6.三轴压缩试验(砂土)
三轴压缩下砂土本构关系的归一化特性及数值建模方法
第27卷增1岩石力学与工程学报 V ol.27 Supp.12008年6月 Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering June ,2008收稿日期:2006–12–26;修回日期:2007–05–05作者简介:李向东(1972–,男,硕士,1994年毕业于武汉工业大学非金属专业,现任工程师,主要从事土木工程质量检测方面的教学与研究工作。
E-mail :lxdlxp@三轴压缩下砂土本构关系的归一化特性及数值建模方法李向东1,张光永1,向平方2,王靖涛1,徐辉1(1. 华中科技大学土木工程与力学学院,湖北武汉 430074;2. 湖北省水利水电勘测设计院,湖北武汉 430070摘要:通过研究中密砂三轴压缩的试验曲线,发现其应力–应变关系曲线在常规围压范围内具有归一化特性。
选择合适的归一化指标对砂土三轴试验数据进行归一化,以归一化的试验数据为训练样本进行神经网络训练,得到比较理想的砂土神经网络本构模型。
本构模型仿真值与试验值符合较好,表明所给出的建模方法是合理的。
所提出的建模方法可以在所有试验数据的基础上自动实现概率寻优,能有效降低噪声信号的干扰,并可减小试验数据的分散造成的影响。
关键词:土力学;砂土本构关系;归一化特征;神经网络;数值建模方法中图分类号:TU 43 文献标识码:A 文章编号:1000–6915(2008增1–3082–06NORMALIZATION CHARACTERISTIC OF SANDS UNDER TRIAXIALCOMPRESSION AND NUMERICAL MODELING METHODLI Xiangdong 1,ZHANG Guangyong 1,XIANG Pingfang 2,WANG Jingtao 1,XU Hui 1(School of Civil Engineering and Mechanics ,Huazhong University of Science and Technology ,Wuhan ,Hubei 430074,China ;2. Hubei Institute of Water Conversation and Hydroelectric Engineering Exploration and Design ,Wuhan ,Hubei 430070,ChinaAbstract :Study shows that there is normalization characteristic about the stress-strain curves of mediate-dense sands in the range of routine confining pressure. The triaxial test data are normalized by choosing proper normalization parameters. The neural networks are trained by regarding the normalized data as training samples ,and then the constitutive model of sand described by neural networks is obtained. The emulation value of the neural networks agrees with well ,which shows that the proposed modeling method is reasonable. It can achieve probabilistic optimization automatically based on all test data by using the modeling method ,and can reduce the interference of noise signal ,and lower the influence caused by dispersive test data.Key words :soil mechanics ;constitutive relations of sand ;normalization characteristic ;neural networks ;numerical modeling method1 引言岩土本构关系是岩土介质的固有性质。
土力学填空题
1. 土中固体颗粒是岩石风化后的碎屑物质，简称土粒，土粒集合体构成土的骨架。
