三軸實(shí)驗(yàn)報告精編版

1、三軸試驗(yàn)報告課程高等土力學(xué)授課老師冷伍明等指導(dǎo)老師彭老師學(xué)生姓名劉瑋學(xué)號114811134專業(yè)隧道工程目錄1.試驗(yàn)?zāi)康?2.儀器設(shè)備13.試樣制備步驟14.試樣的安裝和固結(jié)25.數(shù)據(jù)處理 (鄧肯張模型 8 大參數(shù)的確定 )26.注意事項(xiàng)97.總結(jié)101.試驗(yàn)?zāi)康?1).三軸壓縮試驗(yàn)室測定圖的抗剪強(qiáng)度的一種方法，它通過用 34 個圓柱形試樣，分別在不同的恒定周圍壓力下，施加軸向壓力，進(jìn)行剪切直至破壞；然后根據(jù)摩爾 -強(qiáng)度理論，求得土的抗剪強(qiáng)度參數(shù)；同時還可求出鄧肯-張模型的其它6 個參數(shù)。(2).本試驗(yàn)分為不固結(jié)不排水剪 ( UU )；固結(jié)不排水剪 ( CU 或 CU )和固結(jié)排水剪 (CD )

2、等 3 種試驗(yàn)類型。本次試驗(yàn)采用的是固結(jié)排水剪 (CD )。2.儀器設(shè)備本次實(shí)驗(yàn)采用全自動應(yīng)變控制式三軸儀： 有反壓力控制系統(tǒng)， 周圍壓力控制系統(tǒng)，壓力室，孔隙壓力測量系統(tǒng)，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，試驗(yàn)機(jī)等。3.試樣制備步驟(1).本次試驗(yàn)所用土屬于粉粘土，采用擊實(shí)法對擾動土進(jìn)行試樣制備，試樣直徑 39.1mm，試樣高度 80mm。選取一定數(shù)量的代表性土樣，經(jīng)碾碎、過篩，測定風(fēng)干含水率，按要求的含水率算出所需加水量。(2).將需加的水量噴灑到土料上拌勻，稍靜置后裝入塑料袋，然后置于密閉容器內(nèi) 24 小時，使含水率均勻。取出土料復(fù)測其含水率。(3).擊樣筒的內(nèi)徑應(yīng)與試樣直徑相同。擊錘的直徑宜小雨試樣直徑，

3、也允許采用與試樣直徑相同的擊錘。擊樣筒在使用前應(yīng)洗擦干凈。(4).根據(jù)要求的干密度，稱取所需土質(zhì)量。按試樣高度分層擊實(shí)，本次試驗(yàn)為粉粘土，分 5 層擊實(shí)。各層土料質(zhì)量相等。每層擊實(shí)至要求高度后，將表面刨毛，然后再加第 2 層土料。如此繼續(xù)進(jìn)行，直至擊完最后一層，并將擊樣筒中的試樣取出放入飽和器中。表 1含水率記錄表盒號盒重 (g)盒加濕土重(g) 盒加干土重 (g)含水率含水率均值6b008410.5223.1521.4515.5%15.75%6b050310.5123.7421.9116.0%試驗(yàn)要求干密度為1.7g/cm 3，飽和器容積為96cm 3，所以所需濕土質(zhì)量為：m(1 w) v

4、(10.1575)1.7 96188.8(g)分 5 層擊實(shí)，則每層質(zhì)量為37.76g。(5).試樣飽和：采用抽氣飽和，將裝有試樣的飽和器置于無水的抽氣缸內(nèi)，進(jìn)行抽氣，當(dāng)真空度接近當(dāng)?shù)? 個大氣壓后， 應(yīng)繼續(xù)抽氣 1 個小時。抽氣完成后徐徐注入清水， 并保持真空度穩(wěn)定。 待飽和器完全被水淹沒即停止抽氣，并釋放抽氣缸的真空。4.試樣的安裝和固結(jié)(1).開孔隙壓力閥及量管閥，使壓力室底座充水排氣，并關(guān)閥。將透水板滑入壓力室底座上。 然后放上濾紙和試樣， 試樣上端亦放一濕濾紙及透水板，并在試樣周圍貼上 6 條浸濕的濾紙條，濾紙條上端與透水石相連接。(2).將橡皮膜套在承膜筒內(nèi)，兩端翻出筒外，從吸氣孔

