三轴试验相关理论知识
三轴试验相关理论知识
三轴试验相关理论知识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。
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）。
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。
实验六三轴试验
实验六：三轴试验一、基本原理三轴剪切试验是用来测定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，利用莫尔-库仑破坏准则确定土的抗剪强度参数。
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U C 和U 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CU C 和CU φ或有效抗剪强度指标C ′和φ′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d C 和d φ。
二、试验目的1、了解三轴剪切试验的基本原理；2、掌握三轴剪切试验的基本操作方法；3、了解三轴剪切试验不同排水条件的控制方法和孔隙压力的测量原理；4、进一步巩固抗剪强度的基本理论。
三、试验设备1、三轴剪力仪（分为应力控制式和应变控制式两种）。
（1）三轴压力室：压力室是三轴仪的主要组成部分，它是由一个金属上盖、底座以及透明有机玻璃圆筒组成的密闭容器，压力室底座通常有3个小孔分别与围压系统以及体积变形和孔隙水压力量测系统相连。
（2）轴向加荷传动系统：采用电动机带动多级变速的齿轮箱，或者采用可控硅无级调速，根据土样性质及试验方法确定加荷速率，通过传动系统使土样压力室自下而上的移动，使试件承受轴向压力。
（3）轴向压力测量系统：通常的试验中，轴向压力由测力计（测力环或称应变圈等等）来反映土体的轴向荷重，测力计为线性和重复性较好的金属弹性体组成，测力计的受压变形由百分表测读。
轴向压力系统也可由荷重传感器来代替。
（4）周围压力稳压系统：采用调压阀控制，调压阀当控制到某一固定压力后，它将压力室的压力进行自动补偿而达到周围压力的稳定。
十三 三轴压缩试验
十三、三轴压缩试验（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（cu）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。
4．施加周围压力：分别按100、200、300、400Kpa 施加周围压力。
5．测孔隙水压力：在不排水条件下测定试样的孔隙水压力。
6．调整测力计：移动量测轴向变形的位移计和轴向压力测力计的初始“零点”读数。
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。
试验四、三轴压缩试验.
试验四、三轴压缩试验（一）概述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围压（即小主应力3σ）下施加轴向压力（即主应力差1σ—3σ），对试样进行剪切，直至破坏，然后根据摩尔—库伦理论，求得土的总抗剪强度指标ϕ和c 以及有效抗剪强度指标'ϕ和'c 。
根据排水条件的不同，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 ）在施加周围压力3σ和轴向偏应力1σ—3σ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 ϕ和u c 。
固结不排水剪（CU ）试验中，试样先在周围压力3σ作用下排水固结，然后在试样不允许排水的条件下，施加偏应力1σ—3σ至试样剪坏。
固结不排水可得到总强度指标cu ϕ和cu c ，如试验时量测孔隙水压力也可得到有效强度指标'ϕ和'c 。
固结排水剪（CD ）试验时，试样先在周围压力下排水固结，然后在允许试样排水的条件下，施加偏应力1σ—3σ，至试样剪破坏。
该试验由于在整个试验过程中允许试样排水固结，孔隙水压力始终保持为零，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 ϕ和d c 。
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3σ（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1σ=q —3σ（偏应力），小主应力是周围压力，中主应力2σ和3σ相等。
