标准应力路径三轴测试系统操作说明 ——安徽建筑工业学院STDTTS系统1.GDSLAB软件操作 1.1.打开GDSLAB软件 1.2.检查硬件的通讯参数 点击Management，出现如下图
并点击Object Display，出现系统硬件的连接图， 8通道数据采集板
Comm Port: 1 Baud: 4800 Parity: n(此处必须为None，否则无法正常通讯，这一点很重要) Data Bits: 8 Stop Bits: 2 设置上面的参数后，就开始设置压力/体积控制器 STDDPC V2，包括反压、轴压和围压的通讯参数，点击“Select STDDPC controller”，会弹出“GDS USB controller selection tool ”，然后选择下拉菜单下的文件，从3个控制器的通讯文件选择一个，之后点击“Selected”，系统就会为反压控制器选择通讯文件。图29为反压控制器通讯设置正常后的状态。轴向压力/体积控制通讯参数跟反压一样，当反压和轴向控制器选好后，一定要注意控制器与压力室的链接情况。当三个图标的通讯参数设置好以后，就点击“Read”图标，查看各个传感器是否有读数。注意，本系统在已经选好通讯文件，一般情况下，如果不出现系统错误，不需要再进行设置，只需要在实验前检查下就可以了。在每个控制器后面有个序列号，反压为12813，轴压为12811，围压为12809，注意检查控制器与压力室管路连接是否正确。
选择控制的通讯文件 STDDPC V2 连接状态
1.3.传感器和控制器清零 在装土样前，要对传感器和控制器清零 1.3.1. 传感器清零，只能在软件上清零 点击某个传感器所对应的眼睛图标，会出现对话框，点击Advanced，然后在“Soft Zero Offset”旁边点击“Set Zero”，观察传感器的读数就会变成0。如果出现很小的 波动为正常。轴向力、孔压和轴向位移传感器清零都是如此。
三轴试验相关理论知识 一、基本概念 1.常用术语 法向力——垂直于滑动面上的应力，也叫正应力σ。σ=N/A （N ：作用于滑动面的力；A ：滑动面的 面积） 剪应力——与法向力垂直的切向应力τ。τ=F/A （F ：与法向力相垂直的摩擦力） 主平面——没有剪应力的平面。 主应力——主平面上的法向应力（正应力）。在相互垂直的立方体上(图1)又分成： 大主应力（σ1）——轴向应力； 小主应力（σ3）——径向应力； 中主应力（σ2）——界于大、小主应力之 间的径向应力。 (常规三轴试验的试样呈圆柱形，中、小主应力相等，即σ2=σ3，谓之轴对称条件下的试验。) 偏应力——轴向应力与径向应力（或大、小主应力） 之差，即（σ1-σ3）。 摩檫角——剪应力达到极限（土体开始滑动）时的 剪破角Φ，此时Φ=α （tan Φ为摩檫系数） 图1 主应力与主应力面 抗剪强度——随着剪应力的增加，剪阻力亦相应增加。而剪阻力达到一定限度就不再增大这个强度 称为土的抗剪强度。 2.摩尔圆 摩尔圆源自材料力学之应力圆，由于是科学家摩尔首先提出的，故叫摩尔圆。（图2）通过土体内某微小单元的任一平面，一般都作用着一个合应力，并可分解为法向应力（σ）和剪应力（τ）两个分量。如图3，沿圆柱体轴线取一个垂直面作应力分析，可得如下的关系式： 将两式平方后相加，整理后得出 图2 摩尔应力园 上式的几何意义是，在σ-τ坐标系里以（σ1+σ3）/ 2，0为圆心、（σ1-σ3）/ 2为半径的圆。 在三轴试验轴对称时的平面上，当试样给定σ1和σ3，如果已知试样上的大、小主应力面的方向，就可以从摩尔圆上确定试样内任一斜面上的剪应力τ和法向应力σ。摩尔圆在σ-τ坐标系里的应力关系如图4所示。图的右边为一三轴试样，左边为相应的摩尔圆。过圆的D 点（σ1）作平行于试样大主应力面AB 线，交圆上 Op 点；过圆E 点（σ3）作平行于小主应 力面AC 线，必通过Op 点（∵AB 与AC 正 交，∠DEOp 是半圆的圆周角）。然后经交 点Op 作与OpD 线成α角的直线，交圆于P 图3 三轴试样的应力状态 α σστασσσσσ2sin )(2 1 2cos )(21)(21313131-=-++= 2312231)2 ()2(σστσσσ-=++-
