三轴压缩实验报告

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三轴压缩实验报告
篇一：三轴试验报告
静力三轴试验报告
——静力三轴压缩试验
1.概述：
静力三轴压缩试验是试样在某一固定周围压力下，逐渐增大轴向压力，直至试样破坏的一种抗剪强度试验，是以摩尔-库伦强度理论为依据而设计的三轴向加压的剪力试验。

2.试验方法：
根据土样固结排水条件和剪切时的排水条件，三轴试验可分为不固结不排水剪试验（uu）、固结不排水剪试验（cu）、固结排水剪试验（cD）等。

本试验采用固结排水试验方法。

3.仪器设备：
静力三轴仪。

由以下几个部分组成：三轴压力室、轴向加荷系统、轴向压力量测系统、周围压力稳压系统、孔隙水
压力测量系统、轴向变形量测系统、反压力体变系统、计算机数据采集和处理系统Tgwin程序。

附属设备：击实筒、承膜筒和砂样植被模筒、天平、橡胶模、橡皮筋、透水石、滤纸等。

4.试验材料：
本试验材料为Iso标准砂，测得该材料最大干密度
为?dmax=1.724g/cm3，最小干密度为?dmin=1.429g/cm3。

5.成样方法：
试样高度为h=80mm，直径为d=39.1mm，体积可算得为V=96.1cm3，本试验采用初始成样相对密实度为Dr=50%。

先根据公式Dr?
?dmax(?d??dmin)
反算
?d(?dmax??dmin)
出?d=1.562g/cm3，则可求出制备三轴试样所需的干砂的总质量m=153g。

本试验采用干装法，将取好的干砂4等分，每份38.25g，均匀搅拌后，先将承膜筒将试样安装到试验仪器上，然后直接在承膜筒中分4层压实到指定高度进行成样。

6.试验步骤及数据处理
（1）成样方法按照上述步骤进行，成样之后降低排水管的高度，使排水管内水面高度低于试样中心高度约0.2m，关闭排水阀，这样在试样内部形成一定的负压，以便试样能
够自立。

（2）安装压力室。

试样制备完毕后，安装压力室。

安
装前应先将加载杆提起，以免在放置过程中碰到试样，安装好压力室后依次渐进拧紧螺丝，保持压力室各个方向均匀下降，避免地步产生较大的缝隙。

（3）向压力室内注水。

通过注水器，利用高度差将无
气水由压力室底部围压管缓慢注入压力室，待无气水装满压力室后，拧紧压力室上部的螺丝。

（4）施加初始围压。

向压力室施加20kpa的初始围压，撤掉试样内部的负压，这样不仅能够保证试样直立在压力室底座上，而且在通加二氧化碳过程中不会扰动或破坏试样。

（5）试样饱和。

试样通加二氧化碳，置换试样空隙内
的空气，二氧化碳的压力以5~10kpa为宜，控制好二氧化碳的通气速率，通加约30分，排气量达到试样的3倍体积，
在通入无气水，同时控制好无气水的通入速率，排水量达到试样的3倍即可。

启动三轴仪，输入预设围压等参数信息，向压力室内部的水施加围压，观察电脑中孔隙水压力的数值，待压力稳定后，计算饱和度，务必使饱和度达到95%以上，
否则重新进行试验。

