三轴压缩实验
三轴压缩试验 简介
三轴压缩试验简介三轴压缩试验是测定土抗剪强度的一种较为完善的方法。
三轴压缩仪的突出优点是能较为严格地控制排水条件以及可以量测试件中孔隙水压力的变化。
此外，试件中的应力状态也比较明确，破裂面是在最弱处，而不像直接剪切仪那样限定在上下盒之间。
一、实验目的1、了解实验的设备系统组成。
2、学会三轴实验的土样制作方法和安装方法。
3、掌握了解三轴实验的实验过程和要求。
4、分析实验数据和图形。
二、实验仪器设备全自动三轴仪由三轴仪主机、围压反压控制器和微机（含土工试验微机数据采集处理系统软件）组成。
包含了压力室、轴向加荷系统、施加周围压力系统、孔隙水压力量测系统、软件控制系统等。
三、实验步骤1、按照规范要求制备不少于3个原状土试样或扰动土试样。
2、称试样质量，并取切下的余土测定其含水量。
3、在压力室底座上依次放上不透水板、试样及不透水试样帽，将橡皮膜用承膜筒套在试样外，并用橡皮圈将橡皮膜两端与底座及试样帽分别扎紧。
4、将压力室罩顶部活塞提高，安放压力室罩，将活塞对准试样帽顶部中心，旋紧压力室罩。
5、在微机上启动“土工试验微机数据采集处理系统”软件，在“采集”菜单中选择三轴试验。
6、输入试验参数。
试验编号和土样编号同组保持不变。
一般取：试样高度：8.00，试样直径：.3.91，轴向应变：20，加荷级数：1，采样步长：0.2，试验方法：UU，剪切速率：1，围压：100。
7、在显示屏黄色压力室处点击“开始注水”，向压力室加注纯水，待顶部排气孔有水溢出时，点击“停止操作”，拧紧排气孔螺旋。
8、在绿色框内点击“开始试验”，仪器首先进行自检，然后施加周围压力，并开始剪切试验，按语音提示进行。
9、试验完成后，语音提示试验结束，自动卸除围压。
点击黄色压力室处“开始抽水”，待水抽空后，点击“停止操作”，取下压力室罩，取下试样，准备安装下一个试样。
10、以后的试验仅改变“围压”一项，其他参数和试验步骤不便。
依次完成3～4个试样的剪切试验。
三轴压缩试验原理
三轴压缩试验原理什么是三轴压缩试验？三轴压缩试验是一种广泛用于土力学和岩石力学领域的实验方法，用于研究材料在压力作用下的物理和力学特性。
这种试验可以模拟土壤、岩石等材料在地下深处承受地压的情况。
在三轴压缩试验中，样品在垂直荷载（轴向）和水平荷载（径向）的作用下进行。
三轴压缩试验的装置三轴压缩试验的主要装置包括试样室、应力应变控制器、荷载施加系统和数据采集系统。
试样室试样室是一个密封的容器，用于容纳试样。
它通常由钢制或钢铝复合材料制成，并配有绝缘材料以防止能量散失。
试样室内应具有足够的刚度和密封性，以确保试验结果的准确性。
应力应变控制器应力应变控制器用于控制试样受到的载荷。
它通常由液压系统组成，包括液压油源、传感器和控制器。
应力应变控制器通过施加压力来产生试样的轴向和径向应力，并通过测量压力和变形来控制试样的应变状态。
荷载施加系统荷载施加系统用于施加试样的轴向和径向荷载。
它通常由液压活塞和液压缸组成，液压活塞用于施加轴向荷载，而液压缸用于施加径向荷载。
荷载施加系统还包括各种传感器和仪器，用于测量施加的载荷大小。
数据采集系统数据采集系统用于记录试验过程中的各种数据。
它可以包括压力传感器、变形传感器、温度传感器等。
通过数据采集系统，可以实时监测试验过程中的应力、应变、位移和温度变化，从而获取准确的试验结果。
三轴压缩试验的原理三轴压缩试验是基于以下原理进行的：1.应力平衡原理：在试样受到轴向和径向荷载的同时，试样内部各点的应力应满足平衡条件。
轴向应力和径向应力之间存在一定的关系。
2.孔隙水压力原理：在试样内部存在孔隙水。
孔隙水的存在会影响试样的应力分布和强度特性。
通过控制孔隙水压力，可以模拟实际情况下试样的应力状态。
3.应力应变关系：应力应变关系描述了试样在不同应力作用下的变形特性。
通过测量应力和变形，可以得到试样的应力应变曲线，从而了解材料的力学性质。
三轴压缩试验流程三轴压缩试验通常包括以下步骤：1.准备试样：选择合适的材料制备试样。
三轴压缩试验
开排气孔 向压力室充水 当压力室内快注满水时 降低进
水速度 水从排气孔溢出时 关闭排气孔
关体变管阀及孔隙压力阀 开周围压力阀 施加所需的周 围压力 周围压力大小应与工程的实际荷载相适应 并尽可能使 最大周围压力与土体的最大实际荷载大致相等 也可按
施加 旋转手轮 同时转动活塞 当轴向测力计有微读数时表示 活塞已与试样帽接触 然后将轴向测力计和轴向位移计的读数调 整到零位 固结不排水剪试验 测孔隙压力 试验 开孔隙压力阀及量管阀 使压力室底座充水排气 并关阀 将煮沸过的透水板滑入压力室底座上 然后放上湿滤纸和试样 试 样上端亦放一湿滤纸及透水板 在其周围贴上 条浸湿的滤纸
条 宽度为试样直径的
左右 滤纸条上端与透水石连接 Nhomakorabea按本规程
之 规定将橡皮膜套在试样外 橡皮膜
下端扎紧在压力室底座上
用软刷子或双手自下向上轻轻按抚试样 以排除试样与橡
皮膜之间的气泡 对于饱和软粘土 可开孔隙压力阀及量管阀 使
水徐徐流入试样与橡皮膜之间 以排除夹气 然后关闭
开排水管阀 使水从试样帽徐徐流出以排除管路中气泡
上放一湿滤纸 连接底座的透水板均应饱和 橡皮膜与底座扎紧
称制备好的土膏 用调土刀将土膏装入橡皮膜内 装土膏时避免试
样内夹有气泡 试样装好后整平上端 称剩余土膏 计算装入土膏
的质量 在试样上部依次放湿滤纸 透水板和试样帽并扎紧橡皮
膜 然后打开孔隙压力阀和量管阀 降低量水管 使其水位低于试
样中心约
测记量水管读数 算出排水后试样的含水率 拆
应小于全量程的
采用传
感器时 其误差应小于全量程
的
根据试样的强度大
小 选择不同量程的测力计 最
大轴 向 压 力 的 准 确 度 不 小 于
试验四、三轴压缩试验.
