1、三轴剪切试验三轴剪切试验河海大学河海大学 岩土工程研究所岩土工程研究所Research Institute of Geotechnical Engineering, Hohai University试验目的试验目的 测定土的抗剪强度指标：内摩擦角和粘聚力。测定土的抗剪强度指标：内摩擦角和粘聚力。试验原理试验原理 1f 3ftanfc O132ff132ffc仪器设备仪器设备1.1.三轴剪力仪三轴剪力仪。常用的为应变控制式三轴剪力仪，由压力。常用的为应变控制式三轴剪力仪，由压力室、轴向加压设备、周围压力系统、反压力系统、孔隙水室、轴向加压设备、周围压力系统、反压力系统、孔隙水压力量测系统、轴向变
2、形和体积变化量测系统组成。压力量测系统、轴向变形和体积变化量测系统组成。2.2.附属设备。包括击样器、饱和器、切土盘、切土器、切附属设备。包括击样器、饱和器、切土盘、切土器、切土架、分样器、承模筒、天平（称量土架、分样器、承模筒、天平（称量 200g200g，感量，感量0.01g0.01g，称量称量1000g1000g，感量）、量表（百分表）（量程，感量）、量表（百分表）（量程3mm3mm或或10mm10mm， 分度值分度值0.01mm0.01mm）、橡皮膜等，除此以外还要用到含水率试）、橡皮膜等，除此以外还要用到含水率试验的所有设备。验的所有设备。试验步骤试验步骤（一）仪器检查（一）仪器检查
3、1.1.校验校验周围压力和轴向压力量周围压力和轴向压力量测装置。周围压力（压力表测装置。周围压力（压力表或传感器）精度不低于全量程的或传感器）精度不低于全量程的0.5%0.5%，轴向偏应力（量，轴向偏应力（量测钢环或传感器）精度不低于全量程的测钢环或传感器）精度不低于全量程的0.5% ，据试样抗，据试样抗剪强度的大小选用不同量程的仪表；剪强度的大小选用不同量程的仪表；2.2.检查检查孔压量测孔压量测系统。孔压系统管路中是否有气泡，若有系统。孔压系统管路中是否有气泡，若有一定要排净；一定要排净；3.3.检查排水检查排水管路是否畅通管路是否畅通。排水管路中各连接处是否漏水。排水管路中各连接处是否漏
4、水及有无存在堵塞问题；及有无存在堵塞问题；4.4.检查橡皮膜是否漏气检查橡皮膜是否漏气。特别注意橡皮膜必须完好。特别注意橡皮膜必须完好。试验步骤试验步骤（二）试样制备（二）试样制备1.原状土样：对于较软的土样，先用钢原状土样：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丝锯或削土刀切取一稍大于规定尺寸的土柱，放在土柱，放在 切土盘的上、下圆盘之间，切土盘的上、下圆盘之间，再用钢丝锯或削土刀紧靠侧板，由上往再用钢丝锯或削土刀紧靠侧板，由上往下细心切削，边切边转动圆盘，直到被下细心切削，边切边转动圆盘，直到被切成规定直径的试样为止，然后再按试切成规定直径的试样为止，然后再按试样高度的要
5、求，削平上下两端。对于较样高度的要求，削平上下两端。对于较 硬的土样，先用钢丝锯或削土刀切取一硬的土样，先用钢丝锯或削土刀切取一稍大于规定尺寸的土柱，放在切土架上，稍大于规定尺寸的土柱，放在切土架上，用切土器切削。将切土器的刀口对准土用切土器切削。将切土器的刀口对准土样，边削边压切土器，削好后将试样取样，边削边压切土器，削好后将试样取出，按要求高度将两端削平。出，按要求高度将两端削平。试验步骤试验步骤（二）试样制备（二）试样制备2.扰动土样：扰动土样：（1）选取一定质量的代表性土样（直径选取一定质量的代表性土样（直径3.91cm试样取试样取2kg土，直径土，直径6.18cm和和10cm试样分别