2．按照起因地基中应力可分为自重应力和附加应力，附加应力是产生地基变形的主要原因。
3. 松砂土受剪其体积减缩，在高的周围压力作用下，无论砂土的松紧如何，受剪时都将减缩。
4．土的固结过程就是土中水在压力作用下，而土中水占体积缩小的过程。
5. 土的压缩模量是指土体在侧限条件下竖向附加应力与应变的比值，该值愈大表明土的压缩性可能越低。
6．如果试样在三轴压缩试验过程中含水量始终不变，该试验方法可能是固结不排水试验，总应力破坏包线为一条水平直线，得到的结果是土的不排水抗剪强度。
7．地基极限承载力是指地基剪切破坏发展即将失稳时所能承受的极限荷载。
8．朗肯土压力理论是根据半空间的应力状态和墙背土中各点的极限平衡条件来求解主动、被动土压力的理论。
1、地基中某点的总应力等于自重应力与附加应力之和；2、工程上按塑性指数的大小对粘性土进行分类，将粘性土分为粘土和粉质粘土；3、无粘性土坡处于极限平衡状态时，坡角与土的内摩擦角的关系是αf=45°+ψ/2 ；4、根据有效应力原理，只要土中应力路径发生变化，土体强度就发生变化；5、在双层地基中，若上层坚硬、下层软弱，则附加应力将产生应力扩散现象；6、土的压缩模量越小，其压缩性越高，土的压缩系数越大，其压缩性越高；7、已知土中某点σ1=40 kPa，σ3=20 kPa，该点最大剪应力值为20Kpa ，最大剪应力面与大主应力作用面的夹角为45 ；40，由此可推得该8、取坚硬粘土进行无侧限抗压强度试验，土样破坏时的压力为60kPa，破裂面与铅垂方向的夹角为粘土的粘聚力为25.17 kPa。
1是指Z max= 1/4b 时所对应9、对浅基础地基而言，以塑性区的最大深度Z max=0所对应的荷载被称为临塑荷载，P4的荷载；10、对一定宽度的刚性基础，控制基础构造高度的指标是刚性角；11、天然土层中同一深度处竖直面上的抗剪强度在数值上要_小于_水平面上的抗剪强度；12、对烟囱、水塔等高耸结构而言，应控制的地基变形特征是倾斜，必要时应控制平均沉降量；13、在不排水条件下饱和粘性土的孔隙压力系数B＝1，意味着改变周围压力增量只能引起孔隙水压力的变化；14、从理论上可知，一般地基承载力由三部分组成，这三部分都随土的内摩擦角的增大而增大；15、地基破坏的过程通常分为压缩阶段、_剪切阶段_和隆起阶段；16、按桩的施工方法的不同，可分预制桩和灌注桩两大类。
三轴压缩实验(DOC)
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—不固结不排水剪实施细则
土工作业指导书三轴压缩试验—不固结不排水剪实施细则文件编号：版本号：编制：批准：生效日期：三轴压缩试验—不固结不排水剪实施细则1. 目的为了规范标准固结试验中的各个环节，特制定本细则。
2. 适用范围本试验方法适用细粒土和粒径小于20mm的粗粒土。
3. 引用文件GB/T50123-1999 土工试验方法标准。
4. 检测设备4．1本试验所用的主要仪器设备，应符合下列规定：1、应变控制式三轴仪：由压力室、轴向加压设备、周围压力系统、反压力系统、孔隙水压力量测系统、轴向变形和体积变化量测系统组成。
2、附属设备：包括击样器、饱和器、切土器、原状土分样器、切土盘、承膜筒和对开圆膜。
3、天平：称量200g，最小分度值0.01g；称量1000g，最小分度值0.1g。
4、橡皮膜：应具有弹性的乳胶膜，对直径39.1和61.8mm的试样，厚度以0.1～0.2mm为宜，对直径101mm的试样，厚度以0.2～0.3mm为宜。
5、透水板：直径与试样直径相等，其渗透系数宜大于试样的渗透系数，使用前在水中煮沸并泡于水中。
4．2试验时的仪器，应符合下列规定：1、周围压力的测量准确度应为全量程的1%，根据试样的强度大小，选择不同量程的测力计，应使最大轴向压力的准确度不低于1%。
2、孔隙水压力最测系统内的气泡应完全排除。
系统内的气泡可用纯水冲出或施加压力使气泡溶解于水，并从试样底座溢出。
整个系统的体积变化因数应小于1.5×10-5cm3/kPa。
3、管路应畅通，各连接处应无漏水，压力室活塞杆在轴套内应能滑动。
4、橡皮膜在使用前应作仔细检查，其方法是扎紧两端，向膜内充气，在水中检查，应无气泡溢出，方可使用。
5．操作步骤进行：本试验采用的试样最小直径为φ35mm，最大直径为φ101mm，试样高度宜为试样直径的2～2.5倍，试样的允许最大粒径应符合下表规定，对于有裂缝、软弱面和构造面的试样，试样直径宜大于60mm。
5．1试样的制备：5．1．1原状土试样制备。
土力学
