三轴压缩试验学习教案

1、会计学1三轴压缩三轴压缩(y su)试验试验第一页，共25页。土的三轴压缩土的三轴压缩(y su)试验试验岩土工程(gngchng)实验室 张新敏第1页/共24页第二页，共25页。 土的抗剪强度是指土体抵抗破坏的极限能力。在土坡稳定土的抗剪强度是指土体抵抗破坏的极限能力。在土坡稳定(wndng)(wndng)、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。、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。 测定土的抗剪强度最简单的方法是直接剪切试验。测定土的抗剪强度最简单的方法是直接剪切试验。第2页/共24页第三页，共25页。缺点缺点(qudi(qudin):n):剪切破

2、坏面人为的固定为上下盒剪切破坏面人为的固定为上下盒之间的水平面，不符合实际情况。之间的水平面，不符合实际情况。 试验中不能严格控制排水条件试验中不能严格控制排水条件(tiojin)(tiojin)，不能量测土样的孔，不能量测土样的孔隙水压力。隙水压力。 目前，较为目前，较为(jio wi)(jio wi)完善的一种方法是三轴压缩试验。完善的一种方法是三轴压缩试验。第3页/共24页第四页，共25页。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(tiojin)(tiojin)，受力状态明确。，受力状态明确。 试验中可以控制大小主应力，剪切面不固定，

3、能准确地测定土的孔隙压力和体积变化。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隙压力和体积变化。 3 3 3 3 3 3 第4页/共24页第五页，共25页。 三轴压缩三轴压缩(y su)试验试验 一、三轴试验一、三轴试验(shyn)的基本原理的基本原理二、试验二、试验(shyn)目的与意义目的与意义三、试验三、试验(shyn)设备与材料设备与材料四、常规三轴试验四、常规三轴试验(shyn)的主要的主要步骤步骤五、试验五、试验(shyn)结果的整理与表结果的整理与表达达六、绘图六、绘图七、思考题七、思考题第5页/共24页第六页，共25页。 根据根据(gnj)(gnj)莫尔莫尔库仑

4、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（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（ ）与法向应力（）与法向应力（）之比达到某一比值（即土的内摩擦角正切值）之比达到某一比值（即土的内摩擦角正切值tantan），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。），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。 一、试验一、试验(shyn)的基本原理的基本原理第6页/共24页第七页，共25页。 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，分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

5、止。根据破坏时的大主应力与小主应力分别绘制莫尔圆，莫尔圆的切线就是剪应力与法向应力的关系曲线个圆柱体试样，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，莫尔圆的切线就是剪应力与法向应力的关系曲线(qxin)，通常近似的以直线表示，其倾角为，通常近似的以直线表示，其倾角为，在纵轴上的截距为，在纵轴上的截距为c。第7页/共24页第八页，共25页。 测定土的抗剪强度，提供计算地基强度和稳定使用测定土的抗剪强度，提供计算地基强度和稳定使用(shyng)的土的强度指标内摩擦角的土的强度指标内摩擦角和内聚力和内聚力c。 二、试验二、试

6、验(shyn)目的与意义目的与意义第8页/共24页第九页，共25页。三、试验设备与材料三、试验设备与材料(cilio)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橡皮橡皮(xingp)膜：应具有弹性，厚度应小于

7、橡皮膜：应具有弹性，厚度应小于橡皮(xingp)膜直径的膜直径的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、机油等。试验过程中还用到少许凡士林、机油等。第9页/共24页第十页，共25页。轴向加压轴向加压系统系统(xtng)周围周围(zhuwi)压力系压力系统统孔隙孔隙(kngx)压力量测压力量测系统系统压力室压力室第10页/共24页第十一页，共25页。 （2 2）施加围压。向压力）施加围压。向压力(yl)(yl)室内压入水，使试室内压入水，使试件在各向受到周围压力件在各向受到周围压力(yl)3(yl)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

8、向的三个主应力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都相等，因此不发生剪应力如图3939（a a）。）。四、常规四、常规(chnggu)三轴试验的三轴试验的主要步骤主要步骤（1 1）装样。将土切成圆柱体，饱和后套在橡）装样。将土切成圆柱体，饱和后套在橡胶胶(xingjio)(xingjio)膜内，放在密封的压力室中。膜内，放在密封的压力室中。第11页/共24页第十二页，共25页。 （3 3）施加轴向压力）施加轴向压力(yl)(yl)。通过传力杆对试件施加竖向。通过传力杆对试件施加竖向压力压力(yl)(yl)，这样，竖向主应力就大于水平向主应力，当水，这样，竖

9、向主应力就大于水平向主应力，当水平向主应力保持不变，而竖向主应力逐渐增大时，试件终于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。设剪切破坏时由传力杆加在试件上的竖向压应力为上的竖向压应力为，则试件上的大主应力为，则试件上的大主应力为1=3+ 1=3+ ，而小主应力，而小主应力33，以（，以（1+31+3）/2/2为圆心，为圆心，1-31-3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)中的圆中的圆I I第12页/共24页第十三页，共25页。 （4 4）重复以上步

