高等土力学-土工试验-清华大学于玉贞-2015

1、清华大学水利水电工程系 岩 土 工 程 研 究 所于 玉 贞高等土力学高等土力学之一之一土工试验及测试12教学环节l课堂讲授l专家讲座l课外作业l教学实验l综合作业l期末考试教学要求l可能调整：注意通知l实验操作：密切配合l其它部分：独立完成l所有环节：必须齐全其它详见教学日历本章作业：本章作业： p30页页 第第 1，4，5题题3传统土力学分析方法：变形问题传统土力学分析方法：变形问题/ /稳定问题稳定问题现代土力学分析方法：应力变形的综合分析现代土力学分析方法：应力变形的综合分析 - - 土的本构模型理论土的本构模型理论 - - 非线性计算方法非线性计算方法 - - 现代土工试验方法现代土

2、工试验方法目前对土工建筑物（例如土石目前对土工建筑物（例如土石坝）进行变形预测，可能达到坝）进行变形预测，可能达到的预测精度是多少？的预测精度是多少？456目前对土工建筑物（例如土石坝）目前对土工建筑物（例如土石坝）进行变形预测，可能达到的预测精进行变形预测，可能达到的预测精度是多少？度是多少？典型土石典型土石料取样料取样实验室实验室试验试验本构模型本构模型及参数及参数计算方法计算方法及程序及程序施工条件、施工条件、质量及模拟质量及模拟计算结果计算结果7典型土石典型土石料取样料取样实验室实验室试验试验本构模型本构模型及参数及参数计算方法计算方法及程序及程序施工条件、施工条件、质量及模拟质量及模

3、拟u 土工建筑场地范围大，变化多土工建筑场地范围大，变化多u 土工建筑物填方量大，多种土性土工建筑物填方量大，多种土性u 土工建筑物施工时间长，土性变化多土工建筑物施工时间长，土性变化多u 土石料取样代表性差！土石料取样代表性差！糯扎渡心墙堆石坝心墙土料场之一糯扎渡心墙堆石坝心墙土料场之一8典型土石典型土石料取样料取样实验室实验室试验试验本构模型本构模型及参数及参数计算方法计算方法及程序及程序施工条件、施工条件、质量及模拟质量及模拟u 现场土性的模拟现场土性的模拟 级配、含水量等级配、含水量等u 实验仪器及精度实验仪器及精度u 试样的可重复性试样的可重复性堆石料室内试样堆石料室内试样直径直径3

4、0cm，最大，最大粒径粒径6cm现场碾压探坑，现场碾压探坑，最大粒径可超过最大粒径可超过80cm 120cm9典型土石典型土石料取样料取样实验室实验室试验试验本构模型本构模型及参数及参数计算方法计算方法及程序及程序施工条件、施工条件、质量及模拟质量及模拟u参数的确定参数的确定u试验结果拟试验结果拟合误差合误差u不同应力路不同应力路径的适用性径的适用性对等应力比试验结果的预测对等应力比试验结果的预测10结构工程是这样一门艺术：结构工程是这样一门艺术：使用材料，这些材料只能近似估算使用材料，这些材料只能近似估算建立真实的结构，这些真实的结构只能近似的分析建立真实的结构，这些真实的结构只能近似的分析

5、来承受外力，这些外力不能准确得知来承受外力，这些外力不能准确得知以满足我们对公众安全职责的要求。以满足我们对公众安全职责的要求。 - 张丙印改编自一位不知名作者张丙印改编自一位不知名作者无论天然土层结构怎样复杂，也无论我们的知识无论天然土层结构怎样复杂，也无论我们的知识与土的实际条件有多么大的差距，我们必须利用处理与土的实际条件有多么大的差距，我们必须利用处理问题的问题的艺术艺术（art），在合理造价的前提下，为土工结），在合理造价的前提下，为土工结构和地基基础问题寻求满意的答案。构和地基基础问题寻求满意的答案。 - 太沙基太沙基1112土力学中试验与测试的作用F揭示土体一般的力学性质和规律揭

6、示土体一般的力学性质和规律理论的建立理论的建立F了解特定土的物理力学性质了解特定土的物理力学性质F设计参数与理论模型参数的确定设计参数与理论模型参数的确定F验证理论与数值计算验证理论与数值计算F模型试验、足尺试验用以解决实际工程问题：模型试验、足尺试验用以解决实际工程问题：设计与方案确定设计与方案确定F原位测试、现场监测为数值计算的反演分析和原位测试、现场监测为数值计算的反演分析和信息化施工服务信息化施工服务1.11.1室内试验室内试验1.21.2模型试验模型试验1.31.3原位测试与现场观测原位测试与现场观测1.4 1.4 试验的检验与验证试验的检验与验证第一章 土工试验及测试13仁者乐山仁