（6）固结。

确保试样饱和后，打开排水阀开始排水固结。

（7）剪切。

固结结束后，开始剪切试验。

（8）待剪切结束后，保存数据信息，关闭三轴试验程
序。

（9）试验完毕，首先撤掉压力室内的围压，然后排掉压力室中的无气水，最后撤掉试样并清理试验仪器。

（10）试验数据的保存与处理。

试验结束后，通过三轴试验数据采集软件Tgwin进行记录，试验结束后软件会自动存盘。

进行实验数据初步处理的时候，先选择试验类别“三轴试验”，然后打开“读入三轴试验数据”，选择要处理的试验数据编号。

双击操作页面上的“报告”功能，选择数据输入文件的格式cu-DATA.sZb，将文件保存到固定的文件夹下。

再经整理所得试验数据见表1所示：
表1静力三轴试验数据汇总
1
（1）由表1，可绘出(σ1?σ3)~εa和εv~εa关系曲线，见图1和2。

此外，由图1，图2可查得一定应力对应的应变值，可以完成表2。

2
图1偏应力-轴应变关系曲线图
图2体应变-轴应变关系曲线图表2
?a/??1??3?-?a关系曲线数据
3
εa
1?σ3
（2）利用表2中??1??3?f0.95和??1??3?f0.7两点的数据绘σ求出参数a，b，ei，Rf。

εaσ1?σ3
~εa关系曲线，可
~εa关系曲线中，直线的斜率为a，截距即为b。

图3σ
εa
1?σ3
~εa关系曲线图
??1??3?f11
?b(?1??3)f。

结合图3由公式：ei=，(?1??3)ult?，Rf?
ab?1??3ult
中的数据，可以计算出参数，见表3。

4
篇二：三轴压缩实验
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?是为该面上法向应力?的函数，即?f?f(?)
这个函数在?f??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?与剪应力?f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?）。

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?1和?3，则在土体内与大主应力?1作用面成任意角?的平面a?a上的正应力?和剪应力?，可用坐标系中直径为(?1??3)的摩尔应力圆上的一点（逆时针旋转2?,如图中之A点）的坐标大小来表示，即4-2
11
22
1??(?1??3)sin2?2??(?1??3)?(?1??3)cos2?
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?3下，逐渐增大轴向压力?1，直至试样破坏，据此可作出一个极限应力圆。

用同一种土样的3～4个试件
分别在不同的周围压力?3下进行实验，可得一组极限应力圆，如图4-4中的圆Ⅰ、圆Ⅱ和圆Ⅲ。

作出这些极限应力圆的公切线，即为该土样的抗剪强度包络线，由此便可求得土样的抗剪强度指标。

图4-4三轴实验基本原理
a)试样承受?3作用；b)破坏时土样应力状态；c)土样的极限应力圆与抗剪强度包线
三轴压缩实验是测定土体抗剪强度的一种比较完善的
室内实验方法，可以严格控制排水条件，可以测量土体内的孔隙水压力，另外，试样中的应力状态也比较明确，试样破
坏时的破
裂面是在最薄弱处，而不像直剪试验那样限定在上下盒之间，同时三轴压缩试验还可以模拟建筑物和建筑物地基的特点
以及根据设计施工的不同要求确定试验方法，因此对于特殊建筑物（构筑物）、高层建筑、重型厂房、深层地基、海洋
工程、道路桥梁和交通航务等工程有特别重要的意义。

二、实验方法
根据土样固结排水条件和剪切时的排水条件，三轴试验可分为不固结不排水剪实验（uu）、固结不排水剪实验（cu）、固结排水剪实验（cD）以及Ko固结三轴实验等。

1．不固结不排水剪实验（uu）
试样在施加周围应力和随后施加偏应力直至破坏的整
个试验过程中都不允许排水，这样从开始加压直至试样剪坏，土中的含水量始终保持不变，孔隙水压力也不可能消散，可以测得总应力抗剪强度指标cu，?u。

2．固结不排水剪实验（cu）
试样在施加周围压力时，允许试样充分排水，待固结稳定后，再在不排水的条件下施加轴向压力，直至试样剪切破坏，同时在受剪过程中，测得土体的孔隙水压力，可以测得总应力抗剪强度强度指标ccu，?cu和有效应力抗剪强度指
标c?，??。

3．固结排水剪实验（cD）
试样先在周围压力下排水固结，然后允许试样在充分排水的条件下增加轴向压力直至破坏，同时在试验过程中测读排水量以计算试样的体积变化，可以测得有效应力抗剪强度指标cd，?d。

