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三轴剪切试验

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三轴剪切试验

三轴剪切试验
对于较软的土样，先用钢丝锯或削土刀切取一稍大于规定尺寸的土柱，放在切土盘上、
下圆盘之间，再用钢丝锯或削土刀紧靠侧板，由上往下细心切削，边切削边转动圆盘，直
到土样被削成规定直径为止。然后按试验要求的试样高度，截取试样，并削平上下两端，
见附图 10.7。 对于较硬的土样，先用削土刀或钢丝锯切取一稍大于规定尺寸的土样，上下两端削平，
3124来自5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 3
2
3 附图 10.7 切土盘
1.轴 2.上盘 3.下盘
2 1
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
⑶反压力饱和：试样要求完全饱和时，应对试样施加反压力。反压力系统和周围压力 系统相同(对不固结不排水剪试验可用同一套设备施加)，但应用双层体变管代替排水量管。 试样装好后，调节孔隙水压力等于大气压力，关闭孔隙水压力阀、反压力阀、体变管阀、 测记体变管读数。开周围压力阀，先对试样施加 10~50kPa 的周围压力，开孔隙水压力阀， 待孔隙水压力变化稳定，测记读数，关孔隙水压力阀。反压力应分级施加，同时分级施加 周围压力，以尽量减少对试样的扰动。周围压力和反压力的每级增量宜为 30kPa，开体变 管阀和反压力阀，同时施加周围压力和反压力，缓慢打开孔隙水压力阀，检查孔隙水压力 增量，待孔隙水压力稳定后，测孔隙水压力和体变管读数，再施加下一级周围压力和反压 力。计算每级周围压力引起的孔隙水压力增量，当与之比u/30.98 时，认为试样饱和。

三轴剪切试验的三种方法

三轴剪切试验的三种方法

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

三轴剪切试验
(2) 水头饱和法。将试样装入压力室内，施加 20kPa 周围压力，使无气泡
5
的水从试样底座进入，待上部溢出，水头高差一般在 1m 左右，直至流入水量 和溢出水量相等为止。
(3) 反压力饱和法。试件在不固结不排水条件下，在土样顶部施加反压力， 但同时应在试样周围施加侧压力，反压力应低于侧压力 5kPa，当试样底部孔 隙压力其比值∆u/∆σ3＞0.98 时被认为是饱和的，否则再增加反压力和侧压力使 土体内气泡继续缩小，直至满足∆u/∆σ3＞0.98 的条件。 六、不固结不排水剪（UU）试验
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，φu。 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，φcu和有效应力抗剪强度指标c’，φ’。 3、固结排水剪试验（CD）
(3) 调压阀的灵敏度及稳定性；
(4) 精密压力表的精度和误差；
(5) 稳压系统是否存在漏气现象；
(6) 管路系统的周围压力、孔隙水压力、反压力和体积变化装置以及试样上
下端通道接头处是否存在漏气漏水或阻塞现象
(7) 孔压及体变的管道系统内是否存在封闭气泡，若有封闭气泡可用无气泡
水进行循环排气；
(8) 土样两端放置的透水石是否畅通和浸水饱和；
四、试验前的检查和准备
1、仪器性能检查
图 9~7 承膜筒 模筒
１－三轴仪底座；２－透水石；３－试样； 座；２－透水石；３－制样圆膜；（两片合成）
3
图 9~8 砂样制备 １－仪器底