第七章 应力状态和强度理论 习题解 [习题7-1] 试从图示各构件中A 点和B 点处取出单元体，并表明单元体各面上的应力。 [习题7-1（a ）] 解：A 点处于单向压应力状态。 2244 12d F d F F A N A ππσ-=-== [习题7-1（b ）] 解：A 点处于纯剪切应力状态。 331616 1d T d T W T P A ππτ-=== MPa mm mm N 618.798014.3108163 36=????= [习题7-1（b ）] 解：A 点处于纯剪切应力状态。 0=∑A M 04.028.02.1=?--?B R )(333.1kN R B = A σ A τ
)(333.1kN R Q B A -=-= MPa mm N A Q A 417.01204013335.15.12-=??-=? =τ B 点处于平面应力状态 MPa m m m m m m N I y M z B B 083.21204012 130103.0333.1436=??????==σMPa m m m m m m N b I QS z z B 312.0401204012 145)3040(13334 33 *-=??????-== τ [习题7-1（d ）] 解：A 点处于平面应力状态 MPa m m m m N W M z A A 064.502014.332 1103.39333=????==σ MPa m m m m N W T P A 064.502014.316 1106.78333 =????== τ [习题7-2] 有一拉伸试样，横截面为mm mm 540?的矩形。在与轴线成0 45=α角的面上切应力MPa 150=τ时，试样上将出现滑移线。试求试样所受的轴向拉力F 。 解：A F x = σ；0=y σ；0=x τ 004590cos 90sin 2 x y x τσστ+-= A F 20 45= τ 出现滑移线，即进入屈服阶段，此时， 15020 45≤= A F τ kN N mm mm N A F 6060000540/30030022==??== [习题7-3] 一拉杆由两段沿n m -面胶合而成。由于实用的原因，图中的α角限于0 60 ~0范围内。作为“假定计算”，对胶合缝作强度计算时，可以把其上的正应力和切应力分别与相应的许用应力比较。现设胶合缝的许用切应力][τ为许用拉应力][σ的4/3 ，且这一拉杆 A τ B τ B σA τA σ
第27卷第5期2005年9月 南京工业大学学报 JOURNAL OF NANJ I N G UN I V ERSI TY OF TECHNOLOGY Vol . 27No . 5 Sep. 2005 粘性土应力路径试验 常银生, 王旭东, 宰金珉, 徐建龙
(南京工业大学土木工程学院, 江苏南京210009 摘要:利用G DS 多功能三轴仪, 对南京河西地区原状粘性土进行了常规三轴压缩、减压三轴压缩和等p 应力路径的固结不排水三轴试验, 探讨不同应力路径下粘性土的变形和强度特性。实验表明:不同应力路径下土的应力应变关系都呈曲线形态相似的非线性应变硬化型, 而土的峰值强度和土中孔隙水压力差异明显; 验得到的有效应力路径形态一致, 常规三轴压缩试验中有效应力路径呈S 。关键词:粘性土; 固结不排水三轴试验; 应力路径 中图分类号:T U411文献标识码:A -( 05--, 的应力状态, [1, ] 方向有关, La 提出的应力路径方法为研究在不同加载条件下土的强度和变形特性提供了一个合理方法。 基坑开挖卸荷引起坑周土中应力场的变化, 因所处位置不同, 土体经受的应力路径也不尽相同, 国 [3, 4] 内外学者对基坑开挖中的应力路径和不同应力 [5～7][8, 9] 路径下土的变形、强度等特性进行了现场监测和室内应力路径三轴试验研究。研究表明不同的应力路径下土的性质存在明显差异, 常规三轴压缩试验结果用于基坑工程分析时, 导致计算结果与实际情况差距较大。已有的研究成果由于受试验设备的控制和数据采集等功能的限制, 难以全面反映试验过程和试验结果, 存在一定的局限性, 因此有必要对不同应力路径下土的强度和变形等特性进行详细的深入研究。 σ1>0, 本文选取常规三轴压缩应力路径(Δ Δσ3=0 、等平均应力p 应力路径(Δp =0 及基坑
