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三轴试验相关理论知识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）。
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。
ασστασσσσσ2sin )(212cos )(21)(21313131-=-++=2312231)2()2(σστσσσ-=++-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）。
简述有效应力原理的内容有效应力原理，也称为穴壁应力原理或穴状应力原理，是材料力学中的一个重要概念和理论基础。
有效应力原理主要用于解决固体力学中应力状态分析问题，为工程设计提供有力的理论支持。
在固体力学中，材料受到外力作用时，会产生应力。
应力是描述固体内部单位面积内力的物理量。
而有效应力是根据材料的各向同性和线弹性假设，通过分析材料内部的应力分布特征得到的一种相对简化的表示。
有效应力原理的提出是为了简化复杂的应力状态，从而更加方便地进行力学计算和工程分析。
有效应力原理的核心思想可以概括为：对于材料内部的抗力分布，只有施加在其中一截面上的法向压力和剪应力对结构强度起主要作用，而对于施加在孔洞及其周围的应力，由于局部应力的集中效应，起到削弱结构强度的作用。
在实际工程设计中，孔洞与裂纹等缺陷通常以理想化的方式被模拟为穴状结构，并使用有效应力原理进行力学分析和计算。
有效应力原理广泛应用于多个领域，如土木工程、机械工程、材料科学等。
有效应力的计算依赖于两个重要的参数：杨氏模量和泊松比。
杨氏模量是材料刚度的度量，表示材料在受力时沿一个方向的伸缩能力；泊松比是材料在受力时横向收缩的程度。
有效应力原理可以通过两种方法来计算：1.近似方法：这种方法通过对应力进行平均或取最大值，从而得到简化的材料应力分布。
根据这种方法，材料内的最大剪应力发生在穴壁上，并且它的大小只取决于施加在穴壁上的正应力。
这种近似方法适用于强度和刚度的评估。
2.精确方法：这种方法考虑了穴壁与孔内的应力变化，并通过积分计算来获得准确的结果。
根据这种方法，应力分布在穴壁附近有一个高度集中的区域，称为应力集中系数。
通过计算应力集中系数，可以得到材料在不同位置的有效应力分布。
有效应力原理的应用可以解决许多工程问题，如材料疲劳和断裂、材料强度评估、结构设计和分析等。
这个原理在许多实际工程中都有广泛的应用，并成为工程设计的重要基础。
通过使用有效应力原理，工程师能够更好地理解材料的力学行为，并设计出更安全和可靠的工程结构。
三轴试验一、基本原理三轴压缩实验是根据摩尔-库伦强度理论，用3～4个试样，分别在不同的恒定周围压力（即小主应力σ3）下施加轴向压力（即主应力差），进行剪切直至破坏，从而确定土的抗剪强度参数。
根据排水条件的不同，三轴试验分为以下三种试验类型：即不固结不排水试验（UU），固结不排水试验（CU），和固结排水试验（CD），试验方法的选择应根据工程情况，土的性质，建筑物施工和运行条件及所采用的分析方法而定。
（1）不固结不排水剪试验（UU）:是在整个实验过程中,从加周围压力和增加轴向压力直到剪坏为止,均不允许试样排水对保和试样可测得总抗剪强度参数CU、ФU或有效抗剪强度参数C′、Ф′和孔隙水压力参数。
（2）固结不排水剪试验（CU）:试验是先使试样在某一周围压力下固结排水，然后保持在不排水的情况下，增加轴向压力直到剪坏为止，可以测得总抗剪强度指标CCu、ФCu或有效抗剪强度参数C′、Ф′和孔隙水压力参数。
（3）固结排水剪试验（CD）:是在整个试验过程中允许试样充分排水，即在某一周围压力下排水固结，然后在充分排水的情况下增加轴向压力直到剪坏为止，可以测定有效抗剪强度指标2Cd、Фd。
