三軸不固結不排水剪試驗,現場十字板剪下試驗,固結不排水剪試驗,
三軸不固結不排水剪試驗
採用三軸剪力儀進行不排水剪試驗時，無論在加圍壓或加軸向應力時都不允許排水，所以孔隙水應力不消散，由太沙基有效應力原理可知，土骨架上的有效應力也不隨固結應力和偏差應力的變化而變化。由於在三軸不排水剪試驗中可測得孔隙水應力且各向是相等的，就可以算出試驗過程中的最大有效主應力σ′1和最小有效主應力σ′3。因此，剪破時的有效主應力，可按下式計算：
σ′1f=σ1f-uf
σ′3f=σ3f-uf
式中：σ′1f—試樣剪破時的最大有效主應力，kPa；
σ′3f—試樣剪破時的最小有效主應力，kPa；
uf—試樣剪破時的孔隙水壓力，kPa。
根據σ′1f和σ′3f就可以繪製試樣剪破的有效應力圓。顯然，有效應力圓的直徑(σ′1-σ′3)f就等於(σ′1-σ′3)。這意味著有效應力圓與總應力圓的大小相同，即φu=0。只是當剪破時的孔隙水應力為正值時，有效應力圓在總應力圓的左邊；而當剪破時的孔隙水應力為負值時，有效應力圓在總應力圓的右邊(見圖1)(坐標位置是根據圍壓σ3的大小而定)。
σ′1f=σ1f-uf
σ′3f=σ3f-uf
式中：σ′1f—試樣剪破時的最大有效主應力，kPa；
σ′3f—試樣剪破時的最小有效主應力，kPa；
uf—試樣剪破時的孔隙水壓力，kPa。
根據σ′1f和σ′3f就可以繪製試樣剪破的有效應力圓。顯然，有效應力圓的直徑(σ′1-σ′3)f就等於(σ′1-σ′3)。這意味著有效應力圓與總應力圓的大小相同，即φu=0。只是當剪破時的孔隙水應力為正值時，有效應力圓在總應力圓的左邊；而當剪破時的孔隙水應力為負值時，有效應力圓在總應力圓的右邊(見圖1)(坐標位置是根據圍壓σ3的大小而定)。
值得注意的是，如果在較高的剪前固結壓力下進行不固結不排水剪試驗，那么由於固結壓力增大，剪前孔隙比減小，也就能得到較高的不排水強度。
現場十字板剪下試驗
現場十字板剪下試驗大體上是在原位應力下進行的，通常採用的儀器是高寬比為2∶1的十字板剪下儀。該試驗主要根據力矩平衡原理，推算剪破面上土的抗剪強度。
在推算中一般假定：
(1)剪破面為一圓柱面，圓柱的直徑和高度等於十字板的寬度和高度：
(2)圓柱側面和上、下端面上的抗剪強度均相等。
採用的強度計算公式為：
式中：Mmax—施加的最大扭力矩，kN·m；
D，H—十字板的寬度和高度，m。
同時可以算得，剪下試驗中十字板豎直面上的強度占6/7，兩個端面上的強度僅占1/7。因此，對於均質土，十字板試驗測得的強度主要反映豎直面上的強度。由於飽和粘土在不固結不排水剪中φu等於零，故τf就等於cu。
在推算中一般假定：
(1)剪破面為一圓柱面，圓柱的直徑和高度等於十字板的寬度和高度：
(2)圓柱側面和上、下端面上的抗剪強度均相等。
採用的強度計算公式為：
式中：Mmax—施加的最大扭力矩，kN·m；
D，H—十字板的寬度和高度，m。
同時可以算得，剪下試驗中十字板豎直面上的強度占6/7，兩個端面上的強度僅占1/7。因此，對於均質土，十字板試驗測得的強度主要反映豎直面上的強度。由於飽和粘土在不固結不排水剪中φu等於零，故τf就等於cu。
3 無測限抗壓強度試驗
無測限抗壓強度試驗是三軸壓縮試驗的一種特例，和三軸不固結不排水剪試驗本質上並無差別，只是後者在試驗中試樣受橡皮膜的約束而有較高的強度。已測到的強度差異可高達6kPa，這對極軟的粘土而言是可觀的。