第 七 章 应力状态 强度理论 一、 判断题 1、平面应力状态即二向应力状态，空间应力状态即三向应力状态。 (√) 2、单元体中正应力为最大值的截面上，剪应力必定为零。 (√) 3、单元体中剪应力为最大值的截面上，正应力必定为零。 (×) 原因：正应力一般不为零。 4、单向应力状态的应力圆和三向均匀拉伸或压缩应力状态的应力圆相同，且均为应力轴 上的一个点。 (×) 原因：单向应力状态的应力圆不为一个点，而是一个圆。三向等拉或等压倒是为一个点。 5、纯剪应力状态的单元体，最大正应力和最大剪应力值相等，且作用在同一平面上。(×) 原因：最大正应力和最大剪应力值相等，但不在同一平面上 6、材料在静载作用下的失效形式主要有断裂和屈服两种。 (√) 7、砖,石等脆性材料式样压缩时沿横截面断裂。 (×) 8、塑性材料制成的杆件，其危险点必须用第三或第四强度理论所建立的强度条件来校核强度。 (×) 原因：塑性材料也会表现出脆性，比如三向受拉时，此时，就应用第一强度理论 9、纯剪应力状态的单元体既在体积改变，又有形状改变。(×) 原因：只形状改变，体积不变 10、铸铁水管冬天结冰时会因冰膨胀被胀裂，而管内的冰不会被破坏，只是因为冰的强度比铸铁的强度高。(×) 原因：铸铁的强度显然高于冰，其破坏原因是受到复杂应力状态 二、 选择题 1、危险截面是（ C ）所在的截面。 A 最大面积 B 最小面积 C 最大应力 D 最大内力 2、关于用单元体表示一点处的应力状态，如下论述中正确的一种是( D )。 A 单元体的形状可以是任意的 B 单元体的形状不是任意的，只能是六面体微元 C 不一定是六面体，五面体也可以，其他形状则不行 D 单元体的形状可以是任意的，但其上已知的应力分量足以确定任意方向面上的硬力 3、受力构件内任意一点，随着所截取截面方位不同，一般来说（ D ） A 正应力相同，剪应力不同 B 正应力不同，剪应力相同 C 正应力和剪应力均相同 D 正应力和剪应力均不同 4、圆轴受扭时，轴表面各点处于（ B ） A 单向应力状态 B 二向应力状态 C 三向应力状态 D 各向等应力状态 5、分析处于平面应力状态的一点，说法正确的是（ B ）。 A a σ=0时，必有a τ=max τ或a τ=min τ B a τ=0时，必有a σ=max σ或a σ=min σ C a σ+90a σ+及|a τ|+|90a τ+|为常量 D 1230σσσ≥≥≥
典型动力荷载作用下的应力路径及土动力分析方法 徐建平1 谢伟平2 (1.武汉市轨道交通有限公司,湖北 武汉 430017; 2.武汉理工大学 土木工程与建筑学院,湖北 武汉 430070)摘 要:在进行土体动力分析时,必须正确考虑土体的动力学特性、荷载类型、质量分布、几何尺寸及边界条件等,以便对运动体系进行合理的简化,提出正确有效的动力分析方法.主要介绍了典型动力荷载,如地震荷载、波浪荷载及交通荷载作用下的应力路径,并对近年来土动力分析方法的发展概况进行总结与评论.关键词:动力荷载; 应力路径; 土动力分析方法 中图分类号:TU431 文献标识码:A 文章编号:1000-5730(2002)02-0042-04 1 典型动力荷载作用下的应力路径 在土的动力特性研究中,一般较为关心的是 土体在从小到大的应变水平作用下的动力反应过程中所产生的变形、强度以及液化等.研究的方法一般是通过制作有代表性的土样,在试验室内进行循环荷载试验来模拟动荷载作用.自然界中地震产生的动力荷载是随机的,可以用一系列大小固定的循环荷载来模拟地震荷载.为此,循环三轴剪切试验仪和循环单剪仪被广泛使用. 除了地震荷载之外,海洋中由强烈风暴引起的波浪荷载对海床土的作用也颇受人们关注.在车辆荷载作用下,铁路和高速公路下路基土的变形特性也是当前岩土工程领域关注的课题.循环荷载试验同样可以用来模拟波浪荷载和交通荷载.然而,上述三个性质不同的循环荷载对土体的动力响应有着本质的区别. 在以往的地震反应分析中,认为地震作用以水平剪切为主.因此,按Serff 假设可以将水平面近似作为最大剪应力作用面,地震产生的破坏就是在这些水平动剪应力作用下产生的.日本阪神等地震的破坏形式表明,有许多结构的破坏特征多为竖向开裂[1].作者认为,抗震设计中只考虑水平剪切的作用,这对工程抗震设计是偏于不安全的,还应考虑地震荷载作用下行进波的作用.1.1 地震荷载作用下土体的动力特性 地层中由地震引起的大多数动应力一般认为是由从下卧基岩向上传播的剪切波引起的.在水平场地情况下,剪切波向上传播必然会导致在水平面的土体单元中产生剪应力.在这种荷载条件 作用下,土体的变形模式是直剪类型,在二维平面 应变条件下,主应力方向是与垂直方向或左或右成45°角(图1(a )) . 图1 主应力方向的两种应力状态 地震引起的循环剪应力在诸如土坝、路堤及 靠近上部结构基础土层等的受力特点不同于水平场地中土体的情形.