三轴剪切试验
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三轴剪切试验
河海大学 岩土工程研究所
Research Institute of Geotechnical Engineering, Hohai University
试验目的
测定土的抗剪强度指标：内摩擦角和粘聚力。
试验原理
1 f 3 f
2
f c tan
c
O
3f
试验步骤
（四）试样安装 3.将橡皮膜套在承模筒内，两端向外翻 出，用吸球从吸嘴吸气，使橡皮膜贴紧 承模筒，然后将承模筒套在试样外，放 气，翻起橡皮膜，取出承模筒。用橡皮 筋将橡皮膜分别扎紧在仪 器底座和试 样帽上； 4.装上压力室外罩，将轴压传力杆提高， 然后使传力杆对准试样帽中心，均匀地 旋紧压力 室与底座连接螺丝，将量力 环（轴力传感器）对准传力杆； 5.开排气孔，向压力室充水，当压力室 内装满水时，关闭排气孔。
试验步骤
（三）试样饱和
常用的试样饱和方法有如下两种： 1.抽气饱和法：将试样装入饱和器，置于抽气缸内盖紧后抽气。 当抽气缸内真空度达到接近一个大气压后，对粉土再抽30min 以上，粘土再抽1h以上，然后徐徐注入清水，并使真空度保持 稳定。待饱和器完全淹没水中后，解除真空，让试样在抽气缸 内静置10h以上。 2.水头饱和法：对于粉土或砂土，可直接在仪器上用水头饱和。 方法是在试样安装完毕后 ，给试样施加20kPa的围压，提高试 样底部进水管（可用孔压管）的水面，降低顶部排水管的水面， 使试样两端水位差在１米左右，水自下向上通过试样，从而使 空气从顶部排出，达到饱和的目的。
试验步骤
（二）试样制备
2.扰动土样：（1）选取一定质量的代表性土样（直径3.91cm 试样取2kg土，直径6.18cm和10cm试样分别取10kg和20kg土） 经风干 、碾碎、过筛（筛孔径与试样允许土粒最大粒径相同）、 测出风干含水率，按要求含水率算出需加水量；（2）将需加 水量喷洒到土粒上，拌匀后装入塑料袋，然后置于密封容器内 至少20小时，使含水率均匀。取出土料复测含水率，若实测含 水率与要求值的差值在1％以内，则符合要求，否则重新配土； （3）击样筒在使用前洗净、风干（烘干，擦干 ），内侧涂一 薄层凡士林，然后分层击实。一般分五层，每层加入需要的土 重（按试样干密度计算）击实到给定高度后，将表面刨毛，再 加下一层土料击实。击完后整平试样两端， 取出称其质量。一 组试样间的干密度差值以及与要求干密度的差值均不得大于 0.02g/cm3。
试验步骤
（四）试样安装 1.从饱和器中取出试样（若不需饱和的试样即为切好或制好的 试样），用游标卡尺量测试 样直径和试样高度。直径量测时， 要量测试样的两端和中部三个位置的直径，计算试样平均直径： D0＝(D1 +2D2+D3)/4 D1,D2,D3分别为试样上、中、下部位的直径。 2.将试样顶、底部放上滤纸，若有需要还可在试样四周贴上滤 纸条，放好上、下透水石后 ，置于仪器底座上；
试验步骤
（二）试样制备
1.原状土样：对于较软的土样，先用钢 丝锯或削土刀切取一稍大于规定尺寸的 土柱，放在 切土盘的上、下圆盘之间， 再用钢丝锯或削土刀紧靠侧板，由上往 下细心切削，边切边转动圆盘，直到被 切成规定直径的试样为止，然后再按试 样高度的要求，削平上下两端。对于较 硬的土样，先用钢丝锯或削土刀切取一 稍大于规定尺寸的土柱，放在切土架上， 用切土器切削。将切土器的刀口对准土 样，边削边压切土器，削好后将试样取 出，按要求高度将两端削平。
试验步骤
（Leabharlann Baidu）仪器检查
1.校验周围压力和轴向压力量测装置。周围压力（压力表 或传感器）精度不低于全量程的±0.5%，轴向偏应力（量 测钢环或传感器）精度不低于全量程的±0.5% ，据试样抗 剪强度的大小选用不同量程的仪表； 2.检查孔压量测系统。孔压系统管路中是否有气泡，若有 一定要排净； 3.检查排水管路是否畅通。排水管路中各连接处是否漏水 及有无存在堵塞问题； 4.检查橡皮膜是否漏气。特别注意橡皮膜必须完好。
h1 1 100% h0
CR 1 3 Aa
A0 Aa 1 1
试验步骤
