三轴剪切试验
三轴剪切试验
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
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。
三轴试验
剪切试样按下列步骤进行： （1）将轴向测力计、轴向变形百分表及孔隙 水压力读数均调整至零民。 （2）选择剪切应变速率，进行剪切。粘质土 每分钟应变为0.05%～0.1%；粉质土每分钟应变 0.1%～0.5%。 （3）测记轴向压力、孔隙水压力和轴向变形。 （4）试验结束，关电动机和各阀门，开排气 阀，排除压力室内的水，拆除试样，描述试样破 坏形状。称试样质量并测定含水量。
破坏后的试样
1.不固结不排水试验
（1）剪切应变速率宜为每分钟应变0.5%～ 1.0％。 （2）启动电动机，开始剪切。试样每产生 0.3%～0.4％的轴向应变，测记一次测力计读数和 轴向变形值。当轴向应变大于3％，每隔0.7%～ 0.8％的应变值测记一次读数。 （3）当测力计读数出现峰值时，剪切应继续 进行，超过5%的轴向应变为止。当测力计读数无 峰值时，剪切进行到轴向应变为15%～20%。 （4）试验结束，关电动机，关周围压力阀， 开排气阀，排除压力室内的水，拆除试样，描述 试样破坏形状。称试样质量，并测定含水量。
4.3.2 三轴压缩试验
横梁
试样应力特点
与试验方法
百分表
量力环
量 水 管
试 样
强度包线 试验类型 优缺点
孔压 量测
围压 力 3 阀门
马达
阀门
二、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c 和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 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 。
三轴剪切试验总结
tg c ϕστ⨯+=
τ=f 三轴剪切试验总结
.试验围压3σ，保持不变，
此时试件各向主应力相等， 试件不产生任何剪应力，
不发生破坏。
通过轴向加荷系统施加压力，当轴向压力增大，试件受剪破坏，设剪切破坏时，轴向加荷系统加在试件上的竖向应力（偏应力）为1σ∆，则试件破坏时的最大主应力
131σσσ∆+=311σσσ-=∆，当1σ大于轴向压力时候，试件未发生破坏，当1σ小
于轴向压力时候，试件未发生破坏
不固结不排水UU ：饱和粘性土快速加荷，孔隙水压力保持不变u u c ϕ,
固结排水CU ：施加围压3σ，允许试件充分排水，试件固结稳定后，关闭排水阀，施加
排水试验时，强度包线为斜线 时，强度包线同砂土，为通过原点的线
对于砂土，粘聚力为0，三轴剪切的应力圆的强度包线通过原点
3131sin σσσσϕ+-=
，有效内摩擦角u
2sin 3131-+-=σσσσϕι
对于超固结饱和粘土的不固结不排水，当固结不排水的cu cu C ,,3ϕσ已知时，不固结不排水的抗剪强度ο
σσ2
31-=
u
c ，
()cu
cu
u cu c ϕϕϕσσsin 1cos 2sin 131-⨯++⨯=
当固结不排水的cu ϕσσ,,31已知时，()()
cu
cu cu cu c ϕϕσϕσcos 2sin 1sin 131⨯+⨯--⨯=
正常固结饱和粘土三种试验强度包线比较 超固结饱和粘土强度包线比较
=。
【大学实验】土的三轴剪切试验PPT
• 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
9
• 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。
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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。
土工试验-三轴剪切试验指导书
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：。
土的三轴剪切试验
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。
直剪试验和三轴剪切试验对比分析
直剪试验和三轴剪切试验对比分析直剪试验（also known as the shear test）和三轴剪切试验（also known as the triaxial shear test）是土力学领域常用的试验方法，用于确定土壤的剪切强度参数和剪切应力-应变关系。
