三軸壓縮試驗學(xué)習(xí)教案

1、會計學(xué)1三軸壓縮三軸壓縮(y su)試驗試驗第一頁，共25頁。土的三軸壓縮土的三軸壓縮(y su)試驗試驗巖土工程(gngchng)實驗室 張新敏第1頁/共24頁第二頁，共25頁。 土的抗剪強度是指土體抵抗破壞的極限能力。在土坡穩(wěn)定土的抗剪強度是指土體抵抗破壞的極限能力。在土坡穩(wěn)定(wndng)(wndng)、地基承載力及土壓力等計算中，土的抗剪強度是個很重要的指標(biāo)。、地基承載力及土壓力等計算中，土的抗剪強度是個很重要的指標(biāo)。 測定土的抗剪強度最簡單的方法是直接剪切試驗。測定土的抗剪強度最簡單的方法是直接剪切試驗。第2頁/共24頁第三頁，共25頁。缺點缺點(qudi(qudin):n):剪切破

2、壞面人為的固定為上下盒剪切破壞面人為的固定為上下盒之間的水平面，不符合實際情況。之間的水平面，不符合實際情況。 試驗中不能嚴(yán)格控制排水條件試驗中不能嚴(yán)格控制排水條件(tiojin)(tiojin)，不能量測土樣的孔，不能量測土樣的孔隙水壓力。隙水壓力。 目前，較為目前，較為(jio wi)(jio wi)完善的一種方法是三軸壓縮試驗。完善的一種方法是三軸壓縮試驗。第3頁/共24頁第四頁，共25頁。三軸壓縮試驗優(yōu)點：三軸壓縮試驗優(yōu)點： 試驗中能嚴(yán)格控制試樣排水條件試驗中能嚴(yán)格控制試樣排水條件(tiojin)(tiojin)，受力狀態(tài)明確。，受力狀態(tài)明確。 試驗中可以控制大小主應(yīng)力，剪切面不固定，

3、能準(zhǔn)確地測定土的孔隙壓力和體積變化。試驗中可以控制大小主應(yīng)力，剪切面不固定，能準(zhǔn)確地測定土的孔隙壓力和體積變化。 3 3 3 3 3 3 第4頁/共24頁第五頁，共25頁。 三軸壓縮三軸壓縮(y su)試驗試驗 一、三軸試驗一、三軸試驗(shyn)的基本原理的基本原理二、試驗二、試驗(shyn)目的與意義目的與意義三、試驗三、試驗(shyn)設(shè)備與材料設(shè)備與材料四、常規(guī)三軸試驗四、常規(guī)三軸試驗(shyn)的主要的主要步驟步驟五、試驗五、試驗(shyn)結(jié)果的整理與表結(jié)果的整理與表達達六、繪圖六、繪圖七、思考題七、思考題第5頁/共24頁第六頁，共25頁。 根據(jù)根據(jù)(gnj)(gnj)莫爾莫爾庫侖

4、破壞準(zhǔn)則，土體在各向主應(yīng)力的作用下，作用在某一應(yīng)力面上的剪應(yīng)力（庫侖破壞準(zhǔn)則，土體在各向主應(yīng)力的作用下，作用在某一應(yīng)力面上的剪應(yīng)力（ ）與法向應(yīng)力（）與法向應(yīng)力（）之比達到某一比值（即土的內(nèi)摩擦角正切值）之比達到某一比值（即土的內(nèi)摩擦角正切值tantan），土體就將沿該面發(fā)生剪切破壞，而與作用的各向主應(yīng)力的大小無關(guān)。），土體就將沿該面發(fā)生剪切破壞，而與作用的各向主應(yīng)力的大小無關(guān)。 一、試驗一、試驗(shyn)的基本原理的基本原理第6頁/共24頁第七頁，共25頁。 常規(guī)的三軸壓縮試驗是取常規(guī)的三軸壓縮試驗是取3-4個圓柱體試樣，分別在其四周施加不同的恒定周圍壓力，隨后逐漸增加軸向壓力，直至破壞為