（五）固结不排水剪（CU）加载
1.完成装样步骤后，将排水管放置到使其管内水位与试样中心 高度相同。将与孔压管连接的量管水面调至与试样中心高度相 同位置，用调压筒调整零位指示器的水银面于毛细管指示线 （或压力传感器调零），记下孔压表起始读数，然后关与孔压 管连接的量管阀；
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仪器设备
1.三轴剪力仪。常用的为应变控制式三轴剪力仪，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、切土盘、切土器、切 土架、分样器、承模筒、天平（称量 200g，感量0.01g， 称量1000g，感量）、量表（百分表）（量程3mm或10mm， 分度值0.01mm）、橡皮膜等，除此以外还要用到含水率试 验的所有设备。
试验步骤
（五）不固结不排水剪（UU）加载
1.四个试样加相同的初始围压σ0（原状超固结土样σ0 等于自重 应力σs ，原状正常固结土样σ0 =0.75σs ，击实试样 σ0 =0或合适 的值）。待试样在 σ0 作用下固结完成后（由 σ0 产生的孔隙水 应力u=0时），关闭排水管，在四个试样上施加不同的围压增 量Δσ3i (i=1到4)，量测每个试样由围压增量 Δσ3i产生的孔隙水 应力 Δu0 。《土工试验方法标准》（GB/T 50123-1999)规定， UU试验不施加初始固结压力，即 Δσ0 =0； 2.继续关闭排水管，开动马达，接上离合器，对试样进行剪切， 剪切速率取每分钟0.5%～1%应变。每隔一定垂直应变（一般取 0.3%～0.4%）测记轴向量力环（或传感器）读数，垂直变形量 表读数，孔隙水应力读数；
试验步骤
（五）不固结不排水剪（UU）加载
3.试验结束条件：当轴向量力环读数出现峰值，再剪3%～5%的 垂直应变（或轴向应变达到20%）后，试验结束。关闭马达、 关闭围压控制阀、拔开离合器、倒转手轮、打开排气孔、排出 压力室中的水、拆除压力室外罩、擦干试样周围的水、脱去试 样外橡皮膜 、描述试样破坏后的形状。
河海大学 岩土工程研究所
Research Institute of Geotechnical Engineering, Hohai University
试验目的
测定土的抗剪强度指标：内摩擦角和粘聚力。
试验原理
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试验步骤
（四）试样安装 3.将橡皮膜套在承模筒内，两端向外翻 出，用吸球从吸嘴吸气，使橡皮膜贴紧 承模筒，然后将承模筒套在试样外，放 气，翻起橡皮膜，取出承模筒。用橡皮 筋将橡皮膜分别扎紧在仪 器底座和试 样帽上； 4.装上压力室外罩，将轴压传力杆提高， 然后使传力杆对准试样帽中心，均匀地 旋紧压力 室与底座连接螺丝，将量力 环（轴力传感器）对准传力杆； 5.开排气孔，向压力室充水，当压力室 内装满水时，关闭排气孔。
试验步骤
（三）试样饱和
常用的试样饱和方法有如下两种： 1.抽气饱和法：将试样装入饱和器，置于抽气缸内盖紧后抽气。 当抽气缸内真空度达到接近一个大气压后，对粉土再抽30min 以上，粘土再抽1h以上，然后徐徐注入清水，并使真空度保持 稳定。待饱和器完全淹没水中后，解除真空，让试样在抽气缸 内静置10h以上。 2.水头饱和法：对于粉土或砂土，可直接在仪器上用水头饱和。 方法是在试样安装完毕后 ，给试样施加20kPa的围压，提高试 样底部进水管（可用孔压管）的水面，降低顶部排水管的水面， 使试样两端水位差在１米左右，水自下向上通过试样，从而使 空气从顶部排出，达到饱和的目的。
试验步骤
（二）试样制备
2.扰动土样：（1）选取一定质量的代表性土样（直径3.91cm 试样取2kg土，直径6.18cm和10cm试样分别取10kg和20kg土） 经风干 、碾碎、过筛（筛孔径与试样允许土粒最大粒径相同）、 测出风干含水率，按要求含水率算出需加水量；（2）将需加 水量喷洒到土粒上，拌匀后装入塑料袋，然后置于密封容器内 至少20小时，使含水率均匀。取出土料复测含水率，若实测含 水率与要求值的差值在1％以内，则符合要求，否则重新配土； （3）击样筒在使用前洗净、风干（烘干，擦干 ），内侧涂一 薄层凡士林，然后分层击实。一般分五层，每层加入需要的土 重（按试样干密度计算）击实到给定高度后，将表面刨毛，再 加下一层土料击实。击完后整平试样两端， 取出称其质量。一 组试样间的干密度差值以及与要求干密度的差值均不得大于 0.02g/cm3。
