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科普:三轴试验的基础知识-欧美大地仪器
发布时间:2022-05-29浏览次数:162

  量许多可变形固体三轴剪切试验是测,其他颗粒材料或粉末的力学性能的常用方法特别是土壤(如沙子、粘土)和岩石以及。维基百科(来源:)

  的密封圆柱形土壤试样限制在加压压力室中典型的三轴试验涉及将高度直径比为2:1,的应力条件以模拟定义。样进行剪切然后对试,破坏直到,剪切强度特性从而确定其。常先饱和试样通,固结然后,剪切最后,缩条件下大多在压。

  然当,进行一些进一步的测试还可以使用正确的设备。如例,性连接所必需的)允许在拉伸条件下进行三轴测试、应力路径或K0测试带有可形成真空附件的顶盖(在加载框架、荷载传感器和试样之间创建刚。塑或压实的试样进行测试(见下文图1和图2)必须对受不同应力和排水条件影响的未扰动、重,场的应力以模拟现。米到100毫米不等样品尺寸从38毫,正确的设备但只要使用,更大的样品也可以使用。

   =围压/水平压力u = 孔隙水压力(PWPσ1或σV = 轴向/垂直应力σ3 或σh)

  、最全面、最广泛执行的试验之一三轴试验是岩土工程中用途最广泛。以评估的最常见工程问题下表1列出了三轴测试可。

  试更容易执行其他一些测,接剪切测试如标准直,排水量以及进行孔隙压力测量那样全面但这些测试没有像不允许控制试样的。外此,算重要的土壤参数三轴试验有助于计,(φ’)和待确定的剪切强度如内聚力(c’)、摩擦角。于确定其他变量三轴试验还可用,G和渗透率k如剪切刚度。

  项基本的三轴试验实验室可以进行三,同工程应用的土壤响应每项试验都允许观察不:

  称为总应力试验UU三轴试验也,也称为有效应力试验CU/CD三轴试验。用于短期工程问题UU三轴试验通常,用于评估长期工程问题CU和CD三轴试验。

  种方法用这,测量剪切强度以总应力来。不进行固结土壤试样,始结构和含水量必须保持其原,现场的静态应力水平使其抗压强度取决于。

  得的三个试样进行测试通常对从同一样品中获,到不同的围压每个试样都受。饱和状态下在土壤完全,强度都是一样的每次试验的剪切,剪切强度 ” 称为“不排水的。的测试也可以使用三轴系统进行另一种称为无侧限(UCS),压力设置为零只需将限制。

  来衡量剪切强度这里以有效应力。结(土壤固结是改变其结构和含水量的过程)试样饱和并允许在所需的约束压力下进行固。固结一旦,了一定的荷载试样就被施加,不允许排水在此期间,孔隙压力以便测量。

  有效应力的影响由于剪切强度受,下测试一组三个试样通过在不同约束压力,型定义失效包络可以根据库仑模,数c和φ定义参,水的剪切强度并评估不排。

  种方法用这,测量剪切强度以有效应力来。饱和试样,的围压下固结允许在所需。固结一旦,了一定的荷载试样就被施加,许水分排出在此期间允,生孔隙压力而不会产。

  到有效应力的影响由于剪切强度受,下测试一组三个试样通过在不同约束压力,型定义失效包络可以根据库仑模,数c和φ并定义参。

  测试速度快UU三轴,到30分钟执行时间不,和或固结阶段通常不经过饱,包括剪切阶段因为测试仅。试通常在饱和阶段开始而CU和CD三轴测,入固结段然后进。试也需要更长的时间CU和CD三轴测,至几个月才能完成有时几天、几周甚。通常耗时最长CD三轴试验,剪切阶段因为在,隙压力积聚不允许孔,率非常低导致应变。测试更快CU三轴,PWP)允许增加因为孔隙水压力(,测量超孔隙水压力在整个剪切阶段会。

  压力室之前从土壤样品中获取测试的试样必须在放入三轴。聚土壤对于粘,的未扰动的样本或从块状样品中切割这可能涉及修剪从谢尔比管中挤出。而然,的颗粒土壤对于非粘聚,接在基座上准备试样您需要使用对开模直。和以前的模具举例下面是一个模具:

  粘聚性试样——这是三轴试验所必需的这些模具用于通过压实或振动制备非。三轴压力室的基座上模具必须直接放置在。着在模具的内壁上为了确保橡皮膜附,塑试样的直径正确施加真空以确保重。

  内的所有空隙都充满水饱和过程确保测试试样,器和排水管路正确排气并确保孔隙压力传感。试样中增加围压和反压最常见的饱和方法是在。提高围压和反压这个过程逐渐,可能存在的任何空气这可以溶解样品中。