4．Ko固结三轴实验
常规三轴试验是在等向固结压力（?1??2??3）条件下排水固结，而K0固结三轴试验是按?3??2?k0?1施加周围压力，使试样在不等向压力下固结排水，然后再进行不排水剪或排水剪试验。

三、实验设备
1．三轴仪
三轴仪根据施加轴向荷载方式的不同，可以分为应变控制式和应力控制式两种，目前室内三轴试验基本上采用的是应变控制式三轴仪。

应变控制式三轴仪由以下几部分组成（如图4-5）：
（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、体积变形以及孔隙水压力量测系统相连。

（2）轴向加荷系统。

采用电动机带动多级变速的齿轮箱，或者采用可控硅无级变速，并通过传动系统使压力室自下而上的移动，从而使试样承受轴向压力，其加荷速率可根
据土样性质和试验方法确定。

（3）轴向压力测量系统。

施加于试样上的轴向压力由
测力计量测，测力计由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或位移传感器测读。

（4）周围压力稳压系统。

采用调压阀控制，调压阀控
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稳定的周围压力。

（5）孔隙水压力量测系统。

孔隙水压力由孔压传感器
测得。

（6）轴向变形量测系统。

轴向变形长距离百分表（0~30mm 百分表）或位移传感器测得。

图4-4应变控制式三轴仪
1-调压筒；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-量力环；9-排气孔；10-轴向加压设备；11-压力室；12-量管阀；13-零位指示器；
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
（7）反压力体变系统。

由体变管和反压力稳压控制系
统组成，以模拟土体的实际应力状态或提高试件的饱和度以及量测试件的体积变化。

2．附属设备
（1）击实筒和饱和器
（2）切土盘、切土器、切土架和原状土分样器
（3）承膜筒和砂样制备模筒
（4）天平、卡尺、乳胶膜等
四、试样的制备与饱和
1．试样制备
试样应切成圆柱性形状，试样直径为Φ39.1mm、Φ
61.8mm、Φ101mm、相应的试样高度分别为80mm、150mm、200mm，试样高度与直径的关系一般为2～2.5倍，试样的允许最大
粒径与试样直径之间的关系见表4-1。

表4-1试样的允许最大粒径与试样直径之间的关系见表
对于较软的土样，用钢丝锯或切土刀在切土盘上制样；对于较硬的土，用切土刀和切土器在在切土架上制样。

称取切削好试样的质量，准确至0.1g，试样的高度和直径用卡尺量测，并按下式计算平均直径
D?D1?2D2?D34
式中D1D2D3分别为试样上、中、下部位的直径。

与此
同时，取切下的余土，平行测得含水量，取其平均值为试样的含水量。

2．试样饱和
（1）真空抽气饱和：将试样装入饱和器，置于真空缸内，进行抽气，当真空压力达到1个大气压时，开启管夹，
使清水注入真空缸内，待水面超过饱和器后，即可停止抽气，然后静止大约10h左右，使试样充分吸水饱和。

（2）水头饱和：将试样装入压力室内，施加20kpa的周围压力，使无气泡的水从试样底座进入，待上部溢出，水头高差一般在1m左右，直至流入水量和溢出水量相等为止。

（3）反压力饱和：试样饱和度要求较高时采用（祥见实验规程）。

五、操作步骤
这里只介绍不固结不排水剪。

1．对仪器各部分进行全面检查，周围压力系统、反压力系统、孔隙水压力系统、轴向压力系统是否能正常工作，排水管路是否畅通，管路阀门连接处有无漏水漏气现象。

乳胶膜是否有漏水漏气现象。

2．拆开压力室的有机玻璃罩子，将试样方在试样底座的不透水圆板上，在试样的顶部放置不透水试样帽。

3．将乳胶膜套在承膜筒上，两端翻过来，用吸咀吸气，使乳胶膜贴紧承膜筒内壁，然后套在试样外放气，翻起乳胶膜，取出承膜筒，用橡皮圈将乳胶膜分别扎紧在试样底座和试样帽上，
4．装上受压室外罩，安装时应先将活塞提高，以防碰撞试样，然后将活塞对准试样帽中心，并旋紧压力室密封螺帽，再将测力环对准活塞。