试验四、三轴压缩试验（一）概括三轴压缩试验是测定土的抗剪强度的一种方法。
它往常用3～4 个圆柱形试样分别在不一样的恒定围压（即小主应力）下施加轴向压力（即主应力差—），对试样进行剪切，直至损坏，而后依据摩尔31 3—库伦理论，求得土的总抗剪强度指标和 c 以及有效抗剪强度指标' 和c'。
依据排水条件的不一样，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（UU ）在施加四周压力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，所得强度指标为总强度指标u 和c u 。
固结不排水剪（CU）试验中，试样先在四周压力作用下排水固结，而后在试样不一样意排水的条件3下，施加偏应力1— 3 至试样剪坏。
固结不排水可获得总强度指标cu和 c cu ，如试验时量测孔隙水压力也可获得有效强度指标' 和c'。
应力固结排水剪（CD）试验时，试样先在四周压力下排水固结，而后在同意试样排水的条件下，施加偏—，至试样剪损坏。
该试验因为在整个试验过程中同意试样排水固结，孔隙水压力一直保持为零，1 3总应力等于有效应力，故此时的总强度指标即为有效应力强度指标 d 和c d 。
本次试验只做饱和试样的固结不排水剪。
（二）试验原理三轴试验采纳圆柱形试样，能够对试样的空间三个坐标方向上施加压力。
试验时先经过压力室内的有压液体，使试样在三个轴向遇到同样的四周压力 3 （其大小由压力计测定），并保持整个试验过程不变。
而后经过活塞向试样施加垂直轴向压力，直到试样剪坏。
若由活塞杆所施加的试样损坏时的压力强度为q 1 — 3 （偏应力），小主应力是四周压力，中主应力 2 和 3 相等。
则由一个试样所得的 1 和 3 ，能够绘制一个极限应力圆。
对同一种土，另取几个试样，改变围压，试样剪坏时所加的轴压力也会改变，进而又可绘制另几个极限应力圆。
6.三轴压缩试验(砂土)
六、三轴压缩实验（一）实验目的三轴压缩实验是测定土的抗剪强度的一种方法。
堤坝填方、路堑、岸坡等是否稳定，挡土墙和建筑物地基是否能承受一定的荷载，都与土的抗剪强度有密切的关系。
（二）实验原理土的抗剪强度是土体抵抗破坏的极限能力，即土体在各向主应力的作用下，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，土体就将沿该面发生剪切破坏。
常规的三轴压缩实验是取4个圆柱体试样，分别在其四周施加不同的周围压力（即小主应力）σ3，随后逐渐增加轴向压力（即大主应力）σ1直至破坏为止。
根据破坏时的大主应力与小主应力分别绘制莫尔圆，莫尔圆的切线就是剪应力与法向应力的关系曲线。
三轴压缩实验适用于测定粘性土和砂性土的总抗剪强度参数和有效抗剪强度参数，可分为不固结不排水实验（UU ）；固结不排水实验（CU ）和固结排水实验（CD ）。
本演示实验进行干砂的固结不排水实验。
（三）实验设备1．三轴仪：包括轴向加压系统、压力室、周围压力系统、孔隙压力测量系统和试样变形量测系统等。
（如附图1所示）2．其它：击样器、承膜筒等。
（四）实验步骤1．试样制备：将橡皮膜下端套在压力室的底座上，放置好成样模具，使橡皮膜紧贴模具内侧；称取一定质量的干砂（烘干冷却），使砂分批通过漏斗落入橡皮膜内，如需制备较密实的砂样，用木锤轻击土样至所需密度。
2．试样安装：装上土样帽，给试样施加一定的负压力，拆除成样模具；使传压活塞与土样帽接触。
3．固结实验：进行两个试样的实验，分别施加100、400Kpa 的周围压力，数据采集系统自动采集试样的体积变形数据。
4．剪切实验：采用应变控制方式进行剪切实验，剪切应变速率取每分钟0.1％～0.5％，实验过程数据采集系统自动采集轴向力和体积变形数据，直至轴向应变为10％时为止。
8．实验结束：停机并卸除周围压力，然后拆除试样，描述试样破坏时形状。
（五）实验注意事项实验前，橡皮膜要检查是否有漏洞。
（六）计算与绘图1．试样面积剪切时校正值：011a A A ε=- 式中：ε1—轴向应变（％）2. 绘制每个实验的轴向应变－偏应力关系曲线，及轴向应变－体应变关系曲线。
三轴压缩试验
三轴压缩试验一、试验目的测定土的抗剪强度，提供计算地基强度和稳定使用的土的强度指标内摩擦角j和内聚力c。
二、试验方法一般有不固结不排水试验（UU）、固结不排水试验（CU）和固结排水试验（CD）。
三、仪器设备1．三轴压缩议：应变控制式，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、承膜筒和对开圆模。
3．天平：称量200 g，感量0.01 g；称量1000 g，感量0.1 g。
4．橡皮膜：应具有弹性，厚度应小于橡皮膜直径的1／100，不得有漏气孔。
四、试样制备（1）本试验需要3～4个试样，分别在不同周围压力下进行试验。
（2）试样尺寸：最小直径为φ35 mm，最大直径为φ101 mm，试样高度宜为试样直径的2～2.5倍。
