三轴实验报告

三轴试验报告

(1).三轴压缩试验室测定图的抗剪强度的一种方法，它通过用3～4个圆柱形试样，分别在不同的恒定周围压力下，施加轴向压力，进行剪切直至破坏；然后根据摩尔-强度理论，求得土的抗剪强度参数；同时还可求出邓肯-张模型的其它6个参数。

(2).本试验分为不固结不排水剪()；固结不排水剪(或)和固结排水剪()等3种试验类型。本次试验采用的是固结排水剪()。

2.仪器设备

本次实验采用全自动应变控制式三轴仪：有反压力控制系统，周围压力控制系统，压力室，孔隙压力测量系统，数据采集系统，试验机等。

3.试样制备步骤

(1).本次试验所用土属于粉粘土，采用击实法对扰动土进行试样制备，试样直径39.1mm，试样高度80mm。选取一定数量的代表性土样，经碾碎、过筛，测定风干含水率，按要求的含水率算出所需加水量。

(2).将需加的水量喷洒到土料上拌匀，稍静置后装入塑料袋，然后置于密闭容器内24小时，使含水率均匀。取出土料复测其含水率。

(3).击样筒的内径应与试样直径相同。击锤的直径宜小雨试样直径，也允许采用与试样直径相同的击锤。击样筒在使用前应洗擦干净。

(4).根据要求的干密度，称取所需土质量。按试样高度分层击实，本次试验为粉粘土，分5层击实。各层土料质量相等。每层击实至要求高度后，将表面刨毛，然后再加第2层土料。如此继续进行，直至击完最后一层，并将击样筒中的试样取出放入饱和器中。

表1  含水率记录表

(g)

分5层击实，则每层质量为37.76g。

(5).试样饱和：采用抽气饱和，将装有试样的饱和器置于无水的抽气缸内，进行抽气，当真空度接近当地1个大气压后，应继续抽气1个小时。抽气完成后徐徐注入清水，并保持真空度稳定。待饱和器完全被水淹没即停止抽气，并释放抽气缸的真空。

4.试样的安装和固结

(1).开孔隙压力阀及量管阀，使压力室底座充水排气，并关阀。将透水板滑入压力室底座上。然后放上滤纸和试样，试样上端亦放一湿滤纸及透水板，并在试样周围贴上6条浸湿的滤纸条，滤纸条上端与透水石相连接。

(2).将橡皮膜套在承膜筒内，两端翻出筒外，从吸气孔吸气，使膜紧贴承膜筒内壁，然后套在试样外，放气翻起橡皮膜的两端，取出承膜筒。用橡皮圈将橡皮膜下端扎紧在压力室底座上。

(3).用软刷子自下向上轻轻按抚试样，以排除试样与橡皮膜之间的气泡。可开启空隙压力阀及量管阀，使水徐徐流入试样与橡皮膜之间，以排除夹气，然后关闭。

(4).开排水管阀，使水从试样帽徐徐流出以排除管路中的气泡，并将试样帽置于试样顶端。排除顶端气泡，将橡皮膜扎紧在试样帽上。

(5).装上压力室罩，开排气孔，向压力水充水，水从排气孔溢出时，立刻停止注水，并关闭排气孔。

(6).关体变管阀及孔隙压力阀，开周围压力阀，施加所需的周围压力。周围压力大小应与工程实际荷载相适应，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。

(7).打开主机和电脑，通过主机给调压筒和反压力调压筒充水，一般反压力调压筒调到30000-40000便可。围压调压筒可注水到60000。

(8).在打开土工试验数据采集系统，选择好试验参数，然后点击开始试验，试验则进入饱和度判断状态，当饱和度达95%以上时自动进入固结状态，当试样固结度达95%时自动再进入剪切状态。

(9).剪切出现峰值后，或达到相应的应变，试验便自动结束。卸除压力，在进行下一围压下的试验。

5.数据处理(邓肯—张模型参数的确定)

(1). 切线模量的邓肯－张计算公式：

        (1)

