土力學(xué)三軸壓縮試驗

1、 課件介紹：本課件所介紹試驗適用于測定細粒土的總抗剪強度參或有效抗剪強度參數(shù)。根據(jù)排水條件的不同，試驗可分為不固結(jié)不排水剪、固結(jié)不排水剪和固結(jié)排水剪三種。不固結(jié)水排水剪試驗是在施加周圍壓力和增加軸向壓力直至破壞過程中均不允許試樣排水，試驗可以測得總抗剪強度參數(shù)；固結(jié)不排水剪試驗是試樣先在某一周圍壓力作用下排水固結(jié)，然后在保持不排水的情況下增加軸向壓力直至破壞，試驗可以測得總抗剪強度參數(shù)或有效抗剪強度參數(shù)和孔隙壓力系數(shù)；固結(jié)排水剪試驗是試樣先在某一周圍壓力作用下排水固結(jié)，然后在允許試樣充分排水的情況下增加軸向壓力直到破壞，試驗可以測得有效抗剪強度參數(shù)和變形參數(shù)。土的三軸壓縮試驗土的三軸壓縮試驗巖

2、土工程實驗室 張新敏 土的抗剪強度是指土體抵抗破壞的極限能力。在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、地基承載力及土壓力等計算中，土的抗土坡穩(wěn)定、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。剪強度是個很重要的指標。 測定土的抗剪強度最簡單的方法是測定土的抗剪強度最簡單的方法是直接剪切試驗直接剪切試驗。缺點缺點: :剪切破壞面人為的固定為上剪切破壞面人為的固定為上下盒之間的水平面，不符合實下盒之間的水平面，不符合實際情況。際情況。 試驗中不能嚴格控制排水條試驗中不能嚴格控制排水條件，不能量測土樣的孔隙水壓件，不能量測土樣的孔隙水壓力。力。 目前，較為完善的一種方法是目

3、前，較為完善的一種方法是三軸壓縮試驗三軸壓縮試驗。三軸壓縮試驗優(yōu)點：三軸壓縮試驗優(yōu)點： 試驗中能嚴格控制試樣排水條件，試驗中能嚴格控制試樣排水條件，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，剪試驗中可以控制大小主應(yīng)力，剪切面不固定，能準確地測定土的孔切面不固定，能準確地測定土的孔隙壓力和體積變化。隙壓力和體積變化。 3 3 3 3 3 3 三軸壓縮試驗三軸壓縮試驗 一、三軸試驗的基本原理一、三軸試驗的基本原理二、試驗?zāi)康呐c意義二、試驗?zāi)康呐c意義三、試驗設(shè)備與材料三、試驗設(shè)備與材料四、常規(guī)三軸試驗的主要步驟四、常規(guī)三軸試驗的主要步驟五、試驗結(jié)果的整理與表達五、試驗結(jié)果的整理與表達六

4、、繪圖六、繪圖七、思考題七、思考題 根據(jù)莫爾根據(jù)莫爾庫侖破壞準則，土體在各向主應(yīng)力的庫侖破壞準則，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（作用下，作用在某一應(yīng)力面上的剪應(yīng)力（ ）與法）與法向應(yīng)力（向應(yīng)力（）之比達到某一比值（即土的內(nèi)摩擦角）之比達到某一比值（即土的內(nèi)摩擦角正切值正切值tantan），土體就將沿該面發(fā)生剪切破壞，而），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)。與作用的各向主應(yīng)力的大小無關(guān)。 一、試驗的基本原理一、試驗的基本原理 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，個圓柱體試樣，分別在其四周施加不同的恒定周圍壓力，隨后逐分

5、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，通常近切線就是剪應(yīng)力與法向應(yīng)力的關(guān)系曲線，通常近似的以直線表示，其傾角為似的以直線表示，其傾角為，在縱軸上的截距，在縱軸上的截距為為c。 測定土的抗剪強度，提供計算地基強度和穩(wěn)定測定土的抗剪強度，提供計算地基強度和穩(wěn)定使用的土的強度指標內(nèi)摩擦角使用的土的強度指標內(nèi)摩擦角和內(nèi)聚力和內(nèi)聚力c。 二、試驗?zāi)康呐c意義二、試驗?zāi)康呐c意義三、試驗設(shè)備與材料三、試驗設(shè)

6、備與材料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橡皮膜：應(yīng)具有彈性，厚度應(yīng)小于橡皮膜直徑的橡皮膜：應(yīng)具有彈性，厚度應(yīng)小于橡皮膜直徑的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

7、油等。試驗過程中還用到少許凡士林、機油等。軸向加壓軸向加壓系統(tǒng)系統(tǒng)周圍壓周圍壓力系統(tǒng)力系統(tǒng)孔隙壓力孔隙壓力量測系統(tǒng)量測系統(tǒng)壓力壓力室室 （2 2）施加圍壓施加圍壓。向壓力室內(nèi)壓入水，使試。向壓力室內(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3 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)各向的三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)力如個主應(yīng)力都相等，因此不發(fā)生剪應(yīng)力如圖圖3 39 9（a a）。四、常規(guī)三軸試驗的主要步四、常規(guī)三軸試驗的主要步驟驟（1 1）裝樣裝樣。將土切成圓柱體，飽和后套在橡。將土切成圓柱體，飽和后套在橡膠膜內(nèi)，放

