[實用新型]土試樣的三軸剪切試驗系統

有效

• 申請號: 201020101927.1
• 申請日: 2010-01-26
• 公開（公告）號: CN201637635U
• 公開（公告）日: 2010-11-17
• 發明（設計）人: 張錦成
• 申請（專利權）人: 化學工業巖土工程有限公司
• 主分類號: G01N3/12
• 分類號: G01N3/12;G01N3/24;G01N3/06
• 代理公司: 南京君陶專利商標代理有限公司 32215
• 代理人: 吳靜安

技術領域

本實用新型涉及建筑基礎的測量，尤其涉及用于對基礎土體的抗剪強度進行測量的土試樣的三軸剪切試驗系統。

背景技術

室內三軸剪切試驗系統用于對土樣的剪切試驗，以此獲取土體的抗剪強度指標。該指標將被用于各類工程建設項目的地基基礎設計和泥石流、滑坡等地質災害的預防及治理。

目前絕大部分的三軸剪切試驗系統如圖1所示，主要由應變控制式三軸儀100及軸向加壓裝置(未畫出)、周圍壓力裝置200和孔隙水壓力測量裝置300組成。三軸儀100除有一孔隙水壓力測量裝置300外，還配備一對應的周圍壓力裝置200，該周圍壓力裝置主要由空壓泵201和對應的管道203及閥202組成。孔隙水壓力測量裝置300則主要由排水管305、孔壓管308、排水量管302和孔壓量管301、排水閥304、孔壓閥307和孔隙水測量儀306組成，排水量管302和孔壓量管301上分別串接有排水閥304和孔壓閥307。

所取的土試樣105由橡皮膜111圍成圓柱形，其上下端分別置有透水板103和濾紙104，試樣105置于壓力室113內的試樣座106上，試樣105上端有試樣帽102。試樣帽102上端連接設有排水閥304的排水管305；試樣座105下端連接孔壓管308，該孔壓管308通過兩支路管分別連接孔隙水測量儀306和孔壓量管301，在孔隙水測量儀306和孔壓量管301的進水處分別設有孔壓閥307和排水閥304。壓力室113為透明的塑料筒，筒中充滿水，周圍壓力系統200通過管道203向壓力室113施壓，以使壓力室的水具有所需的壓力σ₃。

進行三軸剪切試驗前先進行試樣的排水固結。排水固結時先將試樣在壓力室中安裝好，再根據預先確定的周圍壓力值通過壓力室內的水對試樣施加周圍壓力σ₃，壓力σ₃在試驗中保持不變。試樣在周圍壓力σ₃的作用下其內所含的水被擠壓出來，一部分由排水管305排出，一部分在孔壓管308中形成孔隙水壓力，該孔隙水壓力通過孔壓閥307進行調整并由孔隙水壓儀306測量。該孔隙水壓力隨水的不斷排出而不斷減低，試樣被逐漸固結。當孔隙水壓力低于初始值的5％時，認為試樣排水固接認為完成，可進行剪切試驗。

剪切試驗時，軸向加壓設備通過驅動臺107使試樣座106向上移動，對試樣施加軸向壓力σ_v，使試樣受到剪切作用。此時作用在試樣上的最大主應力σ₁＝σ₃+σ_v，最小主應力等于σ₃。在由剪應力τ和正應力σ做成的直角坐標系統中，在橫坐標上，以(σ₁+σ₃)/2為圓心，以(σ₁-σ₃)/2為半徑所繪的圓稱為莫爾圓。在試驗中，隨著σ_v的增大，莫爾圓由小變大，直到試樣破壞(產生剪切破壞)，莫爾圓不能再增大為止。這時的莫爾圓為極限莫爾圓，極限莫爾圓必與強度包線相切，參見圖2。但是在試驗時強度包線是未知的，這正是三軸剪切試驗要探求的結果。為此，至少要取3～4個試樣分別在不同的周圍壓力σ₃的作用下進行剪切求得各個試樣破壞時的最大主應力σ₁，可按總應力σ和有效應力σ’＝σ-u(u為試樣中試驗時實測到的孔隙水壓力)兩種方法，繪制3～4個大小不一的極限莫爾圓(總應力圓用實線表示，有效應力圓用虛線表示)，以求得它們的共切線即強度包線，從而得到相關的參數。

因此在上述的三軸剪切試驗中，對一件土樣必須制備3個以上性質相同的試樣，在不同的周圍壓力下進行試驗，以獲得不同的極限莫爾圓。土樣三軸試驗的方法分為：不固結不排水剪試驗(UU)、固結不排水剪試驗(CU)和固結排水剪試驗(CD)三種。其中固結不排水剪試驗和固結排水剪試驗都需要對每個試樣在進行剪切試驗前，先施加規定的周圍壓力進行排水固結。