三轴剪切试验课件

三轴剪切试验河海大学岩土工程研究所ResearchInstituteofGeotechnicalEngineering,HohaiUniversity三轴剪切试验河海大学岩土工程研究所1试验目的测定土的抗剪强度指标：内摩擦角和粘聚力。试验目的测定土的抗剪强度指标：内摩擦角和粘聚力。2试验原理1f3fOc试验原理1f3fOc3仪器设备1.三轴剪力仪。常用的为应变控制式三轴剪力仪，由压力室、轴向加压设备、周围压力系统、反压力系统、孔隙水压力量测系统、轴向变形和体积变化量测系统组成。2.附属设备。包括击样器、饱和器、切土盘、切土器、切土架、分样器、承模筒、天平（称量200g，感量0.01g，称量1000g，感量）、量表（百分表）（量程3mm或10mm，分度值0.01mm）、橡皮膜等，除此以外还要用到含水率试验的所有设备。仪器设备1.三轴剪力仪。常用的为应变控制式三轴剪力仪，由压力4试验步骤

（一）仪器检查1.校验周围压力和轴向压力量测装置。周围压力（压力表或传感器）精度不低于全量程的±0.5%，轴向偏应力（量测钢环或传感器）精度不低于全量程的±0.5%

，据试样抗剪强度的大小选用不同量程的仪表；2.检查孔压量测系统。孔压系统管路中是否有气泡，若有一定要排净；3.检查排水管路是否畅通。排水管路中各连接处是否漏水及有无存在堵塞问题；4.检查橡皮膜是否漏气。特别注意橡皮膜必须完好。试验步骤

（一）仪器检查5试验步骤

（二）试样制备1.原状土样：对于较软的土样，先用钢丝锯或削土刀切取一稍大于规定尺寸的土柱，放在切土盘的上、下圆盘之间，再用钢丝锯或削土刀紧靠侧板，由上往下细心切削，边切边转动圆盘，直到被切成规定直径的试样为止，然后再按试样高度的要求，削平上下两端。对于较硬的土样，先用钢丝锯或削土刀切取一稍大于规定尺寸的土柱，放在切土架上，用切土器切削。将切土器的刀口对准土样，边削边压切土器，削好后将试样取出，按要求高度将两端削平。试验步骤

（二）试样制备6试验步骤

（二）试样制备2.扰动土样：（1）选取一定质量的代表性土样（直径3.91cm试样取2kg土，直径6.18cm和10cm试样分别取10kg和20kg土）经风干、碾碎、过筛（筛孔径与试样允许土粒最大粒径相同）、测出风干含水率，按要求含水率算出需加水量；（2）将需加水量喷洒到土粒上，拌匀后装入塑料袋，然后置于密封容器内至少20小时，使含水率均匀。取出土料复测含水率，若实测含水率与要求值的差值在1％以内，则符合要求，否则重新配土；（3）击样筒在使用前洗净、风干（烘干，擦干），内侧涂一薄层凡士林，然后分层击实。一般分五层，每层加入需要的土重（按试样干密度计算）击实到给定高度后，将表面刨毛，再加下一层土料击实。击完后整平试样两端，取出称其质量。一组试样间的干密度差值以及与要求干密度的差值均不得大于0.02g/cm3。试验步骤

（二）试样制备7试验步骤

（三）试样饱和常用的试样饱和方法有如下两种：1.抽气饱和法：将试样装入饱和器，置于抽气缸内盖紧后抽气。当抽气缸内真空度达到接近一个大气压后，对粉土再抽30min以上，粘土再抽1h以上，然后徐徐注入清水，并使真空度保持稳定。待饱和器完全淹没水中后，解除真空，让试样在抽气缸内静置10h以上。2.水头饱和法：对于粉土或砂土，可直接在仪器上用水头饱和。方法是在试样安装完毕后，给试样施加20kPa的围压，提高试样底部进水管（可用孔压管）的水面，降低顶部排水管的水面，使试样两端水位差在１米左右，水自下向上通过试样，从而使空气从顶部排出，达到饱和的目的。试验步骤

（三）试样饱和8试验步骤

（四）试样安装1.从饱和器中取出试样（若不需饱和的试样即为切好或制好的试样），用游标卡尺量测试样直径和试样高度。直径量测时，要量测试样的两端和中部三个位置的直径，计算试样平均直径：D0＝(D1

