固结不排水剪试验概念

固结不排水剪试验是指试样在施加周围压力时，允许试样充分排水，待固结稳定后，再在不排水的条件下施加轴向压力，直至试样剪切破坏，同时在受剪过程中测定土体的孔隙水压力，可以测得土的总应力抗剪强度指标和有效应力抗剪强度指标的一项试验。

固结不排水剪试验的试验目的是：通过试样在施加周围压力时，允许试样充分排水，待固结稳定后，再在不排水的条件下施加轴向压力，直至试样剪切破坏，同时在受剪过程中测定土体的孔隙水压力，可测得总应力抗剪强度指标和有效应力抗剪强度指标。

固结不排水剪试验的操作步骤如下：

①仪器检查，对仪器各部分进行全面的检查。周围压力系统、反压力系统、孔隙水压力系统、轴向压力系统是否能正常工作。排水管路是否畅通，管路阀门连接处有无漏水漏气现象，乳胶膜是否有漏水漏气现象。

②打开孔隙水压力阀，用玻璃量管的蒸馏水对管路及压力室底座充水排气，并关阀。将煮沸过的透水板放在压力室底座上，然后依次放上湿滤纸、试样、湿滤纸及透水板，试验周围贴浸水的滤纸条7～9条，滤纸条两端与透水板连接；

③按照规定，用承膜筒将橡皮膜套在试样外，橡皮膜下端扎紧在压力室底座上。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；

④打开排气阀，使试样帽中充水，放在透水板上，用橡皮圈将橡皮膜上端与试样帽扎紧，降低排水管，使管内水面位于试样中心以下20～40cm，吸除试样与橡皮之间的余水，关排水阀；

⑤压力室罩安装、充水及测力计调整同不固结不排水剪试验；

⑥调节排水管，使管内水面试样高度的中心齐平，测记排水管水面渎数；打开孔隙水压力阀，使孔隙水压力等于大气压力，关闭孔隙水压力阀，记下初始读数。将孔隙水压力阀调至接近周围压力值，施加周围压力后，再打开孔隙水压力阀，等孔隙水压力稳定后，测定孔隙水压力；

⑦打开排水阀。当需要测定排水过程时，按照规定测记排水管水面及孔隙水压力值，直至孔隙水压力消散95%以上。固结完成后，关闭排水阀，测记孔隙水压力和排水管水面读数。微调压力机升降台，使活塞与试样接触，此时轴向变形指示计的变化值为试样固结的高度变化。

⑧选择剪切应变速率，黏土宜为每分钟应变0.05%～0.1%，粉土宜为每分钟应变0.1%～0.5%。将测力计、轴向变形指示计及孔隙水压力读数均调整至零。

⑨启动电动机，合上离合器，开始剪切。剪切速率宜为每分钟应变0.5%～1.0%。开始阶段，试样每产生垂直应变0.3%～0.4%时，记测力环量表渎数和垂直位移量表读数各一次。当轴向应变大于3%时，试样每产生0.7%～0.8%的轴向应变（或0.5mm变形值）测记一次。当测力计读数出现峰值后，剪切应继续进行至超过5%的轴向应变为止。当测力计读数无峰值时，剪切应进行到轴向应变为15%～20%。

⑩试验结束，关闭电动机，关闭各阀门，脱开离合器，将离合器凋至粗位。转动粗调手轮，将压力室降下，打开排气阀，排除压力室内的水，拆卸压力室罩，拆除试样，描述试样破坏形状。称量试样质量，并测定含水率。

⑴计算试样固结后的高度：

h_c=h₀（1-△V/V₀）^1/3

式中：h_c为试样固结后的高度，单位为cm；△V为试样固结后与固结前的体积变化，单位为cm³。

⑵计算试样固结后的面积：

A_c=A_u（1-△V/V₀）^2/3

式中：A_c为试样固结后的面积，单位为cm²。

⑶试样的校正面积计算：

①A_a=A_c/（1-ε₁）

②ε₁=△h/h_c×100%

⑷计算主应力差：

σ₁-σ₃=CR/A_a×10=CR（1-ε₁）/A₀×10

式中：σ₁-σ₃为主应力差，单位为kPa；σ₁为大主应力，单位为kPa；σ₃为小主应力，单位为kPa；C为测力计率定系数，单位为N/0.01mm；R为测力计读数，单位为0.01 mm；