10、骤。用同一种土样的若干个试件）重复以上步骤。用同一种土样的若干个试件( (三个以上三个以上) )按以上所述方法分别进行试验，每个试件施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加不同的周围压力3 3 ，可分别得出剪切破坏时的大，可分别得出剪切破坏时的大主应力主应力1 1 ，将这些，将这些(zhxi)(zhxi)结果绘成一组极限应力结果绘成一组极限应力圆，如图圆，如图39c39c中的圆中的圆I I、和和。由于这些。由于这些(zhxi)(zhxi)试件都剪切至破坏，根据莫尔试件都剪切至破坏，根据莫尔库伦理论，作一组极库伦理论，作一组极限应力圆的公共切线，即为土的抗剪强度包线限应力圆的公

11、共切线，即为土的抗剪强度包线( (图图339c)9c)，通常可近似取为一条直线，该直线与横座标的夹，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角即土的内摩擦角，直线与纵坐标的截距即为土的，直线与纵坐标的截距即为土的粘聚力粘聚力c c 第13页/共24页第十四页，共25页。图图3-9 3-9 三轴剪切试验三轴剪切试验(shyn)(shyn)原理原理45+/233331=3+133（a）（b）（a）试件受周围压力）试件受周围压力(yl)；（；（b）破坏时试件上的主应力）破坏时试件上的主应力第14页/共24页第十五页，共25页。粘聚力粘聚力内摩擦角内摩擦角强度强度(qingd)包线包

12、线（C）莫尔破坏）莫尔破坏(phui)包线包线第15页/共24页第十六页，共25页。根据根据(gnj)(gnj)排水条件和是否固结，三轴压缩试验可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)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力直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，试验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。这种方法自始至终关闭排水阀门。这种方法(fngf)适适用于实际工程中饱和软粘土快速加荷时的应力用于实际工程中饱和软粘土快速加荷时的应力状况。状况。第16页/共24页第十

13、七页，共25页。 (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试样在施加周围压力时打开(d ki)(d ki)排水阀门，排水阀门，允许排水固结，待固结稳定后关闭排水阀门，再施加允许排水固结，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破坏。竖向压力，使试样在不排水的条件下剪切破坏。 (3)固结固结( ji)排水试验排水试验 试样在施加周围压力时允许排水固结试样在施加周围压力时允许排水固结( ji)，待固结待固结( ji)稳定后，再在排水条件下施加竖向稳定后，再在排水条件下施加竖向压力至试件剪切破坏。压力至试件剪切破坏。 根据排水条件和是否固结，三

14、轴压缩试验可有以下根据排水条件和是否固结，三轴压缩试验可有以下(yxi)(yxi)三种类型：三种类型：第17页/共24页第十八页，共25页。五、试验结果五、试验结果(ji gu)的整理与表达的整理与表达（一）总应力法。（一）总应力法。其表达式为：其表达式为： f =c+tan f =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。在横坐标上以（为纵坐标。在横坐标上以（1+31+3）/2/2为圆心，（为圆心，（1+31+3）/2/2为半径做应力圆，绘制破坏为半径做应力圆，绘制破坏(phui)(ph

15、ui)总应力圆，如图总应力圆，如图3-103-10直线直线 。土的抗剪强度的试验土的抗剪强度的试验(shyn)(shyn)成果一般有两种表示方式。成果一般有两种表示方式。第18页/共24页第十九页，共25页。（二）有效（二）有效(yuxio)(yuxio)应力法。应力法。 表达式为：表达式为： f =c+tan f =c+tan = -u = -u式中：式中： c c土的有效土的有效(yuxio)(yuxio)粘聚力粘聚力 土的有效土的有效(yuxio)(yuxio)内摩擦角。内摩擦角。 、uu土的有效土的有效(yuxio)(yuxio)应力应力 和孔隙水压力和孔隙水压力 该法以法向应力该法以

16、法向应力为横坐标，剪应力为横坐标，剪应力为纵坐标。在横坐标上以（为纵坐标。在横坐标上以（1+31+3）/2/2为圆心，以（为圆心，以（1+31+3）/2/2为半径做应力圆，绘制破坏总应力圆，如图为半径做应力圆，绘制破坏总应力圆，如图3-103-10直线直线。第19页/共24页第二十页，共25页。f =c+tan =c+tanf =c+tan =c+tan图3-10 土抗剪强度(qingd)包线第20页/共24页第二十一页，共25页。 用总应力法表示时，试验时土的排水条件不同得到的用总应力法表示时，试验时土的排水条件不同得到的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

17、于考虑了孔隙水压力u u的影响的影响(yngxing)(yngxing)，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。，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。第21页/共24页第二十二页，共25页。六、绘图六、绘图(hu t)根据试验根据试验(shyn)(shyn)结果绘制莫尔应力圆，抗剪强度包线，查出相应的结果绘制莫尔应力圆，抗剪强度包线，查出相应的C C和和值值01002003000100200300400500600(KPa)(KPa)(KPa)(KPa)第22页/共24页第二十三页，共25页。七、思考题七、思考题1 1、如何测定土样的饱和度？、如何测定土样的饱