虽然这两种试验方法都是用于研究土壤的剪切性能，但它们在试验原理、试验设备、试验变量和试验结果方面存在一些不同之处。
下面将针对这些方面进行比较分析。
在试验原理方面，直剪试验是通过施加垂直于土体剪切平面的应力来实现的。
试样以垂直于剪切平面的方向应用剪切力，应变量通常是剪切位移，试验过程直观简单。
而三轴剪切试验则是通过施加三个相互垂直的应力来进行的。
试样在垂直剪切平面上施加垂直于该平面的应力，应变通常位移是沿三个方向的应变量。
这两种试验的原理差异使得它们在不同的试验条件下分析土壤剪切行为提供了不同的途径。
在试验设备方面，直剪试验设备相对简单，通常由剪切装置、变形计和荷载平台组成。
而三轴剪切试验设备则较为复杂，试验框架、油压装置和压力孔等组成。
三轴试验中的油压装置可以提供不同应力状态下的试验条件，更加灵活和全面。
但同时也需要更高的试验设备和成本。
在试验变量方面，直剪试验主要考虑的是土体的剪切强度参数，如极限剪切强度和剪切模量等。
而三轴剪切试验则可以研究土体的剪切强度参数，同时还可以获得土体的应力-应变关系。
三轴剪切试验可以模拟不同应力路径下的剪切行为，更全面地研究土体的力学性质。
在试验结果方面，直剪试验结果比较直观，可以获得土壤的抗剪强度和摩擦角等重要参数。
而三轴剪切试验结果可以获得土壤的强度参数，并可以绘制应力-应变曲线以研究土壤的应变特性。
三轴试验给予的应力状态，用于土体工程力学中的现象和问题更丰富和准确。
综上所述，直剪试验和三轴剪切试验在试验原理、试验设备、试验变量和试验结果等方面存在一定的差异。
选择合适的试验方法取决于所研究的土壤的力学性质以及实际应用的需要。
三轴剪切试验
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。
关于三轴试验的概念
关于三轴试验的概念
三轴试验（Triaxial test）或三轴剪切试验（Triaxial shear test），是土力学中现有决定剪应力强度参数最可靠的方法之一。
它在例行性试验或研究中广泛为使用。
在此试验中，一般所之土壤试体直径约1.4英寸（36毫米），长度为3英寸（76毫米）。
用薄橡皮膜包裹之试体放在一装有水或甘油之圆塑胶容器内。
经由容器内液体之压缩对试体施加围压。
要造成试体受剪破坏，我们必须透过一垂直之加载活塞来施加轴向应力。
黏土之压密-排水试验需要相当长的时间。
为此，可以为这些土壤做压密-不排水附带孔隙水压量测之试验来得到排水剪力强度参数。
因为在施加轴差应力时不准许试体排水，所以试验可以快速进行。
在不压密-不排水试验中，土壤试体在受围压时不准许排水。
试体在不排水的情况下以施加轴差应力来达到剪力破坏。
因为试体在任何一阶段都不排水，试验可以很快的施做完成。
因为施加围压土壤试体中之孔隙水压会增高到u c。
在施加轴差应力孔隙水压会进一步的增高。
岩石的三轴剪切实验原理
岩石的三轴剪切实验原理
岩石的三轴剪切实验是一种常用的岩石力学试验方法，用于研究岩石在复杂应力状态下的力学特性。
其原理如下：
1. 设备和样品准备：实验需要使用到三轴剪切试验机和岩石样品。
样品通常为圆柱形状，在试验前需要修整成标准的几何形状。
2. 应力施加：实验中，通过三轴剪切试验机施加压力，将样品放置在试验机的夹持装置中。
垂直于样品轴向的压力称为轴向应力，平行于样品轴向的两个平面上施加的压力称为剪切应力。
3. 应变测量：在施加压力的同时，通过应变计或位移传感器等装置测量样品的变形情况。
具体包括轴向应变和剪切应变。
4. 载荷控制：在实验中，可以通过控制试验机施加的载荷来控制样品的变形。
常用的载荷控制模式有单轴载荷控制、剪切载荷控制和围压载荷控制。
5. 实验参数记录：在进行实验时，需要记录下施加的轴向应力和剪切应力，以及相应的应变数据。
通过绘制应力-应变曲线可以了解样品的力学行为。
通过三轴剪切实验，可以得到岩石的黏弹性和强度特性。
这对于岩石力学研究以及地质工程设计具有重要意义。
三轴剪切试验
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实验方法
三轴压缩试验可分为不固结排水试验队 (UU)、固结不排水试验 (CU)、 以及固结排水剪试验(CD)等，在有条件的情况下也可按K0固结进行；
适用范围：测定粘性土和砂性土的总抗剪强度和有效抗剪强度参数。