则由一个试样所得的1σ和3σ，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3σ，试样剪坏时所加的轴压力1σ也会改变，从而又可绘制另几个极限应力圆。
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。
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。
动三轴试验的原理
动三轴试验的原理动三轴试验是一种常用的实验方法，用于研究材料在三个方向上的力学性能。
其原理基于力学原理和材料力学行为的特性，通过施加不同方向和大小的力来测试材料的强度、变形和破坏等性能。
动三轴试验通常使用一台试验机和相应的夹具来施加力和测量试样的应力和应变。
试验过程中，试样通常以薄片、柱状或其他特定形状的样品进行，以确保受力均匀且符合试验要求。
在动三轴试验中，试样会在三个正交的轴向上施加力。
这三个轴通常分别是X轴、Y轴和Z轴。
在试验开始时，试样会受到预先设定的初始应力，然后逐渐增加或减小力的大小，直到达到所需的应力水平。
在施加力的过程中，试样会发生变形。
通过测量试样的应变和应力，可以得到材料在不同应力下的力学性能。
具体来说，可以获得材料的弹性模量、屈服强度、断裂强度、延伸率等指标。
动三轴试验的原理是基于材料的力学行为。
材料在受力时会发生弹性变形和塑性变形。
弹性变形是指在受力作用下，材料会发生可逆的形变，即材料在去除外力后会恢复到初始状态。
而塑性变形是指材料在受力作用下发生的不可逆形变，即材料会永久性地改变其形状。
通过动三轴试验可以研究材料的强度和变形行为。
在试验中，可以观察材料在不同应力下的变形情况，从而确定材料的屈服强度和断裂强度。
此外，还可以通过测量材料的延伸率来评估其可塑性。
动三轴试验在材料科学和工程领域有着广泛的应用。
通过研究材料的力学性能，可以优化材料的设计和制备过程，提高材料的性能和可靠性。
此外，动三轴试验还可以用于评估材料的可靠性和耐久性，以保证材料在实际使用中的安全性和稳定性。
动三轴试验是一种重要的实验方法，用于研究材料在不同应力下的力学性能。
通过施加不同方向和大小的力，可以获得材料的强度、变形和破坏等性能指标。
动三轴试验在材料科学和工程领域具有广泛的应用，可以为材料设计和制备提供重要的参考依据。
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。
工程岩土与测试：土的三轴压缩实验
三轴压缩试验
《工程岩土与测试》
三轴压缩试验
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。
测定土的抗剪强度最简单的方法是直接剪切试验。
三轴压缩试验
缺点:
①剪切破坏面人为的固定为上下盒之 间的水平面，不符合实际情况。 ②试验中不能严格控制排水条件，不 能量测土样的孔隙水压力。
三轴压缩试验
（2）有效应力法。 表达式为： τf =c′+σ′tanφ′
σ′= σ-u 式中： c′—土的有效粘聚力
φ′—土的有效内摩擦角。 σ′、u—土的有效应力 和孔隙水压力 该法以法向应力σ′为横坐标，剪应力τ为纵坐标。在横坐标上以（σ1′+σ3′） /2为圆心，以（σ1′+σ3′）/2为半径做应力圆，绘制破坏总应力圆，如图直线Ⅱ。
σ3
σ3
σ3
（a）试件受周围压力
三轴压缩试验
σ1=σ3+△σ
45°+φ/2
σ3
σ3
σ1
（b）破坏时试件上的主应力
（4）施加轴向压力。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如图 (b) 。
三轴压缩试验
三轴压缩试验
• 常规的三轴压缩试验是取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，随后逐渐增加轴向压力，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，通常近似的以直线表示， 其倾角为φ，在纵轴上的截距为c。
三轴试验应力123大小关系
三轴试验应力123大小关系
【原创实用版】
目录
1.三轴试验简介
2.三轴应力试验的应力大小关系
3.结论
正文
一、三轴试验简介
三轴试验是一种广泛应用于岩土工程、材料科学等领域的实验方法，主要用于研究材料在三个正交方向上的应力状态。
三轴试验能够模拟实际工程中材料的应力状态，为工程设计和施工提供重要依据。
在三轴试验中，通常需要测试三个主应力（σx, σy, σz）的大小关系，以评估材料的强度和稳定性。
二、三轴应力试验的应力大小关系
在三轴试验中，三个主应力（σx, σy, σz）之间的关系可以通过实验数据进行分析。
