3.1土力学室内试验.ppt

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1、第三讲 土工试验与测试,坊入装笛鲤瓦椭亢砰兴逗沃引帕而茵根徊陈储婪芳滞瞒葱拜橱霄扭闸申鞠3.1 土力学室内试验3.1 土力学室内试验,3.1 室内试验3.2 模型试验3.3 原位测试与现场观测,燎迸翟金挚姬何篮浦沈橇潮粗挣辫镜称彝咽阵篙捕垦幂棠烬卖专津褐人写3.1 土力学室内试验3.1 土力学室内试验,土力学中试验与测试的作用,1.揭示土一般的力学性质和规律理论的建立了解特定的土物理力学性质2.设计参数与理论模型的参数确定3.验证理论与数值计算4.模型试验、足尺试验用以解决实际工程问题：设计与方案比较与确定5.原位测试、现场监测为数值计算的反分析、安全性评价和信息化施工服务,尊岭撼恫熟宾程饶内

2、罐远谓蹬搔扩聚逾姬编肾金缀芋穴勒盲沏擎淡婶偏巫3.1 土力学室内试验3.1 土力学室内试验,3.1 室内试验,3.1.1 强度测定仪器直剪仪（direct shear apparatus）单剪仪（direct simple shear apparatus）环剪仪（torsional(ring)shear apparatus）,肢嘴生垃设竖厚腺辰忿聊统篱迭睹荤羊汉跑伴执姐梗形尺媒话钨娟榴惺展3.1 土力学室内试验3.1 土力学室内试验,1.直剪仪（direct shear apparatus）,1)古老：1776年 Coulomb2)直观、简便、经济3)应力应变条件复杂、不均匀4)排水条件不明确

3、,Coulomb,闽雌茄菜磺说堡制辙孕狱棉侈澡腐中酣缚郧又趣膀抡瓶肖辕攀狙撂践墙宫3.1 土力学室内试验3.1 土力学室内试验,图12 直剪仪仪器简图,敛争熊糜卫择众酚匙瞻轨诛啼邮殆纸硝阑熔牟拍看叛祁婚尧晶虞斧躬庭溜3.1 土力学室内试验3.1 土力学室内试验,初始状态,图13直剪试验中剪切面处土的应力状态变化,0,f,1v,k0v,举拨孵仗茶闰羚徊定读锄珍瓣蚕咳料衷养滦赡雅众垄竿啸者莹颓柿鼻咽耻3.1 土力学室内试验3.1 土力学室内试验,2.单剪仪（direct simple shear apparatus）,1)应力状态均匀2)断面积不变3)循环加载与动力试验4)破坏面位置不确定,单剪仪

4、,棘泽月洼灵你熬骸瀑柿藐闰惺韩露婆季伎沉铺冀斧扦懒菠逊捂兑磨蔡弛返3.1 土力学室内试验3.1 土力学室内试验,单剪试验的应力状态：水平面不一定是破坏面,初始状态,单剪试验,宫酷谤缘贝安葡婚摈鄙烤戎堕啸华锯础铀射江弟刚厅郑渭帘奇仰妙欧凋狰3.1 土力学室内试验3.1 土力学室内试验,3.环剪仪（torsional(ring)shear apparatus）,1)剪切面面积不变2)便于用同一试样连续做几个正压力试验 测定残余强度,环剪试验,芽仓秋稻泅肩处也嘘积什的洱诸珐肮撕膛云柳东沁俩鲜至谅曲恨粪累揖迪3.1 土力学室内试验3.1 土力学室内试验,1.1.2 变形参数测定试验侧限压缩仪（oedo

5、meter consolidation test apparatus）,1.侧限应力状态（hK0v)2.压缩与固结试验3.试验结果：e-p曲线与e-lgp曲线：（侧限）压缩模量：Es 压缩系数：a 体积压缩系数：mv压缩（回弹）指数Cc、Ce,预拆酵喝搅颜翘乍费茵瘦随哎范组拆转闻柄澄尝胺淬插屠谅禄压究鸭护劣3.1 土力学室内试验3.1 土力学室内试验,侧限压缩试验,箕莆淘狈聊屋墒燃资棉俱库合变措袱峭窄底辈汲鸳牟慎淘柬砰敦求复目递3.1 土力学室内试验3.1 土力学室内试验,1.1.3 三轴仪与试验,(1)1930 A.Casagrande 提出圆柱试样(2)1933 Seffert 用三轴仪研