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实验步骤
土样试件制备 ； 试样饱和 ：真空抽气饱和法 、水头饱和法 、反压力饱和法 ； 不固结不排水三轴试验(UU试验) (1) 制备土样。将原状土制备成略大于试样直径和高度的毛坯，置于切土器 内用钢丝锯或切土刀边削边旋转，直至满足试件的直径为止，然后按要求 的高度切除两端多余土样； (2) 装土。先把乳胶薄膜装在承膜筒内，用吸耳球从气嘴中吸气，使乳胶薄 膜贴紧筒壁，然后套在制备好试件外面，放在压力室的底座上 (在之前应首 先将压力室底座的透水石与管路系统以及孔隙水测定装置均需充分饱和并 放上一张滤纸)，翻下乳胶膜的下端与底座用橡皮筋扎紧，翻开乳胶膜的上 端与土样帽用橡皮筋扎紧，最后装上压力筒拧紧密封螺帽，并使传压活塞 与上样帽接触；
用摩尔-库仑破坏准则表示比较符合实际情况。即土体在各向主应力的作用
下，作用在某一应力面上的剪应力与法向应力之比达到某一比值，土体将
沿该面发生剪切破坏，而与作用的各向主应力的大小无关。摩尔-库仑破坏
准则的表达式为：
1 3 C cos 1 3 sin
2
2
常规三轴试验是取3~4个圆柱体试样，分别在其四周施加不同的恒定周围
实验目的
测定天然土体试件在某一固定周围压力下的抗剪强度 ，是根据摩尔-库
仑破坏准则测定土体的强度参数：凝聚力、内摩擦角 ；
说明：三轴压缩试验是用来测定土样试件在某一固定周围压力下的抗剪
三轴试验
4.3.2 三轴压缩试验
横梁
试样应力特点
与试验方法
百分表
量力环
量 水 管
试 样
强度包线 试验类型 优缺点
孔压 量测
围压 力 3 阀门
马达
阀门
二、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c 和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 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 。
破坏后的试样
1.不固结不排水试验
（1）剪切应变速率宜为每分钟应变0.5%～ 1.0％。 （2）启动电动机，开始剪切。试样每产生 0.3%～0.4％的轴向应变，测记一次测力计读数和 轴向变形值。当轴向应变大于3％，每隔0.7%～ 0.8％的应变值测记一次读数。 （3）当测力计读数出现峰值时，剪切应继续 进行，超过5%的轴向应变为止。当测力计读数无 峰值时，剪切进行到轴向应变为15%～20%。 （4）试验结束，关电动机，关周围压力阀， 开排气阀，排除压力室内的水，拆除试样，描述 试样破坏形状。称试样质量，并测定含水量。
安装轴向位移传感器
试样排水固结步骤：
施加周围压力
孔隙水压力阀，测定孔隙水压力。开排水阀。当需测定排水过程时， 测记排水管水面及孔隙水压力值，直至孔隙水压力消散95％以上。固 结完成后，关排水阀，测记排水管读数和孔隙水压力读数。
土的三轴剪切试验
三轴剪切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
压力（即小主应力σ3）下施加轴向压力（即主应力差σ1-σ3）进行剪切直至破坏，然后依照摩尔
一库仑理论，求得总抗剪强度参数和有效抗剪强度参数。
三轴试验分为不排水剪、固结不排 水剪和排水剪三种方法。 本次试验只做饱和试件固结不排水 剪--饱和的试样先在某一周压力下 排水固结，然后在保持不排水的情 况下增加轴向压力直至破坏，同时
【二】试样饱和：
将试样装入饱和器内后，置于抽气罐内、拧紧盖，进行抽气，当真空度接近一个大气压后，对粉质土 （壤上）再继续抽半个小时以上，粘质土抽1小时以上，然后徐徐注入清水，并使真空度保持稳定。 待饱和器完全淹没水中后，停止抽气，慢慢解除抽气罐内的真空，让试样在抽气罐内静置10小时以上， 然后待用。
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。
【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）。
击实筒、饱和器、切土盘、切土器、承膜 筒等。
天平、测微表、橡皮膜、扳手等。
仪器实物图
应
变
控
制
三
轴
仪
实验步骤 【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。
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