土力学及地基基础B第1次作业一、单项选择题(只有一个选项正确，共18道小题)1. 对粒径分布曲线来说，当某一段曲线很陡时，说明该范围粒径的颗粒（）(A) 含量很低(B) 含量很高(C) 含量比较适中(D) 不能反映其含量正确答案：B解答参考：2. 下列哪个是表示土的有效粒径（）(A) d10(B) d30(C) d50(D) d60正确答案：A解答参考：3. 在下列指标中，不可能大于1的指标是( )(A) 含水量(B) 孔隙比(C) 液性指数(D) 饱和度正确答案：D解答参考：4. 影响黏性土性质的土中水主要是（）(A) 弱结合水(B) 强结合水(C) 重力水(D) 毛细水正确答案：A解答参考：5. 根据达西定律，水在土中的渗流速度与（）成正比。
(A) 水力梯度的一次方(B) 水力梯度1/2次方(C) 孔隙率(D) 水头正确答案：A解答参考：6. 若土的级配曲线很平缓，则表示（）(A) 不均匀系数小(B) 粒径分布不均匀(C) 粒径分布较均匀(D) 级配良好正确答案：B解答参考：7. 以下不属于土的三相体系的是（）(A) 颗粒(B) 水(C) 矿物(D) 气体正确答案：C解答参考：8. 若土的级配曲线很平缓，则表示（）(A) 不均匀系数小(B) 粒径分布不均匀(C) 粒径分布较均匀(D) 级配良好正确答案：B解答参考：9. 在下列指标中，不可能大于1的指标是( )(A) 含水量(B) 孔隙比(C) 液性指数(D) 饱和度正确答案：D解答参考：10. 某黏性土的塑性指数I L=0.5，则该土的软硬状态为（）(A) 硬塑(B) 可塑(C) 软塑(D) 流塑正确答案：B解答参考：11. 根据达西定律，水在土中的渗流速度与（)成正比。
(A) 水力梯度的一次方(B) 水力梯度1/2次方(C) 孔隙率(D) 水头正确答案：A解答参考：12. ( )是土的重要力学性能指标之一(A) 剪切面上荷载产生的法向应力(B) 土的抗剪强度指标(C) 剪切试验土样(D) 试验的排水条件正确答案：B解答参考：13. 影响黏性土性质的土中水主是（）(A) 弱结合水(B) 强结合水(C) 重力水(D) 毛细水正确答案：A解答参考：14. 下列哪个是表示土的有效粒径（）(A) d10(B) d30(C) d50(D) d60正确答案：B解答参考：15. 若土中某个粒径范围的颗粒很少，则在粒径分布曲线上，对应于这一范围的曲线将( )(A) 基本呈线性(B) 基本铅垂(C) 很缓(D) 很陡正确答案：C解答参考：16. 已知土体：ds=2.8 e=1 则该土的临界水力梯度为（）(A) 1.8(B) 1.4(C) 0.9(D) 2.8正确答案：C解答参考：17. 关于孔隙比的说法正确的是（）(A) 孔隙比是土中孔隙体积与土总体积的比(B) 用符号标示为e=V V/V(C) 孔隙比变化范围很大，有的大于1.0,也可以小于1.0。
砂土抗剪强度的主要影响因素及其研究现状分析
砂土抗剪强度的主要影响因素及其研究现状分析高金翎(上海大学土木工程系上海200072)中图分类号：TU441文献标识码：A文章编号：1672-7894（2013）33-0110-07摘要砂土的抗剪强度是砂土的重要力学指标之一，研究砂土的抗剪强度对于工程实践具有重要的指导意义。
研究表明，影响砂土抗剪强度的主要因素有砂土的密实度、表面粗糙度、颗粒形状、颗粒级配以及试验条件的差异等。
本文从砂土抗剪强度理论出发，分析和总结了在上述各项因素作用下砂土抗剪强度的变化规律和研究现状，并提出了目前砂土抗剪强度研究中存在的一些问题，为进一步深入研究砂土的抗剪强度问题奠定了基础。
关键词砂土抗剪强度库伦公式现状发展Analysis of the Main Factors on the Shear Strength of Sandy Soil and the Current Research Situation//Gao Jin-lingAbstract Shear strength is one of the important mechanics in-dexes of the sandy soil,so the research on the shear strength of sandy soil plays an important role in engineering practice.Several studies show that compactness,the roughness of the surface,par-ticle shape,grain size distribution and test conditions and so on have an influence on the shear strength of sandy soil.Based on the theory on the shear strength of sandy soil,this paper analyzes and summarizes the change rules and