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T0144-1993不固结不排水试验

关键字: T0144-1993不固结不排水试验日期: 2021-2-3 9:26:27 点击 12329 次

JTG 3430—2020《公路土工试验规程》----25 三轴压缩试验

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2.测试方法：
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T0144-1993不固结不排水试验

1 目的和适用范围
1.1 不固结不排水（UU）试验是在施加周围压力和增加轴向压力直至破坏过程中均不允许试样排水。
1.2 本试验适用于测定细粒土和砂类土的总抗剪强度参数cu、φu。
2 仪器设备
2.1 三轴压缩仪：应变控制式（图T 0144-1），由周围压力系统、反压力系统、孔隙水压力量测系统和主机组成。
图 T0144-1 应变控制式三轴压缩仪示意图
1—试验机；2—轴向位移计；3—轴向测力计；4—试验机横梁；5—活塞；6—排气孔；7—压力室；8—孔隙压力传感器；9—升降台；10—手轮；11—排水管；12—排水管阀；13—周围压力；14—排水管阀；15—量水管；16—体变管阀；17—体变管；18—反压力2.2 附属设备：包括击实器、饱和器、切土器、分样器、切土盘、承膜筒和对开圆模，应符合下列各图要求：
2.2.1 击实器（图T 0144-2）和饱和器（图T 0144-3）。
2.2.2 切土盘（图T 0144-4）、切土器（图T 0144-5）和原状土分样器（图T 0144-6）。
2.2.3 承膜筒（图T 0144-7）及对开圆模（图T 0144-8）。
2.3 百分表：量程3cm。
2.4 天平：感量0.01g。
2.5 橡皮膜：应具有弹性，厚度应小于橡皮膜直径的1/100，不得有漏气孔。
3 仪器检查
3.l 周围压力的测量精度为满量程的1%，测读分值为5kPa。
3.2 孔隙水压力系统内的气泡应完全排除。系统内的气泡可用纯水施加压力使气泡上升至试样顶部沿底座溢出，测量系统的体积因数应小于1.5×10-5cm3/kPa。
3.3 管路应畅通，活塞应能滑动，各连接处应无漏气。
3.4 橡胶膜在使用前应仔细检查，方法是在膜内充气，扎紧两端，然后在水下检查有无漏气。
4 试样制备
4.1 本试验需3～4 个试样，分别在不同周围压力下进行试验。
4.2 试样尺寸：最小直径为35mm，最大直径为101mm，试样高度宜为试样直径的2～2.5倍，试样的最大粒径应符合表T 0144-1 规定。对于有裂缝、软弱面和构造面的试样，试样直径宜大于60mm。
表T0144-1 试样的土粒最大粒径
试样直径Ф(mm)允许最大粒径(mm)

