WF应力路径三轴试验仪非饱和土模块的试验分析
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３ ． ３ 饱和 陶土板
总体积变化． 安装在反压管线上的体积变化测试仪可 以测出进出土样 的水体积． 这样在准确地测定了试样
中流出的水量以及试样的总体积变化后 ， 就可以确定 由于空气压缩引起的体积变化量．
２ 试样 制备
２ ． １ 土体 的基 本 物理 力学 性质 本 次试 验所采 用 土料 为兰 州非 饱 和黏 性黄 土 ， 其 基本 物理 性 质指 标如 表 １ 所示 ．
３ ． ４ 测定试 样 的含水 率 由于系统在试验过程中会实时计算土样含水率 、
压力，由孔隙水压线路向土样 中渗水使其完成饱和． 当外部水进入试样孔隙内时， 势必将土样中原来 的气 体挤出． 为了使气体顺利排出而非土样 中原来的水排 出， 可在土样上部覆盖一层透气不透水 的材料 ， 待饱 和 ２ ４ ｈ后打 开排 气 阀 门 ，让 土样 只排气 不排 水 ，这
关 闭进水 阀门并继 续抽 气 ５ ｍｉ ｎ左右 ，这样 制备 出来 的水 可 以认 为 是无气 水 ．
３ ． ２ 系统 排气 将 陶土板 安装 在基 座上 ， 并 在 陶土 板上包 一块 橡
皮膜 ，用 ０型环密封固定． （ １ ） 排尽三轴 内室 中连接孔压和反压的小管内的 气体 ，让其充满无气水． （ ２ ） 通过 Ｒ Ｔ Ｃ模块 式 闭环控 制 系统排 尽伺 服液 压 压力控制器 中的气体． （ ３ ） 通过 Ｒ Ｔ Ｃ模块式闭环控制系统排尽 自动体积 变化测试仪 内的气体．
孔径 筛 ， 用２ ｍｍ 以下 的土料 配置 ２ ３ ％含水 率 的湿 土 ，
时将 三轴 室注满水 ，关 闭连接 两个 细塑料 管的 阀 门．施加 围压 ６ ０ ０ ｋ Ｐ ａ ，室内的水体 由于受压会透过 陶土板 ，随着时间的推移陶土板下 的水压与围压相 等．该过程中， 滞留在陶土板 内的气体会在压力下溶 解 于 水 中． 接着 把两个 连 接细 塑料 管 的外部 阀 门打开 个， 让溶解了气体 的水排出『 ２ ］ ， 这样持续 ３ ０ ｍ ｉ ｎ 保
天 津城 市建 设学 院学 报
张培印等：ｗＦ应力路径三轴试验仪非饱和土模块的试验分析
・ １ ０ １・
路， 改变 自动体变传感器的水流方向．试验管理软件 允许用户将试验数据输 出至提供的电子表格中， 极大
地方便 了后期数据的处理．试验过程 中， 所有试验数 据（ 应力 、 应变 、 体变 、 压力和吸力） 都可被连续监测 并处理 ， 能控制并驱动不同的压力和荷载控制器 ， 以 维持试验开始时设定的应力／ 应变状态． 该套系统能实时控制箱能够闭环式 控制不 同装
．
部施加气压．为了不让气体外泄 ， 试样底部需要放置 陶 土板 来 达 到隔气 目的【 ３ ～．所 以 ，试 验 前 陶土 板 的
饱 和非 常重要 ． 连接 三 轴 内室 基座 上 的细 塑料 管 ，在 不 放试 样
２ ． ２ 重塑 土样 的 制备 将 土 料 置于 烘干 箱 中烘 干不 少 于 ８ ｈ ，过 ２ ｍｍ
表 １ 土的物理性质指标
陶土板 在一 定压 力 之 内具 有 透水 不透 气 的作 用 ．
假 如 ＷＦ 应 力 路 径 系统 采用 的 陶土 板进 气 值 为
１ ０ ０ ０ ｋ Ｐ ａ ，即饱 和 的陶土板 在 １ ０ ０ ０ ｋ Ｐ ａ压力 内有 隔
气 能 力 ，对 试 样 所 施 加 的 孔 隙气 压力 不 能超 过 １ ０ ０ ０ ｋ Ｐ ａ ｌ ５ 培 ］ 要 完成 非 饱 和土 试 验 ，需 要从 试 样顶
一
并将配置好的湿土密封保存 ２ ４ ｈ ， 使湿土的含水率基 本 均匀 一 致． 采用击实法制作试验用土样． 将拌合均匀的土样 分 ６ 层装入 ７ ０ ｍ ｌ Ｔ ｌ 直径的 自制击实仪 中击实 ，每层