例如在土坝中,即使基岩振动是由水平方向的作用力引起的,但在土坝中还是产生明显的水平、竖向正应力.除水平切向剪应力τvh 外,正应力分量差(定义为(σv -σh )/2,σv 和σh 分别表示垂直和水平方向的正应力分量)也是土坝产生变形的重要原因(图1(b )).可见,τvh 和(σv -σh )/2是影响土坝变形及稳定的同等重要的两个剪应力分量. 上述的所有荷载条件,土体单元中两种应力是同时作用而不是交替作用的.确切地说,地震循环荷载引起土体中的应力体系,其主应力方向实质上是不旋转的,图2(a )表示了水平剪应力σv h 与应力差(σv -σh )/2之间应力交替的直线关系.1.2 波浪荷载作用下土体的动力特性 在波浪荷载作用下,海床中的土单元也受到一系列循环荷载作用.在某一时刻,当波峰作用在所研究的土单元正上方,则会产生正的竖向压力;当波谷作用在其上时,则产生负的竖向压力.这 收稿日期:2002-04-11. 作者简介:徐建平(1971-),男,高级工程师;武汉,武汉市轨道交通有限公司(430017). 第19卷第2期 华 中 科 技 大 学 学 报(城市科学版) Vol .19No .22002年6月 J .of Huazhong Univ .of Sci .&Tech .(Urban Science Edition ) Jun .2002
第6章 应力状态分析 一、选择题 1、对于图示各点应力状态，属于单向应力状态的是（A ）。 （A ）a 点；（B ）b 点；（C ）c 点；（D ）d 点 。 2、在平面应力状态下，对于任意两斜截面上的正应力αβσσ=成立的充分必要条件，有下列四种答案，正确答案是（ B ）。 （A ）,0x y xy σστ=≠；（B ）,0x y xy σστ==；（C ）,0x y xy σστ≠=；（D ）x y xy σστ==。 3、已知单元体AB 、BC 面上只作用有切应力τ，现关于AC 面上应力有下列四种答案，正确答案是（ C ）。 （A ）AC AC /2,0ττσ==； （B ）AC AC /2,/2ττσ=； （C ）AC AC /2,/2ττσ==；（D ）AC AC /2,/2ττσ=-。 4、矩形截面简支梁受力如图（a ）所示，横截面上各点的应力状态如图（b ）所示。关于它们的正确性，现有四种答案，正确答案是（ D ）。 （A ）点1、2的应力状态是正确的；（B ）点2、3的应力状态是正确的； （C ）点3、4的应力状态是正确的；（D ）点1、5的应力状态是正确的。 5、对于图示三种应力状态（a ）、（b ）、（c ）之间的关系，有下列四种答案，正确答案是（ D ）。 （A ）三种应力状态均相同；（B ）三种应力状态均不同； （C ）（b ）和（c ）相同； （D ）（a ）和（c ）相同； 6、关于图示主应力单元体的最大切应力作用面有下列四种答案，正确答案是（ B ）。 解答：max τ发生在1σ成45o 的斜截面上 7、广义胡克定律适用范围，有下列四种答案，正确答案是（ C ）。 （A ）脆性材料； （B ）塑性材料； （C ）材料为各向同性，且处于线弹性范围内；（D ）任何材料； 8、三个弹性常数之间的关系：/[2(1)]G E v =+ 适用于（ C ）。 （A ）任何材料在任何变形阶级； （B ）各向同性材料在任何变形阶级； （C ）各向同性材料应力在比例极限范围内；（D ）任何材料在弹性变形范围内。 解析：在推导公式过程中用到了虎克定律，且G 、E 、v 为材料在比例极限内的材料常数，故 适应于各向同性材料，应力在比例极限范围内 9、点在三向应力状态中，若312()σνσσ=+，则关于3ε的表达式有以下四种答案，正确答案是（ C ）。 （A ）3/E σ；（B ）12()νεε+；（C ）0；（D ）12()/E νσσ-+。 2(1)E G v = +
关键词：单元体的取法，莫尔应力圆的前提 有那么一个单元体后（单元体其中的一对截面上主应力=0（平面）或平衡（空间），也就是单元体的一对截面为主平面），才有这么 一个隔离体，才有那么一个莫尔应力圆和表达式 也就是：取的单元体不同，则单元体的应力特点不一样，从而用截面法求任意截面上的应力取隔离体列平衡方程时，隔离体的受力特点不同，从而球出来的表达式也不同，只有这种表达式才适合 莫尔应力圆。 因此拿到一个单元体后，不要急着应用莫尔应力圆，要先看它的特点适合不适合莫尔应力圆，也就是σα和τα的表达式球出来以后还是 不是下面的这个公式。