5、止。根據(jù)破壞時的大主應(yīng)力與小主應(yīng)力分別繪制莫爾圓，莫爾圓的切線就是剪應(yīng)力與法向應(yīng)力的關(guān)系曲線個圓柱體試樣，分別在其四周施加不同的恒定周圍壓力，隨后逐漸增加軸向壓力，直至破壞為止。根據(jù)破壞時的大主應(yīng)力與小主應(yīng)力分別繪制莫爾圓，莫爾圓的切線就是剪應(yīng)力與法向應(yīng)力的關(guān)系曲線(qxin)，通常近似的以直線表示，其傾角為，通常近似的以直線表示，其傾角為，在縱軸上的截距為，在縱軸上的截距為c。第7頁/共24頁第八頁，共25頁。 測定土的抗剪強度，提供計算地基強度和穩(wěn)定使用測定土的抗剪強度，提供計算地基強度和穩(wěn)定使用(shyng)的土的強度指標(biāo)內(nèi)摩擦角的土的強度指標(biāo)內(nèi)摩擦角和內(nèi)聚力和內(nèi)聚力c。 二、試驗二、試

6、驗(shyn)目的與意義目的與意義第8頁/共24頁第九頁，共25頁。三、試驗設(shè)備與材料三、試驗設(shè)備與材料(cilio)1三軸壓縮議：應(yīng)變控制式，由周圍壓力系統(tǒng)、反壓力系統(tǒng)、三軸壓縮議：應(yīng)變控制式，由周圍壓力系統(tǒng)、反壓力系統(tǒng)、 孔隙水壓力量測系統(tǒng)和主機組成?？紫端畨毫α繙y系統(tǒng)和主機組成。 2附屬設(shè)備：包括擊實器、飽和器、切土器、分樣器、切土附屬設(shè)備：包括擊實器、飽和器、切土器、分樣器、切土 盤、承膜筒和對開圓模等。盤、承膜筒和對開圓模等。 3天平：稱量天平：稱量200 g，感量，感量0.01 g；稱量；稱量1000 g，感量，感量 0.1 g。 4橡皮橡皮(xingp)膜：應(yīng)具有彈性，厚度應(yīng)小于

7、橡皮膜：應(yīng)具有彈性，厚度應(yīng)小于橡皮(xingp)膜直徑的膜直徑的1100， 不得有漏氣孔。不得有漏氣孔。 5試驗過程中還用到少許凡士林、機油等。試驗過程中還用到少許凡士林、機油等。第9頁/共24頁第十頁，共25頁。軸向加壓軸向加壓系統(tǒng)系統(tǒng)(xtng)周圍周圍(zhuwi)壓力系壓力系統(tǒng)統(tǒng)孔隙孔隙(kngx)壓力量測壓力量測系統(tǒng)系統(tǒng)壓力室壓力室第10頁/共24頁第十一頁，共25頁。 （2 2）施加圍壓。向壓力）施加圍壓。向壓力(yl)(yl)室內(nèi)壓入水，使試室內(nèi)壓入水，使試件在各向受到周圍壓力件在各向受到周圍壓力(yl)3(yl)3，并使液壓在整個，并使液壓在整個試驗過程中保持不變，這時試件內(nèi)各

8、向的三個主應(yīng)力試驗過程中保持不變，這時試件內(nèi)各向的三個主應(yīng)力都相等，因此不發(fā)生剪應(yīng)力如圖都相等，因此不發(fā)生剪應(yīng)力如圖3939（a a）。）。四、常規(guī)四、常規(guī)(chnggu)三軸試驗的三軸試驗的主要步驟主要步驟（1 1）裝樣。將土切成圓柱體，飽和后套在橡）裝樣。將土切成圓柱體，飽和后套在橡膠膠(xingjio)(xingjio)膜內(nèi)，放在密封的壓力室中。膜內(nèi)，放在密封的壓力室中。第11頁/共24頁第十二頁，共25頁。 （3 3）施加軸向壓力）施加軸向壓力(yl)(yl)。通過傳力桿對試件施加豎向。通過傳力桿對試件施加豎向壓力壓力(yl)(yl)，這樣，豎向主應(yīng)力就大于水平向主應(yīng)力，當(dāng)水，這樣，豎