+2D2+D3)/4D1,D2,D3分别为试样上、中、下部位的直径。2.将试样顶、底部放上滤纸，若有需要还可在试样四周贴上滤纸条，放好上、下透水石后，置于仪器底座上；试验步骤

（四）试样安装9试验步骤

（四）试样安装3.将橡皮膜套在承模筒内，两端向外翻出，用吸球从吸嘴吸气，使橡皮膜贴紧承模筒，然后将承模筒套在试样外，放气，翻起橡皮膜，取出承模筒。用橡皮筋将橡皮膜分别扎紧在仪器底座和试样帽上；4.装上压力室外罩，将轴压传力杆提高，然后使传力杆对准试样帽中心，均匀地旋紧压力室与底座连接螺丝，将量力环（轴力传感器）对准传力杆；5.开排气孔，向压力室充水，当压力室内装满水时，关闭排气孔。试验步骤

（四）试样安装10试验步骤

（五）不固结不排水剪（UU）加载1.四个试样加相同的初始围压σ0（原状超固结土样σ0

等于自重应力σs

，原状正常固结土样σ0

=0.75σs

，击实试样σ0

=0或合适的值）。待试样在σ0

作用下固结完成后（由σ0

产生的孔隙水应力u=0时），关闭排水管，在四个试样上施加不同的围压增量Δσ3i

(i=1到4)，量测每个试样由围压增量Δσ3i产生的孔隙水应力Δu0

。《土工试验方法标准》（GB/T50123-1999)规定，UU试验不施加初始固结压力，即Δσ0

=0；2.继续关闭排水管，开动马达，接上离合器，对试样进行剪切，剪切速率取每分钟0.5%～1%应变。每隔一定垂直应变（一般取0.3%～0.4%）测记轴向量力环（或传感器）读数，垂直变形量表读数，孔隙水应力读数；试验步骤

（五）不固结不排水剪（UU）加载1.四个试样加相同11试验步骤

（五）不固结不排水剪（UU）加载3.试验结束条件：当轴向量力环读数出现峰值，再剪3%～5%的垂直应变（或轴向应变达到20%）后，试验结束。关闭马达、关闭围压控制阀、拔开离合器、倒转手轮、打开排气孔、排出压力室中的水、拆除压力室外罩、擦干试样周围的水、脱去试样外橡皮膜、描述试样破坏后的形状。试验步骤

（五）不固结不排水剪（UU）加载3.试验结束条件：12试验步骤

（五）固结不排水剪（CU）加载1.完成装样步骤后，将排水管放置到使其管内水位与试样中心高度相同。将与孔压管连接的量管水面调至与试样中心高度相同位置，用调压筒调整零位指示器的水银面于毛细管指示线（或压力传感器调零），记下孔压表起始读数，然后关与孔压管连接的量管阀；试验步骤

（五）固结不排水剪（CU）加载1.完成装样步骤后，13试验步骤

（五）固结不排水剪（CU）加载2.关闭排水管阀，开围压阀，施加围压。围压大小应与工程实际荷载相适应，也可按100,200,300,400kPa施加。量测各试样由围压σ3i

产生的孔隙水应力u1i。计算孔隙应力系数Ｂ。上升底座至测力钢环量表刚开始走动为止。将轴向变形量表调零（调到一个整数读数R0）；试验步骤

（五）固结不排水剪（CU）加载2.关闭排水管阀，开14试验步骤

（五）固结不排水剪（CU）加载3.关闭孔压管，记录排水量管初始读数V0，打开排水阀，使试样排水固结。待孔隙水应力u1i消散到零时，固结完成，测记排水量管读数V1。上升底座到轴力测力环量表开始走动时，记下轴向变形表读数R1。将轴向变形量表调零（调到一个整数读数R0）。计算试样固结后试样的高度和横截面积；试验步骤

（五）固结不排水剪（CU）加载3.关闭孔压管，记15试验步骤

（五）固结不排水剪（UU）加载4.试样剪切，按试样土性，设置合适的剪切应变速率（一般粘土取每分钟0.1%～0.05%轴向应变，粘质土取每分钟0.1%～0.5%的轴向应变）。开动马达、接上离合器、每间隔一定的竖向变形测记一次轴力量力环（传感器）读数、轴向变形量表读数、孔隙应力读数；5.试验结束：当试验进行到满足UU试验的第３条规定的试验结束条件时，按UU试验相同的规定结束试验并拆卸试样。试验步骤