7、者乐山 智者乐水智者乐水第一章第一章 土工试验及测试土工试验及测试 1.11.1室内试验室内试验室内土工试验F剪切类试验仪器剪切类试验仪器 直剪仪、单剪仪、环剪仪直剪仪、单剪仪、环剪仪 F变形参数测定试验变形参数测定试验 侧限压缩仪侧限压缩仪F三轴试验三轴试验F真三轴试验真三轴试验F空心圆柱扭剪试验和方向剪切仪空心圆柱扭剪试验和方向剪切仪F共振柱试验共振柱试验F接触面试验接触面试验14仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水第一章第一章 土工试验及测试土工试验及测试 1.11.1室内试验室内试验 - - 强度测定仪强度测定仪剪切类试验仪器u直剪仪直剪仪 - Direct shear apparatu

8、su单剪仪单剪仪 - Simple shear apparatusu环剪仪环剪仪 - Torsional (Ring) shear apparatus15仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水法国军事工程师，在法国军事工程师，在摩擦、电磁方面做出摩擦、电磁方面做出了奠基性的贡献。了奠基性的贡献。1773年发表了关于土年发表了关于土压力方面论文，成为压力方面论文，成为土压力的经典理论土压力的经典理论库仑库仑（C. A. Coulomb）(1736-1806)第一章第一章 土工试验及测试土工试验及测试 1.11.1室内试验室内试验 - - 强度测定仪强度测定仪16仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水直剪

9、试验历史悠久：历史悠久：1776年年 Coulomb直观、简便、经济直观、简便、经济应力应变条件复杂、不均匀应力应变条件复杂、不均匀排水条件不明确排水条件不明确试样内的变形分布试样内的变形分布PT土样土样S第一章第一章 土工试验及测试土工试验及测试 1.11.1室内试验室内试验 - - 强度测定仪强度测定仪PST仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水直剪试验中的应力状态直剪试验中的应力状态破坏时破坏时 z=P/A xz x O z=P/Ak0 z剪切前剪切前 x=k0 z z=P/A直剪试验中的应力状态直剪试验中的应力状态直剪试验剪切面处的应力状态剪切前剪切前剪切剪切破坏时破坏时 f1 f3第一章

10、第一章 土工试验及测试土工试验及测试 1.11.1室内试验室内试验 - - 强度测定仪强度测定仪18仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水单剪仪Simple shear apparatusC应力状态均匀应力状态均匀C断面积变化不大断面积变化不大C破坏面位置不确定破坏面位置不确定C循环加载与动力试验循环加载与动力试验nh=K0v叠环叠环(圆形或方形圆形或方形)第一章第一章 土工试验及测试土工试验及测试 1.11.1室内试验室内试验 - - 强度测定仪强度测定仪19仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水nh=K0v1f3f破坏状态破坏状态初始状态初始状态单剪试验的应力状态加载过程中，加载过程中， n n和

11、和 h h保保持为常数，持为常数， 不断增加不断增加水平面和竖直面都不一水平面和竖直面都不一定是破坏面定是破坏面竖直面竖直面水平面水平面破坏面破坏面破坏面破坏面第一章第一章 土工试验及测试土工试验及测试 1.11.1室内试验室内试验 - - 强度测定仪强度测定仪20仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水环 剪 仪Torsional (Ring) shear apparatusn顶板旋转顶板旋转下板固定下板固定土样土样剪切面面积不变剪切面面积不变适于测试残余强度，适于测试残余强度，可用同一试样连续作可用同一试样连续作几个正压力的试验几个正压力的试验 第一章第一章 土工试验及测试土工试验及测试 1.1

12、1.1室内试验室内试验 - - 强度测定仪强度测定仪21仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水变形参数测定试验侧限压缩仪OedometerConsolidation test apparatus侧限应力状态侧限应力状态压缩与固结试验压缩与固结试验e-p曲线与曲线与e-lgp 曲线曲线侧限压缩模量：侧限压缩模量：Es压缩系数：压缩系数：a体积压缩系数：体积压缩系数：mv压缩（回弹）指数压缩（回弹）指数Cc、Ce百分表百分表加压上盖加压上盖试样试样透水石透水石环刀环刀第一章第一章 土工试验及测试土工试验及测试 1.11.1室内试验室内试验 - - 变形参数测定仪变形参数测定仪22仁者乐山仁者乐山 智者