对于有裂缝、软弱面和构造面的试样，试样直径宜大于60 mm。
（3）原状试样制备，应将土切成圆柱形试样，试样两端应平整并垂直于试样轴，当试样侧面或端部有小石子或凹坑时，允许用削下的余土修整，试样切削时应避免扰动，并取余土测定试样的含水量。
（4）扰动试样制备，应根据预定的干密度和含水量，在击实器内分层击实，粉质土宜为3～5层，粘质土宜为5～8层，各层土料数量应相等，各层接触面应刨毛。
（5）对于砂性土应先在压力室底座．全依次放上不透水板，橡皮膜和对开圆膜。
将砂料填入对开圆膜内，分3层按预定干密度击实。
当制备饱和试样时，在对开圆膜内注入纯水至1／3高度，将煮沸的砂料分3层填入，达到预定高度。
放上不透水板、试样帽，扎紧橡皮膜。
对试样内部施加5 kPa负压力使试样能站立，折除对开圆膜。
（6）对制备好的试样，应量测其直径和高度。
试样的平均直径应按下式计算：式中D l，D2，D3分别为试样上、中、下部位的直径。
五、三轴试验操作步聚1、试样的安装步骤：2、试样排水固结步骤：施加周围压力；开孔隙水压力阀，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。
三轴压缩试验原理
三轴压缩试验原理一、引言三轴压缩试验是土工试验中最常见的一种试验方法，它是用来研究岩石和土壤在三轴状态下的力学性质。
该试验方法可以测定材料的强度、变形和应力-应变关系等重要参数，是岩土工程设计和施工中不可或缺的一项基础性试验。
二、试验设备及样品准备1. 仪器设备：三轴压缩试验机、荷重传感器、变形计等。
2. 样品准备：样品应具有代表性，通常采用直径为5cm，高度为10cm左右的圆柱形样品。
在制备过程中需要注意保证样品密实度和湿度，避免空隙和水分对试验结果的影响。
三、试验原理1. 应力状态：三轴压缩试验是将圆柱形样品置于两个平行平板之间，在垂直于样品轴线方向施加垂直荷载，并在两个侧面施加水平荷载，使得样品受到均匀的三向应力作用。
这种应力状态被称为三向压缩或三向受压状态。
2. 应变状态：在三轴压缩试验中，样品会发生不同形式的变形。
主要包括径向收缩和轴向延伸两种形式。
径向收缩是指样品直径在垂直荷载作用下的减小，轴向延伸则是指样品高度在水平荷载作用下的增加。
3. 应力-应变关系：三轴压缩试验可以得到材料在三向压缩状态下的应力-应变关系曲线。
该曲线可以反映出材料的强度和变形特性，并且可以用于岩土工程设计中的计算和分析。
四、试验步骤1. 样品制备：按照标准规范制备圆柱形样品。
2. 试验前处理：将样品放入恒温室中保持一定湿度，避免干燥或过湿对试验结果的影响。
3. 试验装置：将样品放置于三轴压缩试验机中，并连接荷重传感器和变形计等设备。
4. 荷载施加：根据试验要求，施加垂直荷载和水平荷载，使得样品受到均匀的三向应力作用。
5. 数据采集：记录荷重传感器和变形计等设备的数据，得到材料在三向压缩状态下的应力-应变关系曲线。
6. 数据处理：根据试验结果进行数据处理和分析，得出样品的强度、变形和应力-应变关系等参数。
五、试验误差及注意事项1. 样品制备过程中需要注意保证样品密实度和湿度，避免空隙和水分对试验结果的影响。
2. 试验装置需要严格按照标准规范进行校准和调整，避免设备误差对试验结果的影响。
三轴压缩试验
先在切土器刀口内壁涂上一薄
层油 将切土器的刀口对准土样顶面 边削土边压切土器 直至切
削到比要求的试样高度约高 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
试样的两端面应平整 互相平行 侧面垂直 上下均匀 在切
样过程中 若试样表面因遇砾石而成孔洞 允许用切削下的余土填
补
将切削好的试样称量 直径
土或初始饱和度较低的土 取
操作时 先调周围压力至
并将反压力系统调至
同时打开周围压力阀和反压力阀 再缓缓打开孔隙压力阀
待孔隙压力稳定后 测记孔隙压力计和体变管读数 再施加下一级
的周围压力和反压力
算出本级周围压力下的孔隙压力增量 并与周围压力
增量 比较 如
则表示试样尚未饱和 这时关孔隙
压力阀 反压力阀和周围压力阀 继续按上述规定施加下一级周围
参数 和孔隙压力系数
固结排水剪 试验是试样先在某一周围压力作用下排
水固结 然后在允许试样充分排水的情况下增加轴向压力直到破
坏 本试验可以测得有效抗剪强度参数
和变形参数
引用标准
应变控制式三轴仪 应变控制式三轴仪校验方法
篇 室内土工仪器
击实试验 土工仪器的基本参数及通用技术条件 第一
仪器设备
仪器设备
应变控制式三轴仪 如图
等 每层击实至要求高度后 将表面刨毛 然后再加第 层土料
如此继续进行 直至击实最后一层 将击样筒中的试样两端整平
取出称其质量 一组试样的密度差值应小于
冲填土试样制备 土膏法
取代表性土样风 过筛 调成略大于液限的土膏 然后置于
密闭容器内 储存 左右 测定土膏含水率 同一组试样含水率
的差值不应大于
在压力室底座上装对开圆模和橡皮膜 在底座上的透水板
三轴压缩试验.