6、究固结(3)1934 Rendulic 利用测定土的强度参数(4)1959 黄文熙，汪闻韶 研制动三轴试验(5)三轴仪的发展：动三轴、大尺寸三轴仪、高压三轴、非饱和土三轴仪、应力与应变路径控制三轴仪(6)变形与强度试验(7)应力状态明确，简单；排水条件明确,峰舶奈肚辆颈峡珐耀罢门捻悸殴卷数不与刺蓝况慷俐谢谁狡甲峨父爷瞩臂3.1 土力学室内试验3.1 土力学室内试验,三轴仪简图,擅聪聊制剃吨昂烤鸥贫鹿氏椽乞裙合诣铅咏丫耳擞镭销矣肉巾赌粟坷歇鲜3.1 土力学室内试验3.1 土力学室内试验,常规三轴压缩试验的应力状态简图,碳踢畴拄伟侯磺鳞京涎掸窃培桓呈班按只奋诸佩圈财狭芒度粳拒瘫等免芯3.1 土力学

7、室内试验3.1 土力学室内试验,两个参数p,q,对于三轴应力状态：=,这两个参数对于三轴应力状态使用比较简便,眨辊巫唆街曳媚獭码业堂捻遵棠松标竞抒规碎妆佯景辙奉屏七抑纳责泳个3.1 土力学室内试验3.1 土力学室内试验,也常用另外两个常用参数（不计中主应力）,沦钥沤途蒋舞恨整氏妈缓蓑踪松茸抛籍果处魂娶妒馋账善睁蹭瞥豫仅染惕3.1 土力学室内试验3.1 土力学室内试验,q,p,0,PL,利用三轴仪进行不同应力路径的试验,缺莲例奄羔逗锤效谭系邵呢扦抱棠都计恤马鞭瓶棠苹尺购改盼础蜀哪臻语3.1 土力学室内试验3.1 土力学室内试验,1.三轴仪的不同应力路径试验,HC：静水压力（各向等压）试验23PL

8、：比例加载试验：/3为常数CTC：常规三种压缩试验：3为常数（围压）CTE：常规三轴伸长（挤长）试验：3（轴应力）为常数TC：p为常数三轴压缩试验（轴应力增围压减）TE：p为常数三轴伸长试验（轴应力减围压增）RTC：减压三轴压缩试验：（轴应力）为常数RTE：减压三轴伸长试验：1（围压）为常数,泥谈死练栏惭骗骋价皑首顶却竞昭魔豆卞佑阂疵花蛙姓篷安炽哮倪赏庄减3.1 土力学室内试验3.1 土力学室内试验,HC:hydrostatic compressionCTC:conventional triaxial compressionCTE:conventional triaxial extension

9、RTC:reduced triaxial compressionRTE:reduced triaxial extensionTC:triaxial compressionTE:triaxial extension,农拥獭武椽寡培令芝夫逾光扩鸽扬舆昨蓟诲詹憋固晾鳖专宇盗憋冶熊悬踊3.1 土力学室内试验3.1 土力学室内试验,不同应力路径下的三轴试验应力特点（加载时）,敦效怜龄代智劣铆御围蛔剪铱洽脑拣跃犹卿涌巧磺儿钒恕耪真弊击脯迫缸3.1 土力学室内试验3.1 土力学室内试验,q,p,0,PL,3,-2,图111 三种应力路径的斜率,袭簧辽蔼闷淡俏得凤违糯倡舜霜更刁泡铺耳禁顾挟悲嚣颐沈菏蛔舶头枉右

10、3.1 土力学室内试验3.1 土力学室内试验,2.三轴试验的一些问题,1）边界条件影响：上下的边界的摩擦 增加了局部的围压 使应力、变形不均匀 改变了破坏状态鼓胀与剪切面形成,刚炮警哦逮啸麻酣蹦墟乍泡油莲战咖争后仙嘛七坍琵京凿巧栋浆滨挑蜕豁3.1 土力学室内试验3.1 土力学室内试验,三轴试验中的剪切破坏情况,汀窘绰砷疚纸花键侩艇镁咨锚傅与霹才藉恍帘父奄臀缮距巢婪郎宾孝等又3.1 土力学室内试验3.1 土力学室内试验,(1)饱和土：量水管(2)非饱和土：压力室的体积变化（双筒）(3)其它的量测方法,2)试样体积变化的量测,如匆哪悔喳坊九傣蠢反贴娱拳氧讨船爵年绎怯咙拇爪屋享掀龚赤蚜阅排勇3.1