（五）固结不排水剪（UU）加载4.试样剪切，按试样16试验步骤

（五）固结排水剪（CD）加载1.按固结不排水剪的步骤１、２、３、４进行装样、施加围压和量测试样在围压作用下固结的各项读数；2.固结完成后，继续打开排水管，采用很慢的轴向应变速率（每分钟0.012%～0.003%轴向应变），施加轴向偏应力剪切。剪切过程中观测孔压表读数，要求在整个剪切过程中不产生明显的孔隙水应力（使孔隙应力始终小于0.05σ3）。每隔一定轴向应变测读轴向力测力钢环读数、轴向变形量表读数。试验步骤

（五）固结排水剪（CD）加载1.按固结不排水剪的步17三

轴

剪力

仪三

轴

剪力

仪18三轴剪力仪三轴剪力仪19三轴剪力仪三轴剪力仪20

完完21三轴剪切试验河海大学岩土工程研究所ResearchInstituteofGeotechnicalEngineering,HohaiUniversity三轴剪切试验河海大学岩土工程研究所22试验目的测定土的抗剪强度指标：内摩擦角和粘聚力。试验目的测定土的抗剪强度指标：内摩擦角和粘聚力。23试验原理1f3fOc试验原理1f3fOc24仪器设备1.三轴剪力仪。常用的为应变控制式三轴剪力仪，由压力室、轴向加压设备、周围压力系统、反压力系统、孔隙水压力量测系统、轴向变形和体积变化量测系统组成。2.附属设备。包括击样器、饱和器、切土盘、切土器、切土架、分样器、承模筒、天平（称量200g，感量0.01g，称量1000g，感量）、量表（百分表）（量程3mm或10mm，分度值0.01mm）、橡皮膜等，除此以外还要用到含水率试验的所有设备。仪器设备1.三轴剪力仪。常用的为应变控制式三轴剪力仪，由压力25试验步骤

（一）仪器检查1.校验周围压力和轴向压力量测装置。周围压力（压力表或传感器）精度不低于全量程的±0.5%，轴向偏应力（量测钢环或传感器）精度不低于全量程的±0.5%

，据试样抗剪强度的大小选用不同量程的仪表；2.检查孔压量测系统。孔压系统管路中是否有气泡，若有一定要排净；3.检查排水管路是否畅通。排水管路中各连接处是否漏水及有无存在堵塞问题；4.检查橡皮膜是否漏气。特别注意橡皮膜必须完好。试验步骤

（一）仪器检查26试验步骤

（二）试样制备1.原状土样：对于较软的土样，先用钢丝锯或削土刀切取一稍大于规定尺寸的土柱，放在切土盘的上、下圆盘之间，再用钢丝锯或削土刀紧靠侧板，由上往下细心切削，边切边转动圆盘，直到被切成规定直径的试样为止，然后再按试样高度的要求，削平上下两端。对于较硬的土样，先用钢丝锯或削土刀切取一稍大于规定尺寸的土柱，放在切土架上，用切土器切削。将切土器的刀口对准土样，边削边压切土器，削好后将试样取出，按要求高度将两端削平。试验步骤

（二）试样制备27试验步骤

（二）试样制备2.扰动土样：（1）选取一定质量的代表性土样（直径3.91cm试样取2kg土，直径6.18cm和10cm试样分别取10kg和20kg土）经风干、碾碎、过筛（筛孔径与试样允许土粒最大粒径相同）、测出风干含水率，按要求含水率算出需加水量；（2）将需加水量喷洒到土粒上，拌匀后装入塑料袋，然后置于密封容器内至少20小时，使含水率均匀。取出土料复测含水率，若实测含水率与要求值的差值在1％以内，则符合要求，否则重新配土；（3）击样筒在使用前洗净、风干（烘干，擦干），内侧涂一薄层凡士林，然后分层击实。一般分五层，每层加入需要的土重（按试样干密度计算）击实到给定高度后，将表面刨毛，再加下一层土料击实。击完后整平试样两端，取出称其质量。一组试样间的干密度差值以及与要求干密度的差值均不得大于0.02g/cm3。试验步骤

