GDS三轴试验技术与方法第一部分
GDS三轴实验技术与方法第二部分
图 7 饱和土与非饱和土的简单说明
当评估不饱和土壤时,Fredlund 和 Rahardjo(1993)建议不 仅仅考虑现场的有效应力，而采用两个应力变量：常规应力 （σ − ������������）和基质吸力（������������ − ������������）, σ为总法相应力，������������为孔隙 水压力，������������为孔隙气压力，并且������������ > ������������。由于孔隙气压力的存 在，在研究非饱和土时需要额外的硬件，在测试试样体变时也需 要更加复杂的方法。
1. 使用空气气压/体积控制器。 2. 采用内压力室和小量程的差压传感器。 3. 采用双层压力室。 4. 采用局部轴向和径向应变传感器。
每一种测量体变的方法都采用了不同的技术，同时它们也有各自 的优点和缺点。对于各种方法的总结如下：
如图 8 所示，气压力通过试样帽施加，反压（孔隙水压力） 通过基座施加。采用最适合高压空气的圆盘作为底座，或者 HAEPD。HAEPD 需要将孔隙气和孔隙水分开，使试样维持一个基 质吸力
局部应变测量
常规三轴系统测量变形的传感器通常在三轴压力室的外部。 在这种情况下，位移传感器安装在加压杆（第一部分图 2：三轴 试验介绍）上面，轴向应变通过反压控制器的体积变化或者位移 传感器来测量。
局部径向位 移传感器（霍 尔效应）
插入弯曲供足够的精度应变测 量，但不能测量刚度或者强度的峰值或者最有代表原位土壤响应 剪切区发生的小应变。这主要是由于位移传感器测量的数值包括 系统运动和变形等一些无关试样体积变化的量。基座损坏、顶帽 被压入试样顶部，也造成无法精确测量小应变。试样顶部和底部 与顶盖和底座接触产生摩擦使得试样高度范围内产生不均匀的 变形，这意味着只有中间三分之一的试样被认为是不受限制的, 构成主剪切区域，这最代表原状土的响应。
三轴试验操作
三轴试验操作步骤1、准备试件，用游标卡尺测量试件长度和直径，用电子天平测量试件质量，并做记录。
2、准备与试件直径相同的上下钢垫块（如有做水压试验则用专用的水压垫块），测量垫块和试件的总长度，准备相应直径的热缩管，热缩管长度比测量总长度少5～10mm，将热缩管套置在垫块和试件上。
3、打开热吹风至最大档，先从下到上将热缩管两侧棱热缩至平滑，然后整个热缩，热缩路径为螺旋式上升。
（图中为缩好的试样和垫块）4、用O型圈分别套在上下垫块的热缩管上。
5、将引申仪套在缩好的样和垫块上，并固定引伸仪底座（以径向引伸仪为试样高度一半为宜），将轴向变形锥固定在上垫块上，注意轴向变形锥尽量保持水平，引伸仪轴向变形杆均应在变形锥外，接触即可，不要使引伸仪轴向变形杆有太大的变形；拧紧引伸仪径向变形杆的变形螺丝，保持与试样接触，同样不要使引伸仪径向变形杆有太大的变形；将装好的试验件放在三轴压力室底座的定位销上，将引伸仪的引线插头插入三轴缸内接口上 (如有水压则需连接进出水管)；在试件上垫块上放置钢垫块，将三轴球形垫（凹面向上）放在钢垫块上，居中；注意从三轴缸内的底座到钢垫块的高度不得超过298mm)。
6、调节三轴压力室底座小车，使压力室筒正好位于底座上方，底座居中；打开主油泵缓缓放下三轴缸，注意三轴缸内壁不得与样品接触，三轴缸上的回油阀朝向后方，直至三轴缸底座卡垫上方，注意调整卡垫位置，使三轴缸能够顺利落下；当三轴缸顺利落下，与三轴缸底座接触没有缝隙时，一人水平端起三轴缸外套环，一人将卡垫卡住三轴缸，然后将三轴缸外套环水平向下套置在卡垫外；此过程须两人操作，操作过程中注意不要踩踏地面上的电线。
7、卸下三轴缸上的吊环；将径向变形和轴向变形引线插入三轴缸外的插槽中，拧紧；将三轴缸推入主机中（推的过程中注意引线，防止把引线拽断）；检查围压控制柜阀门，使其A、C处于开放状态；并打开压力室底座上透明管和加压管的开关检查三轴缸上的最外侧的回油阀，使其保持开启状态；8、打开控制箱中“EDC”电源开关；(如果不做水压试验则不用打开孔压系统电源)打开电脑中“Test”软件，选择连接“EDC”，会出现如下：点“刷新”会出现计算机所查找到的所有控制器选项(如有不同的机器设置则需要选择不同的设置号,默认设置号为1),点“全选”然后“连接”，连接上后将“EDC1”、“EDC2”和“EDC3”按钮按下，控制的相应通道颜色会有变化,如没反应，表明电脑不能控制硬件，停止试验；9、然后开始压力室充液，打开主控制柜上送油开关，当压力室围压油从回油阀流出时，关闭压力室充液泵电源；关闭回油阀、A阀、压力室底座透明管阀；将压力室推至主油缸上,接触轨道上的垫块对正10、调整油源压力,红圈中旋柄顺时针为加压,逆时针为减压,(压力数在压力表上显示,12Mpa时轴压大约可加载到出水口进水口800kN)，同时把冷却水管接到水源上，(注意进出水方向).打开水源进行冷却。
GDS三轴试验技术与方法第一部分
UU试验最为简单快捷，试验过程中土样只需进行总应力的 控制和记录。可以测试不排水情况下土体抗剪强度，用来评估短 期状态下土体稳定性（例如用于施工项目进行期间测试，或者跟 随测试）。注意：该试验一般用于粘性土中。
CD试验另一方面适用于长时间荷载加载下的反应，在有效 应力下可得到其力学参数（如c、Φ值），试验需要消耗大量时 间来完成，因为对于粘性土，需要施加足够慢的剪切速率才能对 孔隙水压力产生微小变化。
图1 三轴试验的工程应用
三轴试验组成
三轴试验一般需要一个直径38mm~100mm的圆柱形土样，放 进压力室内受压。大多数试样高径比约2:1，且用橡胶模包裹。
图 2 三轴压力室的土体试样一般配置
三轴试验的类型
以下三种为主要的实验室分析方法，不同的工程应用都能得 到相应的力学参数。
• (UU) 不固结不排水 • (CU) 固结不排水 • (CD) 固结排水
2
一般三轴试验过程
本报告简要介绍下这个部分，三轴试验，作为室内岩土试 验的标准（BS1377 第8部分，1990年）主要包括4个步骤：试 样和系统准备过程、饱和、固结和剪切（注意，UU试验中不 要饱和及固结，详见BS1377 第7部分，1990年）。以下基于 GDS三轴自动化系统来简要介绍每个步骤。
三轴试验技术与方法 1
Sean Rees 博士 2 （1．本系列第 1 部分，2. GDS 岩土试验研究专家）
综述：这三部系列主要用于介绍岩土工程试验中最为通用的方法之——三轴试验。该报告对三轴试验这个课题提供的详尽的介绍，包括许 多衍生可以用于评估土体响应范围内的工程应用。
Overview: This three part series has been written to introduce one of the most versatile tests in the geotechnical laboratory – the triaxial test. The papers provide a detailed introduction to the subject of triaxial testing, including the many variations available for assessing soil response across a range of engineering applications.
