2023年三轴实验报告

+南大罂

三轴实验报告

课程高等土力学

授课老师冷伍明等

指导老师彭老师

学生姓名刘玮

学号

专隧道工程

业

小目录

1.实验目的1。

2.仪器设备。1

3.试样制备环节1。

4.试样的安装和固结.......................2

5.数据解决（邓肯一张模型8大参数的拟定）....2

6.注意事项................................9

7.总结。错误!未定义书签。

1.实验目的

(1).三轴压缩实验室测定图的抗剪强度的一种方法，它通过用3~4个圆柱形

试样，分别在不同的恒定周边压力下，施加轴向压力，进行剪切直至破坏；然后根

据摩尔一强度理论，求得土的抗剪强度参数;同时还可求出邓肯一张模型的其它

6个参数。

(2).本实验分为不固结不排水剪(UU);固结不排水剪(CU或而)和固结排

水剪(CO)等3种实验类型。本次实验采用的是固结排水剪(CD).

2.仪器设备

本次实验采用全自动应变控制式三轴仪：有反压力控制系统,周边压力控制

系统，压力室，孔隙压力测量系统，数据采集系统，实验机等。

3.试样制备环节

(1).本次实验所用土属于粉粘土，采用击实法对扰动土进行试样制备，试样

直径39.1mm,试样高度80mm。选取一定数量的代表性土样，经碾碎、过筛，测

定风干含水率，按规定的含水率算出所需加水量。

(2).将需加的水量喷洒到土料上拌匀，稍静置后装入塑料袋，然后置于密闭

容器内24小时，使含水率均匀。取出土料复测其含水率。

(3).击样筒的内径应与试样直径相同。击锤的直径宜小雨试样直径，也允许

采用与试样直径相同的击锤。击样筒在使用前应洗擦干净。

(4).根据规定的干密度，称取所需土质量。按试样高度分层击实，本次实验

为粉粘土，分5层击实。各层土料质量相等。每层击实至规定高度后，将表面刨

毛，然后再加第2层土料。如此继续进行，直至击完最后一层，并将击样筒中的

试样取出放入饱和器中。

表1含水率登记表

盒号盒重(g)盒加湿土重(g)盒加干士重(g)含水率含水率均值

6b008410.5223.1521.4515.5%

15.75%

6b050310.5123.7421.9116.0%

实验规定干密度为L7g/cm3,饱和器容积为96cm3,所以所需湿土质量为:

m=(l+w)pv=(1+0.1575)x1.7x96=188.8(g)

分5层击实，则每层质量为37.76go

(5).试样饱和：采用抽气饱和，将装有试样的饱和器置于无水的抽气缸内，进

行抽气，当真空度接近本地1个大气压后，应继续抽气1个小时。抽气完毕后渐

渐注入清水,并保持真空度稳定。待饱和器完全被水淹没即停止抽气，并释放抽

气缸的真空。

4.试样的安装和固结

(1).开孔隙压力阀及量管阀，使压力室底座充水排气，并关阀。将透水板滑

入压力室底座上。然后放上滤纸和试样，试样上端亦放一湿滤纸及透水板，并在试

样周边贴上6条浸湿的滤纸条，滤纸条上端与透水石相连接。

(2).将橡皮膜套在承膜筒内，两端翻出筒外，从吸气孔吸气，使膜紧贴承膜

筒内壁，然后套在试样外，放气翻起橡皮膜的两端，取出承膜筒。用橡皮圈将橡

皮膜下端扎紧在压力室底座上。

⑶.用软刷子自下向上轻轻按抚试样，以排除试样与橡皮膜之间的气泡。可

启动空隙压力阀及量管阀,使水渐渐流入试样与橡皮膜之间，以排除夹气，然后

关闭。

(4).开排水管阀，使水从试样帽渐渐流出以排除管路中的气泡，并将试样帽

置于试样顶端。排除顶端气泡，将橡皮膜扎紧在试样帽上。

(5).装上压力室罩，开排气孔，向压力水充水，水从排气孔溢出时,立刻停

止注水，并关闭排气孔。

(6).关体变管阀及孔隙压力阀，开周边压力阀，施加所需的周边压力。周边压

力大小应与工程实际荷载相适应，并尽也许使最大周边压力与土体的最大实际荷

载大体相等。也可按100、200、300、400kPa施加。

(7).打开主机和电脑，通过主机给调压筒和反压力调压筒充水，一般反压力

调压筒调到30000-40000便可。围压调压筒可注水到60000。

(8).在打开土工实验数据采集系统，选择好实验参数,然后点击开始实验，

实验则进入饱和度判断状态，当饱和度达95%以上时自动进入固结状态,当试样

固结度达95%时自动再进入剪切状态。

(9).剪切出现峰值后,或达成相应的应变，实验便自动结束。卸除压力，在进

行下一围压下的实验。

5.数据解决(邓肯一张模型8大参数的拟定)