在試驗中，保持無側限壓力儀的徑向壓力σ3為零。因而，最大主應力σ1就等於軸向壓力q。剪破時的軸向壓力以qu表示，稱為無側限抗壓強度。顯然，由這種試驗只能求得一個通過坐標原點的極限應力圓(如圖2所示)，得不到強度包線。然而，由上面的分析可以知道，在飽和粘土的不固結不排水剪試驗中，強度包線為一水平線，即φu=0(φu表示不固結不排水剪試驗測得的內摩擦角)。於是，就可根據無側限抗壓強度試驗測得的抗壓強度，推求飽和土的不固結不排水剪粘聚力cu(通常簡稱不排水強度)，即
一般情況下，加工硬化性土σ—ε關係曲線會出現峰值，此時取峰值作為無側限抗壓強度；對於加工軟化性土σ—ε關係曲線不會出現峰值，可取應變為20%的σ值作為無側限抗壓強度。
無測限抗壓強度試驗是三軸壓縮試驗的一種特例，和三軸不固結不排水剪試驗本質上並無差別，只是後者在試驗中試樣受橡皮膜的約束而有較高的強度。已測到的強度差異可高達6kPa，這對極軟的粘土而言是可觀的。
在試驗中，保持無側限壓力儀的徑向壓力σ3為零。因而，最大主應力σ1就等於軸向壓力q。剪破時的軸向壓力以qu表示，稱為無側限抗壓強度。顯然，由這種試驗只能求得一個通過坐標原點的極限應力圓(如圖2所示)，得不到強度包線。然而，由上面的分析可以知道，在飽和粘土的不固結不排水剪試驗中，強度包線為一水平線，即φu=0(φu表示不固結不排水剪試驗測得的內摩擦角)。於是，就可根據無側限抗壓強度試驗測得的抗壓強度，推求飽和土的不固結不排水剪粘聚力cu(通常簡稱不排水強度)，即
一般情況下，加工硬化性土σ—ε關係曲線會出現峰值，此時取峰值作為無側限抗壓強度；對於加工軟化性土σ—ε關係曲線不會出現峰值，可取應變為20%的σ值作為無側限抗壓強度。
圖2
固結不排水剪試驗
K0固結條件下的不排水剪試驗，先將試件在不同的周圍壓力σ3(等於固結壓力σc加上Δσ3)下固結穩定，然後施加附加軸向壓力直至剪破，其間孔隙氣和孔隙水是不許外排的。由於在試驗中試樣的剪前固結壓力將隨Δσ3的增加而增大，剪前孔隙比則相應減小，因此強度和極限總應力圓亦將相應增大，作這些圓的包線即得正常固結土的固結不排水剪強度線，這是一條通過坐標原點的直線，傾角為cu。若一組試樣先承受同一周圍壓力固結穩定，然後卸載再加壓，直至剪下破壞，則可得到超固結土的極限總應力圓和強度包線。這是一條微彎曲線，通常用直線代替，傾角也為cu，與坐標縱軸的截距為ccu.
由於取樣引起的應力釋放和試樣的結構擾動，即使試樣在原位應力狀態是正常固結土，取出後也會變成超固結的。較合理而實用的測定土的原位不排水強度的方法是進行三軸固結不排水剪試驗時固結應力至少應大於試樣自重應力的1.5倍，使試樣處於正常固結壓縮曲線上。再通過試驗，建立剪前固結壓力與不排水強度關係或求得不排水強度比，然後按試樣的原位應力插算或計算，這種方法的明顯優點是在較大的固結壓力下進行試驗可減輕試樣擾度的影響。同時利用正常固結土的σc-σu關係曲線必通過原點的特性，使得繪製該曲線時可避免一些誤差，從而提高測試精度。由此測得的極限總應力圓如圖4所示。從坐標原點作極限應力圓的切線即為正常固結土的固結不排水強度線，傾角為cu該剪前固結壓力下的不排水強度為圖中α點的縱坐標。坐標原點與α點的連線線即為正常固結土的σc-σu關係曲線，傾角為β。