三轴仪实验操作
3、放下储水瓶
六、主机
1、打开阀门
2、打开排气阀
3、排水（待压力室水排净）
4、拧开压力室底端三个螺栓
5、取土样
6、将手轮挂到手动挡，向右摇动，使轴与测力环完全脱开，不能超过下限
7、实验结束，拔掉电源。
七、打扫实验室，清理仪器！
CU实验前准备
排气首先在压力室底座上安装排水加压帽
8、拧紧手轮上螺钉，使手轮不能转动
9、按“启动/停止”键（下限、启动指示灯亮，待压力稳定，启动指示灯亮）。
四、主机
1、将手轮挂上档（手轮转不动）
2、摇动手轮调整档位
3、将两块百分表指针归零
4、将开关拨到“升”键（开始工作）
5、记读数
6、将开关拨到“停”键（表示停止），不能拨到“降”
五、控制仪
1、按“启动/停止”键（表示停止，启动指示灯灭）。
10、均匀拧紧压力室螺栓。
11、打开阀门，待压力室水注满从排气孔溢出，拧紧排气孔螺钉，将号阀门旋转180度。
三、控制仪
1、打开电源开关（冬天/梅雨季节预热5-10min）
2、按围压清零键
3、按预置键
4、按“十”号键（按出2）
5、按“个”号键（按出1）
6、按预置键（表示确定）
7、将 左边手轮向右转，使上端压力表指针接近0.2.
排完气后，向两根玻璃管里注水，使水与压力室里的土样中的平齐。
下面操作试验开始，与做UU试验相同。
只是等围压稳定后，再等待孔压稳定（记下孔压的稳定数），打开3阀门，等待消散应力（记下最后的消散数字），关闭3阀门，开始剪切（与围压剪切一样）。
1. 先排1阀门的气（同围压一样）
三轴试验
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。
gdstts 应力路径三轴仪工作原理
gdstts 应力路径三轴仪工作原理
GDS应力路径三轴仪GDSTTS是一种全自动的高级三轴试验系统。
它基于经典的Bishop&Wesley压力室，可以进行饱和度检查、未固结不排水三轴、固结排水三轴、固结不排水三轴、固结三轴、恒加载速率、恒应变速率、慢循环试验、K0、多阶段试验、准静态试验和应力路径测试等各种试验。
GDSTTS的工作原理主要是利用压力传感器和应变传感器对三轴土样进行测量和控制，从而获取土样在不同压力条件下的力学参数。
压力传感器可以准确测量三轴压力室内部的压力，而应变传感器可以测量土样在不同应力状态下的变形情况，如局部应变测量、非饱和土试验和弯曲元试验等。
通过GDSTTS的控制系统，可以实现对三轴土样施加不同的应力路径和加载速率，并实时监测土样的应力、应变和孔隙水压力等参数的变化情况。
GDS应力路径三轴试验系统是一款性价比高的研究型静三轴和应力路径三轴试验系统，根据配置不同的压力/体积控制器，该静三轴仪又分为STDTTS，ADVTTS和HPTTS三款不同的型号。
ADVTTS保留了行业范围内广泛使用的研究型试验的应力路径系统的全部优点。
此外，GDSTTS还可以进行各种高级土工试验，例如应力路径、低频循环和K0试验等，具有压力测量精度和分辨率等高的技术参数，可以根据用户要求和预算来配置。
GDS三轴仪的非饱和土试验操作方法_李孝平 (1)
灾害与防治工程2008年第2期(总第65期)GDS三轴仪的非饱和土试验操作方法李孝平 王世梅 李晓云 赖小玲摘要:与传统三轴仪相比,GDS三轴仪有着显著的优势。
对GDS三轴仪的组成部分、工作原理和试验过程中的具体操作进行了详细介绍,并应用GDS三轴仪研究了某高心墙堆石坝非饱和土填料的强度特征,得到了该土样的抗剪强度参数。
关键词:GDS三轴仪; 非饱和土; 陶土板; 基质吸力The Method of Unsaturated Soil with GDS Tri-axial Apparatus Li Xiaoping Wang Shimei Li Xiaoyun Lai XiaolingA bstract Compared w ith co nventio nal tri-axial appa ratus,tri-axial apparatus GDS has no-table advantages.The paper illustrates tri-axial apparatus GDS in detail,including the com po nent and the principle to the specific ope ra tion in the testing pro cess.Some GDS tri-axial tests w ere carried out herein to analyze unsaturated soil strength fo r so me em bank-m ent filling m aterial,and we receiv e the shear strength pa rameters.Keywords GDS tri-axial apparatus; unsaturated soil; ceramic disk; m atric suctio n传统三轴仪暴露出很大弊端[1],而GDS标准应力路径试验系统与常规三轴仪相比,有其突出的特点。