5、吸氣，使膜緊貼承膜筒內(nèi)壁，然后套在試樣外，放氣翻起橡皮膜的兩端，取出承膜筒。用橡皮圈將橡皮膜下端扎緊在壓力室底座上。(3).用軟刷子自下向上輕輕按撫試樣，以排除試樣與橡皮膜之間的氣泡。可開啟空隙壓力閥及量管閥， 使水徐徐流入試樣與橡皮膜之間，以排除夾氣， 然后關(guān)閉。(4).開排水管閥，使水從試樣帽徐徐流出以排除管路中的氣泡，并將試樣帽置于試樣頂端。排除頂端氣泡，將橡皮膜扎緊在試樣帽上。(5).裝上壓力室罩，開排氣孔，向壓力水充水，水從排氣孔溢出時，立刻停止注水，并關(guān)閉排氣孔。(6).關(guān)體變管閥及孔隙壓力閥，開周圍壓力閥，施加所需的周圍壓力。周圍壓力大小應(yīng)與工程實(shí)際荷載相適應(yīng)， 并盡可能使最大周

6、圍壓力與土體的最大實(shí)際荷載大致相等。也可按 100、200、300、 400kPa施加。(7).打開主機(jī)和電腦，通過主機(jī)給調(diào)壓筒和反壓力調(diào)壓筒充水，一般反壓力調(diào)壓筒調(diào)到 30000-40000 便可。圍壓調(diào)壓筒可注水到60000。(8).在打開土工試驗(yàn)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，選擇好試驗(yàn)參數(shù)，然后點(diǎn)擊開始試驗(yàn)，試驗(yàn)則進(jìn)入飽和度判斷狀態(tài)， 當(dāng)飽和度達(dá) 95%以上時自動進(jìn)入固結(jié)狀態(tài)， 當(dāng)試樣固結(jié)度達(dá) 95%時自動再進(jìn)入剪切狀態(tài)。(9).剪切出現(xiàn)峰值后，或達(dá)到相應(yīng)的應(yīng)變，試驗(yàn)便自動結(jié)束。卸除壓力，在進(jìn)行下一圍壓下的試驗(yàn)。5.數(shù)據(jù)處理 (鄧肯張模型8 大參數(shù)的確定 )(1). 切線模量的鄧肯張計(jì)算公式：2Et K

7、pa31Rf13 1sinpa2c cos2c(1)3 sin式中Et 切線彈性模量， kPa；3 周圍壓力， kPa；Pa 大氣壓力， kPa；R f 破壞比，數(shù)值小于1；土的內(nèi)摩擦角， (°)c 土的粘聚力， kPa；K , n 試驗(yàn)常數(shù)。(2).切線泊松比按下列兩式計(jì)算：GF lg3p3t(2)1A2AD13(3)nRf3 1sinKp a311pa2c cos2c3 sin式中 G, D , F 試驗(yàn)常數(shù)。公式 (1)，(2)，(3)中包含 8 個試驗(yàn)常數(shù)： K 、 n 、 c 、 R f 、 G 、 D 、 F ，這就是鄧肯張模型的8 大參數(shù)。(3). 求得試驗(yàn)常數(shù)的的方法

8、。 c 、值的求得繪制出不同圍壓下的摩爾應(yīng)力圓，則 c 、值可由圖 1 中的截距和斜率求得。圖 1固結(jié)排水剪強(qiáng)度包線由于本次試驗(yàn)采用的是全自動的土工試驗(yàn)數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)，已不需人工讀入和處理數(shù)據(jù) ，TgWin 系統(tǒng)自動計(jì)算出c =18.7， =31.9。求得 R f ：鄧肯 -張雙曲線模型的本質(zhì)在于假定土的應(yīng)力應(yīng)變之間的關(guān)系具有雙曲線性質(zhì)，見圖 2。圖 2雙曲線應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系雙曲線關(guān)系式：131(4)ab1變換縱坐標(biāo)關(guān)系式：1a b 1(5)13式中a 初始切線模量Ei 的倒數(shù)；b 主應(yīng)力差漸近值13ult 的倒數(shù)。變換坐標(biāo)的雙曲線見圖3。圖 3變換坐標(biāo)的雙曲線由 a 和 b 即可求得初始切線模