8、在密封的壓力室中。膠膜內(nèi)，放在密封的壓力室中。 （3 3）施加軸向壓力施加軸向壓力。通過傳力桿對試件施加。通過傳力桿對試件施加豎向壓力，這樣，豎向主應(yīng)力就大于水平向主應(yīng)豎向壓力，這樣，豎向主應(yīng)力就大于水平向主應(yīng)力，當水平向主應(yīng)力保持不變，而豎向主應(yīng)力逐力，當水平向主應(yīng)力保持不變，而豎向主應(yīng)力逐漸增大時，試件終于受剪而破壞如圖漸增大時，試件終于受剪而破壞如圖3 39(b) 9(b) 。設(shè)剪切破壞時由傳力桿加在試件上的豎向壓應(yīng)力設(shè)剪切破壞時由傳力桿加在試件上的豎向壓應(yīng)力為為，則試件上的大主應(yīng)力為，則試件上的大主應(yīng)力為1 1=3 3+ + ，而小主應(yīng)力而小主應(yīng)力3 3，以，以（1 1+3 3）/2/

9、2為圓心為圓心，1 1-3 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3 39(c)9(c)中中的圓的圓I I （4 4）重復(fù)以上步驟重復(fù)以上步驟。用同一種土樣的若干個。用同一種土樣的若干個試件試件( (三個以上三個以上) )按以上所述方法分別進行試驗，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每個試件施加不同的周圍壓力3 3 ，可分別得出剪，可分別得出剪切破壞時的大主應(yīng)力切破壞時的大主應(yīng)力1 1 ，將這些結(jié)果繪成一組極，將這些結(jié)果繪成一組極限應(yīng)力圓，如限應(yīng)力圓，如圖圖3 39c9c中的圓中的圓I I、和和。由于這。由于這些試件都剪切至破壞，根據(jù)莫爾些試

10、件都剪切至破壞，根據(jù)莫爾庫倫理論，作庫倫理論，作一組極限應(yīng)力圓的公共切線，即為土的抗剪強度一組極限應(yīng)力圓的公共切線，即為土的抗剪強度包線包線( (圖圖3 39c9c) )，通?？山迫橐粭l直線，該直，通?？山迫橐粭l直線，該直線與橫座標的夾角即土的內(nèi)摩擦角線與橫座標的夾角即土的內(nèi)摩擦角，直線與縱，直線與縱坐標的截距即為土的粘聚力坐標的截距即為土的粘聚力c c 圖圖3-9 3-9 三軸剪切試驗原理三軸剪切試驗原理45+/233331=3+133（a）（b）（a）試件受周圍壓力；（）試件受周圍壓力；（b）破壞時試件上的主應(yīng)力）破壞時試件上的主應(yīng)力粘聚力粘聚力內(nèi)摩擦角內(nèi)摩擦角強度包線強度包線（C

11、）莫爾破壞包線）莫爾破壞包線根據(jù)排水條件和是否固結(jié)，三軸壓縮試驗可根據(jù)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)(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，力直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。這種方法適用試驗自始至終關(guān)閉排水閥門。這種方法適用于實際工程中飽和軟粘土快速加荷時的應(yīng)力于實際工程中飽和軟粘土快速加荷時的應(yīng)力狀況。狀況。 (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排水閥門，允試樣在施加周圍壓力時打

12、開排水閥門，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施加豎向壓力，使試樣在不排水的條件下剪切破壞。破壞。 (3) (3)固結(jié)排水試驗固結(jié)排水試驗 試樣在施加周圍壓力時允許排水固結(jié)，待固試樣在施加周圍壓力時允許排水固結(jié)，待固結(jié)穩(wěn)定后，再在排水條件下施加豎向壓力至試件結(jié)穩(wěn)定后，再在排水條件下施加豎向壓力至試件剪切破壞。剪切破壞。 根據(jù)排水條件和是否固結(jié)，三軸壓縮試驗可根據(jù)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：五、試驗結(jié)果的整理與表達五、試驗結(jié)果的整理與表達（一）總應(yīng)力法。（一）總應(yīng)力法。其

13、表達式為：其表達式為： f =c+tan =c+tan式中：式中：c c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，剪應(yīng)力為橫坐標，剪應(yīng)力為縱坐標。為縱坐標。在橫坐標上以（在橫坐標上以（1 1+3 3）/2/2為圓心，為圓心，（1 1+3 3）/2/2為為半徑做應(yīng)力圓，繪制破壞總應(yīng)力圓，如半徑做應(yīng)力圓，繪制破壞總應(yīng)力圓，如圖圖3-103-10直直線線 。土的抗剪強度的試驗成果一般有兩種表示方式。土的抗剪強度的試驗成果一般有兩種表示方式。（二）有效應(yīng)力法。（二）有效應(yīng)力法。 表達式為：表達式為： f =c+tan =c+tan = -u = -u式中

14、：式中： cc土的有效粘聚力土的有效粘聚力 土的有效內(nèi)摩擦角。土的有效內(nèi)摩擦角。 、u u土的有效應(yīng)力土的有效應(yīng)力 和孔隙水壓力和孔隙水壓力 該法以法向應(yīng)力該法以法向應(yīng)力為橫坐標，剪應(yīng)力為橫坐標，剪應(yīng)力為縱坐標。在為縱坐標。在橫坐標上以（橫坐標上以（1 1+3 3）/2/2為圓心，以為圓心，以（1 1+3 3）/2/2為半徑做應(yīng)力圓，繪制破壞總應(yīng)力圓，如為半徑做應(yīng)力圓，繪制破壞總應(yīng)力圓，如圖圖3-103-10直線直線。f =c+tan =c+tanf =c+tan =c+tan圖3-10 土抗剪強度包線 用總應(yīng)力法表示時，試驗時土的排水條件不同得到用總應(yīng)力法表示時，試驗時土的排水條件不同得到的的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)力法由于考慮了孔隙水壓力u u的影響，對于同一種土，不論采取哪一種試驗方法，只的影響，對于同一種土，不論采取哪一種試驗方法，只要能準確量出土樣破壞時的孔隙水壓力，就可用此方法要能準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。應(yīng)的關(guān)系。