三轴实验-1讲解
三轴实验-1讲解土工试验Wi ndows视窗版［程序控制（全自动）三轴仪〗使用说明书十二年不断研究改进的技术成果集300家试验室应用的点滴经验Windows 平台增强系统应用功能南京智龙科技开发有限公司2005年3月南京3.3 三轴试验（含无侧限抗压强度试验）三轴试验采样程序用于常规三轴（uu、cu、c D试验、无侧限压缩试验的数据采集，亦支持个试样多级加载三轴试验的数据采集。
本节还介绍使用程序控制三轴仪（全自动三轴仪）的过程控制和数据采集。
同一土样的各试样试验的v土样编号〉输入必须一致。
3.3.1 使用常规三轴仪三轴试验的采样过程，参见“三轴试验数据采集程序流程示意图”。
程序流程示意图程序控制下的试验是使用全自动三轴仪进行的。
3.3.1.1 试验参数、动态显示、操作指令⑴ 试验参数的设置轴向应变一一试验终点的最大应变，是控制采样设置的条件。
程序的设置是，应力如出现峰值将再经 3%的应变结束采样；否则按设置的应变结束采样。
对于一个试样多级加载试验，应是各级应变量累加值。
加荷级数一一程序区别是否做一个试样多级加载试验的参数。
正常试验设1,大于1的数表示是多级加载。
一个试样最多可设6级。
三轴试验数据采集打开三轴米样视窗输入试验参数无侧限压缩试验设围压为零其余同UU 试验）检查或作饱和处理一指令：放弃试验（通道恢复空闲）y—?I 指令：开始试验设置压力参数设置主机速率＞记录初始孔压与量管读数轴压前仪器调试输入固结排水量多级剪?线过零点?多级剪?指令：开始剪切 *指令：倒车后退____ n数据存盘现异常试验终点?多级剪?结束试验?压力稳定指令：开始剪切数据存盘*指令：放弃试验1通道恢复空闲H系统待命+试验结束关机设置自控参数加围压*排水固结、测孔压读数、关排水阀n指令：结束固结设置轴向应变指令：开始剪切 yn d=加下级围压y加密采样指令：修正零点或应变■^n 选定终点控制标准d=3mm1T辛采集数据文件yy<试验?一*指令：暂停剪切yn停机转入次级试验忆设定步长采样匚n加下一级围压排除故障继续试验?稳定标准一一为一个试样多级加载试验时设置，程序按设定的应力增量（N）来判断试验的终点。
GDS-控制吸力的三轴(1)
GDS-控制吸力的三轴相关文献：基于GDS 的非饱和红土强度三轴试验研究基于GDS的原状黄土性状试验研究_齐明山吴宏伟.陈锐.非饱和土试验中的先进吸力控制技术殷建华.新双室三轴仪用于非饱和土体积变化的连续测量和三轴压缩试验李晓云.赵宝平.基于GDS的非饱和土强度三轴试验研究李孝平.王世梅.李晓云等．GDS三轴仪的非饱和土试验操作方法●基于GDS的原状黄土性状试验研究_齐明山⏹仪器基本组件反压控制器(Back Pressure Controller)通过细合成塑料管与试样底座相连,底座上预留有小孔,从而将反压控制器中的水与上样孔隙中的水连为一体,因此反压控制器量测、控制试样中的孔隙水压力,以及试样中孔隙水体积变化。
对于饱和土,试样中的孔隙水体积变化即为试样体变;对于非饱和土,还需要量测孔隙气体积变化,这就涉及到气压控制器。
反压控制器的精度与围控制器相同。
⏹试样的制备方法针对非饱和土在三轴试验中固结和剪切阶段的排水情况不同非饱和土三轴试验可分为以下几类:①固结排水(CD)试验,试样先行固结,然后在允许孔隙气和孔隙水外排的条件下进行剪切; ②常含水量(CW)试验,试样先行固结,再剪切,剪切过程中只允许孔隙气外排,不允许孔隙水外排; ③固结不排水(CU)试验,试样先行固结,再剪切,剪切过程中孔隙气和孔隙水均不允许外排;④不排水(UU)试验,试样不经过固结直接剪切,剪切过程中孔隙气和孔隙水均不允许外排,在施加围压和主应力差两个阶段都是这样; ⑤无侧限压缩(UC)试验,这是不排水试验的一种特殊情况,剪切试验过程中不施加围压力于试样上。
普通三轴试样在制备时一般控制含水量差值不宜大于2%,干密度差值不宜超过0.3KN/m3。
由于原状黄土的干密度的差异,使得试样在同一含水量下的饱和度往往存在较大差异,而对非饱和土来说饱和度是影响基质吸力的主要因素。
为减小干密度差异带来的影响,控制试样干密度差值不大于0.2KN/m3。
gds动三轴仪器使用方法
gds动三轴仪器使用方法1. 初识GDS动三轴仪器嘿，朋友们！今天咱们来聊聊那款叫做GDS动三轴仪器的东东。
这个仪器听起来是不是有点高大上？其实它可不是高高在上的学问，而是实实在在用来研究土壤和岩石的好帮手哦！你看，在工程建设中，了解土壤的特性可是非常重要的，毕竟“根深才能叶茂”，这句话一点儿都不假。
那GDS动三轴仪器到底是个什么活儿？简单说，它就像是个测量土壤力学特性的大神，能帮我们搞清楚土壤在压力、剪切等各种条件下的表现。