式中  ——切线弹性模量，kPa；

      ——周围压力，kPa；

      ——大气压力，kPa；

      ——破坏比，数值小于1；

      ——土的内摩擦角，(°)

      ——土的粘聚力，kPa；

      ——试验常数。

(2).切线泊松比按下列两式计算：

          (2)

        (3)

式中  ——试验常数。

公式(1)，(2)，(3)中包含8个试验常数：、、、、、、、，这就是邓肯—张模型的参数。

(3). 求得试验常数的的方法。

①、值的求得

绘制出不同围压下的摩尔应力圆，则、值可由图1中的截距和斜率求得。

图1  固结排水剪强度包线

由于本次试验采用的是全自动的土工试验数据采集处理系统，已不需人工读入和处理数据，TgWin系统自动计算出=18.7，=31.9。

②求得：

邓肯-张双曲线模型的本质在于假定土的应力应变之间的关系具有双曲线性质，见图2。

图2  双曲线应力应变关系

双曲线关系式：

     (4)

变换纵坐标关系式：

      (5)

式中  ——初始切线模量的倒数；

      ——主应力差渐近值的倒数。

变换坐标的双曲线见图3。

图3  变换坐标的双曲线

由和即可求得初始切线模量和主应力差的渐近值。

按下式计算破坏比：

     (6)

式中  ——主应力差的破坏值，kPa；

      ——主应力差的渐近值，kPa。

由TgWin系统自动绘制的变换坐标的双曲线见图4：

图4  变换坐标的双曲线

TgWin系统自动计算出=0.755。

③、的求得

初始切线模量与固结压力有以下关系：

      (7)

式中  ——大气压力，kPa。

、由曲线确定(见图5)。

图5  关系曲线

由TgWin系统自动绘制的关系曲线如下：

图6  关系曲线

由上图易知，=202.7，=0.114。

④的求得

假定轴向应变与侧向应变成双曲线关系(见图7)即：

      (8)

变换纵坐标，如图8：

        (9)

式中  ——初始切线泊松比；

      ——轴向应变渐近值的倒数。

图7  双曲线主应变关系

图8  变换纵坐标的双曲线

从上图中可求得、值。

由TgWin系统自动绘制的变换纵坐标的双曲线见图9：

图9  变换纵坐标的双曲线

TgWin系统计算得D=0.000。

⑤、的求得

绘制与关系曲线(见图10)：

       (10)

式中  ——不同作用下的初始孔隙比；

、由关系曲线求得。

图10  关系曲线

而由TgWin系统自动绘制的关系曲线见图11： 

图11  关系曲线

TgWin系统处理得G=0.500，F=0.000。通过上面的5个步骤就可求得邓肯—张模型的参数。

(4)本次试验所求得的参数值列表如表2：

表2  邓肯—张模型的参数

(1)为了图样均匀，方便制样，配好了含水率的土一定还要再过一次孔径2mm的筛，并测含水率；

(2)制样时，每层击实后一定要将表面刨毛，这样有利于土样的整体完整，在试验过程中也可减少出现断样的情况；

(3)每个土样制好后一定要脱模，然后装入另一个饱和器；

(4)抽气饱和时，时间要足够，且蒸馏水一定要淹没饱和器，否则可能会出现土样达不到饱和度的要求；

(5)拆样时，要注意饱和器的三片铁片只能上下移动，不能垂直于土样轴线前后移动；

(6)装样时，排气要充分且不能让土样断裂，同时要注意各个阀门的开闭状态是否正确，否则很可能照成孔隙压力与轴向应变关系曲线不正确。

(7)试验完成后，要注意还原实验室的清洁卫生，以方便后面的同学进行试验，完成好后期工作，并整理试验报告。

7.总结

在整个实验过程中，彭老师给予我们细致而耐心的指导。每一个实验步骤都详细指导，亲自示范，让每个学生都能够自己动手，非常感谢彭老师！彭老师为人随和热情，治学严谨细心。通过本次试验，我不但熟悉了三轴试验的试验过程，也对邓肯—模型的参数也有了进一步的认识，相信通过本次试验，对我们今后的学习、工作都会有所帮助。