三轴剪切试验操作规程

三轴剪切试验操作规程

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。

【大学实验】土的三轴剪切试验PPT

【大学实验】土的三轴剪切试验PPT
• 一、试样制备：
• 1．选取一定数量的代表性土样，（对直径 3.91厘米试样约取二公厅），经风干碾碎过 筛，测出风干含水量，按要求含水量算出 所需加水量。
ppt课件
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• 2．将需加的水量喷洒到土料上，稍
静置后装入塑料袋，然后置于密闭容 器内、至少20小时，使含水量均匀。 取出土料复测其含水量，若所测含水 量与要求含水量差值在1％以内，则可 以进行击实土样，否则需调整含水量 至符合要求为止。
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• 三、试样安装
• ⑴ 打开孔隙压力阀，使仪器底座充水， 将煮沸过的透水石滑入仪器底座上，放上 一张滤纸，关闭孔隙压力阀。
• ⑵ 活动三瓣膜后将试样取出，上面放好滤 纸和透水石，放到仪器底座上。
• ⑶ 把乳胶膜放在承膜筒内，二头翻在承膜 筒上通过吸吸气孔加真空负压。使乳胶膜 紧贴在承膜筒内壁上，然后套入试样外面。 放气，翻下乳胶膜二头取下承膜筒。
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• ⑷ 把试样下端的乳胶膜与仪器底座用乳胶 带扎紧。然后放上对开膜（保护试样）和 上帽，同样将上帽和乳胶膜扎紧。取走对 开膜。
• ⑸ 装上压力室（注意不要碰试样），并从 注水孔向压力室注满水扭好注水孔的封闭 螺丝。
• ⑹ 关闭排水阀，记下排水量管及孔压表读 数。
ppt课件
14
四、试样排水固结：
⑴ 施加σ3固结周压力（ 100、200、 300KPa），并读排水量管读数，（注
意管中不得有气泡）。
⑵ 慢慢打开孔压阀，量测孔隙压力，
计算孔压系数。
⑶ 慢慢打开排水阀，使试样中的水通
过顶帽流入量水管（试样开始固结），
使孔隙压力慢慢消pp散t课件。
15
⑷ 不断观察量水管读数，同时注意保持量水管水 面应置于试样中心高度处。

三轴剪切试验

三轴剪切试验

桂 林 理 工 大 学
三 轴 压 缩 试 验
SY30-20型应变控制式三轴仪 型应变控制式三轴仪
桂 林 理 工 大 学
三 轴 压 缩 试 验
TSZ-3型应变控制式三轴仪 型应变控制式三轴仪
桂 林 理 工 大 学
三 轴 压 缩 试 验
天平：称量 天平：称量200 g，感量 ，感量0.01 g；称量 ；称量1000 g，感量 ， 0.1 g。 。 橡皮膜：应具有弹性，厚度应小于橡皮膜直径的1 橡皮膜：应具有弹性，厚度应小于橡皮膜直径的 ／100，不得有漏气孔。 ，不得有漏气孔。 其他：橡皮膜，烘箱，秒表，干燥箱，称量盒， 其他：橡皮膜，烘箱，秒表，干燥箱，称量盒， 切土刀。钢丝锯，滤纸，游标卡尺等。 切土刀。钢丝锯，滤纸，游标卡尺等。
二、三轴压缩试验与直剪试验的对比
桂 林 理 工 大 学
三 轴 压 缩 试 验
直接剪切仪的缺点主要有： 直接剪切仪的缺点主要有： 剪切面限定在上下盒之间的平面， ① 剪切面限定在上下盒之间的平面，而不是沿土 样最薄弱的面剪切破坏； 样最薄弱的面剪切破坏； 剪切面上剪应力分布不均匀， ② 剪切面上剪应力分布不均匀，土样剪切破坏时 先从边缘开始，在边缘发生应力集中现象； 先从边缘开始，在边缘发生应力集中现象； 在剪切过程中， 土样剪切面逐渐缩小， ③ 在剪切过程中， 土样剪切面逐渐缩小，而在 计算抗剪强度时却是按土样的原截面积计算； 计算抗剪强度时却是按土样的原截面积计算； 试验时不能严格控制排水条件， ④ 试验时不能严格控制排水条件，不能量测孔隙 水压力、在进行不排水剪切时， 水压力、在进行不排水剪切时，试件仍有可能排 水，特别对于饱和粘粘性土。 特别对于饱和粘粘性土。 由于土的抗剪强度受排水条件的影响显著。 由于土的抗剪强度受排水条件的影响显著。故试 验结果不够理想。但由于它具有结构简单， 验结果不够理想。但由于它具有结构简单，操作 方使等优点， 方使等优点，故仍为 一般工程广泛采用