是不是很神奇？2. 使用前的小准备2.1 设备检查在开始前，有几个准备工作得做好，别小看这些步骤，它们和做饭前切菜一样重要！首先，你得检查一下设备，看看有没有破损。
这就像是开车之前要检查轮胎、油量一样，咱们不能因为一个小问题，就让工程搁浅了，更不能因为疏忽出个大丑哦！接着，咱们要确保仪器的电源充足，记得插上电，没电可就尴尬了。
2.2 材料准备然后，你得准备好实验材料。
土样的选择就像挑菜一样，要新鲜、合适，让我来给你简单说说：首先，取样要小心，毕竟土壤也是有脸面的，别搞得“千疮百孔”就不好了。
其次，选样前，最好先了解一下你要测试土壤的相关信息，这样就能心中有数，更容易得出结论，毕竟“知己知彼”，你说是不是？3. 操作步骤3.1 设定参数好了，现在终于可以开始使用这台GDS动三轴仪器了！首先，你得设定好参数。
记得这些参数就像是拍照时调焦一样，调好了，才能拍出漂亮的照片！最重要的就是设定应该模拟的土壤环境，包括土壤的剪切强度和压力。
这个过程千万不能急，心急吃不了热豆腐，慢慢来才能把事情做好！3.2 进行测试接下来，咱们就可以把土样放到仪器里了，轻轻松松地放进去，不要一甩就扔了哦，兽性大发可不行。
然后开始测试，真的是神奇，你会看到仪器开始生产数据，仿佛是一个老道的投资者，开始计算土壤的“股价”！这个过程其实不久，稍等片刻后，你就能获得关于土壤的大量信息。
多么神奇的体验啊！简直是科技的魅力！4. 测试后的处理4.1 记录数据测试结束后，你得好好记下这些数据，就像记录人生中的重大时刻一样。
gds应力路径三轴仪试验原理
GDS（Geotechnical Data System）应力路径三轴仪试验是一种用于土壤力学研究的实验方法，主要用于模拟土壤在不同应力条件下的变形和破坏行为。
其原理如下：
1. 试样制备：首先需要制备一个代表实际土壤的试样，通常使用圆柱形试样。
试样的直径和高度可以根据实际需要进行调整。
2. 试验装置：GDS应力路径三轴仪试验需要使用一个特殊的试验装置，包括一个三轴仪和一个控制系统。
三轴仪由一个压力室和一个变形测量系统组成。
3. 应力施加：试样放置在压力室中，通过施加水平和垂直方向的应力来模拟实际土壤中的应力状态。
水平应力通过施加侧压力来实现，垂直应力通过施加顶部压力来实现。
4. 变形测量：在施加应力的同时，通过变形测量系统来监测试样的变形情况。
变形测量系统通常包括位移传感器和应变计等设备，可以实时记录试样的变形量。
5. 应力路径控制：在试验过程中，可以通过控制系统来调整施加的应力大小和方向，以模拟不同的应力路径。
应力路径
可以根据实际需要进行设定，例如单轴压缩、剪切等。
6. 数据记录和分析：试验过程中的数据可以通过控制系统进行记录和保存。
通过对试验数据的分析，可以得到土壤在不同应力条件下的力学性质和变形特性。
总之，GDS应力路径三轴仪试验通过施加不同方向和大小的应力，模拟土壤在实际工程中的应力状态，从而研究土壤的力学性质和变形行为。
这种试验方法在土壤力学研究和工程设计中具有重要的应用价值。
GDS三轴仪的非饱和土试验操作方法
摘要： 与传 统 三轴仪 相 比 ， ＤＳ三轴 仪有 着 显著 的优 势． ＧＤ Ｇ 对 Ｓ三轴仪 进 行 了详 细 介 绍 ， 其 组 成 从 部分 、 工作 原理 到试 验过 程 中的具 体 操作 ， 应用 Ｇ 并 ＤＳ三轴 仪研 究 了某高 心 墙 堆 石 坝 非饱 和 土填
料 的强度特 征 ， 到 了该 土样 的抗 剪 强度参 数． 得 关键 词 ： ＤＳ三轴仪 ； 非饱 和 土 ； 陶土 板 ； 基 质 吸力 Ｇ 中图分 类号 ： Ｕ４ １ Ｔ １ 文 献标 识码 ： Ａ 文章 编 号 ： ６ ２９ ８ ２ ０ ） ５０ ３ —４ １ ７ —４ Ｘ（ ０ ８ ０ —０ ７０
（ ． Ｃ ｌ ｇ ｆＣｉｉ １ ｏ ｌ ｅ ｏ ｖｌ＆ Ｈ ｙ ｒ ｐ ｗｅ ｇｎ ｅ ｉ ｇ，Ｃｈｎ ｒ ｅ Ｇｏ ｇ ｓ Ｕ ｎｖ ｅ ｄ ｏ ｏ ｒＥｎ ｉ ｅ ｒｎ ｉａ Ｔｈ ｅ ｒ ｅ ｉ．，Ｙｉｈ ｎ ４ ０ ２ ｃ ａ ｇ ４ ３ ０ ，Ｃｈ ｎ ； ２ ｉａ ．
方 式 ， 免 了 由 外 部 测 量 所 造 成 的 一 系 列 误 差 ， 而 避 因
压 控制 器分 别 控 制 轴 向压 力 、 围压 和 反 压 ， １台气 压
控 制器 控制 孔 隙气压 ）压 力 室 和数 据 采 集 系统 （ 括 、 包
传感器 、 数据采集 板和 电脑 ） ３大部 分组 成． ４台控 制 器
ｓ ｍｅ ｅ ｂ ｎ ｍｅ ｔｆｌ ｎ ｔ ｒａ ． Ｆ ｎ ｌ ｏ ｍ ａ ｋ ｎ ｉ ｉ ｇ ｍａ ｅ ｉ １ ｉ ａ ｌ ｌ ｙ，ｉ ｈ ａ ｔ ｅ ｇ ｈ ｐ ｒ ｍｅ ｅ ｓａ ｅ ｏ ｔ ｉ ｅ ． ｔ ｓ ｅ ｒ ｓ ｒ ｎ ｔ ａ ａ ｔ ｒ ｒ ｂ ａ ｎ ｄ ｓ
