常规三轴压缩实验的测量系统误差及其影响

常规三轴压缩实验系统误差及其影响

摘要: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。

关键词：土工试验系统误差

1.引言

土的强度指标是确定土的承载能力的一个重要指标，因此，准确测定土的抗剪强度指标，对于建筑工程的设计和施工有着很大的意义。目前，用三轴剪切试验测土的抗剪强度指标是较为普遍的一种方法，而且对于高层建筑，在进行地质勘察时，要求对取出的原状土，用三轴剪切实验来测定土的抗剪强度指标。随着社会的发展，兴建的高层建筑越来越多，使得三轴剪切实验的应用也越来越广泛，所以，使三轴实验的检测不断地完善有着很大的必要性。

2. 基本原理

三轴压缩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围压力（σ3）下，施加轴向压力，即主应力差（σ1-σ3），进行剪切直到破坏；然后根据摩尔-库伦理论，求得抗剪强度参数。适用于测定细粒土及砂类土的总抗剪强度参数及有效抗剪强度参数。

3. 试验操作

三轴剪切试试样为圆柱状。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。根据排水条件，三轴试验分为不固结不排水剪试验（UU）、固结不排水剪试验（CU）、固结排水剪试验（CD）三种试验类型。三轴压缩试验方法适应于细粒土和粒径小于20mm的粗粒土。不同类型的三轴剪切试验加载过程如下：

一组试验通常需三～四个试样，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= ；

3.1、不固结不排水剪试验（UU）：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)。在整个过程中，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；对饱和试样可测得总抗剪强度参数或有效抗剪强度参数和孔隙水压力系数。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= （为由q产生的孔隙水应力）。

3.2、固结不排水剪试验（CU）：先使试样在某一围压力下固结排水，然后保持在不排水情况下增加轴向压力直到剪坏为止，可以测得总抗剪强度参数或有效抗剪强度参数和孔隙水压力系数。

3.3、固结排水剪试验（CD）：在整个试验过程中允许试样充分排水，即在某一围压下排水固结，然后在充分排水的情况下增加轴向力直到剪坏为止，可以测定有效抗剪强度指标。

4. 结果整理：

以（σ1－σ3）的峰值为破坏点，无峰值时，取15％轴向应变时的主应力差值作为破坏点。以法向应力为横坐标，剪应力为纵座标，在横坐标上以（σ1f+σ3f）/2为圆心，（σ1f－σ3f）/2为半径（f注脚表示破坏），在τ～σ应力平面图上绘制破损应力图，并绘制不同周围压力下破损应力圆的包线，由破损应力圆的包线求出强度参数c、Φ，包络图如下图所示。

不固结不排水剪强度包线

固结不排水剪强度包线

固结排水剪强度包线5. 试验分析与误差总结：

1.该试验的要点是制样及试样安装：试验用试样，必须保证土的原状样状

态，在制样削土过程中不得使试样扰动，若是重塑样，则需控制重塑

样品的土体均匀性及标准性，试样安装样品时一定要轻拿轻放，以免

因为手的挤捏，破坏试样，同时试样安装要居中垂直，以免施加围压

或偏差压力时，受力方向偏差，造成结果有偏差。

2.结果整理时的注意事项：

（1）．同一组的几个试样应是同一层土，密度值不应超过允许误差。

（2）．画τ-σ曲线时，纵横坐标分度值要统一（如1cm都代表100kPa）。

延伸：由于岩土工程的特殊性，不同地区的地质情况千变万化，三轴试验也不能拘泥定式，一层不变，试验人员应该多结合现场实际情况，土层较复杂时增大试验频率，必要时增加现场检测，与室内静三轴对比，以为工程提供科学、准确的试验数据。

参考文献：

（1）.《土工试验方法标准》，国家质量技术监督局、中华人民共和国建设部联合发布

〔2〕. 《工程地质手册》，工程地质手册编委会，北京：中国建筑工业出版社。