the research status of the shear strength of sandy soil under the action of the above factors. At last,the author comes up with the problems existing in the current research on the shear strength of sandy soil and lays a foundation for further researches.Key words sandy soil;shear strength;Coulomb formula;current situation;development砂土是地基土中比较常见的一种土质类型。
砂土的稳态强度固结不排水三轴试验研究
流动结构、稳态线和准稳态等基本概念。
“稳态强度”是指土体在稳态变形状态下可以
动用的强度，其大小决定了土体在地震中和地震后
的稳定性和永久变形[6]。
到目前为止，人们普遍接受关于“稳态变形”
的定义是 Poulos 的定义[7，8]：对颗粒材料，“稳态
变形”是指土体在常体积、常法向有效压力、常剪
应力和常应变速率下的持续变形状态。在排水或不
1.728
F5 0.074 0.027 3.1 50.7 2.68 1.123
1.682
第 24 卷 第 22 期
魏 松等. 砂土的稳态强度固结不排水三轴试验研究
• 4153 •
累积百分比/%
100 90 80
70 60 50 40 30 20 10 0 10.000
F2 砂土 F5 砂土
1.000
saturated loose sand during CU triaxial shear test
3 试验方法简介
本试验所用 F2 和 F5 砂土样分别取自土坝的坝 基和坝体部位，为固结不排水三轴试验。砂土样的 物理性质指标及颗分曲线分别见表 1 和图 3。
试验步骤和方法：(1) 砂土样采用湿击样法制 备(根据文[14]，该法可以得到较大范围孔隙比的试 样)，试样直径 D = 3.91 cm、高 h = 8 cm，分 5 层击 实；(2) 采用试样在压力室内抽气饱和的方法[15]，
200
100
0
0
200
400
600
p′/%
(c) F2 砂土样(ρd= 1.40 g/cm3)
400 围压/kPa
100
300
200
300
400 200
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。
三轴压缩试验土力学地基基础
无粘性土的极限平衡条件
σ 1= σቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ3tg2(45+φ /2) σ 3= σ 1tg2(45－φ /2)
土力学地基基础
讨论：破坏面=最大主应力面？？？
承 基础下的地基土体产生整体滑动或因局部剪切破坏而导致 载 过大的地基变形甚至倾覆。
力 问 题 ( 图 1 )
土力学地基基础
2000年西藏易贡巨型滑坡
土力学地基基础
第六章 土的抗剪强度和地基承载力
土体抵抗剪切破坏的极限能力 §6.1 土的抗剪强度和极限平衡条件
变形破坏 位移、不均匀沉降等超过规定限值
地基破坏 强度破坏 地基整体或局部滑移、土工构筑 物失稳 土体强度破坏的机理： 在外荷载作用下，土体中将产生剪应力和剪切变 形，当土中某点由外力所产生的剪应力达到土的抗 剪强度时，土就沿着剪应力作用方向产生相对滑动， 该点便发生剪切破坏。
土力学地基基础
第六章 土的抗剪强度和地基承载力
τ
f c tg
D A B τ＝τf 极限平衡条件 莫尔－库仑破坏准 则
O
σ
剪切破坏面
极限应力圆 破坏应力圆
土力学地基基础
第六章 土的抗剪强度和地基承载力
粘性土的极限平衡条件
土力学地基基础
三轴压缩试验
固结排水试验（CD试验） cu 、u 1 打开排水阀门，施加围压后充分固结，超
土力学地基基础
第六章 土的抗剪强度和地基承载力
三、莫尔-库仑强度理论
土力学题库
1.有效应力：由土颗粒间的接触面来承担的应力。
2.压缩系数：空隙比e与压应力的比值。
3.干容重：土被完全烘干时的容重，在忽略气体的质量时，它在数值等于单位体积中土粒的质量。
对总应力P的比值（也即超静孔4.固结度：在某一深度Z处，有效应力zt隙水压力的消散部分u0--u st对孔隙水压力的比值）5.附加应力：由建筑物等外荷载而产生的应力。
6.地基容许承载力：它是指地基稳定有足够的安全毒并且变形控制在建筑物的容许范围内时的承载力。
7.灵敏度：原状土样的单轴抗压强度（或称无侧限抗压强度）与重塑土样的单轴抗压强度的比值。