9、向主應(yīng)力就大于水平向主應(yīng)力，當(dāng)水平向主應(yīng)力保持不變，而豎向主應(yīng)力逐漸增大時，試件終于平向主應(yīng)力保持不變，而豎向主應(yīng)力逐漸增大時，試件終于受剪而破壞如圖受剪而破壞如圖39(b) 39(b) 。設(shè)剪切破壞時由傳力桿加在試件。設(shè)剪切破壞時由傳力桿加在試件上的豎向壓應(yīng)力為上的豎向壓應(yīng)力為，則試件上的大主應(yīng)力為，則試件上的大主應(yīng)力為1=3+ 1=3+ ，而小主應(yīng)力，而小主應(yīng)力33，以（，以（1+31+3）/2/2為圓心，為圓心，1-31-3為直徑可以畫出一個極限應(yīng)力圓，如圖為直徑可以畫出一個極限應(yīng)力圓，如圖39(c)39(c)中的圓中的圓I I第12頁/共24頁第十三頁，共25頁。 （4 4）重復(fù)以上步

10、驟。用同一種土樣的若干個試件）重復(fù)以上步驟。用同一種土樣的若干個試件( (三個以上三個以上) )按以上所述方法分別進行試驗，每個試件施按以上所述方法分別進行試驗，每個試件施加不同的周圍壓力加不同的周圍壓力3 3 ，可分別得出剪切破壞時的大，可分別得出剪切破壞時的大主應(yīng)力主應(yīng)力1 1 ，將這些，將這些(zhxi)(zhxi)結(jié)果繪成一組極限應(yīng)力結(jié)果繪成一組極限應(yīng)力圓，如圖圓，如圖39c39c中的圓中的圓I I、和和。由于這些。由于這些(zhxi)(zhxi)試件都剪切至破壞，根據(jù)莫爾試件都剪切至破壞，根據(jù)莫爾庫倫理論，作一組極庫倫理論，作一組極限應(yīng)力圓的公共切線，即為土的抗剪強度包線限應(yīng)力圓的公

11、共切線，即為土的抗剪強度包線( (圖圖339c)9c)，通?？山迫橐粭l直線，該直線與橫座標(biāo)的夾，通?？山迫橐粭l直線，該直線與橫座標(biāo)的夾角即土的內(nèi)摩擦角角即土的內(nèi)摩擦角，直線與縱坐標(biāo)的截距即為土的，直線與縱坐標(biāo)的截距即為土的粘聚力粘聚力c c 第13頁/共24頁第十四頁，共25頁。圖圖3-9 3-9 三軸剪切試驗三軸剪切試驗(shyn)(shyn)原理原理45+/233331=3+133（a）（b）（a）試件受周圍壓力）試件受周圍壓力(yl)；（；（b）破壞時試件上的主應(yīng)力）破壞時試件上的主應(yīng)力第14頁/共24頁第十五頁，共25頁。粘聚力粘聚力內(nèi)摩擦角內(nèi)摩擦角強度強度(qingd)包線包

12、線（C）莫爾破壞）莫爾破壞(phui)包線包線第15頁/共24頁第十六頁，共25頁。根據(jù)根據(jù)(gnj)(gnj)排水條件和是否固結(jié)，三軸壓縮試驗可排水條件和是否固結(jié)，三軸壓縮試驗可有以下三種類型：有以下三種類型： (1)不固結(jié)不排水試驗不固結(jié)不排水試驗 試樣在施加周圍壓力和隨后施加豎向壓力直試樣在施加周圍壓力和隨后施加豎向壓力直至剪切破壞的整個過程中部不允許排水，試驗至剪切破壞的整個過程中部不允許排水，試驗自始至終關(guān)閉排水閥門。這種方法自始至終關(guān)閉排水閥門。這種方法(fngf)適適用于實際工程中飽和軟粘土快速加荷時的應(yīng)力用于實際工程中飽和軟粘土快速加荷時的應(yīng)力狀況。狀況。第16頁/共24頁第十

13、七頁，共25頁。 (2) (2)固結(jié)不排水試驗固結(jié)不排水試驗 試樣在施加周圍壓力時打開試樣在施加周圍壓力時打開(d ki)(d ki)排水閥門，排水閥門，允許排水固結(jié)，待固結(jié)穩(wěn)定后關(guān)閉排水閥門，再施加允許排水固結(jié)，待固結(jié)穩(wěn)定后關(guān)閉排水閥門，再施加豎向壓力，使試樣在不排水的條件下剪切破壞。豎向壓力，使試樣在不排水的條件下剪切破壞。 (3)固結(jié)固結(jié)( ji)排水試驗排水試驗 試樣在施加周圍壓力時允許排水固結(jié)試樣在施加周圍壓力時允許排水固結(jié)( ji)，待固結(jié)待固結(jié)( ji)穩(wěn)定后，再在排水條件下施加豎向穩(wěn)定后，再在排水條件下施加豎向壓力至試件剪切破壞。壓力至試件剪切破壞。 根據(jù)排水條件和是否固結(jié)，三

