土力學(xué)三軸壓縮試驗(yàn)

1、 課件介紹：本課件所介紹試驗(yàn)適用于測(cè)定細(xì)粒土的總抗剪強(qiáng)度參或有效抗剪強(qiáng)度參數(shù)。根據(jù)排水條件的不同，試驗(yàn)可分為不固結(jié)不排水剪、固結(jié)不排水剪和固結(jié)排水剪三種。不固結(jié)水排水剪試驗(yàn)是在施加周圍壓力和增加軸向壓力直至破壞過(guò)程中均不允許試樣排水，試驗(yàn)可以測(cè)得總抗剪強(qiáng)度參數(shù)；固結(jié)不排水剪試驗(yàn)是試樣先在某一周圍壓力作用下排水固結(jié)，然后在保持不排水的情況下增加軸向壓力直至破壞，試驗(yàn)可以測(cè)得總抗剪強(qiáng)度參數(shù)或有效抗剪強(qiáng)度參數(shù)和孔隙壓力系數(shù)；固結(jié)排水剪試驗(yàn)是試樣先在某一周圍壓力作用下排水固結(jié)，然后在允許試樣充分排水的情況下增加軸向壓力直到破壞，試驗(yàn)可以測(cè)得有效抗剪強(qiáng)度參數(shù)和變形參數(shù)。土的三軸壓縮試驗(yàn)土的三軸壓縮試驗(yàn)巖

2、土工程實(shí)驗(yàn)室 張新敏 土的抗剪強(qiáng)度是指土體抵抗破壞的極限能力。在土的抗剪強(qiáng)度是指土體抵抗破壞的極限能力。在土坡穩(wěn)定、地基承載力及土壓力等計(jì)算中，土的抗土坡穩(wěn)定、地基承載力及土壓力等計(jì)算中，土的抗剪強(qiáng)度是個(gè)很重要的指標(biāo)。剪強(qiáng)度是個(gè)很重要的指標(biāo)。 測(cè)定土的抗剪強(qiáng)度最簡(jiǎn)單的方法是測(cè)定土的抗剪強(qiáng)度最簡(jiǎn)單的方法是直接剪切試驗(yàn)直接剪切試驗(yàn)。缺點(diǎn)缺點(diǎn): :剪切破壞面人為的固定為上剪切破壞面人為的固定為上下盒之間的水平面，不符合實(shí)下盒之間的水平面，不符合實(shí)際情況。際情況。 試驗(yàn)中不能嚴(yán)格控制排水條試驗(yàn)中不能嚴(yán)格控制排水條件，不能量測(cè)土樣的孔隙水壓件，不能量測(cè)土樣的孔隙水壓力。力。 目前，較為完善的一種方法是目

3、前，較為完善的一種方法是三軸壓縮試驗(yàn)三軸壓縮試驗(yàn)。三軸壓縮試驗(yàn)優(yōu)點(diǎn)：三軸壓縮試驗(yàn)優(yōu)點(diǎn)： 試驗(yàn)中能嚴(yán)格控制試樣排水條件，試驗(yàn)中能嚴(yán)格控制試樣排水條件，受力狀態(tài)明確。受力狀態(tài)明確。 試驗(yàn)中可以控制大小主應(yīng)力，剪試驗(yàn)中可以控制大小主應(yīng)力，剪切面不固定，能準(zhǔn)確地測(cè)定土的孔切面不固定，能準(zhǔn)確地測(cè)定土的孔隙壓力和體積變化。隙壓力和體積變化。 3 3 3 3 3 3 三軸壓縮試驗(yàn)三軸壓縮試驗(yàn) 一、三軸試驗(yàn)的基本原理一、三軸試驗(yàn)的基本原理二、試驗(yàn)?zāi)康呐c意義二、試驗(yàn)?zāi)康呐c意義三、試驗(yàn)設(shè)備與材料三、試驗(yàn)設(shè)備與材料四、常規(guī)三軸試驗(yàn)的主要步驟四、常規(guī)三軸試驗(yàn)的主要步驟五、試驗(yàn)結(jié)果的整理與表達(dá)五、試驗(yàn)結(jié)果的整理與表達(dá)六

