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直剪试验测定土的抗剪强度,仪器简单,操作方便,至今仍广泛使用。但它存在着以下问题。首先是不能量测土样中的孔隙水压力,无法控制排水固结的程度;第二是破坏时剪切面被限制在上下匣之间的隙缝处如果土样中有薄弱夹层时,就不能正确反映实际情况;第三剪切面上应力分布复杂,试样前后端应变特别显着,应力集中。所以目前对于重 要工程以及进行理论研究,都须采用三轴剪力试验。
1.三轴仪的构造
三轴试验仪的构造如图12-4-5所示,由三大部分组成:第一部分为主机,包括受压 室和竖向应力施加系统;第二部分是围压系统;第三部分为孔压系统。试验时,将土样包 在橡皮膜内置于受压室的底座上,通过围压系统对土样施加均匀压力;通过传力杆施加轴 向应力;通过孔压系统测定孔隙水应力。
2.三轴试验的基本原理
从材料力学应力分析可知,在σl和σ3主应力作用下,任意方向平面上的正应力和剪 应力可以用应力圆来表示。见图12-4-6所示,当应力圆的位置正好与抗剪强度线相切时, 切点对应平面上的法向应力σ和剪应力T的关系满足土的强度时,土样就被剪坏了。根据 这一关系,取3~4个土样(土样直径3.8cm,高7.6cm)在不同的的作用下增加σ直至 破坏,分别将破坏时的应力圆画出来,作这些圆的公切线,即为土的抗剪强度线,其截距 和倾角即为抗剪强度参数c和Φ。
3.三轴试验资料整理
三轴试验各阶段土样受力情况,孔隙水压力变化等都可以测定和控制。三轴试验施加强度包线(虚线表示)。总应力圆与有效应力圆直径大小相同,两者之间位置差即孔隙水 压力uf,相应的参数ccu，Φcu和c‘, Φ‘。对于CD试验,整个试验过程中充分排水,所以 总应力圆与有效应力圆相等,只能得到一条强度包线及其参数c‘, Φ‘。对于正常固结的 土,有效应力强度包线通常是通过原点,或c‘≈0。
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