8.土的触变性：在土的含水量和密度不变的情况下，土因重塑而软化，又因静置而逐渐硬化，强度有所恢复的性质。
1. 最优含水率:对于一种土，分别在不同的含水率下，用同一击数将他们分层击实，测定含水率和密度然后计算出干密度，以含水率为横坐标，以干密度为纵坐标，得到的压实曲线中，干密度的随着含水率的增加先增大后减小．在干密度最大时候相应的含水率称为最优含水率．2. 管涌：管涌是渗透变形的一种形式．指在渗流作用下土体中的细土粒在粗土颗粒形成的空隙中发生移动并被带出的现象．3. 前期固结应力：土在历史上曾受到的最大有效应力称为前期固结应力4. 被动土压力：当挡土墙向沿着填土方向转动或移动时，随着位移的增加墙后受到挤压而引起土压力增加，当墙后填土达到极限平衡状态时增加到最大值，作用在墙上的土压力称为被动土压力。
5. 粘土的残余强度：粘性土在剪应力作用下，随着位移增大，超固结土是剪应力首先逐渐增大，而后回降低，并维持不变；而正常固结土则随位移增大，剪应力逐渐增大，并维持不变，这一不变的数值即为土的残余强度。
二、是非题(每题 1 分)1．附加应力大小只与计算点深度有关，而与基础尺寸无关。
（×）2．完全饱和土体，含水量w=100％（×）3．固结度是一个反映土体固结特性的指标，决定于土的性质和土层几何尺寸，不随时间变化。
高等土力学(李广信) 教材习题解答
试验A
0 1
的数据
()c 0 0.35 uc 0 0.19
2
4 6
0.45
0.52 0.54
0.29
0.41 0.47
8
10 12
0.56
0.57 0.58
0.51
0.53 0.55
解答：有效应力路径的唯一性
RTC
CTC
u B[ 3 A(1 3 )]
d ( 1 3 ) d 1
解题与答案
• 只有在常规三轴压缩
试验中才满足：
• 一般情况：
d 1 t d 1 (d 2 d 3 ) Et Et
•不排水试验
d 1 d 3 Et d 1
d i d i du du B[d 3 A(d 1 d 3 ) d 1 d 3 Et d 1 1 A(1 2 t )
(%) 0 1 2 4 6 8 10 12
(kPa 0 3.5 4.5 5.2 5.4 5.5 5.7 5.8
u(kPa 0 1.9 2.8 3.5 3.9 4.1 4.3 4.4
答案：φ’=20 ； φcu=13
3-38
1. 在上题同样的试样上进行减压的三轴压缩试验
（RTC），即首先在=10 kPa下各向等压固结， 然后轴向应力保持=10 kPa不变，围压减少 到4.2 kPa时破坏。结合上题回答： （1）绘出RTC试验的总应力和有效应力路径； （2）绘出RTC试验的(~~u曲线； （3）求RTC试验的cu
71.13 128.87 100
83.33 133.33 83.33
100 128.87 71.13
116.67 116.67 66.67
浅谈常规三轴试验及其影响因素
浅谈常规三轴试验及其影响因素三轴试验主要目的是测定土的抗剪强度和探究其应力应变关系，本文具体介绍了常规三轴试验及其试验方法，详细分析了试样制备、端部约束、试样饱和方法、橡皮膜、试样剪切速率等影响因素。
为探寻三轴试验影响因素及提高试验精度提供基础。
标签：三轴试验；试验方法；影响因素；橡皮膜三轴压缩试验是土工试验中一种非常重要的力学性能试验，其用途主要是测定土的抗剪强度和应力应变关系。
研究土的抗剪强度规律对于工程设计、施工和管理都具有非常重要的理论和实际意义。
土的抗剪强度影响因素很多，比如土的组成、结构、孔隙比、排水条件、荷载形式、土中应力等，正确测定这些影响参数是理论分析与实际运用的基础。
室内测定抗剪强度的方法一般分为三种：直接剪切试验，三轴压缩试验，无侧限抗压强度试验。
无侧限抗压试验，即三轴试验中的一种特殊情况。
三轴压缩试验和直接剪切试验都是利用摩尔-库仑原理测定土的抗剪强度指标，但是直接剪切试验不能控制试样的排水条件，受力状态不明确，无法测量孔隙水压力，因此，三轴试验越来越得到广泛的应用。
1、三轴压缩试验仪器三轴压缩试验直接测量的是试样在不同恒定周围压力下的抗压强度，然后利用摩尔-库伦破坏原理间接推求土的抗剪强度。
三轴压缩仪主要由压力室，加压系统和测量系统三部分组成。
三轴压力室是一个金属顶盖、底座、透明有机玻璃圆筒组成的密闭容器。
试样为圆柱体，高度与直径之比按照《土工试验方法标准》采用2～2.5。
试样安装在压力室中，外用柔性橡皮膜包裹，橡皮膜扎在试样帽和底座上，试样上、下两端可根据要求放置透水石或不透水板。
试验时试样的排水，由与顶部连通的排水阀来控制。
试样底部与孔隙水应力量测系统相连接，试样的周围压力，由与压力室直接相连的压力源来供给。
试样的轴向压力增量，由与顶部试样帽直接接触的传压活塞杆来传递使试样受剪，直至剪破。
