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三轴实验设计一、实验目的：研究卸荷条件下软土破坏标准与屈服准则。
二、实验主要仪器设备：① GDS 三轴仪；②GDSLAB 软件及PC ；③切土盘或切土器、钢丝锯及切土刀；④真空饱和装置及土样饱和器；⑤乘膜筒；⑥对开圆模；⑦除气水设备；⑧电子称（最小分度值0.01g ）；⑨乳胶模、滤纸及透水石；⑩游标卡尺。
三、实验类型：（1）三轴压缩试验（CU ），6组，4个试样/组；（2不同围压（50 kPa 、100kPa 、200 kPa 、400 kPa 、600 kPa 、800 kPa ）下等向固结，各向同性固结压力下三轴压缩试验，6组，4个试样/组。
图1 不同应力路径示意图四、实验试样信息：土样来自深圳地铁深基坑淤泥质地层，现场薄壁取土器取样，取样深度6～12m ，工程勘察单位出具的基坑勘察资料，土样密封储运、固定湿度、温度保存，室内原状土试样制备依据现行土工试验规程要求制成试验标准试样。
图2 基坑示意图五、实验操作步骤：（一）三轴压缩试验（固结不排水剪切试验）地 面 地 面坑壁 中 心 坑壁坑 脚 pq o1. 检查实验仪器性能2.原状土试样制备及饱和2.1 试样制备1）开启原状土样，按包装上标识的上下方向放置，开启原状土样包装皮，将土样取出放正，整平两端，观察原状土样的颜色、气味、结构、夹杂物和均匀性及其他情况，并填写原状土样开土记录表。
2）将原状土样先用钢丝锯或切土刀切取一稍大于规定尺寸的土柱，然后放置于所需切削直径规格的切土盘上，用钢丝锯紧靠侧板，一边旋转土样，一边用钢丝锯由上往下细心进行切削，当上下切削完后，将土样装入标准尺寸两半对开模，用切土刀切去两端多余土柱，制成标准试样。
试样切削时应注意避免扰动，当试样表面遇有砾石或凹坑时，用切削下的余土补填。
切削过程应注意观察原状土样的情况，对其层次、气味、有无杂质、裂缝等进行描述。
对于直径为10cm 的软粘土土样可先用分样器分成3个土柱然后再按上述的方法切削成直径为38mm 的试样。
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）。
粘性土三轴剪切试验的实质应力和破坏条件分析摘要：粘性土具有压缩强度大、拉锁强度小的突出特征。
作为粘性土实质特性研究的重要方式，三轴剪切实验能过实现其实质应力和破坏条件的有效分析。
本文在阐述三轴剪切实验应用原理的基础上，从总应力表示和实质应力表示两个角度对三轴剪切实验的应力路径的进行分析；以期有利于人们对粘性土实质应力和破坏条件把握水平的提升，进而推动相关工程建设的规范发展。
关键词：粘性土；三轴剪切实验；实质应力；破坏条件粘性土是工程建设的常见土体材料之一，其在压硬性和剪胀性等方面的力学特征尤为突出。
然天然沉积的粘性土在应力状态上处于不等压固结状态，一旦受到外部作用，其必然在初始应力各向异性的影响下，产生一定的强度改变和变形破坏，对工程的建设造成影响。
基于此，进行粘性土实质应力和破坏条件的分析已成为粘性土基础工程建的重要问题。
目前，三轴剪切试验是实现这些特性分析的有效手段，本文就此展开分析。
一、三轴剪切实验的应用原理作为一种抗剪强度实验，三轴剪切实验以三轴仪为基础，通过对某一固定试样增加轴向压力，探究其实质应力强度和破坏条件的实践过程中。
实践过程中，人们也将其称为三轴压缩实验，其中摩尔-库伦强度理论是其实验设计的重要支撑。
具体而言，在三轴剪切实验中，其假定某一土体试样处于平衡状态，则其必然存在三种相互垂直的应力δ1、δ2和δ3，且其受力方向分别为x、y和z，同时与三个主应力垂直垂直的作用面分别称为大主应力面、中主应力面和小主应力面。
此时，在试样上进行轴向主应力δ1的增强，再不改变其它应力的状况下，使得土样的剪应力不断增大，直至破坏；由此，破坏时刻的应力值为土块试样的最大抗剪强度值，同时，实验人员也实现了试样破坏条件的具体把握。
二、通过总应力进行三轴实验应力路径表达初始应力状态标准下，重塑土和原状土试样的三轴剪切试验是三轴实验的两种基本形态[1]。
相比而言，原始场地转移和初始应力状态缺失是重塑土的基本特征；而原状土试样的三轴剪切实验以原始场地为基本载体，即其处于不等压固结状态，静止侧压力的系数Ｋ0不等于1。
在地球科学和地质工程领域中，岩石和土壤的力学行为一直是研究的重点。
本文将围绕三轴试验、应力路径、平均主应力和广义剪应力展开深入探讨。
一、三轴试验1. 三轴试验的定义和意义三轴试验是岩土力学领域中常用的一种试验方法，通过对岩土样本施加不同的压力和剪切力，来模拟不同应力状态下岩土体的力学特性，从而研究岩土的变形和破坏规律，为工程实践提供依据。
2. 三轴试验的基本原理在三轴试验中，岩土样本会受到三个轴向的应力作用：径向应力、周向应力和轴向应力。
通过改变这三个应力的大小和方向，可以实现不同的应力路径，从而模拟岩土体在不同地质条件下的受力状态。
二、应力路径1. 应力路径的概念应力路径是指岩土体在受力过程中，应力状态随时间的变化轨迹。
不同的应力路径会导致岩土体不同的变形和破坏特性，因此对岩土工程而言，应力路径的选择和控制至关重要。
2. 应力路径的分类一般来说，应力路径可以分为固定应力路径和变动应力路径两种。
固定应力路径是指在试验或工程过程中，应力状态沿着固定的轨迹变化，而变动应力路径则是指应力状态随时间或其他因素而变化的轨迹。
三、平均主应力1. 平均主应力的定义在三轴试验中，平均主应力是指在三轴应力状态下，样本中心处受到的平均应力。
平均主应力的大小和方向对岩土体的变形和破坏具有重要影响，因此平均主应力的确定是岩土力学研究的重点之一。
2. 平均主应力对岩土体性质的影响平均主应力的大小和变化会直接影响岩土体的强度、变形和破坏特性。
对于不同类型的岩土体，其受到的平均主应力的承受能力和变形特性也各不相同，因此在岩土工程设计中需要充分考虑平均主应力的影响。
四、广义剪应力1. 广义剪应力的概念广义剪应力是指岩土体在三轴应力状态下受到的主应力和剪应力之间的复合应力状态。
广义剪应力的存在使得岩土体的变形和破坏行为更加复杂，因此在岩土力学研究和工程实践中备受关注。
2. 广义剪应力与变形行为的关系广义剪应力对岩土体的变形和破坏过程有着重要影响，特别是在复杂应力状态下，广义剪应力的作用更加显著。