试样直径Ф(mm)	允许最大粒径(mm)
Ф＜100	试样直径的1/10
Ф≥100	试样直径的1/5

4.3 原状土试样制备：根据土样的软硬程度，分别用切土盘和切土器按4.2 规定切成圆柱形试样，试样两端应平整，并垂直于试样轴，当试样侧面或端部有小石子或凹坑时，允许用削下的余土修整，试样切削时应避免扰动，并取余土测定试样的含水率。
4.4 扰动土试样制备：根据预定的干密度和含水率，按本规程T 0102 试验的第1 条规定备样后，在击实器内分层击实，粉质土宜为3～5 层，黏质土宜为5～8 层，各层土样数量相等，各层接触面应刨毛。 4.5 对于砂类土，应先在压力室底座上依次放上不透水板、橡皮膜和对开圆膜。将砂料填入对开圆膜内，分三层按预定干密度击实。当制备饱和试样时，在对开圆膜内注入纯水至1/3 高度，将煮沸的砂料分三层填入，达到预定高度。放上不透水板、试样帽、扎紧橡皮膜。对试样内部施加5kPa 负压力，使试样能站立，拆除对开膜。
4.6 对制备好的试样，量测其直径和高度。试样的平均直径0 D 按下式计算：
        D1+2D2+D3
D0=--------------------     （T 0144-1）
        4
 式中：D0——试样的平均直径，计算到0.1mm。
D1、D2、D3 ——分别为试样上、中、下部位的直径（mm）。
5 试样饱和
5.1 抽气饱和
按本规程T 0102 试验的第8 条规定进行。
5.2 水头饱和
  将试样装于压力室内，施加20kPa 周围压力。水头高出试样顶部1m，使纯水从底部进入试样，从试样顶部溢出，直至流入水量和溢出水量相等为止。当需要提高试样的饱和度时，宜在水头饱和前，从底部将二氧化碳气体通入试样，置换孔隙中的空气，再进行水头饱和。5.3 反压力饱和试样要求完全饱和时，应对试样施加反压力。反压力系统与周围压力相同，但应用双层体变管代替排水量管。试样装好后，调节孔隙水压力等于101.325kPa（大气压力），关闭孔隙水压力阀、反压力阀、体变管阀，测记体变管读数。开周围压力阀，对试样施加10～20kPa的周围压力，开孔隙压力阀，待孔隙压力变化稳定，测记读数。关空隙压力阀。开体变管阀和反压力阀，同时施加周围压力和反压力，每级增量30kPa，缓慢打开空隙压力阀，检查孔隙水压力增量，待孔隙水压力稳定后测记空隙水压力和体变管读数，再施加下一级周围压力和反压力。每施加一级压力都测定孔隙水压力。当孔隙水压力增量与周围压力增量之比Δu/Δσ3＞0.98 时，认为试样达到饱和。
6 试验步骤
6.1 在压力室底座上依次放上不透水板、试样及试样帽，将橡皮膜套在试样外，并将橡皮膜两端与底座入试样帽分别扎紧。
6.2 装上压力室罩，向压力室内注满纯水，关排气阀，压力室内不应有残留气泡。并将活塞对准测力计和试样顶部。
6.3 关排水阀，开周围压力阀，施加周围压力，周围压力值应与工程实际荷载相适应，最大一级周围压力应与最大实际荷载大致相等。
6.4 转动手轮，使试样帽与活塞及测力计接触，装上变形百分表，将测力计和变形百分表读数调至零位。
7 试样剪切
7.1 剪切应变速率宜使试样轴向应变在每分钟0.5%～1%。
7.2 开动马达，接上离合器，开始剪切。试样每产生0.3%～0.4%的轴向应变，测记一次测力计读数和轴向应变。当轴向应变大于3%时，每隔0.7%～0.8%的应变值测记一次读数。
7.3 当测力计读数出现峰值时，剪切应继续进行至超过5%的轴向应变为止。当测力计读数无峰值时，剪切应进行到轴向应变为15%～20%。
7.4 试验结束后，先关闭周围压力阀，关闭马达，拨开离合器。倒转手轮，然后打开排气孔，排除受压室内的水，拆除试样，描述试样破坏形状，称试样质量，并测定含水率。
8 结果整理
8.1 轴向应变按下式计算：
  △h1
e1=---------- （T 0144-2）
       h0
式中： e1 ——轴向应变值（%）；
Δhi ——剪切过程中的高度变化（mm）；
H0 ——试样初始高度（mm）。
8.2 试样面积的校正按下式计算：
     A0
 Aa=-------------       （T 0144-3）
          1-e1
式中：Aa——试样的校正断面积（cm2）；
A0 ——试样的初始断面积（cm2）。
8.3 主应力差按下式计算：
           CR
ρ1-ρ3=------------×10  （T 0144-4）
           Aa
式中：ρ1——大主应力（kPa）；
ρ3——小主应力（kPa）；
C ——测力计校正系数（N/0.01mm）；
R ——测力计读数（0.01mm）。
8.4 轴向应变与主应力差的关系曲线应在直角坐标纸上绘制。
以（ρ1–ρ3）的峰值为破坏点，无峰值时，15%轴向应变时的主应力差值作为破坏点。法向应力为横坐标，剪应力为纵坐标，在横坐标上以为圆心，为半径，（f注脚表示破坏），t-ρ应力平面图上绘制破损应力图，并绘制不同周围压力下破损应力圆的包线。求出不排水度参数（图T 0144-9）。图T 0144-9 不固结不排水剪强度包线8.5本试验记录格式如表T 0144-1、表T 0144-2 和表T 0144-3。表 T 0144-1 三轴压缩试验记录（一）
工程名称              土样编号               土样说明
试验方法      UU      试验者               试验日期
试样状态记录周围压力（kPa） 350初始的固结后剪切后反压力ｕ0 （kPa）
直径D （cm） 3.91 周围压力下的孔隙水压力高度hL（cm） 8.00 7.96 6.80 孔隙水压力系数3 B 
面积A（cm2） 12.00 11.76 6.90
体积V（cm3） 96.00 93.60 破坏应变εf（%） 6.9
质量m（g） 188.54 192.50 193.21 破坏主应力差（σ1-σ3）（kPa） 101
密度（g/cm3） 1.96 2.06 破坏大主应力σ1f 201干密度ρd （g/cm3） 1.60 破坏孔隙水压力系数试样含水率记录初始的剪切后相应的有效大主应力σ1＇（kPa） 148
盒号相应的有效小主应力σ3＇（kPa） 47盒质量（g） 10 10 最大有效主应力比
盒+湿土质量（g） 21.86 22.43湿土质量（g） 11.86 12.43 193.21 破坏点选值准则
max’3’1盒+干土质量（g） 19.63 20.12干土质量（g） 9.63 10.12 153.90 孔隙水压力系
水质量（g） 2.23 2.31 39.31饱和度Sr 86.3 试样破坏情况描述呈鼓状破坏表 T 0144-2 三轴压缩试验记录（二）（反压力和固结过程）土样编号试验者校核者固结周围压力 100kPa 计算者试验日期加反压力过程注： ①体变量（-）号表示排水，（+）号表示吸水。
②本试验因加反压力，故固结时不用排水量管。表 T 0144-3 三轴压缩试验记录（三）
土样编号试验方法 UU 周围压力 100kPa 试验者计算者校核者试验日期固结下沉量 h=0.04cm测力计校正系数 C=7.455N/0.01mm 剪切速率 0.08mm/min固结后高度 hc=7.96cm 固结后面积 Ac=11.76cm2轴向变形读数(0.01mm)轴向应变cihh 1 
9 报告
9.1 土的性状描述。
9.2 总抗剪强度参数：黏聚力cu（kPa）、内摩擦角φu（º）。

