[科普中國]-不固結(jié)不排水剪試驗(yàn)

不固結(jié)不排水剪(UU)試驗(yàn)，又稱快剪試驗(yàn)。在施加圍壓和增加軸壓直至試件被破壞的過程中均不允許試樣排水。通過不固結(jié)不排水剪試驗(yàn)可以獲得總的抗剪強(qiáng)度參數(shù)。

它適用于土層厚度大、滲透系數(shù)較小、施工快速的工程以及快速破壞的天然土坡穩(wěn)定性的驗(yàn)算。1

概念不固結(jié)不排水剪試驗(yàn)，簡稱UU試驗(yàn)，是指將現(xiàn)場提取或試驗(yàn)室制備的土樣放入三軸儀的壓力室內(nèi)，在排水閥門關(guān)閉的情況下，先向土樣施加周圍壓力，不待土樣固結(jié)和孔隙水壓力消散，隨即施加軸向應(yīng)力進(jìn)行剪切，直至剪壞的試驗(yàn)。在施加軸向應(yīng)力的過程中，自始至終關(guān)閉排水閥門不允許土中水排出，即在施加周圍壓力和剪切力時(shí)均不允許土樣發(fā)生排水固結(jié)。2

試驗(yàn)?zāi)康牟还探Y(jié)不排水剪試驗(yàn)的試驗(yàn)?zāi)康氖牵涸嚇釉谑┘又車鷫毫碗S后施加偏應(yīng)力直至剪切破壞的整個(gè)試驗(yàn)過程中都不允許排水，這樣從開始加壓直至試樣剪切破壞，土中的含水率始終保持不變，孔隙水壓力也不可能。通過上述的試驗(yàn)過程可以測得總應(yīng)力抗剪強(qiáng)度指標(biāo)。3

操作步驟不固結(jié)不排水剪試驗(yàn)的操作步驟如下：

⑴儀器檢查

對儀器各部分進(jìn)行全面的檢查。周圍壓力系統(tǒng)、反壓力系統(tǒng)、孔隙水壓力系統(tǒng)、軸向壓力系統(tǒng)是否能正常工作。排水管路是否暢通，管路閥門連接處有無漏水漏氣現(xiàn)象，乳膠膜是否有漏水漏氣現(xiàn)象。

①周圍壓力的量測準(zhǔn)確度為全量程的1%，根據(jù)試樣的強(qiáng)度大小，選擇不同量程的測力計(jì)，應(yīng)使最大軸向壓力的準(zhǔn)確度不低于1%。

②孔隙水壓力量測系統(tǒng)內(nèi)的氣泡應(yīng)完全排除。系統(tǒng)內(nèi)的氣泡可用純水或施加壓力使氣泡溶于水，并從試樣底座溢出，測量系統(tǒng)的體積因數(shù)應(yīng)小于1.5×10-5cm3/kPa。

③管路應(yīng)暢通，各連接處應(yīng)無漏水，壓力室活塞桿在軸套內(nèi)應(yīng)能滑動。

④在使用前應(yīng)仔細(xì)檢查橡皮膜，方法是扎緊兩端，向膜內(nèi)充氣，在水中檢查，如若無氣泡溢出，方可使用。

⑵在壓力室的底座上，依次放上不透水板、試樣及不透水試樣帽，將橡皮膜套住承膜筒內(nèi)，將兩端翻出膜外，從吸氣孔吸氣，使橡皮膜貼緊承膜筒內(nèi)壁，然后套在試樣外，放氣，翻起橡皮膜，取出承膜筒，用橡皮圈將橡皮膜分別扎緊在壓力室底座和試樣帽上。

⑶裝上壓力室外罩，安裝時(shí)應(yīng)先將活塞提高，以防碰撞試樣，然后將活塞對準(zhǔn)試樣帽中心，并旋緊壓力室密封螺帽，再將量力環(huán)對準(zhǔn)活塞。

⑷打開壓力室外罩頂面排氣孔，向壓力室內(nèi)充水，當(dāng)壓力室快注滿水時(shí)，降低進(jìn)水速度。當(dāng)水從排水孔溢出時(shí)，關(guān)閉周圍壓力閥，旋緊排氣孔螺栓。

⑸打開周圍壓力閥，施加所需的周圍壓力，周圍壓力的大小應(yīng)與工程的實(shí)際荷重相適應(yīng)，并盡可能使最大周圍壓力與土體的最大實(shí)際荷重大致相等，也可按100、200、300、400kPa施加。

⑹旋轉(zhuǎn)手輪，當(dāng)量力環(huán)的量表微動，表示活塞與試樣接觸，然后將測力環(huán)的量表和軸向位移量表的指針調(diào)整到零位。

⑺啟動電動機(jī)，合上離合器，開始剪切，剪切速率宜為每分鐘應(yīng)變0.5%～1.0%。開始階段，試樣每產(chǎn)生垂直應(yīng)變0.3%～0.4%時(shí)，記測力環(huán)量表瀆數(shù)和垂直位移量表讀數(shù)各一次。當(dāng)軸向應(yīng)變大于3%時(shí)，試樣每產(chǎn)生0.7%～0.8%的軸向應(yīng)變（或0.5mm變形值）測記一次。

⑻當(dāng)測力計(jì)讀數(shù)出現(xiàn)峰值后，剪切應(yīng)繼續(xù)進(jìn)行至超過5%的軸向應(yīng)變?yōu)橹?。?dāng)測力計(jì)讀數(shù)無峰值時(shí)，剪切應(yīng)進(jìn)行到軸向應(yīng)變?yōu)?5%～20%。

⑼試驗(yàn)結(jié)束后，關(guān)閉電動機(jī)，關(guān)閉周圍壓力閥，脫開離合器，將離合器調(diào)至粗位，倒轉(zhuǎn)手輪，將壓力室降下，然后打開排氣閥，排除壓力室內(nèi)的水，拆卸壓力室外罩，拆除試樣，描述試樣破壞的形狀，稱量試樣質(zhì)量，并測定試驗(yàn)后的含水率。

⑽重復(fù)以上步驟分別在不同的圍壓下進(jìn)行第二、三、四個(gè)試樣的試驗(yàn)。4

試驗(yàn)結(jié)果計(jì)算①計(jì)算軸向應(yīng)變：

ε1=△h/h0×100%

式中：ε1為軸向應(yīng)變，單位為%；

△h為軸向變形，單位為mm；

h0為土樣初始高度，單位為mm。

②計(jì)算剪切過程中試樣的平均面積：

Aa=A0/（1-ε1）

式中：Aa為剪切過程中平均斷面積，單位為cm2；

A0為土樣初始斷面積，單位為cm2；

ε1為軸向應(yīng)變，單位為%。

③計(jì)算主應(yīng)力差：

σ1-σ3=CR/Aa×10=CR（1-ε1）/A0×10

式中：σ1-σ3為主應(yīng)力差，單位為kPa；

σ1為大主應(yīng)力，單位為kPa；

σ3為小主應(yīng)力，單位為kPa；

C為測力計(jì)率定系數(shù)，單位為N/0.01mm；

R為測力計(jì)讀數(shù)，單位為0.01 mm；

10為單位換算系數(shù)。4

本詞條內(nèi)容貢獻(xiàn)者為:

郝慶菊 - 副教授 - 西南大學(xué)