三轴剪切试验
测定天然土体试件在某一固定周围压力下的抗剪强度 ，是根据摩尔-库 仑破坏准则测定土体的强度参数：凝聚力、内摩擦角 ； 说明：三轴压缩试验是用来测定土样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 摩尔-库仑破坏准则确定土体的抗剪强度参数。一般认为，土体的破坏条件 用摩尔-库仑破坏准则表示比较符合实际情况。即土体在各向主应力的作用 下，作用在某一应力面上的剪应力与法向应力之比达到某一比值，土体将 沿该面发生剪切破坏，而与作用的各向主应力的大小无关。摩尔-库仑破坏 准则的表达式为： 1 3 1 3 C cos sin 2 2 常规三轴试验是取3~4个圆柱体试样，分别在其四周施加不同的恒定周围 压力（小主应力），随后逐渐增加轴向压力（大主应力）直至破坏为止。
说明：请你明白计算公式中每个符号的含义；
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数据记录
原始数据记录纸统一采用规定的实验报告纸； 原始数据纸上应该体现以下内容：实验项目名称、实验人姓名、实验日 期、指导教师签名；最重要的一条是实验原始数据应有对应的表明数据代 表的含义的项目名称。
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数据计算与分析
这里提三个问题供思考 1.三轴试验中，怎么确定是否要采用UU、CD、CU试验方法的？ 2. UU、CD、CU试验过程中的围压大小怎么确定? 3.三轴试验破坏取值标准如何确定？
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实验结论
请你把前面提到的三个问题的看法，或你对实验结果的有关意见作为实 验感受记录下来。
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实验步骤
(3) 施加周围压力。周围压力大小根据土样埋深或应力历史来决定，若土样 为正常压密状态，则3~4个土样的周围压力，应在自重应力附近选择，不宜 过大以免扰动土的结构； (4) 在不排水条件下测定试件的孔隙水压力； (5) 调整测量轴骸形的位移计和轴向压力测力环百分表的初始“零点”读数； (6) 施加轴向压力，按剪切应变速率取每分钟0.5％~1.0％启动电动机，当试 样每产生轴向应变为0.2％或0.5％时，测计测力环变形和孔隙水压力，直至 土样破坏或应变量进行到20％为止； (7) 试验结束即停机，卸除周围压力并拆除试样，描述试样破坏时形状；
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4土的抗剪强度和地基承载力
(3) 固结快剪。施加垂直压力后，允许试样充分排水固结， 待试样固结稳定后，再快速施加水平剪应力，使试样快速剪切而 破坏，可认为在剪切过程中来不及排水固结。
4.1.2.2土的抗剪强度测定方法 土的抗剪强度测定方法有多 种，室内有直接剪切试验、三轴剪切试验、无侧限抗压试验、现 场原位十字板剪切试验。
4土的抗剪强度和地基承载力
图4.2应变控制式直剪仪示意图
4土的抗剪强度和地基承载力
直剪试验设备简单，操作方便，易于掌握，因而在工程中普 遍采用。但它的缺点也不少，主要有：
（1） 剪切面限定在上、下盒之间的平面，而不是沿土样最薄 弱的面剪坏；
（2） 剪切过程中剪应变分布不均匀，应力状态复杂，但仍按 均匀分布计算；
4土的抗剪强度和地基承载力
图4.3三轴压缩仪
4土的抗剪强度和地基承载力
三轴剪切试验时土样的受力状态如图4.4所示。 三轴剪切试验突出优点是： （1） 能严格控制排水条件，准确测定试样在剪切过程中孔隙 水压力变化情况，从而可定量获得土中有效应力的变化情况。 （2） 土样的破坏面是在最弱的面上，试样中的应力条件明确。 （3） 除测定抗压强度指标外，还可测孔隙水压力系数、侧压 力系数等土工参数。三轴剪切试验的缺点是试件中的主应力σ2=σ3， 而实际上土体的受力状态未必都属于这类轴对称情况。
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4土的抗剪强度和地基承载力
土的抗剪强度用直接剪切试验是最早的试验方法，国 内外应用很广泛。直接剪切试验的主要仪器为直剪仪，直 剪仪分为应力控制式和应变控制式两种。两种仪器的区别 在于施加水平剪切的荷载方式不同，后者优于前者。下面 介绍应变控制式直剪仪的试验方法。