5．向压力室充水，当压力室快注满水时，降低进水速度，当水从排水孔溢出时，
篇三：土三轴压缩试验报告
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。

（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。

（5）孔隙水压力测量系统孔隙水压力由孔隙水压力传
感器测得。

（6）轴向应变（位移）测量装置轴向距离采用大量程
百分表（0～30mm百分表）或位移传感器测得。

（7）反压力体变系统由体变管和反压力稳定控制系统
组成，以模拟土体的实际应力状态或提高试件的饱和度以及测量试件的体积变化。

2、附属设备：
（1）击实器和饱和器；
（2）切土器和原状土分样器；
（3）砂样制备模筒和承模筒；
（4）托盘天平和游标卡尺；
（5）其它如乳膜薄、橡皮筋、透水石、滤纸、切土刀、
钢丝锯、毛玻璃板、空气压缩机、真空抽气机、真空饱和抽水缸、称量盒和分析天平等。

（四）、试验前的检查和准备
1、仪器性能检查应包括如下几个方面：
（1）周围压力和反压力控制系统的压力源；
（2）空气压缩机的稳定控制器（又称压力控制器）；
（3）调压阀的灵敏度及稳定性；
（4）监视压力精密压力表的精度和误差；
（5）稳压系统有否漏气现象；
（6）管路系统的周围压力、孔隙水压力、反压力和体积变化装置以及试样上下端通道节头处是否存在漏气或阻塞现象；
（7）孔压及体变的管道系统内是否存在封闭气泡，若有封闭气泡可用无气水进行循环排水；
（8）土样两端放置的透水石是否畅通和浸水饱和；
（9）乳胶薄膜套是否有漏气的小孔；
（10）轴向传压活塞是否存在磨擦阻力等。

2、试验前的准备工作
除了上述仪器性能检查外，还应根据试验要求作如下的准备：
（1）根据工程特点和土的性质确定试验方法和测定哪些参数；
（2）根据土样的制备方法和土样特性决定饱和方法和设备；
（3）根据试验方法和土的性质，确定剪切速率；
（4）根据取土深度和应力历史以及试验方法，确定周围压力的大小；
（5）根据土样的多少和均匀程度确定单个土样多级加荷还是多个土样分级加荷。

（五）、试样制备和饱和
1、扰动土和砂土的试样
根据要求可按一定的干容重和含水量将扰动土拌匀，粉质土分3～5层，粘质土分5～8层，分层装入击实筒击实（控制一定密度），并在各层面上用切土刀刨毛以利于两层面之间结合。

对于砂土，应先在压力室底座上依次放上透水石、滤纸、乳胶薄膜和对开圆模筒，然后根据一定的密度要求，分三层装入圆模筒内击实。

如果制备饱和砂样，可在圆模筒内通入纯水至1/3高，将预先煮沸的砂料填入，重复此步骤，使砂样达到预定高度，放在滤纸、透水石、顶帽，扎紧乳胶膜。

为使试样能站立，应对试样内部施加0.05kg/cm2(5kpa)的负压力或用量水管降低50cm水头即可，然后拆除对开圆模筒。

2、原状试样
将原状土制备成略大于试样直径和高度的毛坯，置于切
土器内用钢丝锯或切土刀边削边旋转，直到满足试件的直径为止，然后按要求的高度切除两端多余土样。

3、试样饱和
（1）真空抽气饱和法将制备好的土样装入饱和器内置
于真空饱和缸，为提高真空度可在盖缝中涂上一层凡士林以防漏气。

将真空抽气机与真空饱和缸接通，开动抽气机，当真空压力达到一个大气压力，微微开启管夹，使清水徐徐注入真空饱和缸的试样中，待水面超过土样饱和器后，使真空表压力保持一个大气压力不变，即可停止抽气。