根据实验结果，可以得出以下结论：
1.在大多数情况下，σx > σy > σz。
这是因为在多数材料中，x 方向的拉伸强度最大，y 方向次之，z 方向最小。
2.当材料受到横向压缩时，σy 可能大于σx。
这种情况下，材料的稳定性会受到影响，可能导致侧向挤压或剪切破坏。
3.当材料受到竖向压缩时，σz 可能大于σx 和σy。
这种情况下，材料容易发生挤压破坏。
4.在某些特殊情况下，三个主应力的大小关系可能发生变化，例如在复合材料、功能梯度材料等特殊材料中。
三、结论
综上所述，通过分析三轴应力试验的应力大小关系，可以对材料的强度和稳定性进行评估。
在实际工程中，根据材料的应力状态，可以采取相应的设计和施工措施，以确保工程安全和稳定。
三轴压缩实验(1)
三轴压缩试验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。
三轴压缩试验目的三轴压缩试验是测定土抗剪强度三轴压缩实验（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。
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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）。
然后经交点Op 作与OpD 线成α角的直线，交圆于P 图3 三轴试样的应力状态点，OpP 线的方向就是试样内斜面的方向；P 点的横、纵坐标值就是以上斜面（倾角α）的法向应 力σ和切向应力τ。
可见，任一斜面上的法向力和剪应力将随α而异。
实际应用上是以水平为大主应力面、垂直为小主应力面。
在分析P 点的应力状态时，EP 的方向就是上述斜面的方向，即斜面的倾角∠PED=α（∠PED 与∠POpD 是同圆弧的圆周角）。
此时∠PCD=2α，再根据圆心坐标（σ1+σ3）/ 2和半径（σ1-σ3）/ 2的数值，就很容易地写出P 点的横坐标与纵坐标值，就是上述σ、τ的表达式。
需要提出的是，摩尔圆在土力学中应力的正负号与材料力学不同，法向应力以压应力为正、拉应力为负；剪应力以逆时针为正、顺时针为负。
3.有效应力原理① 设σ为总应力，σ'为有效应力，u 为孔隙（水、气）压力，则有效应力原理可表达为σ=σ'+ｕ现阶段测试技术只能测饱和土的孔隙水压力，对于非饱和土测孔隙压力还停留在研究上。
有效摩 图4 摩尔园与试样斜面上的应力尔圆的圆心在横轴上的坐标、与圆半径，则分别是：② 三轴试样在受外力作用下产生的孔隙水压力ｕ分两部分，一部分由周围压力（σ3）引起为ｕc ；另一部分是由偏应力（σ1-σ3）引起为ｕs 。
通常用孔隙水压力系数来表示。
Δｕ=Δｕc+Δｕs设式中的 Δｕc=B Δσ3Δｕs=A （Δσ1-Δσ3）则 B=Δｕc/Δσ3A=Δｕs/（Δσ1-Δσ3）式中的B 为初始孔隙水压力系数，与土样的饱和程度相关。
B 界于0～1之间，是试验中的一项重要检验指标，试前必须B 达到或接近1（＞0.95～0.98）；固结时用于检查孔隙水压力消散程度，当孔隙水压力完全消散（国标规定孔压消散大于95%），谓主固结完成；当土样不饱和或不完全饱和时，B 值必然对A 值会有影响。
这时，Δｕs 应表示为 BA （Δσ1-Δσ3），于是Δｕ= B Δσ3+ BA （Δσ1-Δσ3）BA 常用Ā表示，上式改写成2222313'1'313'1'σσσσσσσσ-=--+=+uΔｕ= BΔσ3+ Ā（Δσ1-Δσ3）在固结不排水（CU）试验中，固结完成后Δｕc等于零，故总的孔隙水压力变化为Δｕ=Δｕs=Ā（Δσ1-Δσ3）通常只取破坏时的Δｕ计算A，作为破坏时的孔隙水压力系数，并用下式表示：A f=ｕf / B（σ1-σ3）f式中ｕf——试样破坏时的主应力差（σ1-σ3）f产生的孔隙水压力值（kpa）当土样处于完全饱和状态时，B=1，Δｕc=Δσ3，这时A就等于Ā：Δｕ=Δσ3+ A（Δσ1-Δσ3）对于非饱和土，B﹤1，大主应力σ1与孔隙水压力ｕ的关系表示为ｕ=BΔσ1在堤坝边坡稳定分析中，B将是一个有用的参数，可由三轴试验模拟土体实际受力条件测定。
在固结排水（CD）试验中，Δｕc=Δｕs=0，故Δｕ=0。
土工试验国家标准中，当测孔隙水压力时通常只须提供两项孔隙水压力系数B、A f。
4.应力路径分析应力路径是指某个特定平面上的应力状态变化的轨迹。
应力路径与应力路径曲线，在三轴试验中的应用，有以下三个方面：①常规三轴（UU、CU、CD）试验，是用同一种加荷方式，在不同排水条件下进行的。
若以不同的加荷方式，在不同的排水条件下作试验，称为应力路径三轴试验。
