[科普中國]-固結(jié)排水試驗(yàn)

試驗(yàn)概述

三軸壓縮試驗(yàn)是測定土抗剪強(qiáng)度的一種較為完善的方法。是測定土的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系（壓縮性）和強(qiáng)度的一種常用的室內(nèi)試驗(yàn)方法。1

對應(yīng)于直接剪切試驗(yàn)的快剪、固結(jié)快剪、慢剪試驗(yàn)，三軸壓縮試驗(yàn)按剪切前受到的周圍壓力 的固結(jié)狀態(tài)和剪切時(shí)的排水條件，分為3種類型：不固結(jié)不排水試驗(yàn)、固結(jié)不排水試驗(yàn)和固結(jié)排水試驗(yàn)。

固結(jié)排水試驗(yàn)，剪成排水試驗(yàn)：試樣在施加周圍壓力時(shí)允許排水固結(jié)，待固結(jié)穩(wěn)定后，再在排水條件下施加豎向壓力至試件剪切破壞。

試驗(yàn)設(shè)備三軸壓縮儀由壓力室、軸向加荷系統(tǒng)、施加周圍壓力系統(tǒng)、孔隙水壓力量測系統(tǒng)等組成。如圖1所示，壓力室是三軸壓縮儀的主要組成部分，它是一個(gè)有金屬上蓋、底座和透明有機(jī)玻璃圓筒組成的密閉容器。

試驗(yàn)方法將土切成圓柱體套在橡膠膜內(nèi)，放在密封的壓力室中，然后向壓力室內(nèi)充水，使試件在各向受到周圍壓力 ，并使液壓在整個(gè)試驗(yàn)過程中保持不變，這時(shí)試件內(nèi)各向的三個(gè)主應(yīng)力都相等，因此不產(chǎn)生剪應(yīng)力（圖2a）。然后再通過傳力桿對試件施加豎壓力，這樣，豎向主壓力就大于水平向主壓力，當(dāng)水平向主壓力保持不變，而豎向主壓力逐漸增大時(shí)，試件終于受剪而破壞（圖2b）。設(shè)剪切破壞時(shí)由傳力桿加在試件上的豎向壓應(yīng)力增量為 ，則試件上的大主應(yīng)力為 ，而小主應(yīng)力為 ，以（ ）為直徑可畫出一個(gè)極限應(yīng)力圓，如圖2c中圓A，用同一種土樣的若干個(gè)試件（三個(gè)及三個(gè)以上）按上述方法分別進(jìn)行試驗(yàn)，每個(gè)試件施加不同的周圍壓力 ，可分別得出剪切破壞時(shí)的大主應(yīng)力 ，將這些結(jié)果繪成一組極限應(yīng)力圓，如圖2c中的圓A、B和C。由于這些試件都剪切至破壞，根據(jù)莫爾-庫倫理論，作一組極限應(yīng)力圓的公共切線，為土的抗剪切強(qiáng)度包線，通常近似取為一條直線，該直線與橫坐標(biāo)的夾角為土的內(nèi)摩擦角φ，直線與縱坐標(biāo)的截距為土的粘聚力c。

如果量測試驗(yàn)過程中的孔隙水壓力，可以打開孔隙水壓力閥，在試件上施加壓力以后，由于土中孔隙水壓力增加迫使零位指示器的水銀面下降。為量測孔隙水壓力，可以調(diào)壓筒調(diào)整零位指示器的水銀面始終保持原來的位置，這樣，孔隙水壓力表中的讀數(shù)就是孔隙水壓力值。如要量測試驗(yàn)過程中的排水量，可打開排水閥門，讓試件中的水排入量水管中，根據(jù)量水管中水位的變化可算出在試驗(yàn)過程中的排水量。

優(yōu)缺點(diǎn)三軸壓縮試驗(yàn)儀的突出優(yōu)點(diǎn)是能較為嚴(yán)格地控制排水條件以及可以量測試件中孔隙水壓力的變化。此外，試件中的應(yīng)力狀態(tài)也比較明確，破裂面是在最弱處，面不像直接剪切儀那樣限定在上下盒之間。三軸壓縮儀還用以測定土的其他力學(xué)性質(zhì)，如土的彈性模量。因此，它是土工試驗(yàn)不可缺少的設(shè)備。三軸壓縮試驗(yàn)儀的缺點(diǎn)是試件中的主應(yīng)力，而實(shí)際上土體的受力狀態(tài)未必都屬于這類軸對稱情況。已經(jīng)問世的各種真三軸壓縮儀的試件可在不同的三個(gè)主應(yīng)力（）作用下進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。2