三轴固结排水剪试验

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三轴剪切试验


试验步骤
（二）试样制备
2.扰动土样：（1）选取一定质量的代表性土样（直径3.91cm 试样取2kg土，直径6.18cm和10cm试样分别取10kg和20kg土） 经风干 、碾碎、过筛（筛孔径与试样允许土粒最大粒径相同）、 测出风干含水率，按要求含水率算出需加水量；（2）将需加 水量喷洒到土粒上，拌匀后装入塑料袋，然后置于密封容器内 至少20小时，使含水率均匀。取出土料复测含水率，若实测含 水率与要求值的差值在1％以内，则符合要求，否则重新配土； （3）击样筒在使用前洗净、风干（烘干，擦干 ），内侧涂一 薄层凡士林，然后分层击实。一般分五层，每层加入需要的土 重（按试样干密度计算）击实到给定高度后，将表面刨毛，再 加下一层土料击实。击完后整平试样两端， 取出称其质量。一 组试样间的干密度差值以及与要求干密度的差值均不得大于 0.02g/cm3。
h1 1 100% h0
CR 1 3 Aa
A0 Aa 1 1
试验步骤
（五）固结不排水剪（CU）加载
1.完成装样步骤后，将排水管放置到使其管内水位与试样中心 高度相同。将与孔压管连接的量管水面调至与试样中心高度相 同位置，用调压筒调整零位指示器的水银面于毛细管指示线 （或压力传感器调零），记下孔压表起始读数，然后关与孔压 管连接的量管阀；
三轴剪切试验
河海大学 岩土工程研究所
Research Institute of Geotechnical Engineering, Hohai University
试验目的
测定土的抗剪强度指标：内摩擦角和粘聚力。
试验原理

1 f 3 f
2
f c tan


c
O
3f

三轴试验


试验条件与现场条件 的对应关系
固结排水试验
2 1
固结不排水试验
层固结后， 在1层固结后，快速施工 层 层固结后 快速施工2层
不固结不排水试验 粘土地基上的分层慢 速填方 软土地基上的快速填方
常规三轴试验优缺点
单元体试验， 单元体试验，试样内应力和应变相对均匀 应力状态和应力路径明确 排水条件清楚， 排水条件清楚，可控制 破坏面不是人为固定的 设备操作复杂 现场无法试验 常规三轴试验不能反映σ 常规三轴试验不能反映σ2的影响
4.3.2
横梁
力
百分表
量力环
量 水 管
试 样
量
力σ
二、试验方法： 试验方法：
三轴剪切试验可分为不固结不排水试验（UU）、固结 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） 不排水试验（CU）以及固结排水剪 试验（CD）。 试验（CD）。 不固结不排水试验： 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， 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， 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c 指标c 和φ ； 固结不排水试验： 2、固结不排水试验：试样先在周围压力下让土体排水固 待固结稳定后， 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， 至破坏，可同时测定总抗剪强度指标 和 或有效抗剪强度 和及孔隙水压力系数； 指标 和及孔隙水压力系数； 固结排水剪试验：试样先在周围压力下排水固结， 3、固结排水剪试验：试样先在周围压力下排水固结，然 轴向压力直至破坏， 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 。