6、取试样分别取10kg和和20kg土）土）经风干经风干 、碾碎、过筛（筛孔径与试样允许土粒最大粒径相同）、碾碎、过筛（筛孔径与试样允许土粒最大粒径相同）、测出风干含水率，按要求含水率算出需加水量；（测出风干含水率，按要求含水率算出需加水量；（2）将需加）将需加水量喷洒到土粒上，拌匀后装入塑料袋，然后置于密封容器内水量喷洒到土粒上，拌匀后装入塑料袋，然后置于密封容器内 至少至少20小时，使含水率均匀。取出土料复测含水率，若实测含小时，使含水率均匀。取出土料复测含水率，若实测含水率与要求值的差值在水率与要求值的差值在1以内，则符合要求，否则重新配土；以内，则符合要求，否则重新配土；（3）击样筒在使用
7、前洗净、风干（烘干，擦干）击样筒在使用前洗净、风干（烘干，擦干 ），内侧涂一），内侧涂一薄层凡士林，然后分层击实。一般分五层，每层加入需要的土薄层凡士林，然后分层击实。一般分五层，每层加入需要的土重（按试样干密度计算）击实到给定高度后，将表面刨毛，再重（按试样干密度计算）击实到给定高度后，将表面刨毛，再加下一层土料击实。击完后整平试样两端，加下一层土料击实。击完后整平试样两端， 取出称其质量。一取出称其质量。一组试样间的干密度差值以及与要求干密度的差值均不得大于组试样间的干密度差值以及与要求干密度的差值均不得大于0.02g/cm3。试验步骤试验步骤（三）试样饱和（三）试样饱和 常用的试样饱和方
8、法有如下两种：常用的试样饱和方法有如下两种：1.1.抽气饱和法抽气饱和法：将试样装入饱和器，置于抽气缸内盖紧后抽气。：将试样装入饱和器，置于抽气缸内盖紧后抽气。当抽气缸内真空度达到接近一个大气压后，对粉土再抽当抽气缸内真空度达到接近一个大气压后，对粉土再抽30min30min以上，粘土再抽以上，粘土再抽1h1h以上，然后徐徐注入清水，并使真空度保持以上，然后徐徐注入清水，并使真空度保持稳定。待饱和器完全淹没水中后，解除真空，让试样在抽气缸稳定。待饱和器完全淹没水中后，解除真空，让试样在抽气缸内静置内静置10h10h以上。以上。2.2.水头饱和法水头饱和法：对于粉土或砂土，可直接在仪器上用水头饱
9、和。：对于粉土或砂土，可直接在仪器上用水头饱和。方法是在试样安装完毕后方法是在试样安装完毕后 ，给试样施加，给试样施加20kPa20kPa的围压，提高试的围压，提高试样底部进水管（可用孔压管）的水面，降低顶部排水管的水面，样底部进水管（可用孔压管）的水面，降低顶部排水管的水面，使试样两端水位差在米左右，水自下向上通过试样，从而使使试样两端水位差在米左右，水自下向上通过试样，从而使空气从顶部排出，达到饱和的目的。空气从顶部排出，达到饱和的目的。试验步骤试验步骤（四）试样安装四）试样安装1.1.从饱和器中取出试样（若不需饱和的试样即为切好或制好的从饱和器中取出试样（若不需饱和的试样即为切好或制好的
10、试样），用游标卡尺量测试试样），用游标卡尺量测试 样直径和试样高度。直径量测时，样直径和试样高度。直径量测时，要量测试样的两端和中部三个位置的直径，计算试样平均直径：要量测试样的两端和中部三个位置的直径，计算试样平均直径： D0(D1 +2D2+D3)/4 D1,D2,D3分别为试样上、中、下部位的直径。分别为试样上、中、下部位的直径。2.2.将试样顶、底部放上滤纸，若有需要还可在试样四周贴上滤将试样顶、底部放上滤纸，若有需要还可在试样四周贴上滤纸条，放好上、下透水石后纸条，放好上、下透水石后 ，置于仪器底座上；，置于仪器底座上；试验步骤试验步骤（四）试样安装四）试样安装3.3.将橡皮膜套在承