在受剪过程中同时要测读试样的轴向压缩量，以便计算轴向应变。
2 、常规三轴试验方法三轴试验根据试样的固结和排水条件不同，可分为不固结不排水剪（UU试验）、固结不排水剪（CU试验）、固结排水剪（CD试验）三种方法。
直剪试验和三轴压缩试验的原理和适用范围
直剪试验和三轴压缩试验的原理和适用范围1. 直剪试验的原理和适用范围直剪试验是一种用于测定土体抗剪强度的常用试验方法。
其原理是通过在土样上施加垂直荷载和水平荷载，来模拟土体受到的剪切应力，从而确定土体的抗剪强度和内部摩擦角。
此试验适用于各种类型的土壤和岩石，包括粘性土、砂土和软岩等。
通过直剪试验，可以得到土壤和岩石在自然状态下的抗剪强度参数，为工程设计和地质勘察提供重要参考。
2. 三轴压缩试验的原理和适用范围三轴压缩试验是一种用于研究土体和岩石在三轴应力状态下的力学性质的试验方法。
其原理是通过在土样上施加径向应力和轴向应力，来模拟土体受到的复杂力学状态，从而确定土体的应力-应变关系和变形特性。
此试验适用于各种类型的土壤和岩石，特别适用于研究岩石的变形和破坏特性。
通过三轴压缩试验，可以得到土壤和岩石在不同应力状态下的力学参数，为地下工程和岩土工程提供重要依据。
3. 文章内容梳理在本文中，我们将从浅入深地探讨直剪试验和三轴压缩试验的原理和适用范围。
我们将从试验背景和基本原理入手，介绍这两种试验的主要目的和实施过程。
我们将详细讨论直剪试验和三轴压缩试验的适用范围及其在地质和工程实践中的重要性。
我们将结合个人观点和理解，总结这两种试验对于土体和岩石力学性质研究的意义和前景。
4. 个人观点和理解作为文章写手，我个人认为直剪试验和三轴压缩试验作为土体力学性质研究的重要手段，具有不可替代的价值。
通过这两种试验，我们可以深入了解土壤和岩石的力学特性，为地下工程和岩土工程的设计和施工提供科学依据。
我对这两种试验的原理和适用范围非常重视，相信它们在未来的地质和工程领域将发挥更加重要的作用。
总结回顾：在本文中，我们深入探讨了直剪试验和三轴压缩试验的原理和适用范围。
我们从试验背景和基本原理出发，分析了这两种试验在地质和工程领域的重要性。
结合个人观点和理解，我们对这两种试验的价值和前景进行了总结和展望。
通过本文的阐述，相信读者能够对直剪试验和三轴压缩试验有一个全面、深刻和灵活的理解。
土体承载力检测方法
土体承载力检测方法土体承载力是评价土壤质量的重要指标之一，对于工程的安全性和稳定性具有至关重要的作用。
本文将介绍十种常用的土体承载力检测方法，包括平板载荷试验、圆锥动力触探、标准贯入试验、静力侧限压缩试验、三轴压缩试验、固结试验、渗透试验、电阻试验、声波试验和X射线或雷达扫描。
1.平板载荷试验平板载荷试验是一种通过施加垂直载荷来测定土壤承载力的方法。
试验时，将一块平板埋入土壤中，并在平板上施加不断增加的载荷，直到土壤变形或破坏，从而确定土壤的承载力。
该方法可以反映土壤在承受载荷时的力学性能，为工程设计提供依据。
2.圆锥动力触探圆锥动力触探是一种利用锥形探头对土壤进行触探的方法。
在试验过程中，将锥形探头插入土壤，并通过记录锥形探头贯入土壤的深度和所需的压力，来评价土壤的承载力和变形性质。
该方法可以了解土壤的物理性质和力学性能，为工程设计提供参考。
3.标准贯入试验标准贯入试验是一种利用标准贯入器测定土壤承载力的方法。
在试验过程中，将标准贯入器插入到土壤中，并记录贯入器的贯入深度和所需的压力，通过计算贯入深度与压力的比值来确定土壤的承载力。
该方法适用于砂土和粘性土等不同类型土壤的承载力检测。
4.静力侧限压缩试验静力侧限压缩试验是一种通过静力压缩方法测定土壤的压缩性质和承载力的试验。
在试验中，将样品置于静力侧限压缩仪中，在恒定压力作用下对样品进行压缩，并记录样品的变形量和压力变化，从而确定土壤的压缩性质和承载力。
该方法可以为工程设计提供有关土壤压缩性和稳定性的重要信息。
5.三轴压缩试验三轴压缩试验是一种通过三轴压力试验机测定土壤承载力的方法。
在试验中，将样品置于三轴压力试验机中，通过施加轴向和侧向压力，使样品发生压缩变形，并记录样品的压力和变形量，从而确定土壤的承载力和变形性质。
该方法可以更全面地了解土壤在复杂应力条件下的力学性能，为工程设计提供更为精确的依据。
6.固结试验固结试验是一种通过静力压缩方法测定土壤固结特性的试验。
土三轴压缩试验报告完整版
土三轴压缩试验报告 HEN system office room 【HEN16H-HENS2AHENS8Q8-HENH1688】实验六土三轴压缩试验实验人：学号：（一）、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。
