三轴剪切试验

三轴剪切试验的三种方法
三轴剪切试验是一种用于测试材料弹性、强度和塑性的试验方法,一般有三种不同的试验方法:
1. 自由落体试验:该试验方法是最简单的试验方法之一,通过在材料上施加重力来测试其弹性和强度。

自由落体试验通常在实验室中使用,可以通过测量落点的高度和位移来估算材料的弹性和强度。

2. 抛射试验:该试验方法是通过在材料上施加弹性波或冲击波
来测试其强度和弹性的试验方法。

这种试验方法通常用于测试材料的弹性和塑性,可以通过测量冲击能量、冲击时间和冲击频率等参数来估算材料的弹性和强度。

3. 压力试验:该试验方法是通过施加压力来测试材料的强度和
其他性能的试验方法。

压力试验通常包括三种不同的类型:拉伸试验、压缩试验和剪切试验。

拉伸试验是指向材料施加弹性力,以测量其长度的伸展。

压缩试验是指向材料施加压力,以测量其体积的压缩。

剪切试验是指向材料施加剪切力,以测量其破坏性质和强度。

这三种试验方法通常有各自的优缺点和适用范围,根据具体的应用场景选择最合适的方法即可。

三轴剪切试验操作规程1、将仪器放在固定位置上，调平仪器。

2、试验前应在各齿轮处加少量机油润滑，打开电源预热20分。

3、三轴试验根据排水情况分为三种类型：即不固结不排水(UU)试验、固结不排水剪（CD）测孔隙水压力(CU)试验和固结排水剪(CD)试验已适用不同工程条件而进行强度指标测定。

4、三轴试验必须制备3个以上性质相同的式样，在不同周围压力下进行试验。

周围压力宜根据工程实际试验要求确定。

5、应变控制式三轴仪由压力式、轴向加压设备、周围压力系统、反压力系统、孔隙水压力系统、轴向变形和体积变化测量系统组成。

6、附属设备：包括击样器、饱和器、切土器、原状土分样器、切土盘、承膜筒和对开圆膜7、在压力室的底座上，依次放上不透水板、试样及不透水试样帽，将橡皮膜筒套在试样外，并用橡皮圈将橡皮腊两端与此同时底座及试样帽分别扎紧。

8、将压力室罩顶部活塞提高，放下压力室罩，将活塞对准试样中心，并均匀地拧紧底座连接螺母。

向压力室注满纯水待压力室顶部排气孔有水溢出时，拧紧排气孔，并将活塞对准测力计和试样顶部。

9、按电控柜面板的围压设定，设置试验需要的围压值，将离合器调到空位，转动空挡手轮，当试样帽与活塞及测力计接触，装上变形指示计，将测力计和变形指示计调至零位。

10、输入工程编号、土样编号、试验方法，剪切速率。

11、关排水阀，开周围压力阀，施加周围压力，开始剪切。

12、试验结束后，关电动机，关周围压力阀，脱开离合器将离合器调至于粗位，转动粗调手轮，将压力室降下，打开排气孔，排除压力室内的水，拆卸压力室罩，拆除试样。

关掉电源，擦洗仪器。

山西春晖工程质量检测有限责任公司。

tg c ϕστ⨯+=
τ=f 三轴剪切试验总结
.试验围压3σ，保持不变，
此时试件各向主应力相等， 试件不产生任何剪应力，
不发生破坏。

通过轴向加荷系统施加压力，当轴向压力增大，试件受剪破坏，设剪切破坏时，轴向加荷系统加在试件上的竖向应力（偏应力）为1σ∆，则试件破坏时的最大主应力
131σσσ∆+=311σσσ-=∆，当1σ大于轴向压力时候，试件未发生破坏，当1σ小
于轴向压力时候，试件未发生破坏
不固结不排水UU ：饱和粘性土快速加荷，孔隙水压力保持不变u u c ϕ,
固结排水CU ：施加围压3σ，允许试件充分排水，试件固结稳定后，关闭排水阀，施加
排水试验时，强度包线为斜线 时，强度包线同砂土，为通过原点的线
对于砂土，粘聚力为0，三轴剪切的应力圆的强度包线通过原点
3131sin σσσσϕ+-=
，有效内摩擦角u
2sin 3131-+-=σσσσϕι
对于超固结饱和粘土的不固结不排水，当固结不排水的cu cu C ,,3ϕσ已知时，不固结不排水的抗剪强度ο
σσ2
31-=
u
c ，
()cu
cu
u cu c ϕϕϕσσsin 1cos 2sin 131-⨯++⨯=
当固结不排水的cu ϕσσ,,31已知时，()()
cu
cu cu cu c ϕϕσϕσcos 2sin 1sin 131⨯+⨯--⨯=
正常固结饱和粘土三种试验强度包线比较 超固结饱和粘土强度包线比较
=。

