土力学三轴压缩试验

1、 课件介绍：本课件所介绍试验适用于测定细粒土的总抗剪强度参或有效抗剪强度参数。根据排水条件的不同，试验可分为不固结不排水剪、固结不排水剪和固结排水剪三种。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，试验可以测得总抗剪强度参数；固结不排水剪试验是试样先在某一周围压力作用下排水固结，然后在保持不排水的情况下增加轴向压力直至破坏，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，试验可以测得有效抗剪强度参数和变形参数。土的三轴压缩试验土的三轴压缩试验岩

2、土工程实验室 张新敏 土的抗剪强度是指土体抵抗破坏的极限能力。在土的抗剪强度是指土体抵抗破坏的极限能力。在土坡稳定、地基承载力及土压力等计算中，土的抗土坡稳定、地基承载力及土压力等计算中，土的抗剪强度是个很重要的指标。剪强度是个很重要的指标。 测定土的抗剪强度最简单的方法是测定土的抗剪强度最简单的方法是直接剪切试验直接剪切试验。缺点缺点: :剪切破坏面人为的固定为上剪切破坏面人为的固定为上下盒之间的水平面，不符合实下盒之间的水平面，不符合实际情况。际情况。 试验中不能严格控制排水条试验中不能严格控制排水条件，不能量测土样的孔隙水压件，不能量测土样的孔隙水压力。力。 目前，较为完善的一种方法是目

3、前，较为完善的一种方法是三轴压缩试验三轴压缩试验。三轴压缩试验优点：三轴压缩试验优点： 试验中能严格控制试样排水条件，试验中能严格控制试样排水条件，受力状态明确。受力状态明确。 试验中可以控制大小主应力，剪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切面不固定，能准确地测定土的孔隙压力和体积变化。隙压力和体积变化。 3 3 3 3 3 3 三轴压缩试验三轴压缩试验 一、三轴试验的基本原理一、三轴试验的基本原理二、试验目的与意义二、试验目的与意义三、试验设备与材料三、试验设备与材料四、常规三轴试验的主要步骤四、常规三轴试验的主要步骤五、试验结果的整理与表达五、试验结果的整理与表达六

4、、绘图六、绘图七、思考题七、思考题 根据莫尔根据莫尔库仑破坏准则，土体在各向主应力的库仑破坏准则，土体在各向主应力的作用下，作用在某一应力面上的剪应力（作用下，作用在某一应力面上的剪应力（ ）与法）与法向应力（向应力（）之比达到某一比值（即土的内摩擦角）之比达到某一比值（即土的内摩擦角正切值正切值tantan），土体就将沿该面发生剪切破坏，而），土体就将沿该面发生剪切破坏，而与作用的各向主应力的大小无关。与作用的各向主应力的大小无关。 一、试验的基本原理一、试验的基本原理 常规的三轴压缩试验是取常规的三轴压缩试验是取3-4个圆柱体试样，个圆柱体试样，分别在其四周施加不同的恒定周围压力，随后逐分

5、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，其倾角为似的以直线表示，其倾角为，在纵轴上的截距，在纵轴上的截距为为c。 测定土的抗剪强度，提供计算地基强度和稳定测定土的抗剪强度，提供计算地基强度和稳定使用的土的强度指标内摩擦角使用的土的强度指标内摩擦角和内聚力和内聚力c。 二、试验目的与意义二、试验目的与意义三、试验设备与材料三、试验设

6、备与材料1三轴压缩议：应变控制式，由周围压力系统、反压力系统、三轴压缩议：应变控制式，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。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、承膜筒和对开圆模等。盘、承膜筒和对开圆模等。 3天平：称量天平：称量200 g，感量，感量0.01 g；称量；称量1000 g，感量，感量 0.1 g。 4橡皮膜：应具有弹性，厚度应小于橡皮膜直径的橡皮膜：应具有弹性，厚度应小于橡皮膜直径的1100， 不得有漏气孔。不得有漏气孔。 5试验过程中还用到少许凡士林、机

7、油等。试验过程中还用到少许凡士林、机油等。轴向加压轴向加压系统系统周围压周围压力系统力系统孔隙压力孔隙压力量测系统量测系统压力压力室室 （2 2）施加围压施加围压。向压力室内压入水，使试。向压力室内压入水，使试件在各向受到周围压力件在各向受到周围压力3 3，并使液压在整个，并使液压在整个试验过程中保持不变，这时试件内各向的三试验过程中保持不变，这时试件内各向的三个主应力都相等，因此不发生剪应力如图个主应力都相等，因此不发生剪应力如图339 9（a a）。）。四、常规三轴试验的主要步四、常规三轴试验的主要步骤骤（1 1）装样装样。将土切成圆柱体，饱和后套在橡。将土切成圆柱体，饱和后套在橡胶膜内，

8、放在密封的压力室中。胶膜内，放在密封的压力室中。 （3 3）施加轴向压力施加轴向压力。通过传力杆对试件施加。通过传力杆对试件施加竖向压力，这样，竖向主应力就大于水平向主应竖向压力，这样，竖向主应力就大于水平向主应力，当水平向主应力保持不变，而竖向主应力逐力，当水平向主应力保持不变，而竖向主应力逐渐增大时，试件终于受剪而破坏如图渐增大时，试件终于受剪而破坏如图39(b) 39(b) 。设剪切破坏时由传力杆加在试件上的竖向压应力设剪切破坏时由传力杆加在试件上的竖向压应力为为，则试件上的大主应力为，则试件上的大主应力为1 1=3 3+ + ，而小主应力而小主应力3 3，以，以（1 1+3 3）/2/

