后关排气阀。然后通过 加压测压系统（如利用三轴仪的测压板）逐级施加压力， 直至压力达500kPa，如压力读数不降，表示系统不漏水。 振动三轴试验 七静止侧压力系数试验七静止侧压力系数试验 （五）（五）

44、操作要点操作要点 2 试样切取，环刀直径61.8mm，高度4060mm。（适 合黏质土） 3 试样饱和，要求饱和度达95以上。 4 推出土样，贴滤纸条（如透水性较强可不贴），套上 橡皮膜并涂上薄层硅脂，放入侧压力仪容器内。 5 将容器置于加压框架中就位，施加1kPa预压，安装轴 向位移计并调零。 6 开侧压力量测系统阀，调平电测仪表，测记受压室中 水压力为零时的传感器读数。 振动三轴试验 七静止侧压力系数试验七静止侧压力系数试验 （五）（五） 操作要点操作要点 7 施加轴向压力，一般按25、25、50、100、200、400 kPa逐级施加。施加每级压力后，随时调平电测仪表，按 0.5、1、2

45、、4、9、16、25、36、49 min测记仪表读数 和轴向变形，直至变形稳定为止。稳定标准为每小时变形 不大于0.01mm。 8 试验结束后，关侧压力量测系统阀，卸去轴压，及时 取出试样称重，测定含水率。 9 如系砂质土样，则根据设定的干容重直接将干砂样或 饱和砂样装填在容器内。然后按前述（5）（8）各条进行 试验。 振动三轴试验 七静止侧压力系数试验七静止侧压力系数试验 （六）注意事项（六）注意事项 1 侧压力仪使用前要认真检查，测量系统中的气泡要排净， 且不能漏水； 2 传感器和显示仪表使用前要做认真的校验； 3 松软土样试验时，样品推入侧压力仪时要细心。 （七）记录表格（七）记录表格

46、按SL2371999规程6.0.1规定，填写试验记录表。 振动三轴试验 七静止侧压力系数试验七静止侧压力系数试验 （八）（八） 计算及制图计算及制图 1 按SL2370281999规程5.0.1规定，计算侧向压力。 2 绘制 关系曲线，如图所示。其斜率为静止侧压 力系数，即 图图7.7-19 关系曲线关系曲线 3 1 3 0 1 K 1 3 振动三轴试验 八弹性模量试验八弹性模量试验 （一）（一） 试验目的和适用范围：试验目的和适用范围： 本试验用应力控制式三轴仪，用轴向反复反复加荷、 卸荷的方法确定土的弹性变形，计算土的弹性模量。 该参数可用于估算迅速加荷情形下地基的初期沉降。 本试验适用于

47、饱和的黏质土和砂质土。 （二）（二） 采用标准采用标准：SL2370291999 （三）术语定义：（三）术语定义：土的弹性模量是土体在外力作用 下， 应力与弹性应变之比。 振动三轴试验 八弹性模量试验八弹性模量试验 （四）仪器设备（四）仪器设备 主要设备主要设备：应力控制式三轴仪，如图7.6.8-1所示。 辅助设备辅助设备：同一般三轴试验。 图7.6.8-1 应力控制式三轴仪装置 1调压筒；2周围压力表；3周围压力阀；4排水阀；5体变管； 6排水管；7轴向位移计；8轴向加压设备；9排气孔； 10压力室；11孔隙压力阀；12量管阀；13量管；14孔压传感器 振动三轴试验 八弹性模量试验八弹性模量

48、试验 （五）操作要点（五）操作要点 1 试样制备、试样饱和的操作与一般三轴试验相同 2 试样固结分为各向等压固结与K0固结两种情形 （1）各向等压固结的操作与一般三轴试验相同； （2）K0固结时，先施加围压和反压，然后缓慢地施加轴 压，以排水量等于轴向变形量（试样面积不变）作为控 制，务使排水量等于轴向变形量与试样初始面积的乘积， 直至孔压消散到施加的反压，使有效侧向压力与有效轴向 压力之比等于K0值。 振动三轴试验 八弹性模量试验八弹性模量试验 （五）（五） 操作要点操作要点 3 固结完成后，关排水阀和孔压阀，轴向位移计调零。 准备分级施加轴向压力，每级压力为破坏主应力差的 1/121/10

