三轴实验报告

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1、三轴试验报告课 程高等土力学授课老师冷伍明等指导老师 彭老师学生姓名刘玮学号_4专业隧道工程目录1. 试验目的(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34 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(UU )固结不排水剪(CU或cu ) 和固结排水剪(CD)等3种试验类型。本次试验采用的是固结排水剪 (cD)。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

2、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

3、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 含水率记录表盒号盒重(g)盒加湿土重(g)盒加干土重(g)含水率含水率均 值6b0084%6b0503%试验要求干密度为1.7g/cm3，饱和器容积为96cm3，所以所需湿土质量 为：m = (1 + w)pv = (1 + 0.1575) x 1.7 x 96 = 188.8 (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

4、 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

5、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 30000-4

6、0000 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 8大参数的确定)(1). 切线模量的邓肯张计算公式：E = KptaR (b -b )(1- sinQ)1 -f13-2c cosQ -2cb sinQ3(1)式中 Et3PaR切线弹性模量,kPa； 周围压力， kPa； 大气压力，kPa

7、； 破坏比,数值小于1 土的内摩擦角， () c 土的粘聚力，kPa； K,n 试验常数。A =一 $ )3p丿aKpaG - F lg巴=(1ZA2DG -b )13R (b -b )(1 -sinQ)1 -132c cos Q + 2cb sin Q3(2)(3)(2).切线泊松比按下列两式计算：式中 G,D,F 试验常数。公式(1) ， (2)， (3)中包含8个试验常数： K 、n、Q、c、R G 、D、F ，这就是邓肯张模型的8大参数。(3) . 求得试验常数的的方法。 c、Q值的求得绘制出不同围压下的摩尔应力圆，则c、Q值可由图1中的截距和斜 率求得。由于本次试验采用的是全自动的土

8、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c =,申=。 求得 R ： f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：Q -Q1381 a + be变换纵坐标关系式：1g -g=a + b1(5)13式中 ab初始切线模量 E 的倒数；i主应力差渐近值(g -g )的倒数。1 3 ult变换坐标的双曲线见图3。f1 i3.图3 变换坐标的双曲线由a和b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 R ：f G -Q )Rf二卄十 1 3 ult式中 G -g ) 主应力差的破

9、坏值，kPa；13 f(g -g )主应力差的渐近值，kPa。1 3 ult由TgWin系统自动绘制的变换坐标的双曲线见图4：SOO3004000J4880. 69501 509-&.-105 -50 图4 变换坐标的双曲线TgWin系统自动计算出Rf = K、n的求得初始切线模量与固结压力有以下关系：( 、E 二 Kpiac(7)_3I p丿a式中 p大气压力，kPa。a.K、n由lgE lgc曲线确定（见图5）。i3lgEi/Palg 3/Pa图5 lg E lgc关系曲线i3IDO1035ki=202i 7由TgWin系统自动绘制的lgE lgc关系曲线如下:i3IODO1Jo3/Pa图

10、6 E. c3关系曲线由上图易知， K =， n =。D的求得假定轴向应变8与侧向应变8成双曲线关系（见图7）即:ar88=r 一af + D8r变换纵坐标，如图8:(8)式中D匚=f + D88ra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 f 、D 值。由 TgWin 系统自动绘制的变换纵坐标的双曲线见图 9：70-r200：300 :40050. 0C50.0050.000.0000. 0000. 000400kPa:沁翦P酣000 kPa :60 -5：1C 2.04.|) C. :3.0 ID. C 12.0,E 3 (%

11、)图9 变换纵坐标的双曲线TgWin系统计算得D=。G、F的求得绘制卩与lg a关系曲线（见图10）:(10)式中卩一一不同a作用下的初始孔隙比;i3而由TgWin系统自动绘制的卩lga关系曲线见图11：i3J. 590-丄 540-1 440-J. MilliTI - - -r- r-r -jI mia 3/Pa图11巴lg 3关系曲线TgWin系统处理得G=, F二。通过上面的5个步骤就可求得邓肯一张 模型的8 大参数。(4) 本次试验所求得的 8大参数值列表如表 2：表 2 邓肯张模型的 8 大参数cRfKnDGFo6. 注意事项(1) 为了图样均匀，方便制样，配好了含水率的土一定还要再

12、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。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 8 大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。