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。

实验十 三轴剪切试验一、概述三轴剪切试验是测定土的抗剪强度的主要方法之一。

它通常用3～4个圆柱形试样分别在不同的围压下施加轴向压力对试样进行剪切，直至破坏,然后根据摩尔-—库伦理论，求得土的抗剪强度指标φ和c 。

根据排水条件的不同,三轴剪切试验可分为不固结不排水剪(UU ）、固结不排水剪(CU)和固结排水剪(CD)三种试验方法。

不固结不排水剪试验,在施加周围压力σ3和轴向偏应力（σ1—σ3）,直至试样剪坏的整个过程中,均不允许试样排水固结，即不让孔隙水压力消散.固结不排水剪试验，在施加周围压力时，允许试样充分排水固结;在施加偏应力时,不允许排水至试样剪坏。

固结排水剪试验，在施加周围压力和轴向偏应力，直至试样剪坏的整个过程中，使试样充分排水固结。

这里只介绍饱和试样的固结不排水剪试验.二、试验原理三轴试验采用圆柱形试样，对试样在空间三个坐标方向上施加压力.试验时先通过压力室有压液体，使试样在三个轴向受到相同的周围压力σ3,并维持整个试验过程不变.然后通过活塞杆向试样施加垂直轴向压力,直到试样剪坏。

若由活塞杆所加的试样破坏时的压力强度为q ＝σ1-σ3,小主应力是周围压力σ3.由一个试样所得的σ1和σ3，可以绘制一个极限应力圆.若干个试样，可得在不同周围压力作用下,试样剪坏时的最大主应力,从而可绘制若干个极限应力圆,作这些应力圆的公切线，便是土的抗剪强度包线,由此包线可求得强度指标c 和φ，附图10。

1所示。

三、仪器设备 1、常用的三轴剪切仪，按施加轴向压力方式的不同，分为应变控制式和应力控制式两种。

2、应变控制式三轴仪见附图10。

9所示。

包括压力室、轴向加压设备、施加周围压力系统、体积变化和孔隙压力量测系统等。

3、附属设备：击实筒、饱和器、切土盘、切土器和切土架、分样器、承膜筒、天平、量表、橡皮膜等.附图10.1 抗剪强度包线附图10.2 原状土分样器 1.钢丝架；2一滑杆；3一底座附图10.3 对开圆膜 1.压力室底座；2.透水石；3.制样圆模； 4.圆箍；5.橡皮膜；6.橡皮圈1 2 7 6 5 4 3 附图10.4 承膜筒 1.压力室底座；2.透水石；3.试样； 4.承膜筒；5.橡皮膜；6.上帽1 2 3 4 5 附图10.5 击实器 1.环；2.位螺丝；3.杆；4.击锤；5.底板 附图10.6 饱和器 1.土样筒；2.紧箍；3.夹板； 4一拉杆；5.透水石 1 2 3 4 5 1 2 3 附图10.7 切土盘1.轴2.上盘3.下盘 1 2 3 附图10.8 切土器 1.土样 2.切土器 3.支架 附图10.9 应变控制式三轴剪切仪 l.调压筒；2.周围压力表；3.周围压力阀；4.排水阀；5.体变管；6.排水管；7.变形量表；8.量力环；9.排气孔；10.轴向加压设备；1l.压力室；12.量管阀；13.零位指示器；14.孔隙压力表；15.量管；16.孔隙压力阀；17.离合器；18.手轮四、试验步骤1、使用前三轴剪切仪应进行检查(1)周围压力的精度要求达到最大压力的土1％，测读分值一般应为5kPa ，根据试样强度的大小,选择不同量程的量力环，使最大轴向压力的精度不小于1%.(2）排除孔隙压力量测系统的气泡.其方法是将零位指示器中水银移人贮槽内，关闭量管阀,用调压筒或三轴压力室(三轴压力室内充满无气水)对孔隙压力量测系统中的无气水(煮沸冷却后的蒸馏水)施加压力,小心打开量管阀，让管路中气泡从量管排出。

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。