试样为圆柱形，高度与直径指标一般采用2~2.5。
2
三轴压缩试验
3
三轴压缩试验
4
三轴压缩试验
5
三轴压缩试验
应力特点： • 试样是轴对称应力状态
轴向力F
• 垂直应力z一般是大主应力1
• 侧向应力总是相等x=y，且 为中、小主应力2=3
水试样施加围压力1=2=3 • 剪切：施加应力差Δ1=1-3
y c
z c 1
x c
应力特点与试验方法
6
三轴压缩试验
不固结不排水试验（UU试验） Unconsolidated Undrained Triaxial test (UU) 总应力抗剪强度指标： cu u （ cuu uu ） 固结不排水试验（CU试验） Consolidated Undrained Triaxial test (CU) 总应力抗剪强度指标：ccu cu 固结排水试验（CD试验） Consolidated Drained Triaxial test (CD) 总应力抗剪强度指标： cd d （c ）
试验类型与强度指标
7
三轴压缩试验
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，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2的影响
说明： 3＝0 即为无侧限抗压强度试验
常规三轴试验优缺点
8
土的抗剪强度与地基承载力
三轴压缩试验
单位：石家庄铁道大学
主讲人：熊保林副教授
1
三轴压缩试验 三轴压缩试验是直接量测试样在不同恒定周围 压力下的抗压强度，然后利用莫尔-库仑破坏理论间 接推求土的抗剪强度。 三轴压缩仪是目前测定土抗剪强度较为完善的 仪器，三轴仪的压力室如图4-9所示。它是一个由金 属上盖、底座和透明有机玻璃圆筒组成的密闭容器。
三轴压缩试验
实验六 三 轴 压 缩 试 验一、三轴压缩实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，分别在受压室内施加一定的恒定周围压力（即小主应力σ3）下，再施加轴向压力[即产生主应力差（σ1~σ3）]，进行剪切直至试样破坏为止；然后根据摩尔－库仑理论，求得抗剪强度参数（内摩擦角和内聚力）。
二、实验方法：根据排水条件不同，本试验分为：1. 不固结不排水剪（UU ）：试验是在施加周围压力和增加轴向压力直至破坏过程中均不 允许试样排水。
本试验可以测得总抗剪强度参数u c 、u ϕ。
2. 固结不排水剪（CU 或CU ）：试验是试样先在某一周围压力作用下排水固结，然后在保持不排水的情况下, 增加轴向压力直至破坏。
本试验可以测得总抗剪强度参数cu c 、cu ϕ或有效抗剪强度参数c '、ϕ'和孔隙压力参数。
3. 固结排水剪（CD ）：试验是试样先在某一周围压力作用下排水固结，然后在允许试样充分排水的情况下, 增加轴向压力直至破坏。
本试验可以测得有效抗剪强度参数d c 、d ϕ和变形参数。
三、仪器设备1. 应变控制式三轴剪力仪：试样控制在一定的变形速率下完成剪切过程，并装有孔隙水压力的量测设备。
三轴仪的基本构造可分为试样压力室、轴向加压装置、周围压力的恒压设备、真空抽气饱和设备、试样体积变化的量测部分和孔隙水压力测量装置等构成；2.旋转式的切土器；3.承膜筒；4.橡皮膜（厚度在0.2mm左右不透水橡皮膜）；5.其他：钢丝锯、切土刀、烘箱、称量盒、干燥器、天平、滤纸、游标卡尺、止水橡皮圈以及活络扳手等工具。
四、不固结不排水剪切试验的操作步骤1．制备三个以上圆柱形试样（原状或人工）。
将人工制备的扰动土或原状土的土样毛坯应大于试样的直径和高度，小心地放在旋转式的切土器内，用钢丝锯或切土刀边转边削的切成所要求的圆柱形试样（试样直径为Ø 39.1mm、Ø 61.8mm 、和Ø101.0mm，高度为直径的二倍至二倍半），并同时测定其容重和代表性含水率。
列举出三轴压缩试验的类型及其特点
一、 列举出三轴压缩试验的类型及其特点。
答：三轴压缩试验是测定土的抗剪强度的一种方法，根据剪切前的固结程度和排水条件的不同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)三种试验类型。
（1）不固结水排水剪试验（UU ）是在施加周围压力和增加轴向压力直至破坏过程中均不允许试样排水，试验自始至终关闭排水阀门。
本试验可以测得总抗剪强度参数u u c ϕ,。
（2）固结不排水剪试验(CU)是试样先在某一周围压力作用下排水固结，然后在保持不排水的情况下增加轴向压力直至破坏。
本试验可以测得总抗剪强度参数cu cu c ϕ,，有效抗剪强度参数'',ϕc ，和孔隙压力系数。
（3）固结排水剪试验（CD ）是试样先在某一周围压力作用下排水固结，然后在允许试样充分排水的情况下增加轴向压力直到破坏。
本试验可以测得有效抗剪强度参数cd cd c ϕ,和变形参数。
二、直接剪切试验的类型及其适用的工程情况。
答：直接剪切试验是测定土的抗剪强度的一种基本方法。
试验的原理是根据库仑定律，土的内摩擦力与剪切面上的法向压力成正比。