49、。 4 施加第一级轴向压力，同时开始计时，测记加压后 1min时的位移计读数。每隔1min加一级，测记位移计读 数一次，如此加四级。 5在测记第四级加压后1min位移计读数的同时，逐级卸 压。每隔1min卸去一级，测记位移计读数一次，如此卸四 级。 振动三轴试验 八弹性模量试验八弹性模量试验 （五）操作要点（五）操作要点 6 在最后一次测记卸压后1min位移计读数时， 按上述4）、5）规定重复进行45次。然后继续 分级加压，测记每级加压后1min时的位移计读 数，直至破坏。 7 关围压阀，卸去轴压，拆除试样，称重，测 定试验后含水率。 振动三轴试验 八弹性模量试验八弹性模量试验 （六）（六）

50、注意事项注意事项 1 试样的扰动对试验结果有很大影响，要保证试验结果有 实用意义，使用高质量的原状试样是根本前提。 2 试验前准备好分级加压所需的砝码； 3 为了避免手忙脚乱，试验宜由2人分工协作，并建议使 用有呼叫功能的电子计时器（如文曲星等）。 （七）记录表格（七）记录表格 按SL2370291999规程6.0.1规定，填写试验记录表。 振动三轴试验 八弹性模量试验八弹性模量试验 （八）计算及制图（八）计算及制图 1 绘制加压、卸压与轴向变形关系曲线，如图7.6.8-2所示。 2 过最后一个滞回圈的两端点连一直线，其斜率可体现 土的弹性模量。 3 按SL2370291999规程5.0.2规

51、定，计算弹性模量： 0 10 c p A E h h 振动三轴试验 八弹性模量试验八弹性模量试验 （八）（八） 计算及制图计算及制图 图7.6.8-2 加压、卸压与轴向变形关系曲线 振动三轴试验 八弹性模量试验八弹性模量试验 （九）试验误差（九）试验误差 1 本试验操作频繁，且时间间隔较短。手忙脚乱 是容易引起试验误差的主要来源之一。 2 试验节奏的快慢对试样所能结果影响很大，节 奏放慢会导致测得的弹性模量明显偏低。 振动三轴试验 九土的变形参数（九土的变形参数（K、G）试验）试验 （一）试验目的和适用范围：（一）试验目的和适用范围： 本试验通过各向等压固结试验和等有效平均正应力的排水 剪试验

52、，测定土的应力应变关系，计算土的体变模量和剪 切模量，为土工数值计算提供计算参数。 本试验适用于饱和的黏质土和砂质土。 （二）采用标准（二）采用标准：SL2370301999规程 （三）术语定义（三）术语定义 土的体积变形模量土的体积变形模量K定义为土体在各向等压作用下，有 效压应力与体积应变之比； 土的剪切模量土的剪切模量G定义为土体剪应力与剪应变之比。 振动三轴试验 九土的变形参数试验九土的变形参数试验 （四）（四） 仪器设备仪器设备 主要设备主要设备：应力控制式三轴仪 辅助设备辅助设备：同一般三轴试验 （五）（五） 操作要点操作要点 1 试样制备、试样饱和、试验安装试样制备、试样饱和、试

53、验安装 操作步骤与一般三轴试验要求相同（见SL237 0171999规程）。 振动三轴试验 九土的变形参数试验九土的变形参数试验 （五）（五） 操作要点操作要点 2 体变模量试验体变模量试验 （1）分级进行各向等压固结，一般可按50、100、200、 400、600kPa施加。 （2）每级固结完成后，关体变管阀、围压阀、孔压阀， 然后缓慢转动手轮，当测力计开始微动，记下轴向位移读 数既为该级固结下沉量。 （3）若需进行逐级退荷试验，则记下各级荷载下膨胀后 体变及轴向位移读数。 （4）试验结束后，拆除试样，称重，测定试验后含水率。 振动三轴试验 九土的变形参数试验九土的变形参数试验 （五）（五）