11、模筒内，两端向外翻将橡皮膜套在承模筒内，两端向外翻出，用吸球从吸嘴吸气，使橡皮膜贴紧出，用吸球从吸嘴吸气，使橡皮膜贴紧承模筒，然后将承模筒套在试样外，放承模筒，然后将承模筒套在试样外，放气，翻起橡皮膜，取出承模筒。用橡皮气，翻起橡皮膜，取出承模筒。用橡皮筋将橡皮膜分别扎紧在仪筋将橡皮膜分别扎紧在仪 器底座和试器底座和试样帽上；样帽上；4.4.装上压力室外罩，将轴压传力杆提高，装上压力室外罩，将轴压传力杆提高，然后使传力杆对准试样帽中心，均匀地然后使传力杆对准试样帽中心，均匀地旋紧压力旋紧压力 室与底座连接螺丝，将量力室与底座连接螺丝，将量力环（轴力传感器）对准传力杆；环（轴力传感器）对准传力杆
12、；5.5.开排气孔，向压力室充水，当压力室开排气孔，向压力室充水，当压力室内装满水时，关闭排气孔。内装满水时，关闭排气孔。试验步骤试验步骤（五）不固结不排水剪（五）不固结不排水剪（UUUU）加载）加载1.1.四个试样加相同的四个试样加相同的初始围压初始围压0（原状超固结土样（原状超固结土样0 等于自重等于自重应力应力s ，原状正常固结土样，原状正常固结土样0 =0.75=0.75s ，击实试样，击实试样 0 =0或合适或合适的值）。待试样在的值）。待试样在 0 作用下固结完成后（由作用下固结完成后（由 0 产生的孔隙水产生的孔隙水应力应力u=0u=0时），关闭排水管，在四个试样上施加不同的围压
13、增时），关闭排水管，在四个试样上施加不同的围压增量量3i (i=1(i=1到到4)4)，量测每个试样由围压增量，量测每个试样由围压增量 3i产生的孔隙水产生的孔隙水应力应力 u0 。土工试验方法标准土工试验方法标准（GB/T 50123-1999)GB/T 50123-1999)规定，规定，UUUU试验不施加初始固结压力，即试验不施加初始固结压力，即 0 =0；2.2.继续关闭排水管，开动马达，接上离合器，对试样进行剪切，继续关闭排水管，开动马达，接上离合器，对试样进行剪切，剪切速率取每分钟剪切速率取每分钟0.5%0.5%1%1%应变。每隔一定垂直应变（一般取应变。每隔一定垂直应变（一般取0.
14、3%0.3%0.4%0.4%）测记轴向量力环（或传感器）读数，垂直变形量）测记轴向量力环（或传感器）读数，垂直变形量表读数，孔隙水应力读数；表读数，孔隙水应力读数；试验步骤试验步骤（五）不固结不排水剪（五）不固结不排水剪（UUUU）加载）加载3.3.试验结束条件：当轴向量力环读数出现峰值，再剪试验结束条件：当轴向量力环读数出现峰值，再剪3%3%5%5%的的垂直应变（或轴向应变达到垂直应变（或轴向应变达到20%20%）后，试验结束。关闭马达、）后，试验结束。关闭马达、关闭围压控制阀、拔开离合器、倒转手轮、打开排气孔、排出关闭围压控制阀、拔开离合器、倒转手轮、打开排气孔、排出压力室中的水、拆除压力
15、室外罩、擦干试样周围的水、脱去试压力室中的水、拆除压力室外罩、擦干试样周围的水、脱去试样外橡皮膜样外橡皮膜 、描述试样破坏后的形状。、描述试样破坏后的形状。110100%hh13aCRA011aAA试验步骤试验步骤（五）固结不排水剪（五）固结不排水剪（CUCU）加载）加载1.1.完成装样步骤后，将排水管放置到使其管内水位与试样中心完成装样步骤后，将排水管放置到使其管内水位与试样中心高度相同。将与孔压管连接的量管水面调至与试样中心高度相高度相同。将与孔压管连接的量管水面调至与试样中心高度相同位置，用调压筒调整零位指示器的水银面于毛细管指示线同位置，用调压筒调整零位指示器的水银面于毛细管指示线（或
