土力学实验讲义-三轴剪切实验

实验4：土的三轴剪切实验实验4:土的三轴剪切实验实验目的:了解三轴剪切试验的特点。

掌握三轴剪切试验方法，运用库仑-莫尔理论确定土的抗剪强度参数、值，了解三轴剪切试验指标在工程中的应用。

基本原理:三轴剪切试验系指将土样制备成圆柱状的试件，放入三轴仪受压室内，先施加一定的周围压力，在恒定的周围压力下，施加轴向压力直至试样破坏，根据破坏时的大小主应力画出极限应力圆。

本试验方法适用于细粒土和粒径小于20mm的粗粒土。

试验时，应至少制备3个以上试样，分别施加不同的周围压力，得到相应的极限应力圆。

做各个应力圆的公切线，即得到强度包络线，从而确定土的抗剪强度指标c和Φ值。

仪器设备:1.应变控制式三轴仪(图7—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、切土器饱和器、原状土分样器、切土盘、承膜筒和对开圆膜; 3.天平:称量200g，最小分度值0.01g;称量1000g，最小分度值0.1 g;实验步骤:1.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，将橡皮膜用承膜筒套在试样外，并用橡皮圈将橡皮膜两端与底座及试样帽分别扎紧;2.将压力室罩顶部活塞提高，放下压力室罩，并均匀地拧紧底座连接螺母。

向压力室内注满纯水，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;3. 当试样帽与活塞及测力计接近时，将测力计和变形指示计调至零位;4.关排水阀，开周围压力阀，施加周围压力，周围压力宜根据工程实际确定，一般可按50、100、200、300、400 kPa施加;5.剪切应变速率宜为每分钟应变0.5%,1.0%;6.启动电动机，开始剪切。

试样每产生0.3%,0.4%的轴向应变(或0.2mm变形值)，测记一次测力计读数和轴向变形值。

当轴向应变大于3%时，试样每产生0.7%,0.8%的轴向应变(或0.5mm变形值)，测记一次;7.当测力计读数出现峰值时，剪切应继续进行到轴向应变为15%,20%;8.试验结束，关电动机，关周围压力阀，脱开离合器，将离合器调至粗位，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，描述试样破坏形状，称试样质量，并测定含水率。

试验九三轴剪切试验一、概述三轴剪切试验是试样在某一固定周围压力下 逐渐增大轴向压力 直至试样破坏的一种抗剪强度试验 是以摩尔-库仑强度理论为依据而设计的三轴向加压的剪力试验。

三轴剪切试验是测定土体抗剪强度的一种比较完善的室内试验方法 通常采用3~4个圆柱形试样 分别在不同的周围压力下测得土的抗剪强度 再利用摩尔-库仑破坏准则确定土的抗剪强度参数。

三轴剪切试验可以严格控制排水条件 可以测量土体内的孔隙水压力 另外试样中的应力状态也比较明确 试样破坏时的破裂面是在最薄弱处 而不像直剪试验那样限定在上下盒之间 同时三轴剪切试验还可以模拟建筑物和建筑物地基的特点以及根据设计施工的不同要求确定试验方法 因此对于特殊建筑物 构筑物 、高层建筑、重型厂房、深层地基、海洋工程、道路桥梁和交通航务等工程有着特别重要的意义。

二、试验方法根据土样固结排水条件和剪切时的排水条件 三轴试验可分为不固结不排水剪试验 UU 、固结不排水剪试验 CU 、固结排水剪试验 CD 以及K0固结三轴试验等。

以下仅对不固结不排水剪 UU 试验进行详细介绍。

1、不固结不排水剪试验 UU试样在施加周围压力和随后施加偏应力直至剪坏的整个试验过程中都不允许排水 这样从开始加压直至试样剪坏 土中的含水量始终保持不变 孔隙水压力也不可能消散 可以测得总应力抗剪强度指标cu υu。

2、固结不排水剪试验 CU试样在施加周围压力时 允许试样充分排水 待固结稳定后 再在不排水的条件下施加轴向压力 直至试样剪切破坏 同时在受剪过程中测定土体的孔隙水压力 可以测得总应力抗剪强度指标ccu υcu和有效应力抗剪强度指标c’ υ’。

3、固结排水剪试验 CD试样先在周围压力下排水固结 然后允许试样在充分排水的条件下增加轴向 压力直至破坏 同时在试验过程中测读排水量以计算试样体积变化 可以测得有效应力抗剪强度指标cd υd。

4、K0固结三轴剪切试验常规三轴试验是在等向固结压力 σ1=σ2=σ3 条件下排水固结 而K0固结三轴试验是按σ3=σ2= K0σ1施加周围压力 使试样在不等向压力下固结排水 然后再进行不排水剪或排水剪试验。

