三轴压缩试验

τf =c+σ′tanφ ′ τ
τf =c+σtanφ Ⅱ Ⅰ
图3-10 土抗剪强度包线
σ
用总应力法表示时，试验时土的排水条件不同得到的 c、φ 结果不同。有效应力法由于考虑了孔隙水压力u的 影响，对于同一种土，不论采取哪一种试验方法，只要 能准确量出土样破坏时的孔隙水压力，就可用此方法来 表示土的强度关系。理论上抗剪强度与有效应力有对应 的关系。
△ 3
3
3
3 △
三轴压缩试验
一、三轴试验的基本原理
二、试验目的与意义
三、试验设备ຫໍສະໝຸດ Baidu材料 四、常规三轴试验的主要步骤 五、试验结果的整理与表达 六、绘图 七、思考题
一、试验的基本原理
根据莫尔—库仑破坏准则，土体在各向主应力的作 用下，作用在某一应力面上的剪应力（ τ ）与法向 应力（σ）之比达到某一比值（即土的内摩擦角正切 值tanφ ），土体就将沿该面发生剪切破坏，而与作 用的各向主应力的大小无关。
（3）施加轴向压力。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如图3—9(b) 。设剪切 破坏时由传力杆加在试件上的竖向压应力为△σ， 则试件上的大主应力为σ1=σ3+ △σ，而小主应力 σ3，以（σ1+σ3）/2为圆心，σ1-σ3为直径可以画 出一个极限应力圆，如图3—9(c)中的圆I
（二）有效应力法。
表达式为： τf =c′+σ′tanφ ′ σ′= σ-u 式中： c′—土的有效粘聚力 φ ′—土的有效内摩擦角。
σ′、u—土的有效应力 和孔隙水压力
该法以法向应力σ′为横坐标，剪应力τ为纵坐标。在横坐标 上以（σ1′+σ3′）/2为圆心，以（σ1′+σ3′）/2为半径做应 力圆，绘制破坏总应力圆，如图3-10直线Ⅱ。
三、试验设备与材料
1．三轴压缩议：应变控制式，由周围压力系统、反压力系统、
孔隙水压力量测系统和主机组成。 2．附属设备：包括击实器、饱和器、切土器、分样器、切土 盘、承膜筒和对开圆模等。 3．天平：称量200 g，感量0.01 g；称量1000 g，感量
0.1 g。
4．橡皮膜：应具有弹性，厚度应小于橡皮膜直径的1／100， 不得有漏气孔。 5．试验过程中还用到少许凡士林、机油等。
孔隙压力系数；固结排水剪试验是试样先在某一周围压力作用下排
试验可以测得有效抗剪强度参数和变形参数。
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到破坏，
土的三轴压缩试验
岩土工程实验室
土的抗剪强度是指土体抵抗破坏的极限能力。在土 坡稳定、地基承载力及土压力等计算中，土的抗剪 强度是个很重要的指标。 测定土的抗剪强度最简单的方法是直接剪切试验。
压力 室
轴向加压 系统
孔隙压力 量测系统
周围压 力系统
四、常规三轴试验的主要步骤
（1）装样。将土切成圆柱体，饱和后套在橡 胶膜内，放在密封的压力室中。 （2）施加围压。向压力室内压入水，使试 件在各向受到周围压力σ3，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，因此不发生剪应力如图3— 9（a）。
五、试验结果的整理与表达
土的抗剪强度的试验成果一般有两种表示方式。 （一）总应力法。 其表达式为： τf =c+σtanφ 式中：c—土的粘聚力 φ —土的内摩擦角。
该法以法向应力σ为横坐标，剪应力τ为纵坐标。 在横坐标上以（σ1+σ3）/2为圆心，（σ1+σ3）/2为 半径做应力圆，绘制破坏总应力圆，如图3-10直 线Ⅰ 。
根据排水条件和是否固结，三轴压缩试验可 有以下三种类型： (2) (3)固结不排水试验 固结排水试验 试样在施加周围压力时打开排水阀门，允许 试样在施加周围压力时允许排水固结，待固结 排水固结，待固结稳定后关闭排水阀门，再施 稳定后，再在排水条件下施加竖向压力至试件剪 加竖向压力，使试样在不排水的条件下剪切破 切破坏。 坏。
σ3
σ1=σ3+△σ
45°+φ/2
σ3
σ3
σ3
σ3
σ3
（a） 图3-9 三轴剪切试验原理
σ1
（b）
（a）试件受周围压力；（b）破坏时试件上的主应力
强度包线
内摩擦角
粘聚力
（C）莫尔破坏包线
根据排水条件和是否固结，三轴压缩试验可 有以下三种类型： (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部不允许排水， 试验自始至终关闭排水阀门。这种方法适用 于实际工程中饱和软粘土快速加荷时的应力 状况。
课件介绍：本课件所介绍试验适用于测定细粒土的总抗剪强度参或
有效抗剪强度参数。根据排水条件的不同，试验可分为不固结不排
水剪、固结不排水剪和固结排水剪三种。不固结水排水剪试验是在
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， 试验可以测得总抗剪强度参数；固结不排水剪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，试验可以测得总抗剪强度参数或有效抗剪强度参数和
常规的三轴压缩试验是取3-4个圆柱体试样， 分别在其四周施加不同的恒定周围压力，随后逐 渐增加轴向压力，直至破坏为止。根据破坏时的 大主应力与小主应力分别绘制莫尔圆，莫尔圆的 切线就是剪应力与法向应力的关系曲线，通常近 似的以直线表示，其倾角为φ，在纵轴上的截距 为c。
二、试验目的与意义
测定土的抗剪强度，提供计算地基强度和稳定 使用的土的强度指标内摩擦角φ和内聚力c。
（4）重复以上步骤。用同一种土样的若干个试 件(三个以上)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3—9c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 (图3—9c)，通常可近似取为一条直线，该直线与 横座标的夹角即土的内摩擦角φ ，直线与纵坐标的 截距即为土的粘聚力c
缺点:
①剪切破坏面人为的固定为上 下盒之间的水平面，不符合实 际情况。 ②试验中不能严格控制排水条 件，不能量测土样的孔隙水压 力。
目前，较为完善的一种方法是三轴压缩试验。
三轴压缩试验优点： ①试验中能严格控制试样排水条件， 受力状态明确。 3 ②试验中可以控制大小主应力，剪 切面不固定，能准确地测定土的孔 3 隙压力和体积变化。