（二）、试验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和UCU?；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CUCCU?或有效抗剪强度指标和C???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dCd?。
（三）、试验仪器设备1、三轴剪力仪（分为应力控制式和应变控制式两种）。
应变控制式三轴剪力仪有以下几个组成部分（图8-1）：图8-1 应变控制式三轴剪切仪1－调压桶；2－周围压力表；3－周围压力阀；4－排水阀；5－体变管；6－排水管；7－变形量表；8－测力环；9－排气孔；10－轴向加压设备；11－压力室；12－量管阀；13－零位指标器；14－孔隙压力表；15－量管；16－孔隙压力阀；17－离合器；18－手轮；19－马达；20－变速箱。
（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。
(完整)高等土力学思考题与概念题
思考题第一章：1． 对于砂土，在以下三轴排水试验中，哪些试验在量测试样体变时应考虑膜嵌入 (membrane penetration)的影响？HC, CTC, CTE, RTC, RTE, 以及平均主应力为常数的TC TE 试验。
2．对于砂土，在常规三轴固结不排水(CU)压缩试验中，围压σ3为常数，其膜嵌入 (membrane penetration)效应对于试验量侧的孔隙水压力有没有影响，为什么？对于常规三轴固结排水试验对于试验有无影响？3．对于砂土，在常规三轴固结不排水(CU)压缩试验中，围压σ3为常数，其膜嵌入 (membrane penetration)效应对于试验的不排水强度有没有影响，4．在周期荷载作用下饱和砂土的动强度τd (或σd )如何表示？定性绘出在同样围压σ3，不同初始固结比σ1/σ3下的动强度曲线。
5．在一定围压下，对小于、等于和大于临界孔隙比e cr 密度条件下的砂土试样进行固结不排水三轴试验时，破坏时的膜嵌入对于量侧的孔隙水压力有何影响？对其固结不排水强度有什么影响（无影响、偏大还是偏小）？6．在土工离心模型试验中进行固结试验，如果模型比尺为100，达到同样固结度，模型与原型相比，固结时间为多少？7．举出三种土工原位测试的方法，说明其工作原理、得到的指标和用途。
8．对于粗颗粒土料，在室内三轴试验中常用哪些方法模拟？各有什么优缺点？9．真三轴试验仪器有什么问题影响试验结果？用改制的真三轴试验仪进行试验，其应力范围有何限制？10． 在饱和土三轴试验中，孔压系数A 和B 反映土的什么性质？如何提高孔压系数B ？11． 在p, q 坐标、⎺σ,⎺τ坐标和在π平面坐标下画出下面几种三轴试验的应力路径（标出应力路径的斜率）。
（1） CTC （常规三轴压缩试验）（2） p ＝常数，b=0.5＝常数，真三轴试验；（3） RTE （减压的三轴伸长试验）。
其中：22)()()(213/)(31312132********σστσσσσσσσσσσσσ－＝＋＝-+-+-=++=q p)(32tan 31312σσσσσθ---=第二章1．土的刚塑性本构模型与增量弹塑性模型表现的应力应变关系曲线有何区别？2．在剑桥模型中，物态边界面上的不排水三轴试验的有效应力路径向p '--q 平面的投影是不是其屈服轨迹？为什么？3．剑桥模型是否可以反映土由于剪应力引起的体积膨胀（剪胀），清华弹塑性模型是否可以反映土由于剪应力引起的体积膨胀？二者的区别是由于什么不同？4．剑桥模型的帽子屈服面能不能反映土由于剪应力引起的体积变化？它是剪胀还是减缩？5．Duncan-Chang 模型与剑桥模型都是在常规三轴试验基础上建立的，前者通过常规三轴试验确定的(σ1-σ3)~ε1~εv 的关系推出模型参数；后者通过三轴试验建立了用p '--q 表示的模型屈服函数。
土的抗剪强度 试题及参考答案
第5章土的抗剪强度试题及答案一、简答题1.土的抗剪强度指标实质上是抗剪强度参数，也就是土的强度指标，为什么？2.同一种土所测定的抗剪强度指标是有变化的，为什么？3.何谓土的极限平衡条件？粘性土和粉土与无粘性土的表达式有何不同？4.为什么土中某点剪应力最大的平面不是剪切破坏面？如何确定剪切破坏面与小主应力作用方向夹角？5.试比较直剪试验和三轴压缩试验的土样的应力状态有什么不同？并指出直剪试验土样的大主应力方向。
6.试比较直剪试验三种方法和三轴压缩试验三种方法的异同点和适用性。
7.根据孔隙压力系数A、B的物理意义，说明三轴UU和CU试验中求A、B两系数的区别。