13、乐水智者乐水F1930 Casagrande 提出圆柱试样提出圆柱试样F1933 Seffert 用三轴仪研究固结用三轴仪研究固结F1934 Rendulic 用其测定土的强度参数用其测定土的强度参数F1959 黄文熙，汪闻韶研制动三轴试验黄文熙，汪闻韶研制动三轴试验F三轴仪的进展：动三轴、大尺寸三轴仪、高三轴仪的进展：动三轴、大尺寸三轴仪、高压三轴、非饱和土三轴仪、应变路径控制三压三轴、非饱和土三轴仪、应变路径控制三轴仪轴仪.三轴仪的发展第一章第一章 土工试验及测试土工试验及测试 1.11.1室内试验室内试验 - - 三轴仪三轴仪23仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水试样试样围压围压力力 3

14、阀门阀门阀门阀门马达马达横梁横梁量力环量力环百分表百分表量水管量水管孔压孔压量测量测F变形与强度试验变形与强度试验F可控制排水条件可控制排水条件F完整的描述试样受力、完整的描述试样受力、变形和破坏的全过程变形和破坏的全过程F进行不同应力路径试验进行不同应力路径试验F应力状态明确应力状态明确F变形量测简单变形量测简单三轴仪与试验最常用、最基本最常用、最基本的土工试验的土工试验第一章第一章 土工试验及测试土工试验及测试 1.11.1室内试验室内试验 - - 三轴仪三轴仪24仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水 1= 施加周围压力施加周围压力 c c固结固结, , 不固结不固结施加轴向应力施加轴向应力

15、1 1排水排水, ,不排水不排水 c c c c c c c c 123 c c+( )常规压缩试验的应力状态第一章第一章 土工试验及测试土工试验及测试 1.11.1室内试验室内试验 - - 三轴仪三轴仪25仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水26常规三轴试验：常规三轴试验：其中两个主应力通过围压施加（其中两个主应力通过围压施加（ c c），），并且总是相等，另一主应力通过轴压施加（并且总是相等，另一主应力通过轴压施加（ a a）l试样可是圆柱形、也可是长方形试样可是圆柱形、也可是长方形l剪切过程中围压可变化剪切过程中围压可变化l围压可是大主应力，也可是小主应力围压可是大主应力，也可是小主应力常

16、规压缩试验的应力状态第一章第一章 土工试验及测试土工试验及测试 1.11.1室内试验室内试验 - - 三轴仪三轴仪应力状态变化过程的表示方法：应力状态变化过程的表示方法：应力路径应力路径注意：注意：高等土力学与土力学的表示方法不同高等土力学与土力学的表示方法不同仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水27第一章第一章 土工试验及测试土工试验及测试 1.11.1室内试验室内试验 - - 三轴仪三轴仪八面体 3 2xyz 1xyz应力主轴坐标系应力主轴坐标系等倾面等倾面ABC仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水28 1 2 3ABCQOPSP QABC 3 2 1R3/ )(321p213232221)(

17、)()(21q 平均主应力平均主应力 广义剪应力广义剪应力 毕肖甫常数毕肖甫常数b 或应力洛德角或应力洛德角 231321313221tan3()3bb注意与土力学注意与土力学中定义的区别中定义的区别323OQpPQq仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水123ac11()(2)33p222122331acca1()()()2q或n 对于三轴应力状态：两个方向的主应力等于对于三轴应力状态：两个方向的主应力等于 c c 平均主应力平均主应力 广义剪应力广义剪应力 毕肖甫常数毕肖甫常数b 或应力洛德角或应力洛德角 2313213130or 12211tan3()33bb 三轴应力状态变量第一章第一章

18、土工试验及测试土工试验及测试 1.11.1室内试验室内试验 - - 三轴仪三轴仪29仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水 HC ：静水压缩（各向等压）试验：静水压缩（各向等压）试验 2 3 PL ：比例加载试验：比例加载试验： a/ c为常数为常数CTC：常规三轴压缩试验：常规三轴压缩试验 ： 3（围压）为常数（围压）为常数CTE：常规三轴伸长试验：常规三轴伸长试验： 3（轴压）为常数（轴压）为常数 TC ： p为常数为常数三轴压缩试验（轴增围减）三轴压缩试验（轴增围减） TE ： p为常数为常数三轴伸长试验（轴减围增）三轴伸长试验（轴减围增）RTC：减压三轴压缩试验：减压三轴压缩试验： （轴压

19、）为常数（轴压）为常数RTE：减压三轴伸长试验：减压三轴伸长试验： 1 （围压）为常数（围压）为常数三轴试验的应力路径第一章第一章 土工试验及测试土工试验及测试 1.11.1室内试验室内试验 - - 三轴仪三轴仪30 1= c c c c仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水典型三轴试验的应力路径n 常规三轴压缩试验常规三轴压缩试验CTC： 2= 3= c为常数为常数, d c =0）13111d(d2d)d33p131ddddqdd3 1qp q qp p1 13 3三轴压缩三轴压缩 CTCCTC c cp-q图上是斜率图上是斜率为为3/1的直线的直线第一章第一章 土工试验及测试土工试验及测试