０ ｃ．２ ８ ｔ ００
基于GDS的非饱和土强度三轴试验研究
为孑隙气压力 ； Ｌ Ｌ ｕ 为孑 隙水压力 ； 为与吸力（。 有 关的 ｕ 一ｕ ）
摩擦角 。 中 ， 是用来反 映吸力对强 度贡献 的参数 。 其 非饱 和土
的 抗 剪 强 度 由有 效 粘 聚 力 Ｃ、 法 向应 力 （ 一 ） 起 的强 度 净 引
２ 室 内试验 与结果分析
２ １ 仪器 设 备 ．
０ Ｂｓｏ 公式 的合 理性 曾为许 多学者所接 受 ， 由于公式 中 ｏｉ ｐ ｈ 但
参数 取值 的影响因数 众多 ， 且吸力 的值也较难测定 ， 因而限制
了在工程实践中的应用。
另 一 类 是 Ｆｅｌ ｄ 于 双应 力状 态 变 量 建 立 的非 饱 和 土抗 ｒ ｕ 基 ｄｎ
剪切试验研究 了某高心墙堆石坝填料 的非饱和土三轴强度 。
维普资讯
第３ ９卷 第 １ ４期
２００８年 ７ 月
人 民 长 江
Ｙａ ｇｚ Ｒｉｅ ｎ ｔｅ ｖｒ
Ｖ０． ９． ．４ １３ Ｎｏ １
Ｊｌ ， ｕｙ
２ ０ ０８
文章编号 ：０ １ ４ ７ （０８ １ —０７ —０ １０ — １９２０ ）４ ００ ２
１ ． ．
摘要 ： 地球上 大部 分表层 土都处于非饱和状 态， 岩土工程 中经常会碰到 非饱 和土强度 问题 。 由于吸 力的影 响，
非饱和 土的 力学性状与饱 和土有着很 大的差异 。应用 Ｇ Ｓ三 轴仪 来研 究某 高心墙 堆石 坝填料 非饱 和 土的强 Ｄ
度特征 。结果表 明： 强度在低吸 力范围 内， 其 与吸力基本呈 线性 增长关 系， 验证 了非饱 和土的双 变量强度 理论
GDS三轴仪
什么是三轴试验编辑三轴试验原理根据力学试验原理，假定一土体保持平衡状态，则其中某一点必有三种作用于互相垂直面上的应力。
如从上体中切出一小立方体，如图“主应力与主应力面”所示，图中平行于X、Y、Z三个方向的力，分别称为大主应力σ1、中主应力σ2、小主应力σ3。
与三个主应力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。
三个主应力值的大小为σ1>σ2>σ3，且互相垂直，主应力面上只有法向应力，无剪应力。
这种应力状态，可以在室内用一个立方体试样进行模拟。
如图“刚性板结构的真三轴仪示意图”所示，利用六块可以互相移动的刚性板，分别施加σ1、σ2、σ3力于试样，使之达到破坏，并测定试样三个方向的变形和体积变化，这种试验称为真三轴试验。
真三轴试验所施加的应力和所测得的强度参数以及变形参数能较真实地反映实际情况。
然而这种试验的仪器构造复杂、操作麻烦。
目前除了作研究用外，很少被岩土工程师用于实际的工程勘察设计。
许多土工问题如土坡、路堤、挡土墙、码头等均属于平面问题，在设计上作为平面应变状态处理，即只考虑σ1和σ3。
在一些特殊情况下，如油罐基础，常按轴对称问题处理，即σ2=σ3。
三轴试验就是使试样在轴对称的应力状态下进行试验。
由于三轴试验比真三轴试验简单方便，因此得到了广泛应用。
主应力与主应力面三轴试验类型三轴试验的主要用途是测定土的强度和应力应变有关参数。
也常用来测定土的静止侧压力系数Ko、消散系数Cv、渗透系统K等。
三轴试验主要有以下几种类型：1、强度试验用三轴试验测定土的强度参数，有几种不同方法。
根据试验过程中排水条件，通常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）。
试验方法的选择，要根据设计要求、土的性质、施工速度、工程运用条件等而定。
2、应力路径试验前述三种常规试验方法的UU试验、CU试验和CD试验是用同一种加荷方式，在不同排水条件下进行的。
如用不同的加荷方式，在不同排水条件下进行试验，则称为应力路径试验。
三轴试验步骤
三轴试验步骤
一：压缩回弹试验
1：线性饱和
围压50kPa 反压48kPa 持续时间12h
围压100kPa 反压98kPa 持续时间12h
围压200kPa 反压198kPa 持续时间12h
围压400kPa 反压398kPa 持续时间12h
2：固结
当前反压值若为398kPa，则设置反压目标值为398kPa，围压目标值设为398kPa+25kPa（此时为需要固结的压力为25kPa），固结24h。
注意软件中此模块还是在饱和固结模块里面（第三栏）
3：压缩回弹
第一级固结结束后进入下一级固结压力，所需设置目标为压制同前所述。
所需固结压力为25kPa，50kPa，100kPa，200kPa，400kPa，200kPa，100kPa，50kPa，25kPa。
二：CD剪切试验
1：线性饱和
围压50kPa 反压48kPa 持续时间12h
围压100kPa 反压98kPa 持续时间12h
围压200kPa 反压198kPa 持续时间12h
围压400kPa 反压398kPa 持续时间12h
2：固结
