三轴剪切试验Word格式文档下载.doc
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6
附图10.3对开圆膜
1.压力室底座;
2.透水石;
3.制样圆模;
4.圆箍;
5.橡皮膜;
6.橡皮圈
附图10.2原状土分样器
1.钢丝架;
2一滑杆;
3一底座
附图10.5击实器
1.环;
2.位螺丝;
3.杆;
4.击锤;
5.底板
7
附图10.4承膜筒
3.试样;
4.承膜筒;
6.上帽
附图10.6饱和器
1.土样筒;
2.紧箍;
3.夹板;
4一拉杆;
5.透水石
附图10.7切土盘
1.轴2.上盘3.下盘
附图10.8切土器
1.土样2.切土器3.支架
附图10.9应变控制式三轴剪切仪
l.调压筒;
2.周围压力表;
3.周围压力阀;
4.排水阀;
5.体变管;
6.排水管;
7.变形量表;
8.量力环;
9.排气孔;
10.轴向加压设备;
1l.压力室;
12.量管阀;
13.零位指示器;
14.孔隙压力表;
15.量管;
16.孔隙压力阀;
17.离合器;
18.手轮
四、试验步骤
1、使用前三轴剪切仪应进行检查
(1)周围压力的精度要求达到最大压力的土1%,测读分值一般应为5kPa,根据试样强度的大小,选择不同量程的量力环,使最大轴向压力的精度不小于1%。
(2)排除孔隙压力量测系统的气泡。
其方法是将零位指示器中水银移人贮槽内,关闭量管阀,用调压筒或三轴压力室(三轴压力室内充满无气水)对孔隙压力量测系统中的无气水(煮沸冷却后的蒸馏水)施加压力,小心打开量管阀,让管路中气泡从量管排出。
可反复几次,直到气泡完全冲出为止。
必须注意,不要使贮槽内水银冲出指示器。
排气完毕后,从贮槽中移回水银,关闭孔隙压力阀和量管阀,用调压筒施加压力,检查孔隙压力量测系统的体积因数,要求该体积因数小于1.5´
10-5cm3/kPa。
孔隙压力也可用传感器量测。
(3)检查排水管路是否通畅;
活塞在轴套内滑动是否正常;
连接处有无漏水现象。
仪器检查完毕,关周围压力阀、孔隙压力阀和排水阀,以备使用。
(4)橡皮膜在使用前应作仔细检查。
其方法是在膜内充气,扎紧两端,然后在水下检查有无漏气。
2、试样制备
原状试样,可从钻孔原状土柱或试坑原状土块中切取。
试样尺寸应符合下列要求:
直径3.91cm的试样,允许最大粒径为2.0mm;
直径6.18cm的试样,允许最大粒径为5.0mm;
直径10.1cm的试样,允许最大粒径为10.0mm,但也允许个别超径颗粒存在。
超径颗粒的粒径不应超过试样直径的1/5。
对于较软的土样,先用钢丝锯或削土刀切取一稍大于规定尺寸的土柱,放在切土盘上、下圆盘之间,再用钢丝锯或削土刀紧靠侧板,由上往下细心切削,边切削边转动圆盘,直到土样被削成规定直径为止。
然后按试验要求的试样高度,截取试样,并削平上下两端,见附图10.7。
对于较硬的土样,先用削土刀或钢丝锯切取一稍大于规定尺寸的土样,上下两端削平,按试样的要求层次方向,放在切土架上,用切土器切削。
先在切土器环刀口内壁涂上一层薄的油或凡士林,将切土器的刀口对准土样,边削土边压切土器,一直切削到比要求的试样高度约高2cm为止,然后拆开切土器,将试样取出,按要求的高度将两端削平,见附图10.8。
将切削好的试样称重,准确到0.1g。
试样高度和直径用卡尺量测,并按下式计算试样的平均直径:
附10.1
式中:
D1、D2、D3分别为试样上、中、下部位的直径。
取切下的余土,平行测定含水量,取其平均值作为试样的含水量(同一组原状试样,含水量差值不宜大于2%)。
3、试样饱和
根据试样的性质有抽气饱和、水头饱和和反压力饱和等几种饱和方法。
⑴抽气饱和:
将试样装人饱和器内(附图6.6)置于抽气缸内,盖紧后进行抽气,当真空度接近一个大气压后,对于粉质土(壤土)再继续抽半小时以上,粘质土抽1小时以上,密实的粘质土抽2小时以上,然后徐徐注入清水,并使真空度保持稳定。
待饱和器完全淹没在水中后,停止抽气。
解除抽气缸内的真空,让试样在抽气缸内静置10小时以上然后取出试样称重。
⑵水头饱和:
将试样安装于压力室内。
试样周围不贴滤纸条,施加20kPa周围压力。
提高试样底部量管水位,降低试样顶部量管的水位,使两管水位差在1m左右,打开孔隙水压力阀、量管阀和排水管阀,使纯水从底部进入试样,从试样顶部溢出,直至流入水量和溢出水量相等为止。