二、固结不排水试验（一）仪器设备1、应变控制式三轴压缩仪由周围压力系统，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、承膜筒和对开圆筒，：3、百分表量程3cm或1cm，分度值〉0.01mm。
4、天平程量200g，感量0.01g；程量1000g，感量0. 1g。
5、橡皮膜应具有弹性，厚度应小于橡皮膜直径的1/100，不得有漏气空。
（二）操作步骤1、仪器检查⑴周围压力的测量精度为全量程的1%，测读分值为5kPa。
⑵孔隙水压力系统内的气泡应完全排除。
系统内的气泡可用纯水或施加压力使气泡溶于水，并从试样底座溢出，测量系统的体积因数应小于1.5×10-5cm3/ kPa。
⑶管路应畅通，活塞应能滑动，各连接处应无漏气。
§2-4 边坡稳定分析的总应力法与有效应力法土体的抗剪强度参数的恰当选取是影响土坡稳定分析成果可靠性的主要因素。
原则: (1)尽可能采用有效应力方法；(2)试验条件尽量符合土体的实际受力和排水条件。
一.两种分析方法有效应力法：计算过程中，采用有效应力进行分析，使用有效应力强度指标、总应力法：计算过程中，采用总应力进行分析，使用总应力强度指标或、以土石坝边坡稳定分析中的控制时期介绍两种方法的应用。
二.稳定渗流期土坝堤防抗滑安全系数稳定渗流期坝体内形成稳定的渗透流网，如图2.30所示。
各点孔隙水压力能够确定，因此，原则上应该采用有效应力法分析。
因为没有一种实验方法能够模拟这种状态下土体中的有效应力和孔隙水压力分配。
图2.30 土石坝稳定渗流期分析分析时：1.以土体(颗粒+孔隙水)整体取为隔离体；2.以瑞典简单条分法为例－不计条间力；3.计算－对圆心取矩求解边坡安全系数。
取图2.30中任意土条进行分析，如图2.31所示。
由于采用瑞典条分法，不计条间力，因此主要是分析由于重力、土条底面的支撑力、作用在底面的孔隙水压力。
图2.31 土条受力示意图图2.31中的土条重力分三部分计算：段位于浸润线以上，采用土体天然容重，土条重力为：段位于浸润线和地下水位之间，采用饱和容重，土条重力为：段位于地下水位以下，采用浮容重考虑静水压力的影响，土条重力为：土条底面孔隙水压力为为地下水位以上等势线的高度由此计算瑞典条分法的安全系数将土条重量带入上述公式得到三．土坝施工期边坡稳定分析对于均质粘性土坝1.总应力法：用不排水强度指标，2.有效应力法（1）采用下面的公式确定土坝中超静孔隙水压力（由于其中大小主应力大致成比例）图2.33为土坝施工期等孔压图，在计算中考虑孔隙水压力，采用有效应力方法得到边坡的安全系数。
本章介绍了这样两个问题：1、为什么会发生边坡失稳？2、如何分析评价边坡稳定性？。
有效应力原理内容有效应力原理是力学中的一条重要原理，用于描述固体物体在外界作用下的应力状态。
它是强固学和结构力学中的基本概念，对于研究物体的强度和稳定性非常重要。
有效应力原理基于以下假设：当物体受到外力作用，物体内部的应力会发生分布，这些应力可以分为正应力和剪应力。
在某些情况下，物体因于存在内部摩擦的作用而不能充分利用全部的应力，有些应力可以传递给其他部分。
有效应力定义为能够引起物体变形或破坏的应力。
有效应力原理的具体内容如下：首先，有效应力的概念是基于材料内部摩擦的概念，认为只有克服了内部摩擦的应力才是能够引起变形或破坏的应力。
其次，有效应力与应变有关，有效应力是指在引起物体变形或破坏的过程中，由于摩擦而引起的应变。
再次，有效应力与物体的力学性能有关，材料的力学性能决定了材料的抗变形和抗破坏能力。
有效应力原理的应用非常广泛。
在工程领域中，有效应力原理被用来分析和设计各种结构和构件，以确保其能够承受外界力的作用而不发生变形或破坏。
在土力学和岩石力学中，有效应力原理被用来研究土壤和岩石的稳定性，分析土体和岩石的变形和破坏机制。