4、、繪圖六、繪圖七、思考題七、思考題 根據(jù)莫爾根據(jù)莫爾庫(kù)侖破壞準(zhǔn)則，土體在各向主應(yīng)力的庫(kù)侖破壞準(zhǔn)則，土體在各向主應(yīng)力的作用下，作用在某一應(yīng)力面上的剪應(yīng)力（作用下，作用在某一應(yīng)力面上的剪應(yīng)力（ ）與法）與法向應(yīng)力（向應(yīng)力（）之比達(dá)到某一比值（即土的內(nèi)摩擦角）之比達(dá)到某一比值（即土的內(nèi)摩擦角正切值正切值tantan），土體就將沿該面發(fā)生剪切破壞，而），土體就將沿該面發(fā)生剪切破壞，而與作用的各向主應(yīng)力的大小無(wú)關(guān)。與作用的各向主應(yīng)力的大小無(wú)關(guān)。 一、試驗(yàn)的基本原理一、試驗(yàn)的基本原理 常規(guī)的三軸壓縮試驗(yàn)是取常規(guī)的三軸壓縮試驗(yàn)是取3-4個(gè)圓柱體試樣，個(gè)圓柱體試樣，分別在其四周施加不同的恒定周圍壓力，隨后逐分

5、別在其四周施加不同的恒定周圍壓力，隨后逐漸增加軸向壓力，直至破壞為止。根據(jù)破壞時(shí)的漸增加軸向壓力，直至破壞為止。根據(jù)破壞時(shí)的大主應(yīng)力與小主應(yīng)力分別繪制莫爾圓，莫爾圓的大主應(yīng)力與小主應(yīng)力分別繪制莫爾圓，莫爾圓的切線就是剪應(yīng)力與法向應(yīng)力的關(guān)系曲線，通常近切線就是剪應(yīng)力與法向應(yīng)力的關(guān)系曲線，通常近似的以直線表示，其傾角為似的以直線表示，其傾角為，在縱軸上的截距，在縱軸上的截距為為c。 測(cè)定土的抗剪強(qiáng)度，提供計(jì)算地基強(qiáng)度和穩(wěn)定測(cè)定土的抗剪強(qiáng)度，提供計(jì)算地基強(qiáng)度和穩(wěn)定使用的土的強(qiáng)度指標(biāo)內(nèi)摩擦角使用的土的強(qiáng)度指標(biāo)內(nèi)摩擦角和內(nèi)聚力和內(nèi)聚力c。 二、試驗(yàn)?zāi)康呐c意義二、試驗(yàn)?zāi)康呐c意義三、試驗(yàn)設(shè)備與材料三、試驗(yàn)設(shè)

6、備與材料1三軸壓縮議：應(yīng)變控制式，由周圍壓力系統(tǒng)、反壓力系統(tǒng)、三軸壓縮議：應(yīng)變控制式，由周圍壓力系統(tǒng)、反壓力系統(tǒng)、 孔隙水壓力量測(cè)系統(tǒng)和主機(jī)組成?？紫端畨毫α繙y(cè)系統(tǒng)和主機(jī)組成。 2附屬設(shè)備：包括擊實(shí)器、飽和器、切土器、分樣器、切土附屬設(shè)備：包括擊實(shí)器、飽和器、切土器、分樣器、切土 盤、承膜筒和對(duì)開(kāi)圓模等。盤、承膜筒和對(duì)開(kāi)圓模等。 3天平：稱量天平：稱量200 g，感量，感量0.01 g；稱量；稱量1000 g，感量，感量 0.1 g。 4橡皮膜：應(yīng)具有彈性，厚度應(yīng)小于橡皮膜直徑的橡皮膜：應(yīng)具有彈性，厚度應(yīng)小于橡皮膜直徑的1100， 不得有漏氣孔。不得有漏氣孔。 5試驗(yàn)過(guò)程中還用到少許凡士林、機(jī)

7、油等。試驗(yàn)過(guò)程中還用到少許凡士林、機(jī)油等。軸向加壓軸向加壓系統(tǒng)系統(tǒng)周圍壓周圍壓力系統(tǒng)力系統(tǒng)孔隙壓力孔隙壓力量測(cè)系統(tǒng)量測(cè)系統(tǒng)壓力壓力室室 （2 2）施加圍壓施加圍壓。向壓力室內(nèi)壓入水，使試。向壓力室內(nèi)壓入水，使試件在各向受到周圍壓力件在各向受到周圍壓力3 3，并使液壓在整個(gè)，并使液壓在整個(gè)試驗(yàn)過(guò)程中保持不變，這時(shí)試件內(nèi)各向的三試驗(yàn)過(guò)程中保持不變，這時(shí)試件內(nèi)各向的三個(gè)主應(yīng)力都相等，因此不發(fā)生剪應(yīng)力如圖個(gè)主應(yīng)力都相等，因此不發(fā)生剪應(yīng)力如圖339 9（a a）。）。四、常規(guī)三軸試驗(yàn)的主要步四、常規(guī)三軸試驗(yàn)的主要步驟驟（1 1）裝樣裝樣。將土切成圓柱體，飽和后套在橡。將土切成圓柱體，飽和后套在橡膠膜內(nèi)，