三轴剪切试验第一节 概述三轴剪切试验被认为是测定土的抗剪强度的一种较完善的方法。

与直剪试验相比，三轴剪节试验有以下优点：1、能控制试验过程中试样的排水条件；2、能量测试样固结和排水过程中的孔隙水应力；3、试样内应力分布均匀。

三轴剪切试验能得到不同条件下土的抗剪强度指标和变形参数。

根据试验过程中排水条件的不同，将三轴试验分为不固结不排水剪（UU ）、固结不排水剪（CU ）和固结排水剪（CD ）等三种类型。

第二节 试验原理和计算公式三轴剪切试试样为圆柱状如图11-1。

试验过程中测量以下参数：1、周围压力，2、竖向应力增量q,3、竖向变形量或竖向应变ε1，4、试样底部的孔隙水应力u,5、试样顶部接排水管量测试样排水量，6、反压力。

不同类型的三轴剪切试验加载过程如下：一、不固结不排水剪（UU ）一组试验通常需四个试样，试验加载顺序如下：1、在每个试样的周围施加相同的初始固结应力，待其固结完成后，量测试样轴向变形量和体积变化；2、对各个试样分别施加不同的围压增量作用，在作用期间不允许试样固结排水，量测由产生的孔隙应力u=1u ∆；3、施加竖向偏应q(q 自零开始增加，至试样破坏时达到最大值qmax)。

施加q 的过程中也不允许试样排水。

在加q 的过程中，量测q 的数值、由q 产生的轴向应变和孔隙水应力u=21u u ∆+∆（2u ∆为由q 产生的孔隙水应力）。

值得注意的是，《土工试验方法标准》（GB/T50123-1999）及其它土工试验标准中规定，对于原状土UU 试验步骤为：施加围压在不排水条件下，量测由产生的孔隙水应力u ，即试样的303σσσ∆+=一次施加，且在作用下不排水，然后施加竖向偏应力q 至试样破坏为止，在加q 的过程中量测q 、轴向应变和孔隙水应力u 。

UU 试验在剪切过程中试样的应力状态为：总应力303301σσσσσσ∆+=+∆+=q （11-1）有效压力：31333/u u u ∆-∆-=-=σσσ （11-2）由UU 试验量测得到孔隙应力系数：⎥⎦⎤⎢⎣⎡∆∆-+==∆-=∆=∆∆=---131231)1(σσσA A B B B A A q u u q u A u B （11-3）上列各式中：;,,,;.,;,,,2132133131u u u q u u q u ∆+∆=∆----∆∆+∆----∆∆---剪量过程中孔隙水应力产生的孔隙水应力增量分别为主应力增量分别为大主应力增量小小主应力和孔隙水应力分别为大主应力σσσσσσA ，.,,数分别为四个孔隙应力系-----B B A二、固结不排水剪（CU ）先给四个试样施加不同的围压，让试样在作用下固结排水（该步骤为将施加初始固结应力和围压增量两步合并），在作用下试样固结完成后，施加轴向偏听偏应力q。

三轴剪切试验
试验目的：
三轴剪切试验是测定土体抗剪强度的
一种方法，通常用3～4个圆柱形试样，分别在不同的恒定围压力下（即小主应力σ3）施加轴向压力（即主应力差σ1－σ3）进行剪切直至破坏，然后根据摩尔—库仑理论，求得土的抗剪强度参数c、φ值。