16、压力传感器调零），记下孔压表起始读数，然后关与孔压（或压力传感器调零），记下孔压表起始读数，然后关与孔压管连接的量管阀；管连接的量管阀；试验步骤试验步骤（五）固结不排水剪（五）固结不排水剪（CUCU）加载）加载2.2.关闭排水管阀，开围压阀，施加围压。围压大小应与工程实关闭排水管阀，开围压阀，施加围压。围压大小应与工程实际荷载相适应，也可按际荷载相适应，也可按100,200,300,400kPa100,200,300,400kPa施加。量测各试样施加。量测各试样由围压由围压3i 产生的孔隙水应力产生的孔隙水应力u u1i。计算孔隙应力系数。上升底。计算孔隙应力系数。上升底座至测力钢环量表刚开始
17、走动为止。将轴向变形量表调零（调座至测力钢环量表刚开始走动为止。将轴向变形量表调零（调到一个整数读数到一个整数读数R R0 0）；）；13iiuB试验步骤试验步骤010chhRR（五）固结不排水剪（五）固结不排水剪（CUCU）加载）加载3. 3. 关闭孔压管，记录排水量管初始读数关闭孔压管，记录排水量管初始读数V V0 0，打开排水阀，使，打开排水阀，使试样排水固结。待孔隙水应力试样排水固结。待孔隙水应力u u1i1i消散到零时，固结完成，测记消散到零时，固结完成，测记排水量管读数排水量管读数V V1 1。上升底座到轴力测力环量表开始走动时，记。上升底座到轴力测力环量表开始走动时，记下轴向变形
18、表读数下轴向变形表读数R R1 1。将轴向变形量表调零（调到一个整数读。将轴向变形量表调零（调到一个整数读数数R R0 0）。计算试样固结后试样的高度和横截面积；）。计算试样固结后试样的高度和横截面积；10VVV130013cVhhV230013cVAAV试验步骤试验步骤（五）固结不排水剪（五）固结不排水剪（UUUU）加载）加载4.4.试样剪切，按试样土性，设置合适的剪切应变速率（一般粘试样剪切，按试样土性，设置合适的剪切应变速率（一般粘土取每分钟土取每分钟0.1%0.1%0.05%0.05%轴向应变，粘质土取每分钟轴向应变，粘质土取每分钟0.1%0.1%0.5%0.5%的轴向应变）。开动马达
19、、接上离合器、每间隔一定的竖的轴向应变）。开动马达、接上离合器、每间隔一定的竖向变形测记一次轴力量力环（传感器）读数、轴向变形量表读向变形测记一次轴力量力环（传感器）读数、轴向变形量表读数数 、孔隙应力读数；、孔隙应力读数；5.5.试验结束：当试验进行到满足试验结束：当试验进行到满足UUUU试验的第条规定的试验结试验的第条规定的试验结束条件时，按束条件时，按UUUU试验相同的规定结束试验并拆卸试样。试验相同的规定结束试验并拆卸试样。11100%chh13aCRA11caAA试验步骤试验步骤（五）固结排水剪（五）固结排水剪（CDCD）加载）加载1.1.按固结不排水剪的步骤、进行装样、施加围压按固
20、结不排水剪的步骤、进行装样、施加围压和量测试样在围压作用下固结的各项读数；和量测试样在围压作用下固结的各项读数；2.2.固结完成后，继续打开排水管，采用很慢的轴向应变速率固结完成后，继续打开排水管，采用很慢的轴向应变速率（每分钟（每分钟0.012%0.012%0.003%0.003%轴向应变），施加轴向偏应力剪切。轴向应变），施加轴向偏应力剪切。剪切过程中观测孔压表读数，要求在整个剪切过程中不产生明剪切过程中观测孔压表读数，要求在整个剪切过程中不产生明显的孔隙水应力（使孔隙应力始终小于显的孔隙水应力（使孔隙应力始终小于0.050.053 3）。每隔一定）。每隔一定轴向应变测读轴向力测力钢环读数、轴向变形量表读数。轴向应变测读轴向力测力钢环读数、轴向变形量表读数。11100%chh13aCRA11caAA三三轴轴剪剪力力仪仪三轴剪力仪三轴剪力仪三轴剪力仪三轴剪力仪 完
