土工试验与测试

3
3
3
q 1 2
(1 2 )2 ( 2 3 )2 ( 3 1)2
1 3
a c
dp d a / 3
dq d a
dq 3 dp
CTE（常规三轴伸长—挤长试验)：
实验原理：
环剪仪的剪切盒一般由一对金属环组成，试样放在环状 剪切盒内。试验时，法向应力由传力板直接施加在环状试样 的上部，并通过传力板上的刀口将试样上表面固定，而下剪 切盒转动给试样施加扭矩，实际上环剪试验和直剪试验一样， 破坏面是一个预设的剪切面。
（1） 剪切面面积不变
（2） 便于用同一试样连续做几个正压力试
为常数 TC： p为常数三轴压缩试验（轴应力增－围压减） TE： p为常数三轴伸长试验（轴应力减－围压增）
RTC：减压三轴压缩试验： （轴应力）为常数 RTE：减压三轴伸长试验：1 （围压）为常数
HC: hydrostatic compression CTC: conventional triaxial compression CTE: conventional triaxial extension RTC: reduced triaxial compression RTE: reduced teiaxial extension TC: triaxial compression TE: triaxial extension
第1章 土工试验与测试
1.1 室内试验 1.2 模型试验 1.3 原位测试与现场观测
土力学中试验与测试的作用
1．揭示土一般的力学性质和规律—理论的建 立，了解特定的土的物理力学性质；
2．确定各种理论和工程设计参数，验证各 种理论的正确性和实用性；
3．模型试验、足尺试验不仅可以验证理论 与数值计算的合理性，还可用以解决实际工程问 题；
4．原位测试、现场监测为数值计算的反分析、 安全性评价和信息化施工服务
1.1 室内试验
1.1.1 强度测定仪器
直剪仪（direct shear apparatus） 单剪仪（direct simple shear apparatu） 环剪仪 （torsional (ring) shear apparatus）
高压三轴、非饱和土三轴仪、应力与应变路径控 制三轴仪…… （6）变形与强度试验 （7） 应力状态明确，简单；排水条件明确
三轴仪 三轴仪原理图
v 1 2 3 a 2 r
a
r
v
a
2
v
V V0
W V0
r
1
3
P来自百度文库A
常规三轴压缩试验的应力状态简图
r
v
a
2
r
a
2
a r
固结不排水三轴试验
对于三轴应力状态：=
验 ——测定残余强度
环剪试验
1.1.2 变形参数测定试验——侧限压缩仪 （oedometer consolidation test apparatus）
1．侧限应力状态（hK0v)
2．压缩与固结试验 3．试验结果：e-p曲线与e-lgp曲线：
（侧限）压缩模量：Es 压缩系数：a 体积压缩系数：mv 压缩（回弹）指数Cc、 Ce
TE 三轴 伸长
平均 主应 力不
变
RTC 减压三 轴压缩
轴向应 力不变
RTE 减压 三轴 伸长
围压 不变
PL 三轴等比
实验
常应力比 1 3 k
1 c
a
c
a
c
a
c
a
2 c
c
c
c
a
c
c c 1 k
3 c
c
1 0
0
2 0
0
3 0
0
p 0
0
a
0
c
0
a
0
c
两个参数p， q
p 1 2 3 1 2 3
3
3
q 1 2
(1 2 )2 ( 2 3 )2 ( 3 1)2
1 3
这两个参数对于三轴应力状态使用比较简便
本书中也常用另外两个常用参数
（不计中主应力）
1 3
2
1 3
2
一般应力状态下，为了表示主应力的大小常 用另外两个参数
毕肖甫参数： b 2 3 1 3
应力洛得角：
tan 2 2 1 3 2b 1
3(1 3)
3
1. 三轴仪的不同应力路径试验
HC：静水压力（各向等压）试验＝2＝3 PL：比例加载试验： / 3为常数 CTC：常规三种压缩试验 ：3为常数（围压） CTE：常规三轴伸长（挤长）试验： 3（轴应力）
1. 直剪仪（direct shear apparatus）
（1） 古老：1776年 Coulomb （2） 直观、简便、经济 （3） 应力应变条件复杂、不
均匀 （4） 排水条件不明确
直剪仪仪器简图
初始状态
f
破坏状态
0
k0v f3 1v
f1
直剪试验中剪切面处土的应力状态变化
2.单剪仪（direct simple shear apparatus）
0
0 1 2 0
0
0 1 2 21
0
0
0
0
0
a
0
c 1 k
0
0
1 k
0
1 k
0
0
b( ) / 0(30) 1(30) 0(30) 1(30) 0(30) 1(30) 0(30)
不同应力路径的斜率: CTC（常规三轴压缩试验)：
c为常数， d c d3 0
p 1 2 3 1 2 3 a 2 c
侧限压缩试验 环刀
1.1.3 三轴仪与试验
（1）1930 A. Casagrande 提出圆柱试样 （2）1933 Seffert 用三轴仪研究固结 （3）1934 Rendulic 利用测定土的强度参数 （4）1959 黄文熙，汪闻韶 研制动三轴试验 （5）三轴仪的发展：动三轴、大尺寸三轴仪、
q TC
RTE TE RTC
CTC CTE
PL
3
1
3
2
HC
0
p
图1－10 利用三轴仪进行不同应力路径的试验
不同应力路径下的三轴试验应力特点（加载时）
试验 名称
HC 静水 压缩
CTC 常规三 轴压缩
主要 应力 特点
三个 主应 力相
等
围压不 变
CTE 常规 三轴 伸长
轴向 应力 不变
TC 三轴压缩
平均主应 力不变
用一系列环形圈代替刚性盒，因而没有明显的应 力应变不均匀，试样内所施加的应力被认为是纯剪。
（1）应力状态均匀 （2）断面积不变 （3）循环加载与动力试验 （4）破坏面位置不确定
单剪试验原理
初始状态
破坏状态
vv
3f
1f
h,h
单剪试验的应力状 态：水平面不一定
是破坏面
单剪试验应力状态变化
3. 环剪仪（torsional (ring) shear apparatus）