54、 操作要点操作要点 3 剪切模量试验剪切模量试验 （1）首先进行各向等压固结或K0固结。 （2）固结完成后，测记体变、孔压和轴向变形读数。然 后分级施加轴向压力（主应力差），每级压力为破坏主应 力差的1/121/10；同时减小围压，使整个剪切过程中， 保持有效平均主应力为常量，这就要求三轴压缩时保持 ，三轴拉伸时保持 。 （3）各级压力施加后，待孔压消散完毕再施加下一级压 力，直至试样破坏。 （4）试验结束后，关围压阀，卸去轴压，拆除试样，称 重，测定试验后含水率。 313 1 () 3 313 2 () 3 振动三轴试验 九土的变形参数试验九土的变形参数试验 （六）（六） 注意事项注意事项

55、1 试样饱和应采用反压饱和法，以便于各级压力施加后， 监测孔压消散的程度。 2 试验前要精心计划好所需施加的各级围压和各级轴压的 大小，并准备好与轴压增量相应的砝码。围压的选择应与 工程实际相适应，最大围压宜大于设计荷载。 3 由于围压和轴压应“同时施加”，故宜安排二人配合操 作。 4 剪切模量试验时，如土比较软弱，固结阶段应分级进行。 5 如进行三轴等p拉伸试验，则需在加压活塞杆与压盖之间 安装一个连接附件。 （七）（七） 记录表格记录表格 按SL2371999规程6.0.1规定，填写试验记录表。 振动三轴试验 九土的变形参数试验九土的变形参数试验 （八）（八） 计算及制图计算及制图 1 按

56、SL2370301999规程5.1.1规定，计算体积应变v 、 切线体积变形模量Kt 、轴应变1和广义剪应变 及广义剪应力q； 2 绘制vlgp关系曲线，如图7.6.9-1所示； 3 绘制q关系曲线，如图7.6.9-2所示，每一个p值对 应一条q关系曲线； 4 根据所采用的数学模型，推求不同p值对应的切线剪切 模量Gt和初始剪切模量G0； 5 根据建模具体要求，还可绘制Gtp、G0p关系曲线； 以推求相关参数。 振动三轴试验 九土的变形参数试验九土的变形参数试验 （九）试验误差（九）试验误差 K0固结阶段及排水等p试验均需围压和轴压同时施加，人 手不够或操作不熟练均会出现手忙脚乱，造成大的误差

57、。 （十）其它说明：（十）其它说明： 应当指出，本项试验所指的土的变形参数是针对非线性 KG模型的。实际上土工计算中常用的还有非线性E 模型及EB模型。为求得这两种模型对应的参数，只需 进行常规的固结排水三轴压缩试验。相应的试验资料整理 步骤详见SL2370171999规程的附a及附b（SL237 1999书中174180页）。 振动三轴试验 十单轴抗拉强度试验十单轴抗拉强度试验 （一）试验目的和适用范围：（一）试验目的和适用范围： 本试验对圆柱形或长方形试样逐级施加轴向拉力， 使试样达到断裂破坏，测得单轴抗拉强度，可供分 析土体表层开裂时参考使用。试验方法分为立式和 卧式两种。 （二）（二）

58、 采用标准采用标准：SL2370311999 （三）（三） 术语定义：术语定义：土的单轴抗拉强度土的单轴抗拉强度是试样只 在拉力作用下达到断裂破坏时的极限正应力。 振动三轴试验 十单轴抗拉强度试验十单轴抗拉强度试验 （四）立式单轴抗拉强度试验（四）立式单轴抗拉强度试验 1 仪器设备仪器设备 主要设备主要设备：电机可正反转的应变控制式三轴仪，或具有加 荷框架的应力控制式三轴仪。 附属设备附属设备： （1）卧式方形截面制样模，如图7.6.10-1所示。 图图7.6.10-1 正方截面制样模具示意图正方截面制样模具示意图 1框架；3垫块；3四片成型模；4压繁螺丝 振动三轴试验 十单轴抗拉强度试验十单轴抗拉强度试验 （四）立式单轴抗拉强度试验（四）立式单轴抗拉强度试验 1 仪器设备仪器设备 附属设备附属设备： （2）钩拉装置， 如