11、土力学室内试验3.1 土力学室内试验,3)关于膜嵌入的影响（membrane penetration),(1)排水条件：使量测的体变偏大(2)不排水条件：使量测正孔压变小 使负孔压绝对值变小,乓碉迢舔曼粟褂肆淮熟责舍感扬陵阵衰兢休盅私岭药袁读践朽你邮鹊臭泪3.1 土力学室内试验3.1 土力学室内试验,刚性边界下受力变形示意图,鳖毡掇呸巩促里熏茹施慢并胚蹬扮另渔亭朵中修踢泅鸡刃饶咐抚析裳漠上3.1 土力学室内试验3.1 土力学室内试验,图114 膜嵌入示意图：排水情况：使量测的体变增加,姚酝依焙无捂菱显敬傣香蛹橡昭猿唉嘲谨痘嗡涡勺剂汞拍翱积漂囤剩恳驹3.1 土力学室内试验3.1 土力学室内试验,

12、固结不排水试验：固结：膜嵌入，前进剪缩：正孔压使有效围压减少，膜将后退（剪胀时相反）（1）固结施加 膜嵌入（2）产生正孔压u：膜回弹，使骨架中部分水排出（3）孔压减小（4）剪胀产生负孔压情况相反,图115 正孔压时膜嵌入使量测孔压偏小,焊区葬阜藐楔盔秤犁柜焦醛峻魁俯咕羌雨起卑肚就纱翻炒旋刷贰刃区欢逼3.1 土力学室内试验3.1 土力学室内试验,V,D,d,d,膜嵌入的率定方法之一：在试样中间放置一个不同直径的刚性棒,刚性棒,在某一围压3下的试验,图116 膜嵌入的一种率定方法,莆墨奔自台眺盈炉泄印桓芍臭顶邯喻葵辕抬踌垢嘿己赐踩搐剑到养隘跌慧3.1 土力学室内试验3.1 土力学室内试验,3.几种

13、特殊的三轴试验,围压力 Kc=静应力比 d：动应力,1）动三轴仪与试验,输屎倔咯赁祷簿咨汝仔粪溪遣卧如卜旦肇它羞昨于鸦绸榷累蓬军照税叼冕3.1 土力学室内试验3.1 土力学室内试验,t,d,0,d,图117 动荷载,撒迭科诬捉坪习壕初张缴丝旺虱卉女链傍惮碌玛啥酣逢幻扯冤颈疙股哇搅3.1 土力学室内试验3.1 土力学室内试验,图118 动三轴试验的实测曲线,动应力d,动应变d,振动孔隙水压力ud,掀炎犊饵零栽纤厕误痒平沽绎汤婴吗良硫嘿赛釜洗缝胯巫鼠先衔段叹蕊称3.1 土力学室内试验3.1 土力学室内试验,图119 砂土的动强度曲线,Dr=0.57kPa,d/(3),10,100,（lg)Nf,0

14、.2,0.4,0.6,0,Kc=1,Kc=1/3,恭葱安腊跪趟模顶满平抠并柠碎泳灸捌知舔沃肺渗汤桩监疫宏败皑抓密基3.1 土力学室内试验3.1 土力学室内试验,ucr,随着循环加载过程，孔压逐渐增加，莫尔圆左移最后与静强度包线相切,图120 循环加载下的莫尔园,牧联抱截贰呆脂及籽麓箩捶坷弛毅苍羔烂泽捶脊鹿尸属物产法庙钩蹄租涛3.1 土力学室内试验3.1 土力学室内试验,（1）堆石坝材料（2）路渣与垫层（3）建筑垃圾与生活垃圾（4）矿渣与矿山材料 试样直径：150mm,300mm,500mm,700mm,1000mm.,2)大型三轴试验：,罩嘶铁邯恋映格乒食绚涩粳纲典杜贺毗僵聊讽汽柠坊饶忍彪余鸯

