基本介紹
- 中文名：三軸伸長試驗
- 外文名：Triaxial elongation test
- 對象：岩土體、黏土
簡介,散粒體的三軸伸長試驗,壓實黏土的三軸拉伸特性試驗研究,
簡介
.三軸伸長試驗的對象多為粘性土, 用來評定粘性土在卸載時強度特性, 由於粘性土的微觀結構比起砂等純散粒體複雜的多, 顆粒間的摩擦作用受多因素影響,
散粒體的三軸伸長試驗
根據岩土體的加卸載變形過程和應力狀態, 卸載曲線分為彈性卸載段和卸載伸長段.採用三種不同粒徑的玻璃珠和標準豐浦砂散粒材料進行了三軸伸長卸載試驗, 對比分析了不同材料、初始偏應力和不同圍壓下散粒體的卸載特性.研究表明散粒體的單向伸長卸載強度主要取決於與卸載方向垂直的圍壓和顆粒的內摩擦, 且與圍壓成線性關係, 初始偏應力狀態及各向異性對於散粒體的伸長強度無影響, 但影響其破壞發展形態.此外, 材料特性包括表面粗糙度和級配、孔隙率等對內摩擦及伸長卸載特性均有影響。
試驗在日本國立山口大學地盤研究室的Tw in三軸儀上進行, 該儀器為水壓應變式三軸儀.試樣的高度和直徑分別為10 cm 和5 cm , 三軸試驗建議粒徑一般不大於試樣直徑的1/20 , 對於本試驗粒徑不應大於2 .5 mm , 以保證試驗結果的可靠性.材料選用0 .212 mm-0 .25 mm 、0 .3 mm-0 .355 mm 、1 mm-1 .18 mm 三種較均勻玻璃珠和標準豐浦砂.材料特性見表1 。
表1
表1乾燥玻璃珠和豐浦砂試樣採用分層夯實制樣法，試樣分為5 層，每層給予相同的錘擊數；飽和豐浦砂試樣採用水中落下法制樣，然後通水加反壓使之達到飽和。同種方法和材料成樣後的密實度相差不大, 乾玻璃珠和乾砂的孔隙率分別在0 .61 和0.74左右， 三種粒徑玻璃珠平均混和後試樣的孔隙率約為0 .453 ，飽和砂孔隙率在0 .68 左右.試驗中保持圍壓不變, 加卸載應變速率為0 .1 %/min 。試樣製作完後按照等向或異向固結1小時(壓密曲線達到平穩)， 然後給予向上的恆定應變速度，模擬試樣卸載。本試驗中異向固結有兩種，一種是k0 壓密, 即在控制試樣側向應變近似為0 情況下, 根據材料的特性自動調整出k0 值，對於所述成樣方法下的飽和豐浦砂的k0 值為0 .45 , 乾砂和乾玻璃珠的k0 值約為0 .7 和0 .79 ;另一種異向固結是人為設定圍壓和軸向壓力的比值k ，剪下和固結同時進行, 剪下到目標值後再固結到穩定值, 試驗主要目的在於對比初始狀態對散粒體卸載的影響。試驗均在排水排氣條件下進行.試驗中得到的數據按照下式計算:
式中Ac 為壓密後的試驗截面積，
為壓密過程中的體積應變， V0 和H0 分別為試樣初始體積和高度，ΔH 為試樣豎向壓密位移，q 為偏應力，(P -P0)為固結後的軸向荷載，
為試驗過程中的軸向應變.對於乾燥試樣，體積應變無法直接測出, 根據試驗手冊建議可取為壓密過程中軸向應變的3 倍，而一些文獻採用畫像解析方法得到的壓密階段不飽和土的體積應變也都在1 %以下，因此，本試驗中的乾燥試樣的壓密體積應變視圍壓不同取為0 .5 %-1 %。
壓實黏土的三軸拉伸特性試驗研究
裂縫是土石壩工程中常見的隱患和主要破壞類型。土石壩裂縫主要包括由不均勻沉降導致的壩體表面張拉裂縫和由楔劈水壓力導致的心牆水力劈裂裂縫等。這些裂縫會導致土石壩防滲體破壞，因而認識壓實黏土的拉伸特性和破壞機理對於土石壩工程的安全評價具有重要意義。
套用上述臥式三軸拉壓儀，對糯扎渡高心牆堆石壩高塑性黏土料和雙江口高心牆堆石壩心牆黏土料進行了不同室壓下的三軸拉伸試驗。三軸拉伸試驗是指試樣首先在一定室壓下等向固結，然後保持室壓不變，軸向應力逐漸減小直到破壞的試驗過程。減載開始時，試樣被軸向伸長，當σ3 < 0 時，試樣中實際存在拉應力，最終可能發生拉伸破壞。
1 試驗土料和試驗方案
上述三軸拉伸試驗中所用土料由中國水電顧問集團昆明勘測設計研究院和成都勘測設計研究院提供。試驗土料的基本物性指標及制樣標準見表2。試驗均為不飽和固結排氣( 排水) 試驗，載入速率為0. 02mm /min。為了加快試驗排氣( 排水) 的速度，專門在試樣側面放置了排氣導管。
表2
表2對糯扎渡高塑性黏土料進行了室壓力σc =σ1 = 0、50、100、150、200、300、400、500kPa 的非飽和三軸拉伸試驗。對雙江口心牆黏土料進行了室壓力σc = σ1 = 0、50、100、200、300、400kPa 的非飽和三軸拉伸試驗。
2 試驗步驟
(1) 配土。按照試驗方案規定的含水量，稱取一定量的土並均勻灑水，將土放於密封的塑膠袋中，靜置24 小時使水分分布均勻。複測土料的含水量，以確定其是否達到試驗要求。
(2) 制樣。分四層擊實制樣，控制每層高度25mm，層間打毛。制樣完畢後拆掉模具，並用環氧結構膠將試樣兩端與傳力板黏結，靜置6 ～ 8 小時，使環氧膠達到最高強度。環氧膠的強度遠高於壓實黏土的抗拉強度。
(3) 裝樣。先將試樣與前端試樣帽連線，套上乳膠膜，之後連線另一端試樣帽，最後將乳膠膜與試樣帽兩端綁紮好。將裝好的試樣水平放在壓力室內的支架上，連線前後活塞桿，同時微調支架高度使試樣可以順暢地水平移動，將壓力室後蓋蓋好。
(4) 固結及載入。壓力室充滿水後，進行加壓固結10 ～ 12 小時。之後連線活塞桿與力感測器。架設位移感測器，同時打開數據採集系統，調整位移感測器和力感測器取一個合理的初始值。打開載入電機，按合適的載入速度進行勻速載入。