应变控制式直剪仪的构造如图4.2所示。
图4.6饱和土不排水剪切试验
4土的抗剪强度和地基承载力
无侧限压缩试验时只需对一个试样加压破坏就能求得 强度包线，如图4.7所示。
图4.7无侧限压缩试验
4土的抗剪强度和地基承载力
无侧限抗压强度试验还可用来测定土的灵敏度。其方法是 先将同一种土的原状土和重塑土分别进行无侧限抗压强度试验， 所得原状土与重塑土的强度比值为灵敏度St，即
绪论 1 土的物理性质及工程分类 2土中应力计算 3地基的变形 4土的抗剪强度和地基承载力 5天然地基上浅基础设计
6边坡稳定及挡土墙 7箱型基础 8桩基础 9地基处理 10特殊土地基 11土工试验
4土的抗剪强度和地基承载力
【职业能力目标】通过课堂学习和试验技能训练，学生依据建 筑物的实际情况和所在场地的地质条件能准确地选择土的抗剪强 度指标和确定地基承载力，使学生具有一定的土工试验动手能力。
4土的抗剪强度和地基承载力
4.1.2库仑定律 4.1.2.1库仑定律
4土的抗剪强度和地基承载力
式（4.1）与式（4.2）一起统称为库仑定律，可分别用图4.1 （a）、（b）表示。
图4.1抗剪强度与法向应力之间的关系
4土的抗剪强度和地基承载力
依据排水条件不同可分为： (1) 慢剪。施加垂直压应力后，允许试样充分排水固结，待 固结稳定后，再以缓慢的剪切速率施加水平剪应力，使试样在 剪切过程中有充分时间排水，直至剪切破坏。 (2) 快剪。施加垂直压应力后，不待试样固结，立即快速施 加水平应力，使试样快速剪切而破坏。由于剪切速率快，可认 为试样在短暂的剪切过程中来不及排水固结。
【学习目标】理解抗剪强度的概念及土的极限平衡条件；掌 握库仑定律、抗剪强度试验方法及土的应力状态；了解地基变形 三阶段及临塑荷载、临界荷载和极限荷载的概念及计算；掌握地 基承载力特征值的确定与修正计算；了解地基勘察内容。
4土的抗剪强度和地基承载力
4.1土的抗剪强度 土的抗剪强度是土的重要力学性质之一。在土木工程建设工 作中，对于土体稳定性的计算而言，抗剪强度是其中最重要的计 算参数。能否正确测定土的抗剪强度，往往是设计质量和工程成 败的关键所在。 4.1.1土的抗剪强度的基本概念 土的抗剪强度是指土体抵抗 剪切破坏的极限能力。当土体受到荷载作用后，土体的破坏通常 表现为它的一部分相对于另一部分的滑动。
4土的抗剪强度和地基承载力
4 十字板剪切试验当地基为软黏土时，取原状土困难。为避 免在取土、运送与制备土样过程中受扰动而影响室内土工试验 结果的可靠性，可采用抗剪强度的原位测试方法，即十字板剪 切试验。该试验所用仪器是十字板剪切仪，其板头由两片正交 的金属板及垂直的轴杆组成，如图4.8所示。
4土的抗剪强度和地基承载力
4土的抗剪强度和地基承载力
（3） 剪切过程中，土样剪切面逐渐缩小，且垂直荷载发生偏 心，但在计算强度时仍按面积不变和剪应力均匀分布计算；
4土ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ抗剪强度和地基承载力
（4） 试验不能严格控制排水条件和测量孔隙水压力值，快 剪仍有排水，这对试验结果有很大影响。
2三轴剪切试验 三轴剪切试验是一种较完善的测定土抗 剪强度的实验方法，与直接剪切试验相比，三轴剪切试验试样 中的应力比较明确和均匀。试验所用三轴压缩仪同样分为应力 控制式和应变控制式两种。下面介绍应变控制式三轴压缩仪的 试验方法，其构造如图4.3所示。由压力室、周围压力系统、轴 向加压系统、孔隙水压力系统、反压力系统和主机等组成。
4土的抗剪强度和地基承载力
三轴压缩仪比较复杂，价格也较贵，操作技术要求高，故目前国内 应用还不普遍。《规范》规定，对于一级建筑物应采用三轴压缩试 验，测定地基土的φ、c值。
图4.4三轴试验时土样受力状态
图4.5三轴试验结果
4土的抗剪强度和地基承载力
3无侧限抗压强度试验 无侧限抗压强度试验如同三轴剪切 试验中σ3=0时的特殊情况。饱和黏性土样在三轴仪上进行试验时， 不排水剪切试验的破坏包线接近于一条水平线，如图4.6所示。
图4.8 十字板示意图
4土的抗剪强度和地基承载力
计算时假定： （1） 剪破面为一圆柱面，圆柱的高度和直径就等于十字 板的高度和宽度，如图4.8中虚线所示； （2） 圆柱侧面和上下端的抗剪强度相等。于是，就可根 据作用力矩应等于圆柱侧面和上、下端面上的抵抗力矩之和 计算其抗剪强度，即
4土的抗剪强度和地基承载力