将土制备成几个土样，分别在不同的法向压力下，沿固定的剪切面直接施加水平剪力进行剪切，得其剪坏时的剪应力，即为抗剪强度f τ，然后，根据剪切定律确定土的抗剪强度指标c 和ϕ。
为了在直剪试验中能尽量考虑实际工程中存在的不同固结排水条件，通常采用三种不同加荷速率的试验方法来近似模拟土体在受剪时的不同排水条件，由此产生了三种不同的直剪试验方法：(1) 快剪法(或称不排水剪)：即在试样上施加垂直压力后，立即加水平剪切力。
在整个试验中，不允许试样的原始含水率有所改变(试样两端敷以隔水纸)，即在试验过程中孔隙水压力保持不变(3-5min内剪坏)。
(2) 慢剪法(或称排水剪)：即在加垂直荷重后，使其充分排水(试样两端敷以滤纸)，在土样达到完全固结时，再加水平剪力；每加一次水平剪力后，均需经过一段时间，待土样因剪切引起的孔隙水压力完全消失后，再继续加下一次水平剪力。
压缩强度极限三轴
压缩强度极限三轴一、引言压缩强度是指材料在受到压力作用下的抵抗能力，是材料力学性能的重要指标之一。
而三轴压缩试验是评价材料压缩强度的一种常用方法，通过对试样施加三个相互垂直的压力来模拟实际应力状态，从而得出材料在三个方向上的压缩强度。
二、三轴压缩试验原理三轴压缩试验是将样品置于一个密闭容器中，容器内充满了液体或气体，通过外部施加压力使样品受到三个互相垂直的方向上的均匀挤压。
由于液体或气体具有较小的体积变形和较大的流动性，在试验时可以保证施加在样品上的应力分布均匀。
三、三轴压缩试验步骤1. 制备试样：根据不同标准和要求制备合适尺寸和形状的试样。
2. 安装：将试样放入密闭容器中，并连接好电子设备以便监测数据。
3. 施加荷载：在容器内充满液体或气体后，通过外部施加压力使样品受到三个互相垂直的方向上的均匀挤压。
4. 监测数据：在试验过程中，需要不断监测试样的应力、应变等数据，并记录下来。
5. 分析结果：根据得到的数据进行分析，得出材料在三个方向上的压四、三轴压缩试验的优点1. 可以模拟实际应力状态，能够更准确地评价材料在三个方向上的强度。
2. 试验过程中液体或气体具有较小的体积变形和较大的流动性，可以保证施加在样品上的应力分布均匀。
3. 试验过程中可以对样品进行实时监测，能够得到更精确的数据。
五、三轴压缩试验存在的问题1. 设备成本高：三轴压缩试验设备价格相对较高，不同规格和型号价格差异也很大。
2. 试验周期长：由于液体或气体具有较小的体积变形和较大的流动性，在进行三轴压缩试验时需要保持一定时间以保证施加在样品上的应力分布均匀，因此试验周期相对较长。
3. 试样制备难度大：为了保证试验的准确性，需要制备合适尺寸和形状的试样，而这需要一定的技术和经验。
六、三轴压缩试验中的压缩强度极限材料在受到压力作用下会出现塑性变形和破坏，其压缩强度极限即为材料能够承受的最大压力。
在三轴压缩试验中，通过不断增加施加在样品上的压力，可以得到材料在三个方向上的压缩强度极限。
三轴压缩实验
实验四 三轴压缩实验（实验性质：综合性实验）一、概述1910年摩尔（Mohr ）提出材料的破坏是剪切破坏，并指出在破坏面上的剪应力τ是为该面上法向应力σ的函数，即()f f τσ=这个函数在f τσ-坐标中是一条曲线，称为摩尔包线，如图4-1实线所示。
摩尔包线表示材料受到不同应力作用达到极限状态时，滑动面上法向应力σ与剪应力f τ的关系。
土的摩尔包线通常可以近似地用直线表示，如图4-1虚线所示，该直线方程就是库仑定律所表示的方程（c tg τσϕ=+）。
由库仑公式表示摩尔包线的土体强度理论可称为摩尔－库仑强度理论。
图4-1 摩尔包线当土体中任意一点在某一平面上的剪应力达到土的抗剪强度时，就发生剪切破坏，该点也即处于极限平衡状态。
根据材料力学，设某一土体单元上作用着的大、小主应力分别为1σ和3σ，则在土体内与大主应力1σ作用面成任意角α的平面a a -上的正应力σ和剪应力τ，可用τσ-坐标系中直径为13()σσ-的摩尔应力圆上的一点（逆时针旋转2α,如图4-2中之A 点）的坐标大小来表示，即13131311()()cos 2221()sin 22σσσσσατσσα=++-=-将抗剪强度包线与摩尔应力画在同一张坐标纸上，如图4-3所示。
它们之间的关系可以有三种情况：①整个摩尔应力圆位于抗剪强度包线的下方（圆Ⅰ），说明通过该点的任意平面上的剪应力都小于土的抗剪强度，因此不会发生剪切破坏；②摩尔压力圆与抗剪强度包线相割（圆Ⅲ），表明该点某些平面上的剪应力已超过了土的抗剪强度，事实上该应力圆所代表的应力状态是不存在的；③摩尔应力圆与抗剪强度包线相切（圆Ⅱ），切点为A 点，说明在A 点所代表的平面上，剪应力正好等于土的抗剪强度，即该点处于极限平衡状态，圆Ⅱ称为极限应力圆。
图4-2 用摩尔圆表示的土体中任意点的应力 图4-3 摩尔圆与抗剪强度包线之间的关系三轴压缩实验（亦称三轴剪切实验）是以摩尔－库仑强度理论为依据而设计的三轴向加压的剪力试验，试样在某一固定周围压力3σ下，逐渐增大轴向压力1σ，直至试样破坏，据此可作出一个极限应力圆。
三轴压缩试验
用于地质测量等领域的试验
01 原理
03 仪器设备
目录
02 方法 04 步骤