8、放在密封的壓力室中。膠膜內(nèi)，放在密封的壓力室中。 （3 3）施加軸向壓力施加軸向壓力。通過(guò)傳力桿對(duì)試件施加。通過(guò)傳力桿對(duì)試件施加豎向壓力，這樣，豎向主應(yīng)力就大于水平向主應(yīng)豎向壓力，這樣，豎向主應(yīng)力就大于水平向主應(yīng)力，當(dāng)水平向主應(yīng)力保持不變，而豎向主應(yīng)力逐力，當(dāng)水平向主應(yīng)力保持不變，而豎向主應(yīng)力逐漸增大時(shí)，試件終于受剪而破壞如圖漸增大時(shí)，試件終于受剪而破壞如圖39(b) 39(b) 。設(shè)剪切破壞時(shí)由傳力桿加在試件上的豎向壓應(yīng)力設(shè)剪切破壞時(shí)由傳力桿加在試件上的豎向壓應(yīng)力為為，則試件上的大主應(yīng)力為，則試件上的大主應(yīng)力為1 1=3 3+ + ，而小主應(yīng)力而小主應(yīng)力3 3，以，以（1 1+3 3）/2/

9、2為圓心為圓心，1 1-3 3為直徑可以畫出一個(gè)極限應(yīng)力圓，如圖為直徑可以畫出一個(gè)極限應(yīng)力圓，如圖39(c)39(c)中中的圓的圓I I （4 4）重復(fù)以上步驟重復(fù)以上步驟。用同一種土樣的若干個(gè)。用同一種土樣的若干個(gè)試件試件( (三個(gè)以上三個(gè)以上) )按以上所述方法分別進(jìn)行試驗(yàn)，按以上所述方法分別進(jìn)行試驗(yàn)，每個(gè)試件施加不同的周圍壓力每個(gè)試件施加不同的周圍壓力3 3 ，可分別得出剪，可分別得出剪切破壞時(shí)的大主應(yīng)力切破壞時(shí)的大主應(yīng)力1 1 ，將這些結(jié)果繪成一組極，將這些結(jié)果繪成一組極限應(yīng)力圓，如圖限應(yīng)力圓，如圖39c39c中的圓中的圓I I、和和。由于這。由于這些試件都剪切至破壞，根據(jù)莫爾些試件都

10、剪切至破壞，根據(jù)莫爾庫(kù)倫理論，作庫(kù)倫理論，作一組極限應(yīng)力圓的公共切線，即為土的抗剪強(qiáng)度一組極限應(yīng)力圓的公共切線，即為土的抗剪強(qiáng)度包線包線( (圖圖39c)39c)，通?？山迫橐粭l直線，該直，通?？山迫橐粭l直線，該直線與橫座標(biāo)的夾角即土的內(nèi)摩擦角線與橫座標(biāo)的夾角即土的內(nèi)摩擦角，直線與縱，直線與縱坐標(biāo)的截距即為土的粘聚力坐標(biāo)的截距即為土的粘聚力c c 圖圖3-9 3-9 三軸剪切試驗(yàn)原理三軸剪切試驗(yàn)原理45+/233331=3+133（a）（b）（a）試件受周圍壓力；（）試件受周圍壓力；（b）破壞時(shí)試件上的主應(yīng)力）破壞時(shí)試件上的主應(yīng)力粘聚力粘聚力內(nèi)摩擦角內(nèi)摩擦角強(qiáng)度包線強(qiáng)度包線（C）莫爾破

11、壞包線）莫爾破壞包線根據(jù)排水條件和是否固結(jié)，三軸壓縮試驗(yàn)可根據(jù)排水條件和是否固結(jié)，三軸壓縮試驗(yàn)可有以下三種類型：有以下三種類型： (1)(1)不固結(jié)不排水試驗(yàn)不固結(jié)不排水試驗(yàn) 試樣在施加周圍壓力和隨后施加豎向壓試樣在施加周圍壓力和隨后施加豎向壓力直至剪切破壞的整個(gè)過(guò)程中部不允許排水，力直至剪切破壞的整個(gè)過(guò)程中部不允許排水，試驗(yàn)自始至終關(guān)閉排水閥門。這種方法適用試驗(yàn)自始至終關(guān)閉排水閥門。這種方法適用于實(shí)際工程中飽和軟粘土快速加荷時(shí)的應(yīng)力于實(shí)際工程中飽和軟粘土快速加荷時(shí)的應(yīng)力狀況。狀況。 (2) (2)固結(jié)不排水試驗(yàn)固結(jié)不排水試驗(yàn) 試樣在施加周圍壓力時(shí)打開(kāi)排水閥門，允試樣在施加周圍壓力時(shí)打開(kāi)排水閥