三轴剪切试验

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：。

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⑶反压力饱和：试样要求完全饱和时，应对试样施加反压力。反压力系统和周围压力系统相同(对不固结不排水剪试验可用同一套设备施加)，但应用双层体变管代替排水量管。试样装好后，调节孔隙水压力等于大气压力，关闭孔隙水压力阀、反压力阀、体变管阀、测记体变管读数。开周围压力阀，先对试样施加10~50kPa的周围压力，开孔隙水压力阀，待孔隙水压力变化稳定，测记读数，关孔隙水压力阀。反压力应分级施加，同时分级施加周围压力，以尽量减少对试样的扰动。周围压力和反压力的每级增量宜为30kPa，开体变管阀和反压力阀，同时施加周围压力和反压力，缓慢打开孔隙水压力阀，检查孔隙水压力增量，待孔隙水压力稳定后，测孔隙水压力和体变管读数，再施加下一级周围压力和反压力。计算每级周围压力引起的孔隙水压力增量，当与之比u/30.98时，认为试样饱和。
(3)检查排水管路是否通畅；活塞在轴套内滑动是否正常；连接处有无漏水现象。仪器检查完毕，关周围压力阀、孔隙压力阀和排水阀，以备使用。
(4)橡皮膜在使用前应作仔细检查。其方法是在膜内充气，扎紧两端，然后在水下检查有无漏气。
2、试样制备
原状试样，可从钻孔原状土柱或试坑原状土块中切取。
试样尺寸应符合下列要求：直径3.91cm的试样，允许最大粒径为2.0mm；直径6.18cm的试样，允许最大粒径为5.0mm；直径10.1cm的试样，允许最大粒径为10.0mm，但也允许个别超径颗粒存在。超径颗粒的粒径不应超过试样直径的1/5。
将切削好的试样称重，准确到0.1g。试样高度和直径用卡尺量测，并按下式计算试样的平均直径：
式中：D1、D2、D3分别为试样上、中、下部位的直径。
取切下的余土，平行测定含水量，取其平均值作为试样的含水量(同一组原状试样，含水量差值不宜大于2％)。
3Байду номын сангаас试样饱和
根据试样的性质有抽气饱和、水头饱和和反压力饱和等几种饱和方法。
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。
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。可反复几次，直到气泡完全冲出为止。必须注意，不要使贮槽内水银冲出指示器。排气完毕后，从贮槽中移回水银，关闭孔隙压力阀和量管阀，用调压筒施加压力，检查孔隙压力量测系统的体积因数，要求该体积因数小于1.510-5cm3/kPa。孔隙压力也可用传感器量测。
对于较软的土样，先用钢丝锯或削土刀切取一稍大于规定尺寸的土柱，放在切土盘上、下圆盘之间，再用钢丝锯或削土刀紧靠侧板，由上往下细心切削，边切削边转动圆盘，直到土样被削成规定直径为止。然后按试验要求的试样高度，截取试样，并削平上下两端，见附图10.7。
对于较硬的土样，先用削土刀或钢丝锯切取一稍大于规定尺寸的土样，上下两端削平，按试样的要求层次方向，放在切土架上，用切土器切削。先在切土器环刀口内壁涂上一层薄的油或凡士林，将切土器的刀口对准土样，边削土边压切土器，一直切削到比要求的试样高度约高2cm为止，然后拆开切土器，将试样取出，按要求的高度将两端削平，见附图10.8。
⑵水头饱和：将试样安装于压力室内。试样周围不贴滤纸条，施加20kPa周围压力。提高试样底部量管水位，降低试样顶部量管的水位，使两管水位差在1m左右，打开孔隙水压力阀、量管阀和排水管阀，使纯水从底部进入试样，从试样顶部溢出，直至流入水量和溢出水量相等为止。当需要提高试样的饱和度时，宜在水头饱和前，从底部将二氧化碳气体通入试样，置换孔隙中的空气。二氧化碳的压力以5~10kPa为宜，再进行水头饱和。
⑴抽气饱和：将试样装人饱和器内(附图6.6)置于抽气缸内，盖紧后进行抽气，当真空度接近一个大气压后，对于粉质土(壤土)再继续抽半小时以上，粘质土抽1小时以上，密实的粘质土抽2小时以上，然后徐徐注入清水，并使真空度保持稳定。待饱和器完全淹没在水中后，停止抽气。解除抽气缸内的真空，让试样在抽气缸内静置10小时以上然后取出试样称重。
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3，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＝1-3，小主应力是周围压力3。由一个试样所得的1和3，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，附图10.1所示。
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3和轴向偏应力（1-3），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。