松土击实 ３ ０下 Ｊ ．按照土样的含水率 、干密度 以及
击实简体积计算 出每一击实层所需质量 ， 最后制备出
持阀门开启 ， 直至气泡被排出， 再次关闭阀门．重复 上述步骤 ２ — ３ 次后 ，可使陶土板达到饱和． ・１ ０ ２ ・
天津 城市 建设 学 院学报
２ ０ １ ３ 年 第ｌ ９ 卷 第２ 期
在 每 次试验 结 束之后 ，可快 速取 下试 样 ， 擦 干净
陶土板 ， 重复 ３ ． ２ 步骤 中的 （ １ ） ， 再次对室内小管排气．
置（ 压力 控制 器 、 加 载架 等） ， 确 保试 验按 照 初始设 定
的试样直径 ７ ０ ｍ ｍ、高 １ ４ ０ ｍ ｍ，其基本性质指标如 表 ２ 所示．
表 ２ 试 样 的基 本 指 标
３ 试验前 的准备 工作
３ ． １ 制备 无气 水
的参数进行 ， 这一切都独立于数采仪和 Ｐ Ｃ ．试验 中， 通过 ４ 种传感器 （ 围压 、 反压 、 孔压和气压） 分别读 出 施加在土样上的围压 、 反压 、 孑 Ｌ 隙水压及气压值 ， 可 由孔隙气压与孔隙水压计算 出基质吸力． 由于空气具有可压缩性 ， 使得体积变化测试非常 复杂 【 ３ Ｊ ．如果 非饱 和试 样 的 围压增 大 了 ，水 就会从 试 样 中流出．同时 ，由于孑 Ｌ 隙 中的空气受到压缩 ， 其尺 寸也会改变 ．ｗＦ 应力路径三轴试验仪采用一个双壁 三轴室 ， 可以很好地解决体变测量这一难题．三轴室 的内壁 由玻璃制成 ， 并与外室相通 ， 以确保 内室与外 室压力相同， 这样 内室就不会产生膨胀 ， 由此安装在 围压管线上的 自动体积变化测试仪就能够准确测试 为了提高试验 的精度 ， 试验过程中一律采用无气 水． 因为 自来水 中溶解的空气在压力增大时会溶解于 水中， 而在压力较小时又会溢出来 ， 这样会给体积的 测定带来误差． 将实验室提前制备好的蒸馏水封闭冷 却， 再用真空泵抽进上部储水箱 ， 待水将要满的时候 ，
总体积变化． 安装在反压管线上的体积变化测试仪可 以测出进出土样 的水体积． 这样在准确地测定了试样
中流出的水量以及试样的总体积变化后 ， 就可以确定 由于空气压缩引起的体积变化量．
２ 试样 制备
２ ． １ 土体 的基 本 物理 力学 性质 本 次试 验所采 用 土料 为兰 州非 饱 和黏 性黄 土 ， 其 基本 物理 性 质指 标如 表 １ 所示 ．
３ ． ４ 测定试 样 的含水 率 由于系统在试验过程中会实时计算土样含水率 、
压力，由孔隙水压线路向土样 中渗水使其完成饱和． 当外部水进入试样孔隙内时， 势必将土样中原来 的气 体挤出． 为了使气体顺利排出而非土样 中原来的水排 出， 可在土样上部覆盖一层透气不透水 的材料 ， 待饱 和 ２ ４ ｈ后打 开排 气 阀 门 ，让 土样 只排气 不排 水 ，这
关 闭进水 阀门并继 续抽 气 ５ ｍｉ ｎ左右 ，这样 制备 出来 的水 可 以认 为 是无气 水 ．
３ ． ２ 系统 排气 将 陶土板 安装 在基 座上 ， 并 在 陶土 板上包 一块 橡
皮膜 ，用 ０型环密封固定． （ １ ） 排尽三轴 内室 中连接孔压和反压的小管内的 气体 ，让其充满无气水． （ ２ ） 通过 Ｒ Ｔ Ｃ模块 式 闭环控 制 系统排 尽伺 服液 压 压力控制器 中的气体． （ ３ ） 通过 Ｒ Ｔ Ｃ模块式闭环控制系统排尽 自动体积 变化测试仪 内的气体．
孔径 筛 ， 用２ ｍｍ 以下 的土料 配置 ２ ３ ％含水 率 的湿 土 ，
时将 三轴 室注满水 ，关 闭连接 两个 细塑料 管的 阀 门．施加 围压 ６ ０ ０ ｋ Ｐ ａ ，室内的水体 由于受压会透过 陶土板 ，随着时间的推移陶土板下 的水压与围压相 等．该过程中， 滞留在陶土板 内的气体会在压力下溶 解 于 水 中． 接着 把两个 连 接细 塑料 管 的外部 阀 门打开 个， 让溶解了气体 的水排出『 ２ ］ ， 这样持续 ３ ０ ｍ ｉ ｎ 保