12、門，允許排水固結(jié)，待固結(jié)穩(wěn)定后關(guān)閉排水閥門，再許排水固結(jié)，待固結(jié)穩(wěn)定后關(guān)閉排水閥門，再施加豎向壓力，使試樣在不排水的條件下剪切施加豎向壓力，使試樣在不排水的條件下剪切破壞。破壞。 (3) (3)固結(jié)排水試驗(yàn)固結(jié)排水試驗(yàn) 試樣在施加周圍壓力時(shí)允許排水固結(jié)，待固試樣在施加周圍壓力時(shí)允許排水固結(jié)，待固結(jié)穩(wěn)定后，再在排水條件下施加豎向壓力至試件結(jié)穩(wěn)定后，再在排水條件下施加豎向壓力至試件剪切破壞。剪切破壞。 根據(jù)排水條件和是否固結(jié)，三軸壓縮試驗(yàn)可根據(jù)排水條件和是否固結(jié)，三軸壓縮試驗(yàn)可有以下三種類型：有以下三種類型：五、試驗(yàn)結(jié)果的整理與表達(dá)五、試驗(yàn)結(jié)果的整理與表達(dá)（一）總應(yīng)力法。（一）總應(yīng)力法。其表達(dá)式為

13、：其表達(dá)式為： f =c+tan =c+tan式中：式中：cc土的粘聚力土的粘聚力 土的內(nèi)摩擦角。土的內(nèi)摩擦角。 該法以法向應(yīng)力該法以法向應(yīng)力為橫坐標(biāo)，剪應(yīng)力為橫坐標(biāo)，剪應(yīng)力為縱坐標(biāo)。為縱坐標(biāo)。在橫坐標(biāo)上以（在橫坐標(biāo)上以（1 1+3 3）/2/2為圓心，為圓心，（1 1+3 3）/2/2為為半徑做應(yīng)力圓，繪制破壞總應(yīng)力圓，如圖半徑做應(yīng)力圓，繪制破壞總應(yīng)力圓，如圖3-103-10直直線線 。土的抗剪強(qiáng)度的試驗(yàn)成果一般有兩種表示方式。土的抗剪強(qiáng)度的試驗(yàn)成果一般有兩種表示方式。（二）有效應(yīng)力法。（二）有效應(yīng)力法。 表達(dá)式為：表達(dá)式為： f =c+tan =c+tan = -u = -u式中：式中：

14、cc土的有效粘聚力土的有效粘聚力 土的有效內(nèi)摩擦角。土的有效內(nèi)摩擦角。 、uu土的有效應(yīng)力土的有效應(yīng)力 和孔隙水壓力和孔隙水壓力 該法以法向應(yīng)力該法以法向應(yīng)力為橫坐標(biāo)，剪應(yīng)力為橫坐標(biāo)，剪應(yīng)力為縱坐標(biāo)。在為縱坐標(biāo)。在橫坐標(biāo)上以（橫坐標(biāo)上以（1 1+3 3）/2/2為圓心，以為圓心，以（1 1+3 3）/2/2為半徑做應(yīng)力圓，繪制破壞總應(yīng)力圓，如為半徑做應(yīng)力圓，繪制破壞總應(yīng)力圓，如圖圖3-103-10直線直線。f =c+tan =c+tanf =c+tan =c+tan圖3-10 土抗剪強(qiáng)度包線 用總應(yīng)力法表示時(shí)，試驗(yàn)時(shí)土的排水條件不同得到用總應(yīng)力法表示時(shí)，試驗(yàn)時(shí)土的排水條件不同得到的的c c、結(jié)果不同。有效應(yīng)力法由于考慮了孔隙水壓力結(jié)果不同。有效應(yīng)力法由于考慮了孔隙水壓力u u的影響，對(duì)于同一種土，不論采取哪一種試驗(yàn)方法，只的影響，對(duì)于同一種土，不論采取哪一種試驗(yàn)方法，只要能準(zhǔn)確量出土樣破壞時(shí)的孔隙水壓力，就可用此方法要能準(zhǔn)確量出土樣破壞時(shí)的孔隙水壓力，就可用此方法來(lái)表示土的強(qiáng)度關(guān)系。理論上抗剪強(qiáng)度與有效應(yīng)力有對(duì)來(lái)表示土的強(qiáng)度關(guān)系。理論上抗剪強(qiáng)度與有效應(yīng)力有對(duì)應(yīng)的關(guān)系。應(yīng)的關(guān)系。