三轴压缩试验是指有侧限压缩和剪力试验。使用的仪器为三轴剪力仪（亦称三轴压缩仪）。三轴剪力仪的核 心部分是三轴压力室，并配备有轴压系统、侧压系统和孔隙水压力测读系统等。试验用的土样为圆柱形，其高度 与直径之比为2〜2.5。试样用薄橡皮膜包裹，使土样的孔隙水与膜外液体（水）完全隔开。在给定的三轴压力室 周围压力作用下，不断加大轴向附加压力，直至试样被剪破按莫尔强度理论计算剪破面上的法向应力与极限剪切 应力。三轴剪切试验结果可以确定土壤的抗剪强度指标内摩擦角和黏结力。与直剪试验比较，三轴试样中的应力 分布比较均匀，可供在复杂应力条件下研究土壤的抗剪强度特性。由于能准确测定土样孔隙水压力的变化，因此 能定量获取土壤中有效应力的变化状况。但土样的制备工作比较烦琐，易受扰动。另外，常用的三轴剪切仪的实 际中主应力等于小主应力，将其成果应用到平面变形或三向应力状态的研究中会有所不符。
样，可以对试样的空间三个坐标方向上施加压力。试验时先通过压力室内的有压液体， 使试样在三个轴向受到相同的周围压力（其大小由压力计测定），并维持整个试验过程不变。然后通过活塞向试 样施加垂直轴向压力，直到试样剪坏。
若由活塞杆所施加的试样破坏时的压力强度为（偏应力），小主应力是周围压力，中主应力和相等。则由一 个试样所得的和，可以绘制一个极限应力圆。对同一种土，另取几个试样，改变围压，试样剪坏时所加的轴压力 也会改变，从而又可绘制另几个极限应力圆。这样，在不同周围压力下试验，就可得到一组（最少三个试样）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，由此包线可求得抗剪强度指标和c。
(3)试样安装：将压力室底座的透水石与管路系统以及孔隙水测定装置充水并放上一张滤纸，然后再将套上 乳胶膜的试样放在压力室的底座上，最后装上压力筒，并拧紧密封螺帽，同时使传压活塞与土样帽接触。
三轴压缩试验
σ3
σ1=σ3+△σ
45°+φ/2
σ3
σ3
σ3
σ3
σ3
a
σ1
b
图3-9 三轴剪切试验原理
a 试件受周围压力； b 破坏时试件上的主应力
强度包线
内摩擦角
粘聚力
C 莫尔破坏包线
根据排水条件和是否固结,三轴压缩试验可有 以下三种类型：
1 不固结不排水试验 试样在施加周围压力和随后施加竖向压力 直至剪切破坏的整个过程中部不允许排水,试 验自始至终关闭排水阀门。这种方法适用于 实际工程中饱和软粘土快速加荷时的应力状 况。
目前,较为完善的一种方法是三轴压缩试验。
三轴压缩试验优点：
①试验中能严格控制试样排水条件,
受力状态明确。 ②试验中可以控制大小主应力,剪切 3
面不固定,能准确地测定土的孔隙压
力和体积变化。
3
△ 3
3 3
3 △
三轴压缩试验
一、三轴试验的基本原理 二、试验目的与意义 三、试验设备与材料 四、常规三轴试验的主要步骤 五、试验结果的整理与表达 六、绘图 七、思考题
二、试验目的与意义
测定土的抗剪强度,提供计算地基强度和稳定使 用的土的强度指标内摩擦角φ和内聚力c。
三、试验设备与材料
1．三轴压缩议：应变控制式,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、承膜筒和对开圆模等。
3．天平：称量200 g,感量0.01 g；称量1000 g,感量 0.1 g。
土的三轴压缩试验
岩土工程实验室 张新敏
土的抗剪强度是指土体抵抗破坏的极限能力。在土 坡稳定、地基承载力及土压力等计算中,土的抗剪强 度是个很重要的指标。
三轴压缩试验
中文名称：三轴压缩试验英文名称：triaxial compression test定义：遵循技术程序，用3—4个圆柱形试样,分别在不同的围压(即小主应力σ3)下，施加轴向压力(即主应力差σ1－σ3)直至试样破坏，计算抗剪强度参数(黏聚力，内摩擦角)的技术操作。
应用学科：水利科技（一级学科）；岩石力学、土力学、岩土工程（二级学科）；土力学（水利）（三级学科）以上内容由全国科学技术名词审定委员会审定公布三轴压缩试验示意图三轴压缩试验三轴压缩试验是测定土抗剪强度的一种较为完善的方法。
三轴压缩仪由压力室、轴向加荷系统、施加周围压力系统、孔隙水压力量测系统等组成。
常规试验方法的主要步骤如下：将土切成圆柱体套在橡胶膜内，放在密封的压力室中，然后向压力室内压入水，使试件在各个方向受到周围压力，并使液压在整个试验过程中保持不变，这时试件内各向的三个主应力都相等，因此不发生剪应力。
然后再通过传力杆对试件施加竖向压力，这样，竖向主应力就大于水平向主应力，当水平向主应力保持不变，而竖向主应力逐渐增大时，试件终于受剪而破坏。
设剪切破坏时由传力杆加在试件上的竖向压应力为Δσ1，则试件上的大主应力为σ1=σ3+Δσ1，而小主应力为σ3，以(σ1-σ3)为直径可画出一个极限应力圆，如图中的圆I，用同一种土样的若干个试件(三个上)按以上所述方法分别进行试验，每个试件施加不同的周围压力σ3，可分别得出剪切破坏时的大主应力σ1，将这些结果绘成一组极限应力圆，如图中的圆Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ。
