各向不等压固结排水试验

三轴压缩仪由压力室、轴向加荷系统、施加周围压力系统、孔隙水压力量测系统等组成。应力应变控制式试验机：由压力机、变速箱、机架等组成。压力机：由箱体、立柱、横梁等组成。两立柱间宽B= 370mm，压力室座至横梁净空高H =850mm，箱体内有一对蜗轮付和高精度滚珠丝杆等。变速箱为齿轮减速机构由永磁低速同步电机驱动，由拉轴调整轴升速度，共有15档速度0 . 002 ～ 4mm/min，或根据实验需要调整所需轴升速度，在机柜上有轴升速度表可供实验人员查询。三轴压力室 ，压力室结构：压力室基本形式是装在横梁与压力室之间的荷重传感器测力，压力室为双层有机玻璃筒，分底座和上罩两部分，底座上装进口高进气值陶土板，传压力帽，排水管等，并有五个螺孔，标有标记，相对于压力体变柜中各管路的连接。上罩的顶盖上装有位移传感器和排气塞。上罩和底座之间是用 T形螺栓连接，用“O”形橡胶圈来密封。土工试验数据采集系统,是与土三轴仪配套的一个试验软件，可以直接读出非饱和土三轴试验过程中的孔隙气压力、孔隙水压力、围压、轴向荷载、轴向变形、 试样排水的大小 。

岩土工程勘察中，涉及到土力学稳定性的计算分析时，土抗剪强度指标起着至关重要的作用，将对岩土勘察结果产生直接影响，进而主导工程的设计质量。如果在工程实际中有办法能直接测定土体在整个受力过程中的总应力和孔隙水压力的变化，就可以采用有效应力法来定量评价土体的实际抗剪强度。但是，受到室内和现场试验设备条件的限制，难以测得孔隙水压力，因此不能采用有效应力法，而大部分都是在试验方法上模拟现场土体在受荷作用时的固结及排水条件，在指标上采用土的总应力强度指标而不再测定土在受荷剪切过程中孔隙水压力的大小。针对工程中可能出现的固结和排水条件，严格上来讲只有三轴压缩试验才能很好地控制试样固结和受荷剪切过程中的排水条件，得出的数据最为科学合理；而直剪试验因其简便、快捷、经济的优点而被广泛使用。对应于直接剪切试验的快剪、固结快剪和慢剪试验。三轴压缩试验分为不固结不排水、固结不排水和固结排水试验。固结排水剪切试验就是其中的一种。试样在施加周围压力时允许排水固结，待固结稳定后，再在排水条件下施加竖向压力至试件剪切破坏。2100433B

固结是在荷载或其他因素作用下，土体孔隙中水分逐渐排出、体积压缩、密度增大的现象。广义的固结指土的压缩过程，但大多数情况下，固结仅指饱和土的排水压密过程，分主固结与次固结。各向不等压固结排水试验是指土试样在轴压力和周围压力条件进行排水固结，然后增加轴向压力进行排水剪切试验，测定土应力应变关系和强度。各向不等压固结排水试验是固结排水试验的一种，主要研究土体在受力不均衡条件下排水固结情况。

结果见表1，2。通过对比发现：黏聚力单剪比直剪低20.3%，内摩擦角相差5°左右。

对于该差异分析如下：

(1)试样中难免存在一些人为误差及仪器的误差。

(2)试验尺寸效应。试样单剪试样直径和高度远大于直剪试验，但是M.Vucetic和S.Lacasse 通过对不同尺寸的单剪试样的对比发现，确实存在尺寸效应，但是影响不是很大。

(3)正如前文所述，单剪试验中，测量核心处应力的结果较吻合理想单剪状态，而测得整个试样面的平均应力和理想单剪相差比较大，与直剪相差25%，比三轴试验低28%。

(4)由于是模拟填方体土样，由于单剪和直剪的剪力盒所限，试样制备方法不一样，单剪试样采用标准击锤击实，直剪试样采用静压。不同制备方法压实土的结构性不一样，结构性差异导致强度发展和最终强度特性也是不同的。

(5)试验压实土在剪切时会剪胀，而在直剪试验中，由于剪切盒内壁的限制，剪胀会影响结果，根据Taylor的剪胀原理会提供过大的剪切强度参数。而本文单剪试验允许试样发生侧向膨胀，减小部分剪胀的影响，测得的结果比直剪低，比较接近真实土体破坏。 2100433B

土的强度指标是确定土的承载能力的一个重要指标，因此，准确测定土的抗剪强度指标，对于建筑工程的设计和施工有着很大的意义。用三轴剪切试验测土的抗剪强度指标是较为普遍的一种方法，而且对于高层建筑，在进行地质勘察时，要求对取出的原状土，用三轴剪切实验来测定土的抗剪强度指标。随着社会的发展，兴建的高层建筑越来越多，使得三轴剪切实验的应用也越来越广泛，所以，使三轴实验的检测不断地完善有着很大的必要性，基于这一要求，对上在三轴不固结不排水实验中，其饱和程度对强度指标的影响进行了研究。

实验室的试验设备，总是尽可能地使土体模拟实际运行中的破坏方式，这样确定的土体应力–应变特性、强度参数才有应用价值。实际中直剪试验和三轴试验应用最广泛，除了简单实用外，直剪和三轴试验确实能反映一些土体的实际破坏问题。但是实际中很多土体都处于单剪状态下，如地震时地面下处于向上传播的剪切波中的土体单元、受载时桩身的应力状态。

天然土层中的初始应力状态一般处于各向不等的应力状态，即静止土压力系数K0不等于1，初始应力的各向异性，促使土体在破坏时所需的剪应力增量也不同。而其强度和变形也就有差异。 而一般的常规三轴试验是在各向等压条件下固结后再进行剪切的，此显然与天然土层 K0 固结的实际初始应力状态不相符合。K0固结排水试验是指在固结排水试验中，土样在剪切之前的固结阶段使其处于K0固结状态，以得到土样正确的强度和变形参数。主要分2个阶段：第1阶段为试样在无侧向变形的条件下进行 K0 固结；第 2阶段则对试样进行剪切，直至破坏 。通过K0 固结试验可以直接获得土样在上覆压力作用下充分固结后的静止侧压力系数K0值。在剪切过程中， 对于相同固结围压，三向等压固结土样产生的超孔隙水压力明显大于K0固结土样产生的超孔隙水压力， 则K0固结土样中的实际有效应力较大。土样破坏标准的确定关系到强度参数c和φ的取值。考虑到土样呈现加工硬化特性，强度曲线无峰值点，故强度标准的确定需同时考虑超孔隙水压力和有效应力比的变化规律。