目标设置方法同压缩回弹，所需固结压力为25kPa，固结结束后进行剪切，和压缩回弹试验不同，只进行一个压力级的固结即进行剪切。
3：剪切
剪切速率设置为0.01mm/s
结束后继续分别进行固结压力为25kPa，50kPa，100kPa，200kPa，300kPa压力下的剪切。
gds非饱和三轴仪操作流程
gds非饱和三轴仪操作流程下载温馨提示:该文档是我店铺精心编制而成，希望大家下载以后，能够帮助大家解决实际的问题。
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GDS三轴操作规程
非饱和土三轴仪器设备操作规程型号：HKUST 生产制造厂商：英国GDS一、仪器设备使用条件1．常温度室内环境；2．周围不可以有强烈震动；3．周围无刺激气味；4．安装及周围距离要求大于1米；5．电压220V制定人（签字）：审核人（签字）：二、仪器设备操作主要性能、主要技术参数；最大力：7kN最大围压：2Mpa最大位移：50mm最大气压：1Mpa最大试样直径：50mm设备操作步骤非饱和三轴试验主要用于研究非饱和土的力学特性。
非饱和试验中通常需要独立控制4个应力：孔隙水压、孔隙气压、围压和轴压，所以非饱和试验又称为4D应力路径试验。
非饱和三轴试验包括三个试验过程：等吸力平衡、等吸力固结和剪切。
（1）等吸力平衡等吸力平衡即通过控制基质吸力，让试样的含水率等于目标含水率。
为了保证试样与轴向力传感器始终接触，轴压一般大于围压约5kPa左右。
为了试样橡皮膜不发生膨胀，围压比孔隙气压大20kPa，所以非饱和试验中轴压>围压>孔隙气压>孔隙水压。
当反压体积基本不变后说明该过程已经完成。
等吸力平衡（2）等吸力固结等吸力固结时保持孔隙水压和孔隙气压不变，增大围压和轴压对试样施加固结应力。
（3）剪切剪切有应力控制和应变控制两张类型可供选择。
应力控制是保持孔隙水压、孔隙气压和围压不变，以一定的速率增大轴向应力剪切试样；应变控制是孔隙水压、孔隙气压和围压不变，以一定的应变速率剪切试样。
通常情况下采用应变控制。
制定人（签字）：审核人（签字）：三、仪器设备维护保养1．构造和主要技术要求；最大力7KN，最大围压2MPa，最大孔隙气压1Mpa，控制器需要使用纯净水不能使用自来水；定期通电运行。
保持室内清洁干燥。
2．主要运行部位的运行参数和调整范围，如温度、速度、精度、整定值等；无特别要求。
3．常见故障及排除方法；有故障时邀请厂方来解决。
制定人（签字）：审核人（签字）：四、仪器设备检修1．检修周期：使用前检查；每学期检查一次；2．检修项目、内容：主要功能检查；3．检修质量标准，满足使用要求。
三轴试验分类及各试验过程。
三轴试验分类及各试验过程。
嘿，咱今儿就来唠唠三轴试验分类和各试验过程这档子事儿。
你知道吗，三轴试验就像一个神秘的盒子，里面藏着好多不同的宝贝呢！它主要有固结不排水剪试验、固结排水剪试验和不固结不排水剪试验这几种。
先说说固结不排水剪试验吧，这就好比是一场紧张刺激的比赛。
土样先被好好地固结一番，就像运动员赛前的充分准备。
然后呢，在试验过程中不让水排出去，就像比赛中遇到了些阻碍，但还是要努力向前冲呀！在这个试验里，能看到土样在这种特殊条件下的表现，是不是很有意思呢？再来瞧瞧固结排水剪试验，它呀，就像是一场有条不紊的行军。
土样同样先进行固结，然后在试验过程中让水能够自由地排出去，就像军队在前进过程中有良好的后勤保障一样。
通过这个试验，可以清楚地了解土样在排水顺畅情况下的特性，这多重要啊！最后是不固结不排水剪试验，这就有点像一场毫无准备的冒险啦！土样没经过固结，水也不让排，就这么直接上阵了。
在这个试验里，可以看到土样最原始、最直接的反应，是不是很神奇呢？那这些试验过程是咋进行的呢？哎呀，这可得好好说说。
首先得准备好土样，这就跟做饭要先准备食材一样重要。
然后把土样放在三轴仪里，就像把食材放进锅里。
接着施加各种压力和条件，就像控制火候和添加调料。
在这个过程中，要仔细观察土样的变化，就像看着锅里的菜慢慢变熟一样。
通过一系列的数据测量和分析，就能得出土样的各种特性啦！你想想，要是没有这些三轴试验，我们怎么能对土这么了解呢？怎么能知道在不同情况下土会有怎样的表现呢？这可都是为了让我们的建筑更稳固，让我们的生活更安全呀！所以说，三轴试验可不是随便玩玩的，那可是有着大用处呢！总之，三轴试验分类明确，每个试验都有它独特的意义和价值。
而试验过程呢，也是环环相扣，一步都不能马虎。
咱得重视这些试验，好好研究土的奥秘，为我们的工程建设和生活保障出一份力呀！你说是不是这么个理儿呢？。
GDS标准应力路径三轴系统操作说明