试验步骤
（四）试样安装 1.从饱和器中取出试样（若不需饱和的试样即为切好或制好的 试样），用游标卡尺量测试 样直径和试样高度。直径量测时， 要量测试样的两端和中部三个位置的直径，计算试样平均直径： D0＝(D1 +2D2+D3)/4 D1,D2,D3分别为试样上、中、下部位的直径。 2.将试样顶、底部放上滤纸，若有需要还可在试样四周贴上滤 纸条，放好上、下透水石后 ，置于仪器底座上；
试验步骤
（二）试样制备
1.原状土样：对于较软的土样，先用钢 丝锯或削土刀切取一稍大于规定尺寸的 土柱，放在 切土盘的上、下圆盘之间， 再用钢丝锯或削土刀紧靠侧板，由上往 下细心切削，边切边转动圆盘，直到被 切成规定直径的试样为止，然后再按试 样高度的要求，削平上下两端。对于较 硬的土样，先用钢丝锯或削土刀切取一 稍大于规定尺寸的土柱，放在切土架上， 用切土器切削。将切土器的刀口对准土 样，边削边压切土器，削好后将试样取 出，按要求高度将两端削平。
试验步骤
（Leabharlann Baidu）仪器检查
1.校验周围压力和轴向压力量测装置。周围压力（压力表 或传感器）精度不低于全量程的±0.5%，轴向偏应力（量 测钢环或传感器）精度不低于全量程的±0.5% ，据试样抗 剪强度的大小选用不同量程的仪表； 2.检查孔压量测系统。孔压系统管路中是否有气泡，若有 一定要排净； 3.检查排水管路是否畅通。排水管路中各连接处是否漏水 及有无存在堵塞问题； 4.检查橡皮膜是否漏气。特别注意橡皮膜必须完好。
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试验步骤
（五）固结不排水剪（CU）加载
1.完成装样步骤后，将排水管放置到使其管内水位与试样中心 高度相同。将与孔压管连接的量管水面调至与试样中心高度相 同位置，用调压筒调整零位指示器的水银面于毛细管指示线 （或压力传感器调零），记下孔压表起始读数，然后关与孔压 管连接的量管阀；
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仪器设备
1.三轴剪力仪。常用的为应变控制式三轴剪力仪，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、切土盘、切土器、切 土架、分样器、承模筒、天平（称量 200g，感量0.01g， 称量1000g，感量）、量表（百分表）（量程3mm或10mm， 分度值0.01mm）、橡皮膜等，除此以外还要用到含水率试 验的所有设备。
试验步骤
（五）不固结不排水剪（UU）加载
1.四个试样加相同的初始围压σ0（原状超固结土样σ0 等于自重 应力σs ，原状正常固结土样σ0 =0.75σs ，击实试样 σ0 =0或合适 的值）。待试样在 σ0 作用下固结完成后（由 σ0 产生的孔隙水 应力u=0时），关闭排水管，在四个试样上施加不同的围压增 量Δσ3i (i=1到4)，量测每个试样由围压增量 Δσ3i产生的孔隙水 应力 Δu0 。《土工试验方法标准》（GB/T 50123-1999)规定， UU试验不施加初始固结压力，即 Δσ0 =0； 2.继续关闭排水管，开动马达，接上离合器，对试样进行剪切， 剪切速率取每分钟0.5%～1%应变。每隔一定垂直应变（一般取 0.3%～0.4%）测记轴向量力环（或传感器）读数，垂直变形量 表读数，孔隙水应力读数；
试验步骤
（五）不固结不排水剪（UU）加载
3.试验结束条件：当轴向量力环读数出现峰值，再剪3%～5%的 垂直应变（或轴向应变达到20%）后，试验结束。关闭马达、 关闭围压控制阀、拔开离合器、倒转手轮、打开排气孔、排出 压力室中的水、拆除压力室外罩、擦干试样周围的水、脱去试 样外橡皮膜 、描述试样破坏后的形状。