同时，试验过程中若测得了孔隙水压力还可以得到土体的有效抗剪强度指标c′、φ′和孔隙水压力系数等。

试验方法：
三轴剪切试验可分为不固结不排水试
验（UU）、固结不排水试验（CU）以及固结排水剪
试验（CD）。

1、不固结不排水试验：试件在周围压力和轴向压力下直至破坏的全过程中均不允许
排水，土样从开始加载至试样剪坏，土中的含水率始终保持不变，可测得总抗剪强度
指标和；
2、固结不排水试验：试样先在周围压力下让土体排水固结，待固结稳定后，再在不排水条件下施加轴向压力直至破坏，可同时测定总抗剪强度指标和或有效抗剪强度
指标和及孔隙水压力系数；
3、固结排水剪试验：试样先在周围压力下排水固结，然后允许在充分排水的条件下增加轴向压力直至破坏，可测得总抗剪强度指标和。

试验指导书：三轴剪切试验的目的、方法、试验指导书与试验记录表
试验仪器图片：。

实验五 土的三轴剪切试验学 时：2学时实验性质：综合型实验一、目的要求：土的三轴剪切试验是综合性试验，通过对试验的设计，能获得在不同的排水条件下土的应力与应变的关系和强度参数。

通过试验加深对土力学基本理论的理解，培养学生的动手能力和创新能力。

掌握土的三轴剪切试验基本原理和试验方法，了解试验的仪器设备，熟悉试验的操作步骤，掌握三轴剪切试验成果的整理方法，根据试验成果绘制应力与应变的关系曲线，计算土的内聚力和摩擦角。

二、试验原理：一般认为，土体的破坏条件用莫尔－库仑（Mohr-Coulomb ）破坏准则：土体在各向主应力作用下，作用在某一应力面上的剪应力τ与法向应力σ之比达到某一比值，土体将沿该面发生剪切破坏。

莫尔－库仑破坏准则的表达式为：φσσφσσsin 2cos 23131++=-C 。

1σ大主应力，3σ小主应力，C 土的粘聚力，φ土的内摩擦角。

三轴剪切试验就是根据莫尔－库仑破坏准则测定土的强度参数粘聚力c 和内摩擦角φ。

三、试验方法：根据加载类型的不同，三轴剪切试验又可分为三种试验方法：不固结不排水剪(UU)；固结不排水剪(CU)；固结排水剪(CU)。

四、仪器设备：1．应变控制式三轴仪(图5. 1—1)：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、切土器、原状土分样器、切土盘、承膜筒和对开圆膜，应符合下图要求：1)击样器(图5. 1－2)，饱和器(图5. 1－3)。

2)切土盘、切土器和原状土分样器(图5. 1－4)。

3)承膜筒及对开圆模(图5. 1—5及图5. 1—6)。

3．天平：称量200g ，最小分度值0. 0lg ；称量1000g ，最小分度值0. 1g 。

4．橡皮膜：应具有弹性的乳胶膜，对直径39. 1和61. 8mm 的试样；厚度以0. 1～0. 2mm 为宜，对直径101mm 的试样，厚度以0. 2～0. 3为宜。

直剪试验和三轴剪切试验对比分析直剪试验（also known as the shear test）和三轴剪切试验（also known as the triaxial shear test）是土力学领域常用的试验方法，用于确定土壤的剪切强度参数和剪切应力-应变关系。