20、1.11.1室内试验室内试验 - - 三轴仪三轴仪31仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水三轴伸长三轴伸长 CTECTE3 32 2n 常规三轴伸常规三轴伸(挤挤)长试验长试验CTE： ( 1= 2= c, d c 0）, 3= a为常数为常数cac12d(2dd)d33pcacddddqdd3 2qp p-q图上是斜率图上是斜率为为3/2的直线的直线pq c0c0三轴压缩三轴压缩 CTCCTC典型三轴试验的应力路径第一章第一章 土工试验及测试土工试验及测试 1.11.1室内试验室内试验 - - 三轴仪三轴仪32仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水减压三轴压缩减压三轴压缩 RTC RTC n 减压

21、三轴压缩试验减压三轴压缩试验RTC： ( 1= a为常数为常数, 2= 3= c，d c 1 dN动应变动应变Kc=1uN孔压孔压 dN动荷载动荷载 3 3 1 1固结比固结比Kc= 1/ 3几种特殊的三轴试验n 动三轴试验（强度）动三轴试验（强度） 第一章第一章 土工试验及测试土工试验及测试 1.11.1室内试验室内试验 - - 三轴仪三轴仪45仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水 rdN总应变总应变Kc1N d动应变动应变Kc=1uN孔压孔压u= 3液化液化Nf d=5%动应变动应变Nf rd=10%总应变总应变NfO 3 1ucr do临界孔隙水压力临界孔隙水压力ucr极限平衡极限平衡Nf

22、ucr第一章第一章 土工试验及测试土工试验及测试 1.11.1室内试验室内试验 - - 三轴仪三轴仪n 动三轴试验动三轴试验 - - 破坏标准：破坏振次破坏标准：破坏振次Nf 几种特殊的三轴试验46仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水几种特殊的三轴试验试件试件45面上的动剪应力面上的动剪应力 d（即动应力幅（即动应力幅 do的一半）或的一半）或动应力比动应力比 do/(2 3)与破坏振次与破坏振次Nf间的曲线间的曲线破坏振破坏振次次 lgNf动剪应力动剪应力 dKc=3Kc=1Kc=2第一章第一章 土工试验及测试土工试验及测试 1.11.1室内试验室内试验 - - 三轴仪三轴仪n 动三轴试验动三

23、轴试验 - - 土的动强度曲线土的动强度曲线47仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水几种特殊的三轴试验n 大型三轴试验大型三轴试验 堆石坝材料堆石坝材料 路渣与垫层路渣与垫层 建筑垃圾与生活垃圾建筑垃圾与生活垃圾 矿渣与矿山材料矿渣与矿山材料 试样直径试样直径15cm,30cm, 50cm,70cm, 100cm.第一章第一章 土工试验及测试土工试验及测试 1.11.1室内试验室内试验 - - 三轴仪三轴仪48仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水几种特殊的三轴试验n 大型三轴试验：土石料的尺寸模拟大型三轴试验：土石料的尺寸模拟 基本基本要求：要求： dmax D/5 相似法：各粒径缩小相同的倍数相

24、似法：各粒径缩小相同的倍数 剔除法：简单剔出大粒径部分剔除法：简单剔出大粒径部分 替代法：将大粒径料用另一粒径范围的料替代替代法：将大粒径料用另一粒径范围的料替代 综合法：综合使用上述方法综合法：综合使用上述方法基本原则：基本原则：形成骨架的料的特性不变，和原型形成骨架的料的特性不变，和原型料的力学性质尽可能相同；满足功能要求料的力学性质尽可能相同；满足功能要求第一章第一章 土工试验及测试土工试验及测试 1.11.1室内试验室内试验 - - 三轴仪三轴仪49仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水n 举例：举例：原型料最大粒径原型料最大粒径200mm，三轴试样直径，三轴试样直径300mm试试验用料最

25、大粒径验用料最大粒径dmax=30/560mm 相似法相似法: 所有粒径除以所有粒径除以200/60=3.33 剔除法剔除法: 剔除大于剔除大于60mm粒径的料粒径的料 替代法替代法: 将将200mm-50mm粒径的料粒径的料 用用60mm-5mm粒径的料代替粒径的料代替原级配原级配第一章第一章 土工试验及测试土工试验及测试 1.11.1室内试验室内试验 - - 三轴仪三轴仪50仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水第一章第一章 土工试验及测试土工试验及测试 1.11.1室内试验室内试验 - - 三轴仪三轴仪n 高压三轴试验仪：高压三轴试验仪： 几种特殊的三轴试验F一般的三轴试验围压达到一般的三轴