条文说明

1 不固结不排水（UU）试验通常用3～4个圆柱形试样，分别在不同恒定周围压力（即小主应力ρ3）下，施加轴向压力（即主应力差（ρ1–ρ3））进行剪切，直至破坏，在整个过程中，不允许试样排水。
2 三轴仪由压力室、周围压力系统、轴向加压系统、孔隙水压力量测系统以及试样体积变化量测设备等组成。
  按轴向加压的不同，三轴仪分为应变控制式和应力控制式两种。前者操作方便，应用广泛，故本规程规定采用此种仪器。
3 试验前要求对仪器进行检查，以保证施加的周围压力能保持恒压。孔隙水压力量测系统应无气泡。仪器管路应畅通，无漏水现象。
4 试样的允许尺寸及最大粒径是根据国内现有的三轴仪压力室确定的。国产三轴仪试样尺寸为Ф39.1mm，Ф61.8mm，Ф101mm，但从国外引进的三轴仪试样尺寸最小为35mm，故本规程规定试样直径为Ф35～Ф101mm。试样的最大允许粒径参照国内外标准，规定为试样直径的1/10及1/5，以便扩大适用范围。原状土试样制备用切土器切取即可。对扰动试样，可采用压样法和击样法。压样法制备的试样均匀，但时间较长，故通常采用击样法制样，击锤的面积宜小于试样面积。在击实分层方面，为使试样均匀，层数多，效果好，故本规程规定黏质土为5～8层，粉质土为3～5层。
砂类土的试样制备通常有干样制备和煮沸制备两种。前者可测定干燥状态砂类土的强度。也可以在试样成型后注水饱和，以测定饱和状态下砂类土的强度。
5 饱和的方法有抽气饱和、浸水饱和、水头饱和及反压饱和，根据不同土类和要求饱和度而选用不同的方法。通常对黏性土采用抽气饱和，粉土采用浸水饱和，砂性土采用水头饱和，渗透系数小于1*10-7cm/s的黏土采用反压饱和等。
6 对试样施加的周围压力应尽可能与土体现场的压力一致。对于高路堤或其他荷载较大的工程，由于仪器性能的限制，不能对试样施加较大的周围压力，故规程也允许用较小的周围压力进行试验。
7 就不固结不排水试验而言，如不测孔隙水压力，在通常的速率范围内对强度影响不大，故可根据试验方便的原则来选择剪切速率，本试验建议应变速率为每分钟应变0.5％～1.0％。
8 由于不同土类的破坏特性不同，不能用一种标准来选择破坏标准。试验中规定采用最大主应力差、最大主应力比和有效应力路径的方法来确定强度的破坏值。当试验中无明显破坏值时，为了简单，采用应变为15％时的主应力差作为破坏值。当出现峰值后，再进行5％后停止试验；若测力计读数无明显减少，则垂直应变应进行到20％。

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