然后静置一段时间，粉性土大约10小时左右，使试样充分吸水饱和。

另一种所抽气饱和办法，是将试样装入饮和器后，先浸没在带有清水注入的真空饱和缸内，连续真空抽气2～4小时（粘土），然后停止抽气，静置小时左右即可。

（2）水头饱和法将试样装入压力室内，施加
0.2kg/cm2(20kpa)周围压力，使无气泡的水从试样底座进入，待上部溢出，水头高差一般在1m左右，直至流入水量和溢
出水量相等为止。

（3）反压力饱和法试件在不固结不排水条件下，使土
样顶部施加反压力，但试样周围应施加侧压力，反压力应低于侧压力的0.05kg/cm2(5kpa)，当试样底部孔隙压力达到稳定后关闭反压力阀，再施加侧压力，当增加的侧压力与增加的孔隙压力其比值3/u＞0.95时被认为是饱和，否则再
增加反压力和侧压力使土体内气泡继续缩小，然后再重复上述测定3/u是否大于0.95，即相当于饱和度为大于95%。

（六）、固结不排水试验法（cu）试验
1、操作步骤
（1）将制备成大于试样直径和高度的毛坯，放在切土器内用钢丝锯和修土刀，制备成所要求规格的试样，最后量其直径、高度、称其重量，并选择代表性的土样测定含水量。

（2）安装试样前，事先应全面检查三轴仪的各部分是否完好。

①打开试样底座的开关（孔隙水压力阀和量管阀），使量管里的水缓缓地流向底座，并依次放上透水石和滤纸，待气泡排除后，再放上试样，试样周围贴上滤纸条，关闭底座开关。

②把已检查过的橡皮薄膜套在承膜筒上，两端翻起，用吸球从气嘴中不断吸气，使橡皮膜紧贴于筒壁，小心将它套在土样外面，然后让气嘴放气，使橡皮膜紧贴试样周围，翻起橡皮两端，用橡皮紧圈将橡皮膜下端扎紧在底座上。

③打开试样底座开关，让量管中水（有时采取高量管所产生的水头差）从底座流入试样与橡皮膜之间，排除试样周围的气泡，关闭开关。

④打开与试样帽连通的排水阀，让量水管中的水流入试样帽，并连同透水石，滤纸放在试样的上端，排尽试样上端
及量管系统的气泡后关闭开关，用橡皮圈将橡皮膜上端与试样帽扎紧。

⑤装上压力筒拧紧密封螺帽，并使传压活塞与土样帽接触。

（3）试样排水固结按下列步骤进行：
①向压力室施加试样的周围压力（水压力或气压力），周围压力的大小根据土样的覆盖压力而定，一般应等于和大于覆盖压力，但由于仪器本身限定，目前最大压力不宜超过
0.6mpa（低压三轴仪）和2.0mpa（高压三轴仪）。

②同时测定土体内与周围压力相应的起始孔隙水压力，施加周围压力后，在不排水条件下静止15～30分钟后，记下起始孔隙水压力读数。

③打开排水阀，固结完成后，并排水阀，测计孔隙水压力和排水管读数。

④转动细档手轮，微调压力机升降台，使活塞与试样接触，此时轴向变形指示计的变化值为试样固结时的高度变化。

（4）试样剪切按下列步骤进行：
①剪切速率：粘土宜为0.05～0.1%/每分钟，粉质土或轻亚粘土为0.1～0.5%/每分钟。

②将轴向变形的百分表、轴向压力测力环的百分表及孔隙水压力计读数均调速至零点。

③启动电动机，合上离合器，开始剪切。

试样每产生
0.3%～0.4%的轴向应变（或0.2mm变形值），测读一次测力
计读数和轴向变形值。

当轴向应变大于3%时，试样每产生
0.7%～0.8%的轴向应变（或0.5mm变形值），测读一次。

当
测力计读数
2121。