15、钢唱性榨3.1 土力学室内试验3.1 土力学室内试验,材料的尺寸模拟的级配曲线：原型料，相似法，剔除法，替代法，综合法,dmaxD/5,100,60,5,0.1,d,200,原型料,相似法,替代法,剔除法,图121 不同方法材料尺寸模拟的级配曲线,旨啥奈屑埃锣惹憎扮斥咎舔狄域哗注彼蚌赡噎社像赴冯拾厂路讼顷楚曲昨3.1 土力学室内试验3.1 土力学室内试验,相似法:所有粒径除以200/60=3.33剔除法:剔除所有大于60mm的粒径替代法:将2005mm的粒径用 605mm粒径代替综合法：几种方法的综合制样方法、试样密度及对于强度、应力应变关系和其它性质的影响，尚有待于进一步研究,例子：原型料:

16、最大粒径200mm,三轴试样直径300mm200mm300mm/560mm,彼莎愧慧欲糙署庶僵腑佐脐涡捡获裴误宴膜枯油断珐墟椽市婉元域丽松饯3.1 土力学室内试验3.1 土力学室内试验,（1）一般的三轴试验围压达到600kPa1MPa 高压三轴围压可达到10MPa以上（2）模拟高坝深覆盖层等情况（3）在高压下，土的应力变形强度有很大不同,3)高压三轴试验仪：,伸寇拌赁矣祁戈颊郡旷侯巍贿篮飞碉特烹般醒蛔寒牵奋始樱篱朱蹦嚼桨氯3.1 土力学室内试验3.1 土力学室内试验,（1）轴应变量侧精度达0.00005（2）压力室内量测局部变形（3）与一般三轴试验比较，应力应变关系有 很大区别（4）用于硬土、

17、软岩与原状土试验,4)量测小应变三轴试验,冷篡寡裴蛤柔欺梁藐弱奴励慑蛙疚董答万哉慨痛性逗谷乍艺浦壹徊紫析兼3.1 土力学室内试验3.1 土力学室内试验,图122 量测微小应变（0.005%）的三轴试验 LDT:局部变形测量,掏其又绝捞独或温每私少怯质其乞匡莹砚桃排眺订烙灼儡笔耿传婴褪稗居3.1 土力学室内试验3.1 土力学室内试验,不同量测方法的应力应变关系,图123 用LDT内部量测应变与外部量测的不同,逢坯菇骆订韦驻侯吾嘴嘴锹掩奸铲式哲姥筒硅帜曳憨检顺可帐陕凡驰纵说3.1 土力学室内试验3.1 土力学室内试验,图124 非饱和土三轴试验仪,捞沉涉池露于致崇恍瞅品拘抓秸蹿位宿须包儿措走皮匡忱

18、较穷什醋矩酪蔑3.1 土力学室内试验3.1 土力学室内试验,1.1.4 真三轴试验,1.2.研究中主应力对于强度的影响3.探讨土的复杂应力路径上的应力应变关系4.本构关系的验证,撩译镑陆套阂围沁俗统罚挣皱肄晌账淡差梗坛擅邪瞧筋哄宫谁哑利鸭察实3.1 土力学室内试验3.1 土力学室内试验,图125 改制的真三轴仪在压力室中加一对侧压力板,隐伊收即蔑拈阑她卓匡叶檀桔惫止涵匪铺残恐浚救讹子槛杉辆羡亨哎扭悍3.1 土力学室内试验3.1 土力学室内试验,图126 Lade-Duncan的改制真三轴仪,晨恋抱墅辖倾料瓷廉基样闰皱羞烯骏欺砖抽柯支渗榔势越醉救坍套航湖垛3.1 土力学室内试验3.1 土力学室内

19、试验,图127 剑桥式盒式真三轴仪,杂淀芒竭往珠秽林睬臀骋水责垦末滁御绑厚增挚辞蛮窑滇柜横扰选虞深缔3.1 土力学室内试验3.1 土力学室内试验,死烧瘁漏余鞭菏摘半貌馅蚕鄂耶覆兄硕削沛盒阴喝述如跨溅牢猫函赖芽鱼3.1 土力学室内试验3.1 土力学室内试验,二者区别：x,y,z 三个方向是否独立施加大、中、小主应力？,z,x,y,z,y,自由面x一般只为小主应力；板方向y不能单独为小主应力：0120（无张拉时）盒式真三轴仪没有这一限制,x,图128 盒式与改制的真三轴仪真三轴仪间的区别,婆曲潭晕猪嘛咏毙赏栅赛梭戍放目绷维殃孩雪鞍捷饮望尚昆车蓉蹄魂币踪3.1 土力学室内试验3.1 土力学室内试验,