由于这些试件都剪切至破坏，根据莫尔-库伦理论，作一组极限应力圆的公共切线，即为土的抗剪强度包线，通常可近似取为一条直线，该直线与横坐标的夹角即为土的内摩擦角ψ，直线与纵坐标的截距即为土的内聚力c。
对应于直接剪切试验的快剪、固结快剪和慢剪试验，三轴压缩试验按剪切前的固结程度和剪切时的排水条件，分为以下三种试验方法：（1）不固结不排水试验试样在施加周围压力和随后施加竖向压力直至剪切破坏的整个过程中都不允许排水，试验自始至终关闭排水阀门。
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。
三轴压缩试验
三轴压缩试验一、实验目的三轴压缩试验是测定土的抗剪强度的一种方法。
二、实验原理土的抗剪强度是土体抵抗破坏的极限能力，即土体在各向主应力的作用下，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，土体就将沿该面发生剪切破坏。
常规的三轴压缩实验是取4个圆柱体试样，分别在其四周施加不同的周围压力(即小主应力)σ3，随后逐渐增加轴向压力(即大主应力)σ1直至破坏为止。
根据破坏时的大主应力与小主应力分别绘制莫尔圆，莫尔圆的切线就是剪应力与法向应力的关系曲线。
三、试验方法三轴压缩实验适用于测定粘性土和砂性土的总抗剪强度参数和有效抗剪强度参数，可分为不固结不排水剪实验(UU)；固结不排水剪实验(CU)和固结排水剪实验(CD)。
(1) 不固结不排水剪实验(UU)是在施加周围压力和增加轴向压力直至破坏过程中均不允许试验排水。
本试验可以测得总抗剪强度参数cu、u。
(2) 固结不排水剪实验(CU)是试样先在某一周围压力下排水固结，然后在保持不排水的情况下，增加轴向压力直至破坏。
本试验可以测得总抗剪强度参数、有效抗剪强度参数和孔隙压力系数。
(3) 固结排水剪实验(CD)是试样先在某一周围压力作用下排水固结，然后在允许试样充分排水的情况下增加轴向压力直到破坏，本试验可以测得有效抗剪强度参数和变形参数。
四、试验仪器1、SJ-1A.G三轴仪：三轴压力测控柜(包括周围压力系统、孔隙压力系统、反压压力系统、体变测管和三轴试验机电机控制单元)、压力室和试验机(包括变速箱、三相异步电机、压力机(立柱和横梁)、手轮、机架和测力计)等。
2、其它：击实器、饱和器、对开膜、承膜筒、橡皮膜、削土刀、滤纸、透水石、烘箱、电阻炉等五、试验内容本课程主要内容是独立完成一个重塑粘土的固结不排水剪实验(CU)，完成试验报告。
制备干密度约为1.75g/cm3，含水率为18%的粘土试样，在围压分别为50kPa、100kPa、150kPa、200kPa下进行固结不排水剪试验。
三轴压缩试验原理
三轴压缩试验原理
三轴压缩试验是一种常用的土体力学试验方法，用于研究土壤在压缩应力作用下的变形特性。
其原理主要包括以下几个方面：
1. 应力加载：将土样放置在三轴压缩试验仪的试验室中，施加垂直于土体轴向的压缩应力。
通常使用液压系统施加均匀的压力，使土样受到的应力保持均匀。
2. 土体变形：受到压缩应力的作用，土样会发生各向同性的压缩变形。
土体内部的颗粒之间会发生重新排列和变形，导致土样整体体积缩小，同时孔隙水位上升。
3. 应力应变关系：通过在试验中测量不同应力水平下土样的变形量，可以建立应力应变关系曲线。
这使得研究者可以分析土体的压缩性质，确定其压缩模量和压缩指数等参数。
4. 压缩指数：压缩指数是描述土体在受压缩应力下体积变化的指标。
它定义为单位应力增加导致的土样体积变化与初始体积之比，用来反映土体的可压缩性。
5. 应力路径：在三轴压缩试验中，可以通过调节施加的压力大小和速率，改变土样的应力路径。
这样可以模拟不同的工程应力状态，研究土体在不同条件下的变形行为。
总之，三轴压缩试验通过施加均匀的压缩应力，研究土体的压缩变形特性和力学行为，为土壤工程设计和岩土工程研究提供了必要的实验数据和理论基础。
土的三轴压缩试验
土的三轴压缩试验三轴压缩试验主要是用来测定土的抗剪强度，土的抗剪强度是土的一个重要力学性质，在计算地基承载力，评价地基稳定性，以及计算挡土墙的土压力时都要用到土的抗剪强度指标，因此正确的测定土的抗剪强度在工程上有非常重要的意义试验原理：三轴压缩试验最常用的是把土削成圆柱体，放到压力室内十三、三轴压缩试验提示：双击自动滚屏（一）试验目的三轴压缩试验是测定土的抗剪强度的一种方法。
对堤坝填方、路堑、岸坡等是否稳定，挡土墙和建筑物地基是否能承受一定的荷载，都与土的抗剪强度有密切的关系。
（二）试验原理土的抗剪强度是土体抵抗破坏的极限能力，即土体在各向主应力的作用下，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，土体就将沿该面发生剪切破坏。
常规的三轴压缩试验是取4个圆柱体试样，分别在其四周施加不同的周围压力（即小主应力）σ3，随后逐渐增加轴向压力（即大主应力）σ1直至破坏为止。
根据破坏时的大主应力与小主应力分别绘制莫尔圆，莫尔圆的切线就是剪应力与法向应力的关系曲线。
三轴压缩试验适用于测定粘性土和砂性土的总抗剪强度参数和有效抗剪强度参数，可分为不固结不排水试验（uu）；固结不排水试验（）和固结排水试验（CD）。