26、试验围压达到600kPa1MPa， 高压三轴围压可达到高压三轴围压可达到10MPa以上以上F模拟高坝深覆盖层等情况模拟高坝深覆盖层等情况F在高压下，土的应力变形强度有很在高压下，土的应力变形强度有很大不同大不同51仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水几种特殊的三轴试验n 量测小应变三轴试验：量测小应变三轴试验：轴应变轴应变0.00005压力室内量测局压力室内量测局部变形部变形硬土、软岩与原硬土、软岩与原状土试验状土试验与一般三轴试验与一般三轴试验比较，应力应变比较，应力应变关系有很大区别关系有很大区别第一章第一章 土工试验及测试土工试验及测试 1.11.1室内试验室内试验 - - 三轴仪三轴仪5

27、2仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水几种特殊的三轴试验n 量测小应变三轴试验：量测小应变三轴试验：软岩固结不排水三轴试验不同量测方法的应力应变关系软岩固结不排水三轴试验不同量测方法的应力应变关系第一章第一章 土工试验及测试土工试验及测试 1.11.1室内试验室内试验 - - 三轴仪三轴仪53仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水几种特殊的三轴试验第一章第一章 土工试验及测试土工试验及测试 1.11.1室内试验室内试验 - - 三轴仪三轴仪n 非饱和土三轴试验仪：非饱和土三轴试验仪：54费用高，控制吸力，耗时长，费用高，控制吸力，耗时长，仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水 中主应力对于强度中主应力对

28、于强度的影响的影响复杂应力路径上土复杂应力路径上土的应力应变关系的应力应变关系本构关系的验证本构关系的验证真三轴仪和试验改造的真三轴仪改造的真三轴仪盒式的真三轴仪盒式的真三轴仪第一章第一章 土工试验及测试土工试验及测试 1.11.1室内试验室内试验 - - 真三轴仪真三轴仪55仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水n 改装型改装型 新南威尔士大学的劳（新南威尔士大学的劳（Lo）真三轴仪和试验第一章第一章 土工试验及测试土工试验及测试 1.11.1室内试验室内试验 - - 真三轴仪真三轴仪在压力室中加在压力室中加一对侧压力板一对侧压力板56仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水n 改装型真三轴试验仪改装

29、型真三轴试验仪加州理工伯克利分校加州理工伯克利分校 （Lade和和Duncan）真三轴仪和试验第一章第一章 土工试验及测试土工试验及测试 1.11.1室内试验室内试验 - - 真三轴仪真三轴仪57仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水n 盒式真三轴试验仪盒式真三轴试验仪剑桥大学的盒式真三轴仪剑桥大学的盒式真三轴仪 （Hambly和和Pearce）+1-1+2-2+3-3+1-2-3+2-1+3真三轴仪和试验第一章第一章 土工试验及测试土工试验及测试 1.11.1室内试验室内试验 - - 真三轴仪真三轴仪58仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水59真三轴试验仪香港理工大学殷建华教授仁者乐山仁者乐山 智

30、者乐水智者乐水60大型岩土静动真三轴试验机清华大学仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水61项 目指 标备 注竖向载荷最大静态2000kN动态1000kN静态标定量程202000 kN连续精度1%频率03Hz振幅3Hz：2mm可与围压双向振动1Hz：10mm0.1Hz：70mm围压静态20 MPa可与轴压双向振动动态5 MPa、振幅250ml位移最大0150mm连续精度1%体变量程300、1000、10000 ml精度1 ml加载框架竖向刚度5GN/m试样尺寸300700mm、150300mm、100200mm主要规格与技术参数常规三轴试验功能仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水62项 目指 标备

31、注侧向载荷最大静态1000kN动态500kN在静态条件下标定量程101000 kN连续精度1%小主应力静态20 MPa，动态5 MPa采用围压施加频率振幅频率03Hz振幅3Hz：2mm单向振动1Hz：6mm三向振动0.1Hz：20mm三向振动变形变形竖向060mm侧向030mm精度1%体变量程100、800 ml精度1 ml加载框架侧向刚度4GN/m试样尺寸200200400mm、100100200mm主要规格与技术参数真三轴功能主要规格与技术参数真三轴功能仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水xyzxy23tg ）（n 改装型和盒式真三轴仪的主要区别改装型和盒式真三轴仪的主要区别在于在于 x,