当需要提高试样的饱和度时,宜在水头饱和前,从底部将二氧化碳气体通入试样,置换孔隙中的空气。
二氧化碳的压力以5~10kPa为宜,再进行水头饱和。
⑶反压力饱和:
试样要求完全饱和时,应对试样施加反压力。
反压力系统和周围压力系统相同(对不固结不排水剪试验可用同一套设备施加),但应用双层体变管代替排水量管。
试样装好后,调节孔隙水压力等于大气压力,关闭孔隙水压力阀、反压力阀、体变管阀、测记体变管读数。
开周围压力阀,先对试样施加10~50kPa的周围压力,开孔隙水压力阀,待孔隙水压力变化稳定,测记读数,关孔隙水压力阀。
反压力应分级施加,同时分级施加周围压力,以尽量减少对试样的扰动。
周围压力和反压力的每级增量宜为30kPa,开体变管阀和反压力阀,同时施加周围压力和反压力,缓慢打开孔隙水压力阀,检查孔隙水压力增量,待孔隙水压力稳定后,测孔隙水压力和体变管读数,再施加下一级周围压力和反压力。
计算每级周围压力引起的孔隙水压力增量,当与之比Du/Ds3>
0.98时,认为试样饱和。
4、试样安装
⑴开孔隙压力阀及量管阀,使仪器底座充水排气,并关阀。
将煮沸过的透水石放在仪器底座上,然后放上湿滤纸,放置试样,试样上端也放一湿滤纸及透水石,为了加速排水固结,可在试样周围贴上7~9条宽度为6mm左右的浸湿滤纸条,滤纸条两端与透水石连接。
⑵把已检查过的橡皮膜套在承膜筒上,两端翻出筒外,从吸嘴吸气,使膜贴紧承膜筒内壁,然后把橡皮膜筒套在试样外,放气,翻起橡皮膜,橡皮膜贴在试样上,取出承膜筒,用橡皮圈将橡皮膜下端扎紧在仪器底座上。
⑶用软刷子或双手自下而上轻轻按抚试样,以排除试样与橡皮膜之间的气泡。
对于饱和软粘土,可打开孔隙压力阀及量管阀,使水徐徐流人试样与橡皮膜间,以排除夹气,然后关阀。
⑷打开排水阀,使水从试样帽徐徐流出以排除管路中气泡,并将试样帽放置于试样顶端,排除顶端气泡,将橡皮膜扎;
紧在试样帽上。
⑸降低排水管,使其水面降至试样中心高程以下20~40cm,吸出试样与橡皮膜之间多余水分,然后关闭排水阀。
⑹装上压力室外罩,将活塞杆提高到最高位置,以免和试样碰撞,然后将活塞杆对准试样帽中心,并均匀地旋紧螺丝,再将量力环对准活塞杆,打开压力室上的排气孔,向压力室注水。
当压力室快注满水时,降低进水速度;
当水从排气孔溢出时,关闭排气孔。
然后使排水管的水面与试样中心高度齐平,并测记水面读数。
⑺调整孔隙压力起始读数,使量管水面位于试样中心高度处,开量管阀,用调压筒调整零位指示器的水银面至毛细管指示线,记下孔隙压力表起始读数,然后关量管阀。
⑻开周围压力阀,施加所需的周围压力s3。
周围压力大小与工程的实际荷重相适应,并尽可能使最大周围压力与土体的放大实际荷重大致相等。
本试验按100、200、300、400kPa施加。
⑼旋转手轮,当量力环的量表微动时,表示活塞已与试样帽接触,然后将量力环的量表微动时,表示活塞已与试样帽接触,然后将量力环的量表和变形量表的指针调整到零位。
5、试样固结
⑴加周围压力后用调压筒调压。
将孔隙压力表读数调至接近该级周围压力大小,然后缓缓打开孔隙压力阀,并同时旋转调压筒,使毛细管内水银面保持不变,测记稳定后的孔隙压力读数,减去孔隙水压力表起始读数,即为周围压力下试样的孔隙水压力u。
⑵打开排水阀的同时开动秒表,按0¢
、0.25¢
、1¢
、4¢
、9¢
、×
×
时间测记固结排水管水面及孔隙压力表读数,以便了解试样内孔隙水压力的消散情况。
在整个试验过程中,固结排水管水面应保持试样的中心高度。
另外指示器的水银面也应始终保持在零位。
当排水量不再有变化时,固结度至少达到95%,即可关排水阀,记下固结排水管和孔隙压力表的读数。
然后转动细调手轮,使活塞与试样帽接触(注意避免试样放置不正,假接触现象),记下轴向变形量读数,即固结下沉量Dh,算出固结后试样高度hc。
然后将量力环量表、垂直变形量表都调至零。
6、试样剪切
⑴选择剪切速率。
粉质土每分钟应变为0.1~0.5%,一般粘质土每分钟应变为0.1~0.05%。
⑵开动马达,合上离合器进行剪切。
试样每产生垂直应变0.3~0.4%,测记量力环量表和垂直变形量表读数各一次。
垂直应变达3%以后,读数间隔可延长为0.7~0.8%测记一次:
在剪切过程中应使零位指示器的水银面始终保持于原来的位置,当出现峰值后,再继续剪3~5%垂直应变;
若量力环的量表读数无明显减少,则垂直应变进行到15~20%停止剪切。
试验结束后,关闭马达,关上周围压力阀,拔开离合器,倒转手轮,然后打开排气孔,排去压力室的水。
拆除压力室外罩,揩干试样周围的余水,脱去试样外的橡皮膜,描述破坏后的形状,称试样重量,测定试验后的含水量。
其余试样,取不同周围压力,重复上述步骤进行。
五、计算与记录
1、计算
⑴试样固结后的高度按下式计算:
附10.2
式中hc——试样固结后的高度,cm;
h0——试样固结前的高度,cm;
DV——试样固结前后的体积变化(实测或由试验前后试样质量差换算),cm3;
V0——试样固结前的体积,cm3。
⑵试样固结后的面积按下式计算:
附10.3
式中Ac——试样固结后的面积,cm2;
A0——试样固结前的面积,cm2。
⑶剪切时试样的校正面积按下式计算:
附10.4
式中Aa——试样的校正面积,cm2;
e1——轴向应变,%,e1=Dhi/hc。
Dhi——试样剪切时的高度变化,由轴向变形量表测得,cm。
(2)主应力差(s1-s3)的计算:
附10.5
式中s1——大主应力,kPa;
s3——小主应力,kPa;
C——量力环率定系数,N/0.01mm;
R——量力环量表读数,0.01mm;
Aa——试样剪切时的面积,cm2;
10——单位换算系数。
⑶有效主应力按下式计算:
附10.6
附10.7
式中s¢
1——有效大主应力,kPa;
s¢
3——有效小主应力,kPa;
u——孔隙水应力,kPa。
⑷有效主应力比按下式计算:
附10.8
⑸孔隙水压力系数按下式计算:
按下式计算初始孔隙水压力系数B:
附10.9
式中u0——试样在周围压力下产生的起始孔隙水压力,kPa。
按下式计算破坏时孔隙水压力系数Af:
附10.10
式中uf——试样破坏时,在主应力差(s1-s3)下产生的孔隙压力,kPa。
2、制图
(1)绘制主应力差(s1-s3)与轴向应变e1的关系曲线,如附图10.10。
(2)绘制有效主应力比s¢
1/s¢
3与轴向应变e1的关系曲线,如附图10.11。
15
10
20
100
200
e1,%
s1-s3,kPa
s3=100kPa
2.0
3.0
s1/s3
1.0
附图10.10(s1-s3)~e1的关系曲线
附图10·
11s¢
3~e1的关系曲线
(3)绘制固结不排水剪强度包线,如附图10.12。
以法向应力s为横坐标,剪应力t为纵坐标,在横坐标轴上以(s1+s3)/2为圆心,以(s1-s3)/2为半径绘制破损总应力圆。
在绘制不同周围压力的破损总应力圆后,作破损总应力圆的包线,即总应力强度包线,该包线的倾角为土的内摩擦角f,与纵轴的截距为粘聚力c。
s(kPa)
t(kPa)
O
附图10.12固结不排水剪强度包线
在横坐标轴上以(s¢
1+s¢
3)/2为圆心,以(s¢
1-s¢
3)/2为半径,绘不同周围压力下的有效应力圆和有效应力圆的包线,包线的倾角为有效内摩擦角f¢
,与纵坐标轴的截距为有效粘聚力c¢
。
3、记录
固结不排水剪切试验记录格式如下:
土样编号试验方法试验者
计算者试验日期校核者
试样状态记录
阶段
直径
(cm)
高度
面积
(cm2)
体积
(cm3)
质量
(g)
密度
(g/cm3)
干密度
起始的
固结后
剪切后
含水量记录
盒质量(g)
盒+湿土质量(g)
盒+干土质量(g)
水质量(g)
干土质量(g)
含水量
(%)
平均含水量(%)
饱和度
反压力饱和和固结排水记录
反压力饱和
固结排水
时间
(min)
周围
压力
(kPa)
反压力
孔隙
孔隙压力增量
试样体积变化
排水管
孔隙压力
体变管
读数
体变量
排出水量
压力值
排水剪切记录
周围压力:
kPa固结下沉量:
Dh=cm
剪切速率:
mm/min固结后高度:
hc=cm
量力环校正系数:
C=N/0.01mm固结后面积:
Ac=cm2
轴向变
形读数
Dhi
(0.01mm)
轴向应变
试样校正后
量力环量表
R
主应力差
大主应力
有效大主应力
有效小主应力
有效主应力比
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- 剪切 试验