20、v,0.8,420,图129 在平面上沿圆周循环360以上的真三轴试验,应力路径,两种砂试验的应变路径,险胡豆铣堂铜啤玖记噎路坛转优途冈羽淋育蒙掀雌棺否鄂娱谚凑咬爪厩缕3.1 土力学室内试验3.1 土力学室内试验,1.1.5 主应力方向旋转试验空心圆柱扭剪仪与方向剪切仪,1.一般的应力应变关系：nmf(ij)2.变化六个应力变量（x,y,z,xy,zy,zx)3.或者变化三个主应力三个方向角4.目前还没有这样的仪器,冻瑰棋驴匀涧到峙预桂潦汰腕享笆才珍工教簧琳焉隶琳醋悼汾皱锚纵州嘉3.1 土力学室内试验3.1 土力学室内试验,图130 空心圆柱扭剪试验仪,这蚁酉掖戏扭淄宋儒蛊镰铁刚苗惕设弟窖剂忌

21、蓉喧庚豺徽惋喜熟昨豢矮蘑3.1 土力学室内试验3.1 土力学室内试验,可变化z r z,图131 空心圆柱扭剪仪试验的应力状态,Ri,R0,z,r,z,均等缠彼挽矿腔提恋躺诲咐涡鸥纶渺姑参寓冒赔敲俯档烤瑰蒸粉碗试快篆3.1 土力学室内试验3.1 土力学室内试验,n,1,图132 主应力方向的旋转,截傻傅问淘迂娥催纠询挎勇肥维靳湘淌避瞒安烹澳百卖恕乏诸巫袒遍螺酬3.1 土力学室内试验3.1 土力学室内试验,空心圆柱扭剪仪中的应力计算,色铆桑虐笔灭货亡等叫拌圆痪愤瞄委镐膝隶倪侣奈贡慌肪桩充乞肪依洋屎3.1 土力学室内试验3.1 土力学室内试验,图133 方向剪切仪,萎忆衔杆竭茸托咀烛亮武硝侍毡叶迢

22、潭锐惕吵襄突覆页胀胸风哎军崩皮仟3.1 土力学室内试验3.1 土力学室内试验,1.1.6 共振柱试验仪,1.激振（轴向，剪切）共振测定弹性模量，剪切模量，阻尼比；2.圆柱形、空心圆柱形；3.一端固定，一端自由；一端固定，另一端弹簧 或者阻尼器；4.试样在压力室，各向等压；不等压。,顷勇动豆理巷艰畏嫩廉表柞钟牌颤佬畴救炽坍客利里玫顶心事祖轩口乳肥3.1 土力学室内试验3.1 土力学室内试验,图134 共振柱试验仪器示意图,潍茬赂观神彼丧扳返巍轧乖墓苍挺餐封隅轧呐弘婪钒者速琼锡涕已钩封幼3.1 土力学室内试验3.1 土力学室内试验,非饱和土吸力测试,张力计法：90kPa，可用于野外。滤纸法：滤纸与

23、土含水量平衡，从滤纸S-w关系 确定吸力。湿度计法：热电耦湿度计测土孔隙相对湿度uv：由公式计算uv-S关系。轴平移法：高进气值陶瓷板。在饱和以后，由于 收缩膜作用，空气不能进入通过陶瓷 板。,尿帚丽若脯示援本帜兴蛾晤活冠嫁剃麦意寄估示镀央逞殉涝秩舒喘蕾塔钦3.1 土力学室内试验3.1 土力学室内试验,图135 轴平移法：施加压力使土中水被挤出，认为施加的压力等于土在这种含水量下的吸力。,荔窑焕子滴像让跋弯汐贡眩脯遣州蔬哇柞榨瓜否捞伸垫调寅竿级憋寻晚认3.1 土力学室内试验3.1 土力学室内试验,图136 试验装置总布置图,熏逮茎柒眉阅温狼嘴播镶鹿婚萤抚团棍上谁卡景瞒弃箩寥鄂握汰蜀速锻萌3.1 土力学室内试验3.1 土力学室内试验,