虽然这两种试验方法都是用于研究土壤的剪切性能，但它们在试验原理、试验设备、试验变量和试验结果方面存在一些不同之处。

下面将针对这些方面进行比较分析。

在试验原理方面，直剪试验是通过施加垂直于土体剪切平面的应力来实现的。

试样以垂直于剪切平面的方向应用剪切力，应变量通常是剪切位移，试验过程直观简单。

而三轴剪切试验则是通过施加三个相互垂直的应力来进行的。

试样在垂直剪切平面上施加垂直于该平面的应力，应变通常位移是沿三个方向的应变量。

这两种试验的原理差异使得它们在不同的试验条件下分析土壤剪切行为提供了不同的途径。

在试验设备方面，直剪试验设备相对简单，通常由剪切装置、变形计和荷载平台组成。

而三轴剪切试验设备则较为复杂，试验框架、油压装置和压力孔等组成。

三轴试验中的油压装置可以提供不同应力状态下的试验条件，更加灵活和全面。

但同时也需要更高的试验设备和成本。

在试验变量方面，直剪试验主要考虑的是土体的剪切强度参数，如极限剪切强度和剪切模量等。

而三轴剪切试验则可以研究土体的剪切强度参数，同时还可以获得土体的应力-应变关系。

三轴剪切试验可以模拟不同应力路径下的剪切行为，更全面地研究土体的力学性质。

在试验结果方面，直剪试验结果比较直观，可以获得土壤的抗剪强度和摩擦角等重要参数。

而三轴剪切试验结果可以获得土壤的强度参数，并可以绘制应力-应变曲线以研究土壤的应变特性。

三轴试验给予的应力状态，用于土体工程力学中的现象和问题更丰富和准确。

综上所述，直剪试验和三轴剪切试验在试验原理、试验设备、试验变量和试验结果等方面存在一定的差异。

选择合适的试验方法取决于所研究的土壤的力学性质以及实际应用的需要。

三轴剪切试验
三轴剪切试验是一种常见的土工试验方法，用于确定土壤在三个方向上的剪切性质。

该试验通常用于土壤力学和工程设计领域，以评估土壤的稳定性和承载能力。

在三轴剪切试验中，土样被置于一个特殊的三轴装置中，该装置可以施加水平应力和垂直应力，同时通过加速度计和位移计来测量土样的变形和应变。

在试验的过程中，水平应力和垂直应力可以分别增加，直到土样产生剪切变形。

试验结果可以用于确定土壤的抗剪强度和剪切模量，以及土壤的变形性质。

三轴剪切试验是一种可靠和准确的土工试验方法，可以为工程设计和土壤力学研究提供重要的数据。

在实际应用中，三轴剪切试验可以用于评估不同类型的土壤，包括黏性土、砂土和粘性土。

此外，该试验还可以用于评估土壤的稳定性和承载能力，以及确定土壤的物理特性和力学特性。

总之，三轴剪切试验是一项重要的土工试验方法，可以为工程设计和土壤力学研究提供有价值的数据。

该试验的结果可以用于评估土壤的稳定性和承载能力，以及确定土壤的物理和力学特性，为工程设计提供科学依据。

关于三轴试验的概念
三轴试验（Triaxial test）或三轴剪切试验（Triaxial shear test），是土力学中现有决定剪应力强度参数最可靠的方法之一。

它在例行性试验或研究中广泛为使用。

在此试验中，一般所之土壤试体直径约1.4英寸（36毫米），长度为3英寸（76毫米）。

用薄橡皮膜包裹之试体放在一装有水或甘油之圆塑胶容器内。

经由容器内液体之压缩对试体施加围压。

要造成试体受剪破坏，我们必须透过一垂直之加载活塞来施加轴向应力。

黏土之压密-排水试验需要相当长的时间。

为此，可以为这些土壤做压密-不排水附带孔隙水压量测之试验来得到排水剪力强度参数。

因为在施加轴差应力时不准许试体排水，所以试验可以快速进行。

在不压密-不排水试验中，土壤试体在受围压时不准许排水。

试体在不排水的情况下以施加轴差应力来达到剪力破坏。

因为试体在任何一阶段都不排水，试验可以很快的施做完成。

因为施加围压土壤试体中之孔隙水压会增高到u c。

在施加轴差应力孔隙水压会进一步的增高。

岩石的三轴剪切实验原理
岩石的三轴剪切实验是一种常用的岩石力学试验方法，用于研究岩石在复杂应力状态下的力学特性。

其原理如下：
1. 设备和样品准备：实验需要使用到三轴剪切试验机和岩石样品。

样品通常为圆柱形状，在试验前需要修整成标准的几何形状。

2. 应力施加：实验中，通过三轴剪切试验机施加压力，将样品放置在试验机的夹持装置中。

垂直于样品轴向的压力称为轴向应力，平行于样品轴向的两个平面上施加的压力称为剪切应力。

3. 应变测量：在施加压力的同时，通过应变计或位移传感器等装置测量样品的变形情况。

具体包括轴向应变和剪切应变。

4. 载荷控制：在实验中，可以通过控制试验机施加的载荷来控制样品的变形。

常用的载荷控制模式有单轴载荷控制、剪切载荷控制和围压载荷控制。

5. 实验参数记录：在进行实验时，需要记录下施加的轴向应力和剪切应力，以及相应的应变数据。

通过绘制应力-应变曲线可以了解样品的力学行为。

通过三轴剪切实验，可以得到岩石的黏弹性和强度特性。

这对于岩石力学研究以及地质工程设计具有重要意义。