标准应力路径三轴测试系统操作说明——安徽建筑工业学院STDTTS系统1.GDSLAB软件操作1.1.打开GDSLAB软件1.2.检查硬件的通讯参数点击Management，出现如下图并点击Object Display，出现系统硬件的连接图，8通道数据采集板Comm Port: 1Baud: 4800Parity: n(此处必须为None，否则无法正常通讯，这一点很重要)Data Bits: 8Stop Bits: 2设置上面的参数后，就开始设置压力/体积控制器 STDDPC V2，包括反压、轴压和围压的通讯参数，点击“Select STDDPC controller”，会弹出“GDS USB controller selection tool ”，然后选择下拉菜单下的文件，从3个控制器的通讯文件选择一个，之后点击“Selected”，系统就会为反压控制器选择通讯文件。
图29为反压控制器通讯设置正常后的状态。
轴向压力/体积控制通讯参数跟反压一样，当反压和轴向控制器选好后，一定要注意控制器与压力室的链接情况。
当三个图标的通讯参数设置好以后，就点击“Read”图标，查看各个传感器是否有读数。
注意，本系统在已经选好通讯文件，一般情况下，如果不出现系统错误，不需要再进行设置，只需要在实验前检查下就可以了。
在每个控制器后面有个序列号，反压为12813，轴压为12811，围压为12809，注意检查控制器与压力室管路连接是否正确。
选择控制的通讯文件STDDPC V2 连接状态1.3.传感器和控制器清零在装土样前，要对传感器和控制器清零1.3.1. 传感器清零，只能在软件上清零点击某个传感器所对应的眼睛图标，会出现对话框，点击Advanced，然后在“Soft Zero Offset”旁边点击“Set Zero”，观察传感器的读数就会变成0。
如果出现很小的波动为正常。
轴向力、孔压和轴向位移传感器清零都是如此。
1.3.2. 控制器清零需要在控制器上操作，否则会造成控制器上显示的读数跟软件显示的不一致。
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三轴试验系统组分
三轴试验由许多部件组成才能达到试样的应力状态，并进行剪切试
验及数据记录。表1列出了GDS三轴系统的主要组成部分及对应的
主要功能。完整系统见图4
表1 –GDS自动三轴系统的组成部分
部件
主要功能
三轴压力室
装样和围压充水的地方
底座&顶帽 橡皮膜，O型圈&透水石
提供试样基座和 排水接口
围压条件下密封试样，且允许控制 有效应力和排水,
1.用除气水充填试样空隙 2.增加反压将空气压入溶液
图7 B值 确定试验饱和情况
固结
固结阶段，需要将试样压缩至剪切过程需要的有效应力状态。 这个过程通常通过持恒定的反压（等于B检测时候最终饱和情况 下的孔压）情况下增加围压实现，如图8所示，这个过程将持续进 行，直到试样体变ΔV非常小或者超静孔压至少消散95%。固结过 程中得到的试验数据可以用于估算剪切阶段施加的应变速率。
2
一般三轴试验过程
本报告简要介绍下这个部分，三轴试验，作为室内岩土试 验的标准（BS1377 第8部分，1990年）主要包括4个步骤：试 样和系统准备过程、饱和、固结和剪切（注意，UU试验中不 要饱和及固结，详见BS1377 第7部分，1990年）。以下基于 GDS三轴自动化系统来简要介绍每个步骤。
图5 修整后的粘性土（左）；承膜筒（中）；用于砂性土的 对开模。
试样制备完成之后，再组装压力室和系统的其他组件。在 这个过程中，将压力室内充满水，连接好压力/体检控制器并按 要求设定传感器。
饱和
饱和的过程通俗的讲就是将试样中的空隙填满水的过程， 并且孔压传感器和排水线路应当进行除气。首先施加局部真空 到样品中以去除空气，同时把水注入到传感器和排水线路，随 后其围压和反压将呈线性增长。之后的过程如图6所示，在这 个过程中，应该保持恒定的有效应力，任何时候，有效应力的 增量都不要高于所需要的剪切值，因为这样会导致土样超固结。 为了帮助土样达到完全饱和状态，需采取以下步骤：
三轴试验技术与方法 1
Sean Rees 博士 2 （1．本系列第 1 部分，2. GDS 岩土试验研究专家）
综述：这三部系列主要用于介绍岩土工程试验中最为通用的方法之——三轴试验。该报告对三轴试验这个课题提供的详尽的介绍，包括许 多衍生可以用于评估土体响应范围内的工程应用。
Overview: This three part series has been written to introduce one of the most versatile tests in the geotechnical laboratory – the triaxial test. The papers provide a detailed introduction to the subject of triaxial testing, including the many variations available for assessing soil response across a range of engineering applications.
