三轴压缩试验

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。

(2)固结不排水试验

试样在施加周围压力σ3打开排水阀门，允许排水固结，待固结稳定后关闭排水阀门，再施加竖向压力，使试样在不排水的条件下剪切破坏。

(3)固结排水试验

试样在施加周围压力σ3时允许排水固结，待固结稳定后，再在排水条件下施加竖向压力至试件剪切破坏。

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。

固结：在荷载或其他因素作用下，土体孔隙中水分逐渐排出、体积压缩、密度增大的现象。广义的固结指土的压缩过程，但大多数情况下，固结仅指饱和土的排水压密过程，分主固结与次固结。当饱和土受压后，其附加压力由有效压力和孔隙水压力共同分担，分担的情况随时间而变化。最初，由于土中孔隙水不能及时排出，附加压力几乎全由孔隙水压力承担，产生超静水压力水头。孔隙水在此水头作用下由孔隙中排出，土骨架受压缩，附加压力逐渐转移到骨架上，有效压力逐渐加大，而孔隙水压力逐渐减小，最后附加压力全部由有效压力承担，土的压缩过程就结束。这整个过程，即称固结或排水固结。故固结过程也可以理解为孔隙水压力消散的过程。土固结的快慢取决于土中水排出的速度，也即取决于土的渗透性和渗透途径的长短，透水性差，渗透途径长则固结时间也长。