[科普中国]-固结排水试验

试验概述

三轴压缩试验是测定土抗剪强度的一种较为完善的方法。是测定土的应力-应变关系（压缩性）和强度的一种常用的室内试验方法。1

对应于直接剪切试验的快剪、固结快剪、慢剪试验，三轴压缩试验按剪切前受到的周围压力 的固结状态和剪切时的排水条件，分为3种类型：不固结不排水试验、固结不排水试验和固结排水试验。

固结排水试验，剪成排水试验：试样在施加周围压力时允许排水固结，待固结稳定后，再在排水条件下施加竖向压力至试件剪切破坏。

试验设备三轴压缩仪由压力室、轴向加荷系统、施加周围压力系统、孔隙水压力量测系统等组成。如图1所示，压力室是三轴压缩仪的主要组成部分，它是一个有金属上盖、底座和透明有机玻璃圆筒组成的密闭容器。

试验方法将土切成圆柱体套在橡胶膜内，放在密封的压力室中，然后向压力室内充水，使试件在各向受到周围压力 ，并使液压在整个试验过程中保持不变，这时试件内各向的三个主应力都相等，因此不产生剪应力（图2a）。然后再通过传力杆对试件施加竖压力，这样，竖向主压力就大于水平向主压力，当水平向主压力保持不变，而竖向主压力逐渐增大时，试件终于受剪而破坏（图2b）。设剪切破坏时由传力杆加在试件上的竖向压应力增量为 ，则试件上的大主应力为 ，而小主应力为 ，以（ ）为直径可画出一个极限应力圆，如图2c中圆A，用同一种土样的若干个试件（三个及三个以上）按上述方法分别进行试验，每个试件施加不同的周围压力 ，可分别得出剪切破坏时的大主应力 ，将这些结果绘成一组极限应力圆，如图2c中的圆A、B和C。由于这些试件都剪切至破坏，根据莫尔-库伦理论，作一组极限应力圆的公共切线，为土的抗剪切强度包线，通常近似取为一条直线，该直线与横坐标的夹角为土的内摩擦角φ，直线与纵坐标的截距为土的粘聚力c。

如果量测试验过程中的孔隙水压力，可以打开孔隙水压力阀，在试件上施加压力以后，由于土中孔隙水压力增加迫使零位指示器的水银面下降。为量测孔隙水压力，可以调压筒调整零位指示器的水银面始终保持原来的位置，这样，孔隙水压力表中的读数就是孔隙水压力值。如要量测试验过程中的排水量，可打开排水阀门，让试件中的水排入量水管中，根据量水管中水位的变化可算出在试验过程中的排水量。

优缺点三轴压缩试验仪的突出优点是能较为严格地控制排水条件以及可以量测试件中孔隙水压力的变化。此外，试件中的应力状态也比较明确，破裂面是在最弱处，面不像直接剪切仪那样限定在上下盒之间。三轴压缩仪还用以测定土的其他力学性质，如土的弹性模量。因此，它是土工试验不可缺少的设备。三轴压缩试验仪的缺点是试件中的主应力，而实际上土体的受力状态未必都属于这类轴对称情况。已经问世的各种真三轴压缩仪的试件可在不同的三个主应力（）作用下进行实验。2