在地质学中，有效应力原理被用来研究地壳中岩石的应力状态，揭示地质灾害的成因和发展趋势。
有效应力原理的应用可以使工程设计更加安全可靠，减少事故的发生，提高工程的质量和效率。
例如，在桥梁工程中，通过分析和计算承受桥梁自重和交通荷载的有效应力分布，可以确定桥梁各个构件的尺寸和材料的选取，确保桥梁的稳定性和承载能力。
在地铁隧道工程中，通过分析隧道周围岩石的有效应力分布，可以确定支护结构的设计方案，保证隧道的安全和稳定。
有效应力原理的研究还促进了材料科学和土力学的发展。
通过研究不同材料的有效应力特性，可以优化材料的制备工艺和改进材料的性能。
通过研究土体和岩石的有效应力行为，可以提高土体力学和岩石力学的理论水平，为土木工程和地质勘探提供科学依据。
总之，有效应力原理是力学领域中的一条重要原理，通过研究和分析物体的应力状态，可以确定物体的变形和破坏机制，为工程设计和科学研究提供理论基础。
总应力，有效应力1.前者是指受荷后土中某点的总应力变化的轨迹，它与加荷条件有关，而与土质和土的排水条件无关后者则指在已知的总应力条件下，土中某点有效应力变化的轨迹，它不仅与加荷条件有关，而且也与土体排水条件及土的初始状态、初始固结条件及土类等土质条件有关。
2.根据Terzaghi饱和土固结理论，土的总应力=超静孔压+有效应力.土体在荷载作用下超静孔压随时间发生变化，因此某点的应力状态也会发生变化.当用应力路径来表示时，总应力路径指在p-q平面上点的变化轨迹(三轴实验中，p=(σ1+σ3)/2，q=(σ1-σ3)/2，都是总应力).有效应力路径(三轴实验中，p“=(σ1“+σ3“)/2，q“=(σ1“-σ3“)/2)，都是有效应力.至于如何区分两者，在应力路径中，总应力路径是条直线，有效应力路径是条曲线，其变化性状因土的固结状态(超固结、正常固结以及欠固结)不同而各异.3.利用应力圆上的顶点作为特征点，各应力变化的一系列圆就有一系列特征点的连线。
其特征点坐标为p=(σ1+σ3)/2，q=(σ1-σ3)/2。
这是总应力。
有效应力就是减去孔隙水压力即可。
目前国内检测内摩擦角和粘聚力都是通过快剪试验，这种试验不考虑排水，测得的是总应力下的内摩擦角。
而一般计算程序也都是利用这种内摩擦角来计算，这样一来，如果放在水下，总应力会发生变化。
而国外比较新的设计理论是采用有效内摩擦角，其值不受水的影响。
建议选用固结快剪70%临时性工程建议用固结快剪峰均值（重要性工程取最小平均值），永久性工程建议取固结快剪峰的粘聚力50％、内摩擦角减小2度。
但应根据当地经验确定为主。
水下粘聚力,水下内摩擦角怎么确定?1、水下内摩擦角为10度时，水上就为10+3，即加上3度。
2、水上粘聚力为10Kpa时，水上就为10+5Kpa，即加上5Kpa。
以上两条参数主要用于水工大坝的填土计算，对于基坑而言，可以适当减小，即水上内摩擦角+2度，水下粘聚力+1~3Kpa。
三轴固结不排水总应力法和有效应力法是土工试验中常用的两种土壤强度测试方法。
1. 三轴固结不排水总应力法(UU试验): 这种方法也被称为快剪三轴试验。
在这种方法中，首先对土样施加周围压力，并打开排水阀门，使土样在周围压力作用下充分排水固结。
然后施加轴向应力，此时，关上排水阀门，使土样在不能向外排水的条件下受剪，直至破坏为止。
UU三轴试验通常用于短期工程问题。
2. 三轴固结排水或不固结不排水有效应力法(CU/CD试验): 与UU试验不同，CU和CD 三轴试验首先对土样施加周围压力，但不打开排水阀门，使土样在不排水的条件下固结。
接着，进行剪切试验。
CU试验是在固结后打开排水阀门进行的，而CD试验是在固结后保持关闭排水阀门的状态进行的。
CU/CD三轴试验也称为有效应力试验，通常用于评估长期工程问题。
对于饱和粘性土，当使用这两种方法进行固结不排水剪试验时，由于土的固结程度和孔隙水压力的差异，试验结果会有所不同。
这些差异主要体现在土体的强度及其指标上。