9、2为圆心为圆心，1 1-3 3为直径可以画出一个极限应力圆，如图为直径可以画出一个极限应力圆，如图39(c)39(c)中中的圆的圆I I （4 4）重复以上步骤重复以上步骤。用同一种土样的若干个。用同一种土样的若干个试件试件( (三个以上三个以上) )按以上所述方法分别进行试验，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每个试件施加不同的周围压力3 3 ，可分别得出剪，可分别得出剪切破坏时的大主应力切破坏时的大主应力1 1 ，将这些结果绘成一组极，将这些结果绘成一组极限应力圆，如图限应力圆，如图39c39c中的圆中的圆I I、和和。由于这。由于这些试件都剪切至破坏，根据莫尔些试件都

10、剪切至破坏，根据莫尔库伦理论，作库伦理论，作一组极限应力圆的公共切线，即为土的抗剪强度一组极限应力圆的公共切线，即为土的抗剪强度包线包线( (图图39c)39c)，通常可近似取为一条直线，该直，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线与横座标的夹角即土的内摩擦角，直线与纵，直线与纵坐标的截距即为土的粘聚力坐标的截距即为土的粘聚力c c 图图3-9 3-9 三轴剪切试验原理三轴剪切试验原理45+/233331=3+133（a）（b）（a）试件受周围压力；（）试件受周围压力；（b）破坏时试件上的主应力）破坏时试件上的主应力粘聚力粘聚力内摩擦角内摩擦角强度包线强度包线（C）莫尔破

11、坏包线）莫尔破坏包线根据排水条件和是否固结，三轴压缩试验可根据排水条件和是否固结，三轴压缩试验可有以下三种类型：有以下三种类型： (1)(1)不固结不排水试验不固结不排水试验 试样在施加周围压力和随后施加竖向压试样在施加周围压力和随后施加竖向压力直至剪切破坏的整个过程中部不允许排水，力直至剪切破坏的整个过程中部不允许排水，试验自始至终关闭排水阀门。这种方法适用试验自始至终关闭排水阀门。这种方法适用于实际工程中饱和软粘土快速加荷时的应力于实际工程中饱和软粘土快速加荷时的应力状况。状况。 (2) (2)固结不排水试验固结不排水试验 试样在施加周围压力时打开排水阀门，允试样在施加周围压力时打开排水阀

12、门，允许排水固结，待固结稳定后关闭排水阀门，再许排水固结，待固结稳定后关闭排水阀门，再施加竖向压力，使试样在不排水的条件下剪切施加竖向压力，使试样在不排水的条件下剪切破坏。破坏。 (3) (3)固结排水试验固结排水试验 试样在施加周围压力时允许排水固结，待固试样在施加周围压力时允许排水固结，待固结稳定后，再在排水条件下施加竖向压力至试件结稳定后，再在排水条件下施加竖向压力至试件剪切破坏。剪切破坏。 根据排水条件和是否固结，三轴压缩试验可根据排水条件和是否固结，三轴压缩试验可有以下三种类型：有以下三种类型：五、试验结果的整理与表达五、试验结果的整理与表达（一）总应力法。（一）总应力法。其表达式为

13、：其表达式为： f =c+tan =c+tan式中：式中：cc土的粘聚力土的粘聚力 土的内摩擦角。土的内摩擦角。 该法以法向应力该法以法向应力为横坐标，剪应力为横坐标，剪应力为纵坐标。为纵坐标。在横坐标上以（在横坐标上以（1 1+3 3）/2/2为圆心，为圆心，（1 1+3 3）/2/2为为半径做应力圆，绘制破坏总应力圆，如图半径做应力圆，绘制破坏总应力圆，如图3-103-10直直线线 。土的抗剪强度的试验成果一般有两种表示方式。土的抗剪强度的试验成果一般有两种表示方式。（二）有效应力法。（二）有效应力法。 表达式为：表达式为： f =c+tan =c+tan = -u = -u式中：式中：

14、cc土的有效粘聚力土的有效粘聚力 土的有效内摩擦角。土的有效内摩擦角。 、uu土的有效应力土的有效应力 和孔隙水压力和孔隙水压力 该法以法向应力该法以法向应力为横坐标，剪应力为横坐标，剪应力为纵坐标。在为纵坐标。在横坐标上以（横坐标上以（1 1+3 3）/2/2为圆心，以为圆心，以（1 1+3 3）/2/2为半径做应力圆，绘制破坏总应力圆，如为半径做应力圆，绘制破坏总应力圆，如图图3-103-10直线直线。f =c+tan =c+tanf =c+tan =c+tan图3-10 土抗剪强度包线 用总应力法表示时，试验时土的排水条件不同得到用总应力法表示时，试验时土的排水条件不同得到的的c c、结果不同。有效应力法由于考虑了孔隙水压力结果不同。有效应力法由于考虑了孔隙水压力u u的影响，对于同一种土，不论采取哪一种试验方法，只的影响，对于同一种土，不论采取哪一种试验方法，只要能准确量出土样破坏时的孔隙水压力，就可用此方法要能准确量出土样破坏时的孔隙水压力，就可用此方法来表示土的强度关系。理论上抗剪强度与有效应力有对来表示土的强度关系。理论上抗剪强度与有效应力有对应的关系。应的关系。