参考文献
以下内容大部分为最近刊登的信息，是研究三轴试验时被建议 参考的文献（不包含特殊的试验标准）：
图9 一般固结粘土剪切过程（左）；粘性土剪切后破坏面 （右）
剪切试验结束后，试样可以被拆除，可以进行试验后的试样 测量（例如最终含水量等）
Day, R. W. 2001. Soil Testing Manual: Procedures, Classification
为了接近土体原始状态，试验对试样的初始准备工作包含：饱 和、固结及剪切。土体在剪切过程中需要施加轴向荷载，用于 压缩，一般情况下不做拉伸，如图2所示为三轴试样一般组成部 件。
为什么进行三轴试验？
三轴试验目前是室内岩土试验中最为通用且运用最广泛的一种， 用于研究岩土体的抗剪强度及其刚度。程序相对简单，包括直接剪 切试验及能控制试样的排水及测量孔隙水压力。可以获得相应的力 学参数：如内摩擦角、粘聚力及不排水抗剪强度cu，另外如剪切刚 度、压缩系数和渗透系数也可以在试验中得到。图1提供一个工程应 用的示例，对土边坡顶部土体进行三轴压缩，同时相应的力学参数 可以再边坡坡脚得到。
本系列文章共分为以下主题：
1. 三轴试验介绍 2. 高级三轴试验 3. 动三轴试验
引言
本文主要介绍三轴试验，包括解释试验目的，试验土体的应力 状态，所需要的试验系统部件以及运行三轴试验的通用程序。本文 以土力学知识为基础，对于报告中一些术语不太了解的读者，建议 浏览GDS简介的第一部分-----土&岩试验系列，在那里可以查到相应 的术语以及工程参数。
试样和系统准备工作
试样安装在压力室之前，首先必须从土样中制备试样。对 于粘性土，首先用谢尔比管取原状土，在试验前从管中挤出或 直接取方块样，在试验前进行修边处理。对于砂性土则可直接 用模具放在基架上。对于如图5所示的粘性土，可以用承膜筒 将已包裹橡胶模土样放在底座上。注意，试验制备过程中土样 应尽可能受到小的扰动
图8 试样的固结试
3
剪切
通过荷载架的向上（压缩）或向下（拉伸）过程，给土样提供 了一个恒定速率的轴向应变来达到剪切土体的目的。速率的大小及 试样的排水条件取决于三轴试验类型。表2总结了所有试验类型的 试验条件。
表2 剪切阶段的试验条件概述
试验类型 UU
轴向应变速率
排水
一般5-15分钟达到破坏标 不排水, 不测量超孔隙
注意：如果不使用除气水的话，可能需要相当长的时间，或者反 压需要施加高达700kPa 以上，试样才能完全饱和。
图6 通过加大反压饱和试样 试样在进行固结试验之前，一个小的参数—Skempton B值可以用 来检测试样的饱和程度。所谓的B检测，是要求试样在全封闭的情 况下排水，同时围压上升至约50kpa。如图7中所示，B值≥ 0.95代 表试样已经完全饱和。注意，B值的大小与图的种类有关，对于一 般固结的软土在完全饱和的情况下，其值达到1.00，而对于密实 砂或硬粘土，即使完全饱和状态下，其值可能只有0.91。
获取来自力传感器、孔压传感器， 位移传感器的数据 控制试验硬件并记录来自数据采集 仪的读数
GDSLab控制& 获取软件
数据采集仪
加载架
图3 三轴过程中的试验应力状态
注意，在进行拉伸试验时，主应力方向旋转90°，也就是说 径向应力相当于最大主应力而轴向应力则提供最小主应力。
围压&反 压体积控制器
三轴压力室
围压体积控制器
通过给水加压来提围压
反压体积控制器
给试样提供反压/孔压，同时可以测 量体变
加载架速率控制
内置水下荷重传感器 孔隙水压传感器 轴向位移传感器 数据采集仪
GDSLab 控制和数据 采集软件
以恒定速率，通过加载滚筒轴向的 移动来剪切试样
测量剪切过程中施加在试样上的轴 向力F
测量试样中孔隙水压力的变化 测量试样的轴向变形
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UU试验最为简单快捷，试验过程中土样只需进行总应力的 控制和记录。可以测试不排水情况下土体抗剪强度，用来评估短 期状态下土体稳定性（例如用于施工项目进行期间测试，或者跟 随测试）。注意：该试验一般用于粘性土中。
CD试验另一方面适用于长时间荷载加载下的反应，在有效 应力下可得到其力学参数（如c、Φ值），试验需要消耗大量时 间来完成，因为对于粘性土，需要施加足够慢的剪切速率才能对 孔隙水压力产生微小变化。
4
图1 三轴试验的工程应用
三轴试验组成
三轴试验一般需要一个直径38mm~100mm的圆柱形土样，放 进压力室内受压。大多数试样高径比约2:1，且用橡胶模包裹。
图 2 三轴压力室的土体试样一般配置
三轴试验的类型
以下三种为主要的实验室分析方法，不同的工程应用都能得 到相应的力学参数。
• (UU) 不固结不排水 • (CU) 固结不排水 • (CD) 固结排水
准
水压
足够慢到超孔隙水压达到 不排水, 记录超孔隙水
CU
充分均衡
压
慢到孔隙水压的变化可以 排水,记录ΔV，同时保持
CD
忽略不计
恒定反压。
应力路径三轴试验系统
迄今为止，三轴系统及试验过程多关注恒定速率的应变控制， 其中通过荷载架的移动来控制速率从而引起剪切应力。为了施加 和控制试样的轴向压力，传统上使用应力路径三轴压力室。运用 一个低增压舱来输送轴向应力给土样，并伴随有轴向应变。随着 系统的发展，试样可在更多复杂应力条件下进行测试，相比于速 度控制的荷载架更适合研究性的项目。如图10显示的是一个应力 路径三轴系统，可以看到，通过传感器反馈，能够同时使荷载架 和应力路径系统运行相同的复杂试验，仅存在较小的性能差异 （荷载架相对更适合应变控制；应力路径系统适合应力控制。
最后介绍CU试验，该试验最为常用，在有效应力的基础上 可以确定土体力学参数（如c、Φ值）同时相对于CD试验，其剪 切速率更快。这些参数的确定通过记录试样剪切过程中超孔隙水 压力变化获得。
三轴试验过程中的应力状态
图3显示的是三轴压缩试验中施加在试样上的应力分布情 况。侧限应力σc的加载通过对压力室内部的试样周围的液体加压 实现—也等于径向应力σr或最小主应力σ3。偏应力q通过对土样 施加一个轴向应变εa获得，另外偏应力在轴向上提供的q与σc之 和等于轴向应力或最大主应力σ1，当σ1 = σ3时，处于各向同性应 力状态，当σ1 ≠ σ3时处于各相异性状态。
图Da1t0a,GaDmSd三Sa轴m试pli样ng系P统rac（ticTeTs,SN）e组w 成Yo部rk分, McGraw-Hill. Head, K. H. 1998. Manual of Soil Laboratory Testing Volume 3:
Effective Stress Tests, Chichester, John Wiley & Sons Ltd. Knappett, J. A. & Craig, R. F. 2012. Craig’s Soil Mechanics, Oxon, Spon Press. Simons, N., Menzies, B. & Matthews, M. 2002. A Short Course in Geotechnical Site Investigation, London, Thomas Telford Ltd.