天 津城 市建 设学 院学 报
张培印等：ｗＦ应力路径三轴试验仪非饱和土模块的试验分析
・ １ ０ １・
路， 改变 自动体变传感器的水流方向．试验管理软件 允许用户将试验数据输 出至提供的电子表格中， 极大
地方便 了后期数据的处理．试验过程 中， 所有试验数 据（ 应力 、 应变 、 体变 、 压力和吸力） 都可被连续监测 并处理 ， 能控制并驱动不同的压力和荷载控制器 ， 以 维持试验开始时设定的应力／ 应变状态． 该套系统能实时控制箱能够闭环式 控制不 同装
．
部施加气压．为了不让气体外泄 ， 试样底部需要放置 陶 土板 来 达 到隔气 目的【 ３ ～．所 以 ，试 验 前 陶土 板 的
饱 和非 常重要 ． 连接 三 轴 内室 基座 上 的细 塑料 管 ，在 不 放试 样
２ ． ２ 重塑 土样 的 制备 将 土 料 置于 烘干 箱 中烘 干不 少 于 ８ ｈ ，过 ２ ｍｍ
表 １ 土的物理性质指标
陶土板 在一 定压 力 之 内具 有 透水 不透 气 的作 用 ．
假 如 ＷＦ 应 力 路 径 系统 采用 的 陶土 板进 气 值 为
１ ０ ０ ０ ｋ Ｐ ａ ，即饱 和 的陶土板 在 １ ０ ０ ０ ｋ Ｐ ａ压力 内有 隔
气 能 力 ，对 试 样 所 施 加 的 孔 隙气 压力 不 能超 过 １ ０ ０ ０ ｋ Ｐ ａ ｌ ５ 培 ］ 要 完成 非 饱 和土 试 验 ，需 要从 试 样顶
一
并将配置好的湿土密封保存 ２ ４ ｈ ， 使湿土的含水率基 本 均匀 一 致． 采用击实法制作试验用土样． 将拌合均匀的土样 分 ６ 层装入 ７ ０ ｍ ｌ Ｔ ｌ 直径的 自制击实仪 中击实 ，每层
松土击实 ３ ０下 Ｊ ．按照土样的含水率 、干密度 以及
击实简体积计算 出每一击实层所需质量 ， 最后制备出
持阀门开启 ， 直至气泡被排出， 再次关闭阀门．重复 上述步骤 ２ — ３ 次后 ，可使陶土板达到饱和． ・１ ０ ２ ・
天津 城市 建设 学 院学报
２ ０ １ ３ 年 第ｌ ９ 卷 第２ 期
在 每 次试验 结 束之后 ，可快 速取 下试 样 ， 擦 干净
陶土板 ， 重复 ３ ． ２ 步骤 中的 （ １ ） ， 再次对室内小管排气．
置（ 压力 控制 器 、 加 载架 等） ， 确 保试 验按 照 初始设 定
的试样直径 ７ ０ ｍ ｍ、高 １ ４ ０ ｍ ｍ，其基本性质指标如 表 ２ 所示．
表 ２ 试 样 的基 本 指 标
３ 试验前 的准备 工作
３ ． １ 制备 无气 水
的参数进行 ， 这一切都独立于数采仪和 Ｐ Ｃ ．试验 中， 通过 ４ 种传感器 （ 围压 、 反压 、 孔压和气压） 分别读 出 施加在土样上的围压 、 反压 、 孑 Ｌ 隙水压及气压值 ， 可 由孔隙气压与孔隙水压计算 出基质吸力． 由于空气具有可压缩性 ， 使得体积变化测试非常 复杂 【 ３ Ｊ ．如果 非饱 和试 样 的 围压增 大 了 ，水 就会从 试 样 中流出．同时 ，由于孑 Ｌ 隙 中的空气受到压缩 ， 其尺 寸也会改变 ．ｗＦ 应力路径三轴试验仪采用一个双壁 三轴室 ， 可以很好地解决体变测量这一难题．三轴室 的内壁 由玻璃制成 ， 并与外室相通 ， 以确保 内室与外 室压力相同， 这样 内室就不会产生膨胀 ， 由此安装在 围压管线上的 自动体积变化测试仪就能够准确测试 为了提高试验 的精度 ， 试验过程中一律采用无气 水． 因为 自来水 中溶解的空气在压力增大时会溶解于 水中， 而在压力较小时又会溢出来 ， 这样会给体积的 测定带来误差． 将实验室提前制备好的蒸馏水封闭冷 却， 再用真空泵抽进上部储水箱 ， 待水将要满的时候 ，