特别还要记住，这个公式里的夹角α是斜截面的外法线与σx 作用平
σy的形式。比如，面的外法线之间的夹角，这样公式中才是σx— 当α表示的是斜截面的外法线与σ1所在平面的夹角，那么公式就是σ1—σ2的形式；不论是谁减谁，应力圆的性状都不变； 1.首先，先有主平面和主应力的概念，剪应力为0的平面为主平面，主平面上的正应力为主应力； 2.然后，由于构件受力情况的不同，各点的应力状态也不一样，可以按三个主应力中有几个不等于零而将一点处的应力状态划分为三类： ?单向应力状态：只有一个主应力不等于零，如受轴向拉伸和压缩的直杆及纯弯曲的直杆内各点的应力状态。 ?二向应力状态(平面应力状态)：有两个主应力不等于零，如受扭的圆轴，低压容器器壁各点的应力状态。 ?三向应力状态：三个主应力都不等于零，如高压容器器壁内各点的应力状态。 3.然后，根据受力宏观判断是单轴应力状态还是平面应力状态还是三轴应力状态，取单元体关键，单元体取的不同，单元体上的应力也不同，做莫尔圆的繁简程度也不同，对于平面应力状态，当然要用主应力=0的那个截面参与单元体截取； 4.单轴应力状态、平面应力状态、三轴应力状态是由主应力等于零的个数决定的，不受单元体取法的影响，也不是看单元体的三对截面上是否都存在正应力；比如单轴应力状态下，也可以取出一个单元体，让这个单元体的各平面上都有正应力和切应力，但是它仍然是单轴应力状态；同样，平面应力状态下，也可以取出一个单元体，让其各平面上都有正应力和剪应力，但它仍然是平面应力状态； 5.按不同方位截取的单元体，尽管作用在这些单元体上的应力不同，但是在它们之间却存在着一定的关系：因为二者表示的是同一点的应力状态，因而可以从一个单元体上的应力求出另一个与其方向不同的单元体上的应力。 6.既然怎么取单元体不影响一点的应力状态：无论你怎么取，应力状态就在那里，不会发生变化，那么就可以取主平
美国GEOCOMP应力路径三轴仪简介 用途： Geocomp静三轴与应力路径三轴可以全自 动完成土的应力路径试验。将试样安放后， 设置好试验参数，然后所有过程均由系统 自动完成。该系统通过软件自动完成试验 初始化设置、饱和试验、固结(各向同性、 各向异性或K0)和应力路径（剪切）试验。 环球香港科技有限是美国GEOCOMP在 中国的唯一的独家。 概述： LoadTrac II/FlowTrac II系统采用高速、 精确的微步进马达对试样施加轴向荷载和 压力。包括一个施加轴向压力的荷载架、 一个控制围压的液压泵和一个控制反压的液压泵。该系统可以在0.00003 ~ 15mm/min之间任意位移速度施加恒定速率应变。 特点： 通过网络通讯模块和相关的软件，可以在一台计算机上自动控制试验过程、采集和实时显示数据、生成试验报告。 技术参数：
The LoadTrac II/FlowTrac II system for triaxial testing fully automates the conduct of CU, CD and any possible stress path triaxial test on soils. Once a soil sample is in place, and the test conditions are selected, the LoadTrac II/FlowTrac II system will run the entire triaxial test from start to finish. This system is operated by software which automates the initialization, saturation, consolidation (isotropic, anisotropic or Ko) and shear phases of the test. The system comes as a complete, self-contained unit with all of the equipment requiredto perform fully automated triaxial and stress path tests. The LoadTrac II/FlowTrac II system utilizes high speed, precision micro