三轴剪力试验

实验六三轴压缩试验
一、三轴压缩实验是测定土的抗剪强度的一种方法，它通常用3~4 个圆柱形试样，分别在受
压室内施加一定的恒定周围压力（即小主应力σ3）下，再施加轴向压力[即产生主应力差（σ1~σ3）]，进行剪切直至试样破坏为止；然后根据摩尔－库仑理论，求得抗剪强度参数（内摩擦角和内聚力）。

二、实验方法：根据排水条件不同，本试验分为：
1. 不固结不排水剪（UU）：试验是在施加周围压力和增加轴向压力直至破坏过程中均不
允许试样排水。

本试验可以测得总抗剪强度参数c
、ϕu 。

u
2. 固结不排水剪（CU 或CU）：试验是试样先在某一周围压力作用下排水固结，然后在
、保持不排水的情况下, 增加轴向压力直至破坏。

本试验可以测得总抗剪强度参数c
cu ϕ
或有效抗剪强度参数c'、ϕ'和孔隙压力参数。

cu
3. 固结排水剪（CD）：试验是试样先在某一周围压力作用下排水固结，然后在允许试样
、充分排水的情况下, 增加轴向压力直至破坏。

本试验可以测得有效抗剪强度参数c
d ϕ
和变形参数。

d
三、仪器设备
1. 应变控制式三轴剪力仪：试样控制在一定的变形速率下完成剪切过程，并装有孔隙水压
力的量测设备。

1 三轴仪的基本构造可分为试样压力室、轴向加压装置、周围压力的恒压设备、真空抽气饱 和设备、试样体积变化的量测部分和孔隙水压力测量装置等构成； 2. 旋转式的切土器； 3. 承膜筒；
4. 橡皮膜（厚度在 0.2mm 左右不透水橡皮膜）；
5. 其他：钢丝锯、切土刀、烘箱、称量盒、干燥器、天平、滤纸、游标卡尺、止水橡皮圈
以及活络扳手等工具。

四、不固结不排水剪切试验的操作步骤
1．制备三个以上圆柱形试样（原状或人工）。

将人工制备的扰动土或原状土的土样毛坯应大 于试样的直径和高度，小心地放在旋转式的切土器内，用钢丝锯或切土刀边转边削的切 成所要求的圆柱形试样（试样直径为 Ø 39.1mm 、 Ø 61.8mm 、和 Ø101.0mm ，高度为直 径的二倍至二倍半），并同时测定其容重和代表性含水率。

2．拆开压力室的有机玻璃罩子，将切好的试样小心地按放在不透水的试样底座上面。

3．把透明的乳橡皮膜放入承膜筒，翻下两端的橡皮膜，用吸气球（洗耳球）吸气，使橡皮 膜贴紧筒壁，然后套在试样上，放气，再翻起橡皮膜两端，分别与试样底座和试样帽用 橡皮圈扎紧。

4．装上压力室的有机玻璃罩，均匀地旋紧螺帽（注意避免传压活塞杆碰坏试样，应先将活 塞杆提起一定高度，然后轻轻接触试样帽中心）。

5．开排气孔，向压力室充水，当压力室内快注满水时，降低进水速度，水从排气孔溢出时， 关闭排气孔。

6．旋转手轮，同时转动活塞，当轴向测力计有微读数时表示活塞已与试样帽接触。

然后将 轴向测力计和轴向位移计的读数调整到零位。

7．关体变管阀及孔隙水压力阀，开周围压力阀，施加所需的周围压力。

周围压力大小应于 工程的实际荷载相适应，并尽可能使最大周围压力与土体的最大实际荷载大致相等。

也 可按 100、200、300、400KPa 施加。

8．剪切应变速率宜为每分钟应变 0.5%~1.0%。

9．开动电动机，合上离合器，进行剪切。

开始阶段，试样每产生轴向应变 0.3%~0.4%时，测 记轴向测力计和轴向位移计的读数各 1 次。

当轴向应变达 3%以后，读数间隔可延长为 0.7%~0.8%各测记 1 次。

当接近峰值时应加密读数。

如果试样为特别硬脆或软弱的土可酌 情加密或减少测读的次数。

10．当出现峰值后，再继续剪 3%~5%轴向应变；若测力计读数无明显减少，则剪切至轴向 应变达 15%~20%。

11．试验结束，关闭电动机，关周围压力阀，然后脱开离合器，倒转手轮，开排气孔，排去 受压室内的水，拆除压力室罩，拆除试样，揩干试样周围的余水，脱去试样外的橡皮膜， 描述破坏后形状，称试样质量，测定试验含水率。

12．对其余几个试验，在不同周围压力下以同样的剪切应变速率进行试验。

五、计算及制图 1．轴向应变：
∆h ε = 1
⨯ 100 %
h 0
a 0
式中： ε1 ——轴向应变；%
∆h 1 ——试样剪切时高度变化，cm
h 0 ——试样原始高度，cm 。

2．试样面积的校正，应按下式计算：
A a
A = 0
1 - ε 1
式中： A ——试样的校正断面积，cm 2
A ——试样的初始断面积，cm 2。

3．主应力差（σ 1 - σ 3 ），应按下式计算：
σ 1 - σ 3 = CR ÷10
A a
式中： σ 1 - σ 3 ——主应力差，KPa
σ 1 ——大总主应力，Kpa
σ 3 ——小总主应力，Kpa
C ——测力计率定系数，N/0.01mm R ——测力计读数，0.01mm
10——单位换算系数。

4．以主应力差为纵坐标，轴向应变为横坐标，绘制以主应力差与轴向应变关系曲线。

取曲 线上主应力差的峰值作为破坏点，无峰值时，取 15%轴向应变的主应力差值作为破坏点。

σ + σ 5．以法向应力 σ 为横坐标，剪应力τ 为纵坐标，在横坐标上以
1 f 3 f
2
为圆心，以
σ 1 f - σ 3 f
2
为半径（ f 注脚表示破坏时的值），绘制破坏总应力圆后，作诸圆包线。

该包
线的倾角为内摩擦角ϕ u ，包线在纵坐标上的截距为内聚力 c u 。

六、实验记录
工程名称 钻孔编号 实验日期
三轴剪力实验记录表 （不固结不排水剪）
实验者 计算者 校核者。