32、y, z 三个方向是否独立施加三个方向是否独立施加大、中、小主应力大、中、小主应力zxy改装型真三轴仪，自由面改装型真三轴仪，自由面 x x一一般只为小主应力；般只为小主应力； 板方向板方向 y y不不能单独为小主应力，故无张拉能单独为小主应力，故无张拉时时 在在0 0 120120 之间之间真三轴仪和试验zyx第一章第一章 土工试验及测试土工试验及测试 1.11.1室内试验室内试验 - - 真三轴仪真三轴仪63仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水正常固结粘土的真三轴试验正常固结粘土的真三轴试验n 盒式真三轴仪试验结果盒式真三轴仪试验结果zxyab应力路径应力路径zxyab应变路径应变路径真三轴

33、仪和试验第一章第一章 土工试验及测试土工试验及测试 1.11.1室内试验室内试验 - - 真三轴仪真三轴仪64仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水主应力方向旋转试验第一章第一章 土工试验及测试土工试验及测试 1.11.1室内试验室内试验 - - 主应力方向旋转试验主应力方向旋转试验F一般的应力应变关系：一般的应力应变关系： nm f( ij)F变化六个应力变量（变化六个应力变量（ x, y, z, xy, zy, zx)F或者变化三个主应力三个方向角或者变化三个主应力三个方向角F目前还没有这样的仪器目前还没有这样的仪器65仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水n 空心圆柱扭剪仪空心圆柱扭剪仪主应力方

34、向旋转试验第一章第一章 土工试验及测试土工试验及测试 1.11.1室内试验室内试验 - - 主应力方向旋转试验主应力方向旋转试验 z z c c i i66仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水n 方向剪切仪方向剪切仪主应力方向旋转试验第一章第一章 土工试验及测试土工试验及测试 1.11.1室内试验室内试验 - - 主应力方向旋转试验主应力方向旋转试验67仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水共振柱试验仪F激振激振 共振共振 弹性模量，剪切模量，阻尼比弹性模量，剪切模量，阻尼比F圆柱形、空心圆柱形；圆柱形、空心圆柱形；F一端固定一端自由；一端固定另一端弹簧或阻尼器一端固定一端自由；一端固定另一端弹簧或

35、阻尼器附加质量附加质量试样试样弹簧弹簧阻尼器阻尼器第一章第一章 土工试验及测试土工试验及测试 1.11.1室内试验室内试验 - - 共振柱试验仪共振柱试验仪68仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水共振柱试验仪轴向与侧向不轴向与侧向不等压共振柱等压共振柱各向等压共振柱各向等压共振柱第一章第一章 土工试验及测试土工试验及测试 1.11.1室内试验室内试验 - - 共振柱试验仪共振柱试验仪69仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水接触面试验a)a) 挡土墙与土体挡土墙与土体 b) b) 刚性心墙与坝壳刚性心墙与坝壳c) c) 混凝土面板与堆石体混凝土面板与堆石体 d) d) 坝体与岩石坝肩坝体与岩石坝肩第

36、一章第一章 土工试验及测试土工试验及测试 1.11.1室内试验室内试验 - - 接触面试验仪接触面试验仪70仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水应用最为广泛的接触面特性试验仪器应用最为广泛的接触面特性试验仪器最初常由直剪仪改装而成，现已研制出专最初常由直剪仪改装而成，现已研制出专门的试验仪门的试验仪主要缺点之一是限定了固定单一的剪切面主要缺点之一是限定了固定单一的剪切面 具有多个可能的剪切面具有多个可能的剪切面常采用叠环式，其核心结构为叠放在一起常采用叠环式，其核心结构为叠放在一起的环片和环片间减少摩阻力的机构的环片和环片间减少摩阻力的机构环剪仪、扭剪仪、动三轴仪和共振柱仪等环剪仪、扭剪仪、动三

37、轴仪和共振柱仪等也曾被用于接触面力学特性的试验研究也曾被用于接触面力学特性的试验研究 v直剪型直剪型v单剪型单剪型v其它型式其它型式应用最为广泛的接触面特性试验仪器应用最为广泛的接触面特性试验仪器最初常由直剪仪改装而成最初常由直剪仪改装而成主要缺点之一是限定了固定单一的剪切面主要缺点之一是限定了固定单一的剪切面 具有多个可能的剪切面具有多个可能的剪切面常采用叠环式常采用叠环式环剪仪、扭剪仪、动三轴仪和共振柱仪等环剪仪、扭剪仪、动三轴仪和共振柱仪等也曾被用于接触面力学特性的试验研究也曾被用于接触面力学特性的试验研究 接触面试验第一章第一章 土工试验及测试土工试验及测试 1.11.1室内试验室内试

