三軸壓縮試驗

三軸壓縮試驗
三軸壓縮試驗是測定土抗剪強度的一種較為完善的方法。三軸壓縮儀由壓力室、軸向加荷系統、施加周圍壓力系統、孔隙水壓力量測系統等組成。
常規試驗方法的主要步驟如下：將土切成圓柱體套在橡膠膜內，放在密封的壓力室中，然後向壓力室內壓入水，使試件在各個方向受到周圍壓力，並使液壓在整個試驗過程中保持不變，這時試件內各向的三個主應力都相等，因此不發生剪應力。然後再通過傳力桿對試件施加豎向壓力，這樣，豎向主應力就大於水平向主應力，當水平向主應力保持不變，而豎向主應力逐漸增大時，試件終於受剪而破壞。設剪下破壞時由傳力桿加在試件上的豎向壓應力為Δσ1，則試件上的大主應力為σ1=σ3+Δσ1，而小主應力為σ3，以(σ1-σ3)為直徑可畫出一個極限應力圓，如圖中的圓I，用同一種土樣的若干個試件(三個上)按以上所述方法分別進行試驗，每個試件施加不同的周圍壓力σ3，可分別得出剪下破壞時的大主應力σ1，將這些結果繪成一組極限應力圓，如圖中的圓Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ。由於這些試件都剪下至破壞，根據莫爾-庫倫理論，作一組極限應力圓的公共切線，即為土的抗剪強度包線，通常可近似取為一條直線，該直線與橫坐標的夾角即為土的內摩擦角ψ，直線與縱坐標的截距即為土的內聚力c。
對應於直接剪下試驗的快剪、固結快剪和慢剪試驗，三軸壓縮試驗按剪下前的固結程度和剪下時的排水條件，分為以下三種試驗方法：
（1）不固結不排水試驗
試樣在施加周圍壓力和隨後施加豎向壓力直至剪下破壞的整個過程中都不允許排水，試驗自始至終關閉排水閥門。
(2)固結不排水試驗
試樣在施加周圍壓力σ3打開排水閥門，允許排水固結，待固結穩定後關閉排水閥門，再施加豎向壓力，使試樣在不排水的條件下剪下破壞。
(3)固結排水試驗
試樣在施加周圍壓力σ3時允許排水固結，待固結穩定後，再在排水條件下施加豎向壓力至試件剪下破壞。
三軸壓縮儀的突出優點是能較為嚴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，試件中的應力狀態也比較明確，破裂面是在最弱處，而不像直接剪下儀那樣限定在上下盒之間。