  过程中在此,数B以确定饱和度计算孔隙压力系。些步骤重复这,品饱和直到样。标准规定大多数,表明标本已充分饱和大于0.95的B值。= 孔压变化 ∆σ3 = 围压变化B值计算为一个比值 其中 ∆u ;

  和后饱,其原位条件的应力状态试样通常被固结到代表。施加给样品的应力相同(σ3 = σ1)固结通常是各向同性的应力-垂直和水平。而然,是各向异性的固结也可以,华体会真人平台 ≠ σ1其中 σ3。情况下在这种,排水)或CAU(各向异性固结不排水)测试通常缩写为CIU(各向同性固结不。过增加围压进行试样固结通常通,饱和度B检测期间达到的孔隙压力)同时保持恒定的反压(通常等于最终。

  过程开始一旦固结,得试样中排出水当固结过程使,压力将开始消失试样中超孔隙水,少其体积从而减。样的体积变化不再显著这一过程一直持续到试,超孔隙水压力已经消散并且至少有95%的。段结束时在固结阶,样的合适应变速率还可计算出剪切试。多信息有关更,于固结测试的文章请阅读我们专门用。

  破坏或压缩阶段剪切试验也称为,向应变速率)、保持围压(σ3)来剪切试样涉及通过逐渐增加轴向力(σ1)(恒定轴,生在轴向应变的20%以内)直到样品破坏(破坏通常发。要模拟的工程问题根据剪切阶段需,定是否进行排水或不排水测试适用于试样的排水条件将决。

  的测试中在不排水,体积在此阶段不会改变不允许样品排水-其,发生变化但形状会,压力发展导致孔隙,行测量将进。许排水如果允,切阶段在剪,样中排出水将从试,和形状发生变化使试样的体积,压力发生变化同时防止孔隙。

  剪切强度外除了确定,也可以使用莫尔圆和应力路径图来确定内聚力(c’)和phi(φ’)的值。结束时在剪切,进行测试后试样测量您需要拆除系统并,终含水量例如最。

  施加轴向变形荷载架对试样,轴压力室共享可以与多个三。配置中在这种,段可以同时进行饱和和固结阶,架下每次运行一个(例如剪切阶段可以在荷载框,三个三轴压力室)配置一个框架和。三轴压力室数时当荷载架等于,为专用荷载架荷载架可以视,外的高级测试从而进行额,和K0测试如应力路径。

  样品尺寸和额定压力值三轴压力室可用于各种。纳三轴试样压力室容,阶段随时加压并在所有测试。在橡胶膜内试样密封,水包围然后用,生压力以产,施加应力(σ3)然后用于对样品。

  需要如果,压使样品饱和可以施加反。切阶段在剪,轴向力增加试样上的,元件测量由测压,器测量的变形以及位移传感,需要如有,中的孔隙压力可以测量样品。使用体变管或压力/体积控制器样品的体积变化从反压端测量。

  水缸施加压力这可以通过对,产生所需的压力室压力和反压来实现并在不需要任何压缩空气的情况下。驱动该单元步进电机,所有阶段测量体积变化使其能够在三轴测试的。将水正确分配到所有设备为了便于在开始测试前,个分配面板建议添加一。

  测量的UU测试中产生约束压力(围压)该设备通常用于在不需要反压和体积变化。调弹簧式自重压力系统来提供恒定的水压它通过使用与泵和油/水容器相连的可。

  应用于试样的轴向载荷的变化荷载传感器-测量剪切阶段。及内置的水下荷重传感器它可以是荷载环或外置。

  的变化(轴向应变 εa)位移传感器-测量试样高度。数字千分表或电位传感它可以是机械千分表、器

  用于CU和CD测试体积变化传感器-,试样的水量以测量进出,试样的体积变化以及测试期间。或自动体积变化装置这可能是一个布列特。控制器一起使用时当与压力/体积,种传感器来测量体积也可以用这。

  CU和CD测试孔隙水压-用于,孔隙水压的变化以测量试样内。或孔隙压力传感器这可以是压力计。

  位移传感器获得的模拟读数转换为数字数据数据记录器将从测压元件、孔隙水压和轴向,存储然后。标准三轴系统它可以内置,外部设备提供也可以作为。统一起使用时当与自动系,管理和控制三轴测试所需的所有设备数据采集还可以使用PC和专用软件。

  标准三轴测试的理想基本解决方案是对不需要数字测量的实验室进行,和总应力例如有效。试管理都是手动模式所有数据采集和测。

  应力)最简单的紧凑解决方案是标准三轴测试(有效和总。/水界面压力系统可配备标准空气,力/体积控制器也可配备自动压。和/或PC没有要求对外部数据采集仪。

  多其他土壤测试的可扩展紧凑解决方案是标准三轴测试(有效和总应力)和许。/水界面压力系统可配备标准空气,力/体积控制器也可配备自动压。如固结和剪切)采集和/或PC共享数据采集可以与其他土壤测试设备(。

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