9、量和主應(yīng)力差的漸近值。按下式計(jì)算破壞比R f ：13fRf(6)13ult式中13 f 主應(yīng)力差的破壞值，kPa；1 3 ult 主應(yīng)力差的漸近值， kPa。由 TgWin 系統(tǒng)自動繪制的變換坐標(biāo)的雙曲線見圖 4：圖 4變換坐標(biāo)的雙曲線TgWin 系統(tǒng)自動計(jì) 算出 R f =0.755。 K 、 n 的求得初始切線模量與固結(jié)壓力有以下關(guān)系：n3EiKpa(7)pa式中pa 大氣壓力， kPa。K 、 n 由 lg Ei lg3 曲線確定 (見圖 5)。lgEi/Pan1lgklg/Pa3圖 5l gEi l g3 關(guān)系曲線由 TgWin 系統(tǒng)自動繪制的 lg Ei lg3 關(guān)系曲線如下：圖 6

10、Ei 3 關(guān)系曲線由上圖易知， K =202.7， n =0.114。D的求得假定軸向應(yīng)變a 與側(cè)向應(yīng)變r 成雙曲線關(guān)系 (見圖 7)即：ar(8)fDr變換縱坐標(biāo)，如圖8：rf D r(9)a式中f 初始切線泊松比；D 軸向應(yīng)變漸近值的倒數(shù)。圖 7雙曲線主應(yīng)變關(guān)系圖 8變換縱坐標(biāo)的雙曲線從上圖中可求得f 、 D 值。由 TgWin 系統(tǒng)自動繪制的變換縱坐標(biāo)的雙曲線見圖9：圖 9變換縱坐標(biāo)的雙曲線TgWin 系統(tǒng)計(jì)算得 D=0.000。G、F 的求得繪制 i 與 lg 3關(guān)系曲線 (見圖 10)：i G F lg3(10)pa式中i 不同3作用下的初始孔隙比；G 、 F 由 i lg3 關(guān)系曲

11、線求得。圖 10i l g 3 關(guān)系曲線而由 TgWin 系統(tǒng)自動繪制的i lg 3 關(guān)系曲線見圖11：圖 11i l g 3 關(guān)系曲線TgWin 系統(tǒng)處理得 G=0.500，F(xiàn)=0.000。通過上 面的 5 個步驟就可求得鄧肯張模型的 8 大參數(shù)。(4)本次試驗(yàn)所求得的8 大參數(shù)值列表如表2：表 2鄧肯張模型的8 大參數(shù)cR fKnDGF18.67kPa 31.95°0.755202.70.1140.0000.5000.0006.注意事項(xiàng)(1)為了圖樣均勻，方便制樣，配好了含水率的土一定還要再過一次孔徑 2mm 的篩，并測含水率；(2)制樣時，每層擊實(shí)后一定要將表面刨毛，這樣有利于土樣的整體完整，在試驗(yàn)過程中也可減少出現(xiàn)斷樣的情況；(3)每個土樣制好后一定要脫模，然后裝入另一個飽和器；(4)抽氣飽和時，時間要足夠，且蒸餾水一定要淹沒飽和器，否則可能會出現(xiàn)土樣達(dá)不到飽和度的要求；(5)拆樣時，要注意飽和器的三片鐵片只能上下移動，不能垂直于土樣軸線前后移動；(6)裝樣時，排氣要充分且不能讓土樣斷裂，同時要注意各個閥門的開閉狀態(tài)是否正確，否則很可能照成孔隙壓力與軸向應(yīng)變關(guān)系曲線不正確。(7)試驗(yàn)完成后，要注意還原實(shí)驗(yàn)室的清潔衛(wèi)生，以方便后面的