实验六：三轴试验一、基本原理三轴剪切试验是用来测定试件在某一固定周围压力下的抗剪强度，然后根据三个以上试件，在不同周围压力下测得的抗剪强度，利用莫尔-库仑破坏准则确定土的抗剪强度参数。

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U C 和U φ；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CU C 和CU φ或有效抗剪强度指标C ′和φ′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d C 和d φ。

二、试验目的1、了解三轴剪切试验的基本原理；2、掌握三轴剪切试验的基本操作方法；3、了解三轴剪切试验不同排水条件的控制方法和孔隙压力的测量原理；4、进一步巩固抗剪强度的基本理论。

三、试验设备1、三轴剪力仪（分为应力控制式和应变控制式两种）。

（1）三轴压力室：压力室是三轴仪的主要组成部分，它是由一个金属上盖、底座以及透明有机玻璃圆筒组成的密闭容器，压力室底座通常有3个小孔分别与围压系统以及体积变形和孔隙水压力量测系统相连。

（2）轴向加荷传动系统：采用电动机带动多级变速的齿轮箱，或者采用可控硅无级调速，根据土样性质及试验方法确定加荷速率，通过传动系统使土样压力室自下而上的移动，使试件承受轴向压力。

（3）轴向压力测量系统：通常的试验中，轴向压力由测力计（测力环或称应变圈等等）来反映土体的轴向荷重，测力计为线性和重复性较好的金属弹性体组成，测力计的受压变形由百分表测读。

轴向压力系统也可由荷重传感器来代替。

（4）周围压力稳压系统：采用调压阀控制，调压阀当控制到某一固定压力后，它将压力室的压力进行自动补偿而达到周围压力的稳定。

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。

试验项目四三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U C 和U φ；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CU C 和CU φ或有效抗剪强度指标C '和φ'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d C 和d φ。

试验指导书：三轴剪切试验一、目的1、了解三轴剪切试验的基本原理；2、掌握三轴剪切试验的基本操作方法；3、了解三轴剪切试验不同排水条件的控制方法和孔隙压力的测量原理；4、进一步巩固抗剪强度的基本理论。

二、试验原理三轴剪切试验是用来测定试件在某一固定周围压力下的抗剪强度，然后根据三个以上试件，在不同周围压力下测得的抗剪强度，利用莫尔-库仑破坏准则确定土的抗剪强度参数。

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U C 和U φ； 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CU C 和CU φ或有效抗剪强度指标C '和φ'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d C 和d φ。

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：。

土的静三轴剪切试验一、基本原理三轴压缩试验是测定土的抗剪强度的一种方法。

它通常用3-4个圆柱形试样，分别在不同的恒定周围压力（O3）下，施加轴向压力，即主应力差（。

1-03），进行剪切直到破坏；然后根据摩尔-库伦理论，求得抗剪强度参数。

适用于测定细粒土及砂类土的总抗剪强度参数及有效抗剪强度参数。

本次试验主题词：周围压力；轴向压力；不固结不排水剪；固结不排水剪；固结排水剪。

二、仪器设备1．三轴压缩议：应变控制式，由周围压力系统、反压力系统、孔隙水压力量测系统和主机组成。

2．附属设备：包括击实器、饱和器、切土器、分样器、切土盘、承膜筒和对开圆模。

3.天平：称量200g，感量0.019；称量1000g,感量O.lg。

4．橡皮膜：应具有弹性，厚度应小于橡皮膜直径的1／100，不得有漏气孔。

三、操作步骤试样的制备：（1）将制备成大于试样直径和高度的毛坯，放在切土器内用钢丝锯和修土刀，制备成所要求规格的试样（2）试样饱和一般采用真空抽气饱和法，将切好的试样装入饱和器后，先浸没在带有清水的真空饱和缸内，连续真空抽气2-4小时（粘土），然后停止抽气，静置12小时左右即可。

（3）原状试样制备，应将土切成圆柱形试样，试样两端应平整并垂直于试样轴，当试样侧面或端部有小石子或凹坑时，允许用削下的余土修整，试样切削时应避免扰动，并取余土测定试样的含水量。

（4）扰动试样制备，应根据预定的干密度和含水量，在击实器内分层击实，粉质土宜为3一5层，粘质土宜为5一8层，各层土料数量应相等，各层接触面应刨毛。

（5）对于砂性土应先在压力室底座．全依次放上不透水板，橡皮膜和对开圆膜。

将砂料填入对开圆膜内，分三层按预定干密度击实。

当制备饱和试样时，在对开圆膜内注入纯水至1／3高度，将煮沸的砂料分三层填入，达到预定高度。

放上不透水板、试样帽，扎紧橡皮膜。

对试样内部施加5KPa负压力使试样能站立，折除对开圆膜。

（6）对制备好的试样，应量测其直径和高度。

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。

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。