10为单位换算系数。

⑸计算有效主成力：

①σ₁'=σ₁-u

②σ₃'=σ₃-u

式中：σ₁'为有效大主应力，单位为kPa；u为孔隙水压力，单位为kPa；σ₃'为有效小主应力，单位为kPa。

⑹计算孔隙水压力系数：

①B=u₀/ σ₃

②A_f=u_f/B（σ₁-σ₃）

式中：B为初始孔隙水压力系数；u₀为施加周围压力产生的孔隙水压力，单位为kPa；A_f为破坏时的孔隙水压力系数；u_f 为试样破坏时，主应力差产生的孔隙水压力，单位为kPa。 2100433B

K0固结条件下的不排水剪试验，先将试件在不同的周围压力σ3(等于固结压力σc加上Δσ3)下固结稳定，然后施加附加轴向压力直至剪破，其间孔隙气和孔隙水是不许外排的。由于在试验中试样的剪前固结压力将随Δσ3的增加而增大，剪前孔隙比则相应减小，因此强度和极限总应力圆亦将相应增大，作这些圆的包线即得正常固结土的固结不排水剪强度线，这是一条通过坐标原点的直线，倾角为cu。若一组试样先承受同一周围压力固结稳定，然后卸载再加压，直至剪切破坏，则可得到超固结土的极限总应力圆和强度包线。这是一条微弯曲线，通常用直线代替，倾角也为cu，与坐标纵轴的截距为ccu.

由于取样引起的应力释放和试样的结构扰动，即使试样在原位应力状态是正常固结土，取出后也会变成超固结的。较合理而实用的测定土的原位不排水强度的方法是进行三轴固结不排水剪试验时固结应力至少应大于试样自重应力的1.5倍，使试样处于正常固结压缩曲线上。再通过试验，建立剪前固结压力与不排水强度关系或求得不排水强度比，然后按试样的原位应力插算或计算，这种方法的明显优点是在较大的固结压力下进行试验可减轻试样扰度的影响。同时利用正常固结土的σc-σu关系曲线必通过原点的特性，使得绘制该曲线时可避免一些误差，从而提高测试精度。由此测得的极限总应力圆。从坐标原点作极限应力圆的切线即为正常固结土的固结不排水强度线，倾角为cu该剪前固结压力下的不排水强度为图α点的纵坐标。坐标原点与α点的连接线即为正常固结土的σc-σu关系曲线，倾角为β。2100433B

不固结不排水剪试验的试验目的是：试样在施加周围压力和随后施加偏应力直至剪切破坏的整个试验过程中都不允许排水，这样从开始加压直至试样剪切破坏，土中的含水率始终保持不变，孔隙水压力也不可能。通过上述的试验过程可以测得总应力抗剪强度指标。

不固结不排水剪试验的试验目的是：试样在施加周围压力和随后施加偏应力直至剪切破坏的整个试验过程中都不允许排水，这样从开始加压直至试样剪切破坏，土中的含水率始终保持不变，孔隙水压力也不可能。通过上述的试验过程可以测得总应力抗剪强度指标。

不固结不排水剪试验，简称UU试验，是指将现场提取或试验室制备的土样放入三轴仪的压力室内，在排水阀门关闭的情况下，先向土样施加周围压力，不待土样固结和孔隙水压力消散，随即施加轴向应力进行剪切，直至剪坏的试验。在施加轴向应力的过程中，自始至终关闭排水阀门不允许土中水排出，即在施加周围压力和剪切力时均不允许土样发生排水固结。