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
114811134
专
业
隧道工程
目
录 1 、 试验目得 ................................................................ 1
2 、 仪器设备 ................................................................ 1
3 、 试样制备步骤 ........................................................ 1
4 、 试样得安装与固结 ................................................ 2
5 、 数据处理( 邓肯 — 张模型 8 大参数得确定) .......... 2
6 、 注意事项 ................................................................ 9
7 、 总结 ........................................................................ 9
1 、 试验 目得 (1）、三轴压缩试验室测定图得抗剪强度得一种方法,它通过用 3～4 个圆柱形试样，分别在不同得恒定周围压力下，施加轴向压力,进行剪切直至破坏;然后根据摩尔-强度理论，求得土得抗剪强度参数;同时还可求出邓肯-张模型得其它 6 个参数。
(2）、本试验分为不固结不排水剪();固结不排水剪(或）与固结排水剪()等 3种试验类型。本次试验采用得就是固结排水剪（）。
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.选取一定数量得代表性土样，经碾碎、过筛，测定风干含水率，按要求得含水率算出所需加水量。
（2）、将需加得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）、击样筒得内径应与试样直径相同。击锤得直径宜小雨试样直径,也允许采用与试样直径相同得击锤。击样筒在使用前应洗擦干净。
(4)、根据要求得干密度，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，并将击样筒中得试样取出放入饱与器中。
表 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 10、52 23、15 21、45 15、5％ 15、75% 6b0503 10、51 23、74 21、91 16、0％ 试验要求干密度为 1.7g/cm 3 ，饱与器容积为 96cm 3 ，所以所需湿土质量为: (g) 分 5 层击实,则每层质量为 37。76g。
(5）、试样饱与:采用抽气饱与，将装有试样得饱与器置于无水得抽气缸内,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。待饱与器完全被水淹没即停止抽气,并释放抽
气缸得真空。
4 、试样得安装与固结 (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。然后放上滤纸与试样，试样上端亦放一湿滤纸及透水板,并在试样周围贴上 6 条浸湿得滤纸条，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,放气翻起橡皮膜得两端,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得气泡。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得气泡，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,施加所需得周围压力.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得最大实际荷载大致相等。也可按 100、200、300、400kPa 施加。
（7)、打开主机与电脑，通过主机给调压筒与反压力调压筒充水，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，试验则进入饱与度判断状态,当饱与度达 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，或达到相应得应变,试验便自动结束。卸除压力，在进行下一围压下得试验. 5 、数据处理（ 邓肯 — 张 模型 8 大参数得确定 ）
(1）、 切线模量得邓肯－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;
-—土得内摩擦角，(°)
——土得粘聚力，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：、、、、、、、,这就就是邓肯-张模型得 8大参数。
(3）、 求得试验常数得得方法。
①、值得求得 绘制出不同围压下得摩尔应力圆,则、值可由图 1 中得截距与斜率求得。
图 图 1
固结排水剪强度包线 由于本次试验采用得就是全自动得土工试验数据采集处理系统，已不需人工读入与处理数据 ,TgWin 系统自动计算出=18 、7 ，=31 、9 。
②求得：
邓肯—张双曲线模型得本质在于假定土得应力应变之间得关系具有双曲线性质，见图 2。
图 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
—-初始切线模量得倒数；
—-主应力差渐近值得倒数。
变换坐标得双曲线见图 3。
图 图 3
变换坐标得双曲线 由与即可求得初始切线模量与主应力差得渐近值。
按下式计算破坏比:
（6）
式中
——主应力差得破坏值，kPa;
-—主应力差得渐近值，kPa。
由 TgWin 系统自动绘制得变换坐标得双曲线见图 4:
图 图 4
变换坐标得双曲线 TgWin 系统自动计 算出=0 、755 。
③、得求得 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)。
lgEi/Palg
/Pan1lgk3 图 图 5
关系曲线 由 TgWin 系统自动绘制得关系曲线如下：
图 图 6
关系曲线 由上图易知，=202、7,=0、114。
④得求得 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;
—-轴向应变渐近值得倒数。
图 图 7
双曲线主应变关系
图 图 8
变换纵坐标得双曲线 从上图中可求得、值。
由 TgWin 系统自动绘制得变换纵坐标得双曲线见图 9:
图 图 9
变换纵坐标得双曲线 TgWin 系统计算得 D=0、000。
⑤、得求得 绘制与关系曲线(见图 10）：
（10）
式中
——不同作用下得初始孔隙比； 、由关系曲线求得。
图 图 10
关系曲线 而由 TgWin 系统自动绘制得关系曲线见图 11:
图 图 11
关系曲线 TgWin 系统处理得 G=0、500，F=0、000。通过上面得 5 个步骤就可求得邓肯—张模型得 8 大参数。
(4)本次试验所求得得 8 大参数值列表如表 2: 表 表 2
邓肯 — 张模型得 8 大参数
18、67kPa 31、95° 0、755 202、7 0、114 0、000 0、500 0、000 6 、注意事项 (1)为了图样均匀，方便制样,配好了含水率得土一定还要再过一次孔径 2mm得筛,并测含水率;
（2）制样时，每层击实后一定要将表面刨毛,这样有利于土样得整体完整，在试验过程中也可减少出现断样得情况; (3）每个土样制好后一定要脱模，然后装入另一个饱与器; （4)抽气饱与时，时间要足够，且蒸馏水一定要淹没饱与器,否则可能会出现土样达不到饱与度得要求; (5)拆样时，要注意饱与器得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得开闭状态就是否正确,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，要注意还原实验室得清洁卫生，以方便后面得同学进行试验，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得指导。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！彭老师为人随与热情，治学严谨细心。通过本次试验，我不但熟悉了三轴试验得试验过程，也对邓肯—模型得 8 大参数也有了进一步得认识,相信通过本次试验，对我们今后得学习、工作都会有所帮助。