（二）试样制备28试验步骤

（三）试样饱和常用的试样饱和方法有如下两种：1.抽气饱和法：将试样装入饱和器，置于抽气缸内盖紧后抽气。当抽气缸内真空度达到接近一个大气压后，对粉土再抽30min以上，粘土再抽1h以上，然后徐徐注入清水，并使真空度保持稳定。待饱和器完全淹没水中后，解除真空，让试样在抽气缸内静置10h以上。2.水头饱和法：对于粉土或砂土，可直接在仪器上用水头饱和。方法是在试样安装完毕后，给试样施加20kPa的围压，提高试样底部进水管（可用孔压管）的水面，降低顶部排水管的水面，使试样两端水位差在１米左右，水自下向上通过试样，从而使空气从顶部排出，达到饱和的目的。试验步骤

（三）试样饱和29试验步骤

（四）试样安装1.从饱和器中取出试样（若不需饱和的试样即为切好或制好的试样），用游标卡尺量测试样直径和试样高度。直径量测时，要量测试样的两端和中部三个位置的直径，计算试样平均直径：D0＝(D1

+2D2+D3)/4D1,D2,D3分别为试样上、中、下部位的直径。2.将试样顶、底部放上滤纸，若有需要还可在试样四周贴上滤纸条，放好上、下透水石后，置于仪器底座上；试验步骤

（四）试样安装30试验步骤

（四）试样安装3.将橡皮膜套在承模筒内，两端向外翻出，用吸球从吸嘴吸气，使橡皮膜贴紧承模筒，然后将承模筒套在试样外，放气，翻起橡皮膜，取出承模筒。用橡皮筋将橡皮膜分别扎紧在仪器底座和试样帽上；4.装上压力室外罩，将轴压传力杆提高，然后使传力杆对准试样帽中心，均匀地旋紧压力室与底座连接螺丝，将量力环（轴力传感器）对准传力杆；5.开排气孔，向压力室充水，当压力室内装满水时，关闭排气孔。试验步骤

（四）试样安装31试验步骤

（五）不固结不排水剪（UU）加载1.四个试样加相同的初始围压σ0（原状超固结土样σ0

等于自重应力σs

，原状正常固结土样σ0

=0.75σs

，击实试样σ0

=0或合适的值）。待试样在σ0

作用下固结完成后（由σ0

产生的孔隙水应力u=0时），关闭排水管，在四个试样上施加不同的围压增量Δσ3i

(i=1到4)，量测每个试样由围压增量Δσ3i产生的孔隙水应力Δu0

。《土工试验方法标准》（GB/T50123-1999)规定，UU试验不施加初始固结压力，即Δσ0

=0；2.继续关闭排水管，开动马达，接上离合器，对试样进行剪切，剪切速率取每分钟0.5%～1%应变。每隔一定垂直应变（一般取0.3%～0.4%）测记轴向量力环（或传感器）读数，垂直变形量表读数，孔隙水应力读数；试验步骤

（五）不固结不排水剪（UU）加载1.四个试样加相同32试验步骤

（五）不固结不排水剪（UU）加载3.试验结束条件：当轴向量力环读数出现峰值，再剪3%～5%的垂直应变（或轴向应变达到20%）后，试验结束。关闭马达、关闭围压控制阀、拔开离合器、倒转手轮、打开排气孔、排出压力室中的水、拆除压力室外罩、擦干试样周围的水、脱去试样外橡皮膜、描述试样破坏后的形状。试验步骤

（五）不固结不排水剪（UU）加载3.试验结束条件：33试验步骤

（五）固结不排水剪（CU）加载1.完成装样步骤后，将排水管放置到使其管内水位与试样中心高度相同。将与孔压管连接的量管水面调至与试样中心高度相同位置，用调压筒调整零位指示器的水银面于毛细管指示线（或压力传感器调零），记下孔压表起始读数，然后关与孔压管连接的量管阀；试验步骤

（五）固结不排水剪（CU）加载1.完成装样步骤后，34试验步骤

（五）固结不排水剪（CU）加载2.关闭排水管阀，开围压阀，施加围压。围压大小应与工程实际荷载相适应，也可按100,200,300,400kPa施加。量测各试样由围压σ3i

产生的孔隙水应力u1i。计算孔隙应力系数Ｂ。上升底座至测力钢环量表刚开始走动为止。将轴向变形量表调零（调到一个整数读数R0）；试验步骤

（五）固结不排水剪（CU）加载2.关闭排水管阀，开35试验步骤

（五）固结不排水