14、軸壓縮試驗可有以下根據(jù)排水條件和是否固結(jié)，三軸壓縮試驗可有以下(yxi)(yxi)三種類型：三種類型：第17頁/共24頁第十八頁，共25頁。五、試驗結(jié)果五、試驗結(jié)果(ji gu)的整理與表達的整理與表達（一）總應(yīng)力法。（一）總應(yīng)力法。其表達式為：其表達式為： f =c+tan f =c+tan式中：式中：cc土的粘聚力土的粘聚力 土的內(nèi)摩擦角。土的內(nèi)摩擦角。 該法以法向應(yīng)力該法以法向應(yīng)力為橫坐標(biāo)，剪應(yīng)力為橫坐標(biāo)，剪應(yīng)力為縱坐標(biāo)。在橫坐標(biāo)上以（為縱坐標(biāo)。在橫坐標(biāo)上以（1+31+3）/2/2為圓心，（為圓心，（1+31+3）/2/2為半徑做應(yīng)力圓，繪制破壞為半徑做應(yīng)力圓，繪制破壞(phui)(ph

15、ui)總應(yīng)力圓，如圖總應(yīng)力圓，如圖3-103-10直線直線 。土的抗剪強度的試驗土的抗剪強度的試驗(shyn)(shyn)成果一般有兩種表示方式。成果一般有兩種表示方式。第18頁/共24頁第十九頁，共25頁。（二）有效（二）有效(yuxio)(yuxio)應(yīng)力法。應(yīng)力法。 表達式為：表達式為： 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)內(nèi)摩擦角。內(nèi)摩擦角。 、uu土的有效土的有效(yuxio)(yuxio)應(yīng)力應(yīng)力 和孔隙水壓力和孔隙水壓力 該法以法向應(yīng)力該法以

16、法向應(yīng)力為橫坐標(biāo)，剪應(yīng)力為橫坐標(biāo)，剪應(yīng)力為縱坐標(biāo)。在橫坐標(biāo)上以（為縱坐標(biāo)。在橫坐標(biāo)上以（1+31+3）/2/2為圓心，以（為圓心，以（1+31+3）/2/2為半徑做應(yīng)力圓，繪制破壞總應(yīng)力圓，如圖為半徑做應(yīng)力圓，繪制破壞總應(yīng)力圓，如圖3-103-10直線直線。第19頁/共24頁第二十頁，共25頁。f =c+tan =c+tanf =c+tan =c+tan圖3-10 土抗剪強度(qingd)包線第20頁/共24頁第二十一頁，共25頁。 用總應(yīng)力法表示時，試驗時土的排水條件不同得到的用總應(yīng)力法表示時，試驗時土的排水條件不同得到的c c、結(jié)果不同。有效應(yīng)力法由于考慮了孔隙水壓力結(jié)果不同。有效應(yīng)力法由

17、于考慮了孔隙水壓力u u的影響的影響(yngxing)(yngxing)，對于同一種土，不論采取哪一種試驗方法，只要能準(zhǔn)確量出土樣破壞時的孔隙水壓力，就可用此方法來表示土的強度關(guān)系。理論上抗剪強度與有效應(yīng)力有對應(yīng)的關(guān)系。，對于同一種土，不論采取哪一種試驗方法，只要能準(zhǔn)確量出土樣破壞時的孔隙水壓力，就可用此方法來表示土的強度關(guān)系。理論上抗剪強度與有效應(yīng)力有對應(yīng)的關(guān)系。第21頁/共24頁第二十二頁，共25頁。六、繪圖六、繪圖(hu t)根據(jù)試驗根據(jù)試驗(shyn)(shyn)結(jié)果繪制莫爾應(yīng)力圓，抗剪強度包線，查出相應(yīng)的結(jié)果繪制莫爾應(yīng)力圓，抗剪強度包線，查出相應(yīng)的C C和和值值01002003000100200300400500600(KPa)(KPa)(KPa)(KPa)第22頁/共24頁第二十三頁，共25頁。七、思考題七、思考題1 1、如何測定土樣的飽和度？、如何測定土樣的飽