stepper motors to apply the vertical load and pressures to the soil specimen. It includes one load frame for vertical stress, one flow pump for cell pressure and one flow pump for back pressure. The sys-tem is capable of applying a constant rate of strain at any displacement rate from 0.00003 up to 15 mm per minute (0.000001 to 0.6 inches per minute). Sensor readings are displayed in SI or English units and stored in memory. With the network communications module and appropriate software, the entire test can be automatically controlled, data captured and displayed in real-time, and test reports prepared on a PC. Optional software running in Windows? 2000, XP, or Vista completely automates running the test, reducing the data and preparing test results. MOT OR Stepper motor with built-in controls T RAVEL Built-in displacement transducer with 76 mm (3 in.) range and 0.0013 mm (0.00005 in) resolution DISPLACE-MENT Control from 0.00003 to 35 mm per minute (0.000001 to 1.3 in. per min- FLOW RANGE 0.000006 to 3 cc per second POWE R 110/220 V, 50/60 Hz, 1phase
一、基本变形部分： 重点、难点： 教学重点为： （1）内力与外力的基本概念，内力的分析；（2）正应力、切应力和线应变、切应变的概念；（3）材料力学基本假设及其物理意义，小变形条件的含义；（4）轴向拉压杆、受扭轴、受弯梁的内力、横截面上的应力、变形分析；（5）材料的机械性能及相关实验分析；（6）超静定问题的认识，简单超静定问题的求解；（7）剪切与挤压的认识；（8）平面弯曲的概念；（9）弯曲中心的概念；（10）弯曲变形和位移，挠曲线的近似微分方程，边界条件、连续条件，叠加法。 教学难点为： （1）正应力、切应力和线应变、切应变的概念；（2）轴向拉压杆、受扭轴、受弯梁的内力、横截面上的应力、变形分析；（3）平面弯曲的概念；（4）弯曲中心的概念。 解决方案： 根据学生学习过程中，常沿用《理论力学》的习惯思维的特点，分析理力与材力的基本模型的区别，帮助学生建立正确的基本概念，明确在两门课程中的异同点。 明确“能量守恒，力的平衡，位移协调”仍是材料力学中建立关系的主要依据，但要根据材料力学的特点进一步明确能量、力和位移的具体内容。 充分利用多媒体，演示物体受力的变形过程，建立正应力、切应力和线应变、切应变等概念。 结合相关实验现象，分析新概念的物理意义；以概念群为重点，切实掌握概念；精选例题，启发思维，培养基本解题能力。 在讲清楚基本概念的基础上，重点突出基本分析方法的讲解： 1）结合介绍工程中的力学问题和力学问题的工程背景，讲授力学建模的基本方法。学习如何“出题”； 2）构件内力分析的基本方法（截面法）； 3）应力计算公式推导的基本方法（利用平衡原理、物理关系和变形几何关系）；4）构件变形计算的基本方法（利用应变积分求和、叠加求和等）。 5）利用多媒体教学手段，结合构件失效原因剖析的实际例子，介绍材料力学研究方法的实用价值。 6）结合光弹性实验、有限元分析，展示构件内部应力分布规律，开展形象化教学，介绍材料力学公式的实用范围。