例如在压缩试验中就有固定σ3，增加σ1,主应力和增加（图5a）；固定σ1，减小σ3主应力和减小（图5b）；主应力和不变，增加σ1，减小σ3（图5c）。
应力路径的试验，用手工操作难以完成，须借助全自动的仪器和专门设计的试验程序，用计算机控制进行。
其中还需要试验人员根据工程实际，进行试验设计。
②应力路径曲线反映试样的应力点，从初始状态向破坏状态的变化轨迹。
对其分析有助于试样破坏点的判断。
直接求取破坏剪切面的倾角比较困难，而是取摩尔圆顶点（σ1—σ3）/ 2、即在与大主应力面成45°的平面（最大剪应力面），描绘应力变化的曲线，既方便又简洁明了如图6所示。
在图7中三轴压缩的路径的如AB线，三轴拉伸的路径如AC线。
应力路径又分成总应力路径和有效图5 加荷方式与应力路径应力路径。
正常固结土的应力路径如图8（a）所示，总应力路径是一条以σ3为原点、与横坐标成45°的直线AD；有效应力路径则是从σ3开始的一条曲线AH，它与总应力路径曲线之间的水平距离，为孔隙水压力。
超固结土的应力路径如图8（b）所示，M点为曾经受到过最大固结应力，A 点为弱超固结试样的围压，总应力路径沿着AC线至C点破坏，因为超固结土产生正的孔隙水压力，所以有效应力路径曲线始终在总应力路径的左边，从A点沿着曲线至D破坏；B点则是强超固结土的应力路径。
从中可以看出超固结土的应力路图6 应力路径曲线图7 正常固结土的CD应力路径图8 固结不排水(CU)的压力路径径与曲线的形态与正常固结土不同，这说明超固结土试样，在轴压下的孔隙水压力最初变化很小，待应力接近或超过M点后孔隙水压力才逐渐变大。
在固结排水剪试验里，应力路径比较简单因为试验中孔隙水压力始终保持为零，故总应力路径也就是有效应力路径。
在不固结不排水试验里，只有总应力路径。
应力路径曲线如图中的AB线。
在实际试验里会见到形态各异的有效应力路径曲线，只要按以上关系去认识，就有助于对试验的分析，并确定破坏点。
③将一组试样的应力路径曲线上的破坏点，用直线c连接起来，将是与摩尔圆相割（如图9）的直线。
而强度包线f是和诸摩尔圆相切的直线。
显然c线的倾角、和截距，须要根据两条直线的几何关系，经过换算才能得出强度包线的参数。
设两条直线与横坐标的夹角分别是α、φ'，与纵坐标的截距分别是d和c'。
则两条直线的参数存在如下关系：φ'=sin-1tanαc'=d/cosφ'这就是土工试验标准、规程中列出的，根据应力路径连线求抗剪强度参数c'、φ'的算式。
证明以上关系的成立，可以从一个摩尔圆与两条直线的几何图形来理解：a、把c或f直线与横坐标相交处，可看作一个点圆，因此两直线必相交于一点。
b、比较以c线与f线交点至摩尔圆圆心为公共边的两三角形，通过以下关系计算φ'值：sinφ'=tanαc、比较以c线或f线交点至坐标原点为公图9 摩尔园切线的解析关系共边的两三角形，通过以下证明计算c'值：c'×ctgφ'=d×ctgα用tanα取代ctgα并置换成sinφ'，c'×ctgφ'=d/sinφ'于是 c'×（cosφ'/sinφ'）= d/sinφ'由于各应力点正是摩尔圆的顶点，通过其纵横坐标值可以使直线c在数据处理中有了解析解。
它适用于总应力、也适用于有效应力条件下求φ（φ'）和c（c'）。
具体操作是，首先用统计的方法，对c线上各（极限摩尔圆半径）点作线性回归计算，求得其截距d和斜率tanα。
即：σ)σ(-将纵坐标（σ1-σ3）/ 2以y 表示，横坐标σ以x 表示，线性回归计算公式如下：线性回归计算可编辑出程序、或套用现成的计算程序，应用计算机十分方便。
这种统计关系是依据误差理论中的最小二乘法原理，所得直线距各测点的偏差的平方和最小，通过相关系数来评价试验结果的线性离散程度。
式中的回归系数tan α为斜率，回归常数项d 为直线在纵坐标上的截距，r 为相关系数。
5.摩尔—库仑理论材料破坏的基本条件是，应力达到最大正应力、最大剪应力或最大应变。
从试验和观察上得知，若某一条件或几个条件组合达到某一极限时，材料将受到破坏。
把这种条件称作破坏准则或强度理论。
不同材料适用的强度理论不相同。
金属材料用屈雷斯卡（Tresca ）和冯米赛思（V on Mises ） 理论较好；一般材料或硬粘土、具有裂隙粘土的脆性断裂状态，适宜用最大压（拉）应力理论或最大弹性应变理论来解释破坏；对于土来说，应用最大剪应力理论比较适合。
因为在工程上，如承受建（构）筑的荷载、挖方或填方边坡受外力和土体自重作用、挡土结构受到的土压力等，是凡地基土稳定性的课题。
都涉及到一部分土体可能沿着某个面相对于另一部分土体的滑动。
视这一现象的出现为剪切破坏或产生塑性流动。
土体内部的滑动可沿任何一个面发生，只要该面上的剪应力等于或超过了它的抗剪强度。
库仑是最早（1776年）提出以最大剪应力作为破坏的量度的。