8.同钢材、混凝土等建筑材料相比，土的抗剪强度有何特点？同一种土其强度值是否为一个定值？为什么？9.影响土的抗剪强度的因素有哪些？10.土体的最大剪应力面是否就是剪切破裂面？二者何时一致？11.如何理解不同的试验方法会有不同的土的强度，工程上如何选用？12.砂土与粘性土的抗剪强度表达式有何不同？同一土样的抗剪强度是不是一个定值？为什么？13.土的抗剪强度指标是什么通常通过哪些室内试验、原位测试测定14.三轴压缩试验按排水条件的不同，可分为哪几种试验方法？工程应用时，如何根据地基土排水条件的不同，选择土的抗剪强度指标？15.简述直剪仪的优缺点。
【三峡大学2006年研究生入学考试试题】二、填空题1.土抵抗剪切破坏的极限能力称为土的________。
2.无粘性土的抗剪强度来源于___________。
3.粘性土处于应力极限平衡状态时，剪裂面与最大主应力作用面的夹角为。
4.粘性土抗剪强度库仑定律的总应力的表达式，有效应力的表达式。
5.粘性土抗剪强度指标包括、。
6.一种土的含水量越大，其内摩擦角越。
7.已知土中某点，，该点最大剪应力值为，与主应力的夹角为。
8.对于饱和粘性土，若其无侧限抗压强度为，则土的不固结不排水抗剪强度指标。
9.已知土中某点，，该点最大剪应力作用面上的法向应力为，剪应力为。
土工试验三轴压缩试验
土工试验三轴压缩试验19 三轴压缩试验19．1 一般规定19．1．1 土样粒径应小于20mm。
19．1．2 根据排水条件的不同，本试验可分为不固结不排水剪(UU)、固结不排水剪(CU 或CU)和固结排水剪(CD)3种试验类型。
19．1．3 对于无法取得多个试样、灵敏度较低的原状土，可采用一个试样多级加荷试验。
19．2 仪器设备19．2．1 本试验所用的仪器设备应符合下列规定：1 应变控制式三轴仪(图19．2．1-1)：由反压力控制系统、周围压力控制系统、压力室、孔隙水压力量测系统组成。
其技术条件应符合现行国家标准《岩土工程仪器基本参数及通用技术条件》GB／T 15406及《土工试验仪器三轴仪第1部分：应变控制式三轴仪》GB／T 24107．1的规定；2 附属设备应符合下列规定：1)击实器(图19．2．1-2)；2)饱和器(图19．2．1-3)；3)切土盘(图19．2．1-4)；4)切土器和切土架(图19．2．1-5)；5)原状土分样器(图19．2．1-6)；6)承膜筒(图19．2．1-7)；7)制备砂样圆模(图19．2．1-8)，用于冲填土或砂性土。
3 天平：称量200g，分度值0．01g；称量1000g，分度值0．1g；称量5000g，分度值1g；4 负荷传感器：轴向力的最大允许误差为±1％；5 位移传感器(或量表)：量程30mm，分度值0．01mm；6 橡皮膜：对直径为39．1mm和61．8mm的试样，橡皮膜厚度宜为0．1mm～0．2mm；对直径为101mm的试样，橡皮膜厚度宜为0．2mm～0．3mm；7 透水板：直径与试样直径相等，其渗透系数宜大于试样的渗透系数，使用前在水中煮沸并泡于水中。
图19．2．1-1 三轴仪示意图1-试验机；2-轴向位移计；3-轴向测力计；4-试验机横梁；5-活塞；6-排气孔；7-压力室；8-孔隙压力传感器；9-升降台；10-手轮；11-排水管；12-排水管阀；13-周围压力；14-排水管阀；15-量水管；16-体变管阀；17-体变管；18-反压力图19．2．1-2 击实器1-套环；2-定位螺丝；3-导杆；4-击锤；5-底板；6-套筒；7-饱和器；8-底板图19．2．1-3 饱和器1-土样筒；2-紧箍；3-夹板；4-拉杆；5-透水板图19．2．1-4 切土盘1-轴；2-上盘；3-下盘图19．2．15 切土器和切土架1-切土架；2-切土器；3-土样图19．2．1-6 原状土分样器图19．2．1-7 承膜筒安装示意图1-压力室底座；2-透水板；3-试样；4-承膜筒；5-橡皮膜；6-上帽；7-吸气孔图19．2．1-8 制备砂样圆模1-压力室底座；2-透水板；3-制样圆模(两片合成)；4-紧箍；5-橡皮膜；6-橡皮圈19．2．2 试验时的仪器应符合下列规定：1 根据试样的强度大小，选择不同量程的测力计。
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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：
01
1a 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。
3．绘制应力圆及强度包线
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，绘制破坏应力圆，并确定砂土的内摩擦角'φ。
（七）讨论
已知两个实验中砂土的初始密度相同，讨论在不同围压下排水剪切实验中所表现出来的剪胀性是否相同？（土体的剪胀性是否只由密度决定？围压对砂土的剪胀性有何影响？）
图1、三轴仪。