(1).切线模量的邓肯-张计算公式：

/(巧一4)。一sin9)

E,=Kp.至x1---------------------⑴-------------

2ccos(p-2C(T3sin(p

式中E,——切线弹性模量，kPa;

%---周边压力,kPa；

Pa---大气压力,kPa;

Rf一一破坏比，数值小于1；

(P一一土的内摩擦角,(°)

c---土的粘聚力,kPa；

K,n——实验常数。

(2).切线泊松比按下列两式计算：

/

G-Flg久

。（百一4）

A=(3)

/\fl

Rf(CT,-cr3)(l-sin(p)

KPa生

IPJ2ccos0+2。％sin(p

式中G,D,F——实验常数。

公式⑴，⑵，⑶中包含8个实验常数:K、〃、9、c、%、G、D、F,

这就是邓肯一张模型的8大参数。

（3）.求得实验常数的的方法。

①c、。值的求得

绘制出不同围压下的摩尔应力圆，则c、。值可由图1中的截距和斜率求得。

图1固结排水剪强度包线

由于本次实验采用的是全自动的上工实验数据采集解决系统,已不需人工读

入和解决数据,TgWin系统自动计算出。=18.7y=31.9。

②求得R/：

邓肯-张双曲线模型的本质在于假定土的应力应变之间的关系具有双曲线性

质，见图2o

(5—6)uit

e

d

x

n

s

L

b

)

图2双曲线应力应变关系

双曲线关系式:

(4)

变换纵坐标关系式:

(5)

%一巧

式中a——初始切线模量的倒数;

b——主应力差渐近值（历的倒数。

变换坐标的双曲线见图3。

o

图3变换坐标的双曲线

由。和匕即可求得初始切线模量和主应力差的渐近值。

按下式计算破坏比R：

(6)

式中（5-%）/---主应力差的破坏值,kPa；

（5-%）“〃---主应力差的渐近值,kPao

由TgWin系统自动绘制的变换坐标的双曲线见图4:

(

g

0

)

/

1

3

TgWin系统自动计算出％=0.755o

③K、〃的求得

初始切线模量与固结压力有以下关系:

/V1

Ei=Kp”—（7）

\Pa

式中Pa---大气压力，kPa。

K、w由lgg~lg%曲线拟定（见图5）。

图5lgg~lgq关系曲线

由TgWin系统自动绘制的IgE,~lgq关系曲线如下:

图6关系曲线

由上图易知,K=202.7,〃=0.114o

④。的求得

假定轴向应变〃与侧向应变£,成双曲线关系（见图7）即:

3

⑻

变换纵坐标，如图8:

~=f+(9)

式中f一一初始切线泊松比；

D一一轴向应变渐近值的倒数。

从上图中可求得了、。值。

由TgWin系统自动绘制的变换纵坐标的双曲线见图9:

70-r

1_______________

，;_______________

________________——

60-

400kPa：

：：：

：：：200kPa：

501IIr—|IIIIIIIIIIIIIIIIIIIIII

0.02.04.06.08.010.012.0

£3(%)

No.5

图9变换纵坐标的双曲线

TgWin系记录算得D=0.000o

⑤G、尸的求得

绘制从与lg4关系曲线（见图10）:

4二G-Flg2（10）

IP"

式中从一一不同％作用下的初始孔隙比；

G、产由自~馆丐关系曲线求得。

图10从~恒内关系曲线

而由TgWin系统自动绘制的“~恒力关系曲线见图11:

0.640

0.590

0.540

i

ZL

0.490

IJ

-d<-

0.440G-

--

•」d-

1-

F1:-

E-

-

l'—-

1I-

1I-

0.390

110100

o3/Pa

图114Tg巴关系曲线

TgWin系统解决得G=0.500,F=0.000o通过上面的5个环节就可求得邓肯

一张模型的8大参数。

（4）本次实验所求得的8大参数值列表如表2:

表2邓肯一张模型的8大参数

C