38、验 - - 接触面试验仪接触面试验仪71仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水土容器车土容器车上翼板上翼板竖向液压缸竖向液压缸竖向荷载传感器竖向荷载传感器水平荷载传感器水平荷载传感器结构面板结构面板法向边界控制法向边界控制液压控制液压控制系统系统竖向位移传感器竖向位移传感器水平位移水平位移传感器传感器有机玻有机玻璃视窗璃视窗轨道轨道液压缸液压缸支架底座支架底座数据采集数据采集系统系统清华大学土与结构接触面循环加载剪切试验机第一章第一章 土工试验及测试土工试验及测试 1.11.1室内试验室内试验- -接触面试验仪接触面试验仪72仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水清华大学单剪接触面试验系统叠环滚针系统

39、叠环滚针系统钢环钢环滚针滚针轴承轴承 法向力法向力散粒体散粒体 1散粒体散粒体 2材料接材料接触界面触界面结构结构面板面板位移传感位移传感器阵列器阵列铁环框铁环框水平力水平力橡皮模橡皮模加压加压活塞活塞位移传感器位移传感器第一章第一章 土工试验及测试土工试验及测试 1.11.1室内试验室内试验- -接触面试验仪接触面试验仪731.11.1室内试验室内试验 1.21.2模型试验模型试验1.31.3原位测试与现场观测原位测试与现场观测1.4 1.4 试验的检验与验证试验的检验与验证第一章第一章 土工试验及测试土工试验及测试74仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水土工模型试验第一章第一章 土工试验及测

40、试土工试验及测试 1.2 1.2 模型试验模型试验F 1g的试验：的试验： 小比尺模型试验小比尺模型试验 足尺试验（足尺试验（n=1)F ng的模型试验：的模型试验： 离心机模型试验离心机模型试验 渗水力模型试验渗水力模型试验75仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水1g土工模型试验n 1g 1g的小比尺试验的小比尺试验 应力应变关系非线性应力应变关系非线性 强度非线性强度非线性 低围压下的剪胀性低围压下的剪胀性 粘聚力无法模拟粘聚力无法模拟 低围压下确定参数困难低围压下确定参数困难F 容易，经济容易，经济F 不能定量不能定量第一章第一章 土工试验及测试土工试验及测试 1.2 1.2 模型试验模型

41、试验 - 1g- 1g模型试验模型试验1/ 3低围压低围压高围压高围压f76仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水n 1g 1g足尺试验足尺试验 结果有说服力结果有说服力 资料宝贵资料宝贵 造价昂贵：造价昂贵：5 5亿美元振动台亿美元振动台“丹佛墙”第一章第一章 土工试验及测试土工试验及测试 1.2 1.2 模型试验模型试验 - 1g- 1g足尺试验足尺试验77仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水离心力模拟重力，使模型内的应力和应变条离心力模拟重力，使模型内的应力和应变条件同现场一致件同现场一致ng土工模型试验n土工离心机模型试验（土工离心机模型试验（Centrifuge）F优点：优点：应力应变相等

42、；变形相似；破坏机理及现应力应变相等；变形相似；破坏机理及现象相同象相同F缺点：缺点：应力场不均匀；材料模拟：土颗粒、薄板应力场不均匀；材料模拟：土颗粒、薄板片；比尺的不一致；有时边界条件难以模拟片；比尺的不一致；有时边界条件难以模拟F发展：发展：固结、入桩、冻土、基坑开挖、坝体填筑、固结、入桩、冻土、基坑开挖、坝体填筑、地震、降雨、喷锚地震、降雨、喷锚.第一章第一章 土工试验及测试土工试验及测试 1.2 1.2 模型试验模型试验 - ng- ng模型试验模型试验78仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水ng土工模型试验n土工离心机模型试验（土工离心机模型试验（Centrifuge）平衡重平衡重吊

43、篮吊篮转臂转臂转轴转轴滑环滑环闭路电视闭路电视计算机计算机数采系统数采系统第一章第一章 土工试验及测试土工试验及测试 1.2 1.2 模型试验模型试验 - ng- ng模型试验模型试验79仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水ng土工模型试验n 清华大学清华大学50gT50gT土工离心机和振动台土工离心机和振动台第一章第一章 土工试验及测试土工试验及测试 1.2 1.2 模型试验模型试验 - ng- ng模型试验模型试验80仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水土工离心机试验土工离心机试验中的比尺因素中的比尺因素第一章第一章 土工试验及测试土工试验及测试 1.2 1.2 模型试验模型试验 - ng-

44、ng模型试验模型试验81仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水ng土工模型试验n 渗水力模型试验渗水力模型试验F优点：优点：方便，经济，简单方便，经济，简单F缺点：缺点：土的限制，地面齐平，饱和土土的限制，地面齐平，饱和土F应用：应用：浅基础，单桩，动力实验浅基础，单桩，动力实验LjL 1i1ijgngnw 第一章第一章 土工试验及测试土工试验及测试 1.2 1.2 模型试验模型试验 - ng- ng模型试验模型试验82仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水ng土工模型试验渗水力模型试验渗水力模型试验第一章第一章 土工试验及测试土工试验及测试 1.2 1.2 模型试验模型试验 - ng- ng模型试验