（三）试验设备1．三轴仪：包括轴向加压系统、压力室、周围压力系统、孔隙压力测量系统和试样变形量测系统等。
2．其它：击样器、饱和器、切土盘、分样器、承膜筒等。
（四）试验步骤1．切取土样：先用钢丝锯或切土刀切取一稍大于规定尺寸的土柱，放在切土架上，用钢丝锯或切土刀紧靠侧板，由上往下细心切削，边切削边转动圆盘，按规定的高度将两端削平、称量；并取余土测定试样的含水率。
2．试样饱和：试样有抽气饱和、水头饱和及反压力饱和三种方法，最常用的是抽气饱和。
即将试样装入饱和器内，放入真空缸内，与抽气机接通，开动抽气机，连续真空抽气2～4h，然后停止抽气，静止12h左右即可。
3．试样安装：将压力室底座的透水石与管路系统以及孔隙水测定装置充水并放上一张滤纸，然后再将套上乳胶膜的试样放在压力室的底座上，最后装上压力筒，并拧紧密封螺帽，同时使传压活塞与土样帽接触。
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三轴压缩实验
一、实验原理：
三轴试验采用圆柱形试样，可以对试样的空间三个坐标方向上施加压力。
试验时先通过压力室内的有压液体，使试样在三个轴向受到相同的周围压力
（其大小由压力计测
3
定），并维持整个试验过程不变。
然后通过活塞向试样施加垂直轴向压力，直到试样剪坏。
二、实验过程
1、仪器准备
（1）应变控制式三轴仪：包括压力室、轴向位移计等装备
（2）天平、其他：击实筒、饱和器、承膜筒、橡皮膜等
2、操作步骤
试样安装：（1）检查排水管路是否通畅；活塞在套内滑动是否正常；连接处有无漏水、漏气现象。
检查完成后关闭周围压力阀、孔隙压力阀和排水阀，以备使用。
（2）组件击样筒：将三瓣膜拼装好，夹板拧紧，并放置好透水石，在击样筒内部涂抹油
（3）制作土样：（本实验才去的土样为沿海淤泥土），将淤泥土分层放入击样土中并击实，每层击实至相同高度，击实用力均匀，直至击完最后一层。
将击样筒中的式样两端整平，去除称其质量。
（4）将橡皮膜套在承膜筒内，两端翻出膜外，从吸嘴稀奇，使膜紧贴承膜筒内壁，然后要在式样外，放弃，翻起橡皮膜取出承膜筒。
将包裹着土样的橡皮膜分别扎紧放在一起底座和试样帽上。
（5）装上压力室外罩。
装是应将活塞提高，以防碰撞试样，然后将活塞你试样帽中心，病均匀地旋紧螺丝，再将轴向测力计对准活塞
（6）开排气孔，向压力室冲水，当压力室快注满水时，降低进水速度，水从排气孔溢出时，关闭排气孔
（7）开周围压力阀，施加所需的周围压力。
周围压力应与工程的实际荷重相适应，并尽可能使最大周围压力与土体的最大实际荷重大致相等。
（8）旋转手轮，当量力环的量表微动时表示活塞已与试样帽接触，然后将量力环的量表和变形量表的指针调整到零位。
试样剪切：（1）打开周围压力阀，关闭体变管阀、排水管阀、孔隙压力阀、量管阀。
（2）开动马达，接上离合器，进行剪切。
开始阶段，试样每产生垂直应变~%测记量力环量表读数和垂直变形量表读数各一次。
当垂直应变达3%以后，读数间隔可延长为~%各测记一次。
当接近峰值时应加密读数，如果试样特别硬脆或软弱，可酌情加密或减少测读的次数。
（3）当出现峰值后，再继续剪3~5%垂直应变；若量力环的量表读数无明显减少，则当垂直应变进行到15~20%时，停止剪切。
（4）试验结束后关闭马达，关周围压力阀，拨开离合器，倒转手轮，然后打开排气孔，排去压力室内的水，拆除压力室外罩，擦干试样周围的余水，脱去试样外的橡皮膜，描述破坏后形状，称试样质量，测定试验后含水率。
三、计算与记录
1.轴向应变：
ε1=
1000
1⨯∆h
h % 式中：ε1——轴向应变；%
h 1——试样剪切时高度变化，cm h 0 ——试样原始高度，cm 2.试样面积的校正，应按下式计算：
1
1ε-=
A A a 式中 a A －剪切过程中校正断面积（cm 2
） 0A －土样初始断面积（cm 2
）
1ε－轴向应变（％） 3.主应力差应按下式计算
1031⨯⋅=
-a
A R
C σσ
式中：σ1—大主应力，kPa ；
σ3—小主应力，kPa ；
C —测力计率定系数（N/或N/mV）； R —测力计读数（或mV）；
A a—试样剪切时的校正面积，cm2；
10 —单位换算系数。
4.以主应力差为纵坐标，轴向应变为横坐标，绘制以主应力差与轴向应变关系曲线。
取曲线上主应力差的峰值作为破坏点，无峰值时，取15%轴向应变的主应力差值作为破坏点。
5.以法向应力σ为横坐标，剪应力τ为纵坐标。
在横坐标上以（σ1f +σ3f）/2为圆心，（σ1f －σ3f）/2为半径，绘制破坏总应力圆，该包线的倾角为内摩擦角φu或φcu，包线上纵轴上的截距为粘聚力C u或C cu。
在横坐标轴上以()2/3
1f
f
'
+
'σ
σ为圆心，以（σ1f －σ3f）/2 为半径绘制有效破坏应力圆，包线的倾角为有效内摩擦角φ′，包线在纵轴上的截距为有效粘聚力C，如下图所示
四、试样记录
周围压力 2Kpa 剪切应变速率： 3 mm/min 测力计率定系数 C ：试样高度：8cm 试样面积：12cm2
轴向应变
读数 mm
轴向应变%试样校正面
积
测力环读
数 mm
应力差
kpa
10。