[发明专利]土试样的三轴剪切试验系统及排水固接方法

说明书

技术领域

本发明涉及建筑基础的测量，尤其涉及用于对基础土体的抗剪强度进行测量的土试样的三轴剪切试验系统及排水固结方法。 

背景技术

室内三轴剪切试验系统用于对土样的剪切试验，以此获取土体的抗剪强度指标。该指标将被用于各类工程建设项目的地基基础设计和泥石流、滑坡等地质灾害的预防及治理。 

目前绝大部分的三轴剪切试验系统如图1所示，主要由应变控制式三轴仪100及轴向加压装置(未画出)、周围压力装置200和孔隙水压力测量装置300组成。三轴仪100除有一孔隙水压力测量装置300外，还配备一对应的周围压力装置200，该周围压力装置主要由空压泵201和对应的管道203及阀202组成。孔隙水压力测量装置300则主要由排水管305、孔压管308、排水量管302和孔压量管301、排水阀304、孔压阀307和孔隙水测量仪306组成，排水量管302和孔压量管301上分别串接有排水阀304和孔压阀307。 

所取的土试样105由橡皮膜111围成圆柱形，其上下端分别置有透水板103和滤纸104，试样105置于压力室113内的试样座106上，试样105上端有试样帽102。试样帽102上端连接设有排水阀304的排水管305；试样座105下端连接孔压管308，该孔压管308通过两支路管分别连接孔隙水测量仪306和孔压量管301，在孔隙水测量仪306和孔压量管301的进水处分别设有孔压阀307和排 水阀304。压力室113为透明的塑料筒，筒中充满水，周围压力系统200通过管道203向压力室113施压，以使压力室的水具有所需的压力σ₃。 

进行三轴剪切试验前先进行试样的排水固结。排水固结时先将试样在压力室中安装好，再根据预先确定的周围压力值通过压力室内的水对试样施加周围压力σ₃，压力σ₃在试验中保持不变。试样在周围压力σ₃的作用下其内所含的水被挤压出来，一部分由排水管305排出，一部分在孔压管308中形成孔隙水压力，该孔隙水压力通过孔压阀307进行调整并由孔隙水压仪306测量。该孔隙水压力随水的不断排出而不断减低，试样被逐渐固结。当孔隙水压力低于初始值的5％时，认为试样排水固结认为完成，可进行剪切试验。 

剪切试验时，轴向加压设备通过驱动台107使试样座106向上移动，对试样施加轴向压力σ_v，使试样受到剪切作用。此时作用在试样上的最大主应力σ₁＝σ₃+σ_v，最小主应力等于σ₃。在由剪应力τ和正应力σ做成的直角坐标系统中，在横坐标上，以(σ₁+σ₃)/2为圆心，以(σ₁-σ₃)/2为半径所绘的圆称为莫尔圆。在试验中，随着σ_v的增大，莫尔圆由小变大，直到试样破坏(产生剪切破坏)，莫尔圆不能再增大为止。这时的莫尔圆为极限莫尔圆，极限莫尔圆必与强度包线相切，参见图2。但是在试验时强度包线是未知的，这正是三轴剪切试验要探求的结果。为此，至少要取3～4个试样分别在不同的周围压力σ₃的作用下进行剪切求得各个试样破坏时的最大主应力σ₁，可按总应力σ和有效应力σ’＝σ-u(u为试样中试验时实测到的孔隙水压力)两种方法，绘制3～4个大小不一的极限莫尔圆(总应力圆用实线表示，有效应力圆用虚线表示)，以求得它们的共切线即强度包线，从而得到相关的参数。 

因此在上述的三轴剪切试验中，对一件土样必须制备3个以上性质相同的试样，在不同的周围压力下进行试验，以获得不同的极限莫尔圆。土样三轴试验的方法分为：不固结不排水剪试验(UU)、固结不排水剪试验(CU)和固结排水剪试验(CD)三种。其中固结不排水剪试验和固结排水剪试验都需要对每个试样在进行剪切试验前，先施加规定的周围压力进行排水固结。