45、模型试验831.11.1室内试验室内试验 1.21.2模型试验模型试验 1.31.3原位测试与现场观测原位测试与现场观测1.4 1.4 试验的检验与验证试验的检验与验证第一章第一章 土工试验及测试土工试验及测试84仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水第一章第一章 土工试验及测试土工试验及测试 1.3 1.3 原位测试与现场观测原位测试与现场观测原位测试与现场观测F平板载荷试验平板载荷试验F静力触探静力触探F动力触探动力触探F十字板剪切试验十字板剪切试验F旁压试验旁压试验F螺旋载荷板（螺旋载荷板（SPC）与钻孔剪切仪（）与钻孔剪切仪（BST）F物探试验物探试验F原型观测原型观测85仁者乐山仁者乐山

46、 智者乐水智者乐水第一章第一章 土工试验及测试土工试验及测试 1.3 1.3 原位测试与现场观测原位测试与现场观测平板载荷试验Plate Loading TestIs)1(pbE2 oa段：段：86仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水第一章第一章 土工试验及测试土工试验及测试 1.3 1.3 原位测试与现场观测原位测试与现场观测平板载荷试验糯扎渡现场碾压糯扎渡现场碾压平板载荷试验平板载荷试验87仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水第一章第一章 土工试验及测试土工试验及测试 1.3 1.3 原位测试与现场观测原位测试与现场观测静力触探Static Sounding（Static Cone Penet

47、ration Test) n 将将金属探头金属探头用静力压入土中，用静力压入土中，通过测定探头所受阻力，分通过测定探头所受阻力，分析确定土的某些定量指标。析确定土的某些定量指标。如砂土的密实度、粘土的不如砂土的密实度、粘土的不排水强度等排水强度等n 单桥探头：单桥探头：测定总阻力测定总阻力双桥探头：双桥探头：分别测定锥底和分别测定锥底和侧壁阻力侧壁阻力88仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水第一章第一章 土工试验及测试土工试验及测试 1.3 1.3 原位测试与现场观测原位测试与现场观测动力触探Dynamic Penetration Test n 动力触探是用一定重量的击锤，从规定高度自动力触探是

48、用一定重量的击锤，从规定高度自由落下，击打插入土中的探头，测定使探头贯由落下，击打插入土中的探头，测定使探头贯入土中一定深度所需要的击数。以此确定被测入土中一定深度所需要的击数。以此确定被测土的物理力学性质。按使用土层不同可分为土的物理力学性质。按使用土层不同可分为：F标准标准贯入试验贯入试验F轻型轻型触探试验触探试验 F重型重型触探试验触探试验 89仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水Standard Penetration Test（SPT)第一章第一章 土工试验及测试土工试验及测试 1.3 1.3 原位测试与现场观测原位测试与现场观测标准贯入试验F适用于一般粘性土和砂土地基适用于一般粘性土

49、和砂土地基F击锤质量为击锤质量为63.5kg，落距，落距76cmF以探头贯入以探头贯入30cm的击数的击数N为贯为贯入指标入指标F用以判断砂土的密实度、饱和用以判断砂土的密实度、饱和砂土的液化可能性和地基的承砂土的液化可能性和地基的承载力等载力等 90duang仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水Vane Shear Test （VST)第一章第一章 土工试验及测试土工试验及测试 1.3 1.3 原位测试与现场观测原位测试与现场观测十字板剪切试验M fv fhDH HM假定土体为各向同假定土体为各向同性，性， fh= fv= f：)H3D(2DM2maxf 对饱和软粘土，对饱和软粘土， f相当于

50、不排水相当于不排水强度强度cu 91仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水第一章第一章 土工试验及测试土工试验及测试 1.3 1.3 原位测试与现场观测原位测试与现场观测十字板剪切试验F在软粘土地基中，十字板剪切试验是测在软粘土地基中，十字板剪切试验是测定现场土体强度指标的常用方法。经勘定现场土体强度指标的常用方法。经勘查，某工程的地基为饱和正常固结粘土查，某工程的地基为饱和正常固结粘土层，为了测定该土层的现场强度指标，层，为了测定该土层的现场强度指标，进行了现场十字板剪切试验，由于该土进行了现场十字板剪切试验，由于该土层已经在其自重应力下固结，所以试验层已经在其自重应力下固结，所以试验得到的应是得到的应是固