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T0145-1993固结不排水试验

关键字: T0145-1993固结不排水试验日期: 2021-2-3 9:25:12 点击 12267 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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T0145-1993固结不排水试验

1 目的和适用范围
1.1 固结不排水（CU 或CU）试验是使试样先在某一周围压力作用下排水固结，然后在保持不排水的情况下，增加轴向压力直至破坏。
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Ccu、𝜑cu，有效抗剪强度参数′、和孔隙压力系数。
2 仪器设备
固结不排水试验所用的主要仪器设备，应符合本规程T0144 试验第2条规定。
3 试验前仪器检查以及试样制备、试样饱和应按本规程T0144 试验第3条、4条和第5条的相关规定进行。
4 试样安装
4.1 开孔隙水压力阀和排水阀，对孔隙水压力系统及压力室底座充水排气后，关孔隙水压力阀和排水阀。压力室底座上依次放上透水板、滤纸、试样及试样帽。对渗透性低于1*10-6cm/s 的黏土试样，为加快固结时间，在试样周围竖向间隔贴上浸湿的滤纸条。套上橡皮膜，将橡皮膜下端与底座扎紧。从试样底部充水，排除试样与橡皮膜之间的气泡，并将橡皮膜上部与试样帽扎紧。降低排水管，使管内水面位于试样中心以下20～40cm，吸除余水，关排水阀。需要测定应力应变时，应在试样与透水板之间放置中间夹有硅脂的两层圆形橡皮膜，膜中间应留直径为1cm 的圆孔排水。
4.2 安装压力室罩，充水，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。提高排水管，使管内水面与试样高度的中心齐平，测记排水面读数。
4.3 开孔隙水压力阀，使孔隙水压力值等于大气压力，关闭孔隙水压力阀。
4.4 按本规程T 0144 试验第6 条规定施加周围压力。调整轴向压力、轴向应变和孔隙水压力为零点，并记下体积变化量管的读数。当需施加反压力时，按本规程T 0144 试验5.3条步骤施加。
5 试样排水固结
5.1 开孔隙水压力阀，测定孔隙水压力。开排水阀。当需要测定排水过程时，按0s、15s、1min、2min、4min、6min、9min、12min、16min、20min、25min、35min、45min、60min、90min、2h、4h、10h、23h、24h，测记排水管水面及孔隙水压力值，直至孔隙水压力消散95%以上。固结完成后，关排水阀，测记排水管读数和孔隙水压力读数。
5.2 微调压力机升降台，使活塞与试样接触，此时轴向变形百分表的变化值为试样固结过程中由于体积压缩引起的高度变化。
6 试样剪切
6.1 将轴向测力计、轴向变形百分表和孔隙水压力读数均调整至零。
6.2 选择剪切应变速率，进行剪切。黏质土每分钟应变为0.05%～0.1%；粉质土每分钟应变为0.1%～0.5%。
6.3 轴向压力、孔隙水压力和轴向变形，按本规程T 0144 的第7.2 条和7.3 条测记。
6.4 试验结束，关电动机和各阀门，开排气阀，排除压力室内的水，拆除试样，描述试样破坏形状。称试样质量，并测定含水率。
7 结果整理
7.1 试样固结的高度计算：
按实测固结下沉计算试样固结后的高度hc=ℎ0−Δℎc􀯖 （T 0145-1）
按等应变简化式计算试样固结后的高度（T 0145-2）
式中： hc——试样固结后的高度（cm）；
ΔV —— 试样固结后与固结前的体积变化（cm3）。
V0—— 试样初始体积（cm3）
7.2 试样固结后的面积按下式计算：
按实测固结下沉计算试样的固结后面积（T 0145-3）
按等应变简化式计算试样的固结后面积A A c （T 0145-4）
式中： c A ——试样固结后的断面积（cm2）。
7.3 剪切时试样的校正面积按下式计算：A （T 0145-5）
7.4 主应力差按下式计算：（T 0145-6）
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）。
7.5 有效主应力比按下列公式计算。
7.5.1 有效大主应力：   （T 0145-7）
式中： ρ1 ——有效大主应力（kPa）；
u ——孔隙水压力（kPa）。
7.5.2 有效小主应力：
  ρ3=ρ3-u （T 0145-8）
7.5.3 有效主应力比：（T 0145-9）
7.6 孔隙水压力系数按下列公式计算：
7.6.1 初始孔隙水压力系数：
          U0
B=--------------------  （T 0145-10）
          ρ3
式中： B ——初始孔隙水压力系数；
U0 ——初始周围压力产生的孔隙水压力（kPa）。
7.6.2 破坏时孔隙水压力系数：（T 0145-11）
式中： Af ——破坏时的孔隙水压力系数；
uf ——试样破坏时，主应力差产生的孔隙水压力（kPa）。
7.7 轴向应变与主应力差的关系曲线按图T 0145-1 绘制。
7.8 轴向应变与有效主应力比的关系曲线按图T 0145-2 绘制。
7.9 轴向应变与孔隙水压力的关系曲线按图T 0145-3 绘制。
图T0145-1 土应力差与轴向应变的关系曲线图T0145-2 有效主应力比与轴向应变的关系曲线7.10 有效应力路径曲线按图T 0145-4 绘制，并计算有效内摩擦角和有效黏聚力。图T0145-3 孔隙水压力与轴向应变的关系曲线图T0145-4 应力路径曲线有效内摩擦角按下式计算：
φ=sin-1tga （T 0145-12）
式中：  φ——有效内摩擦角；
α——应力路径图上破坏点连线的倾角。
有效黏聚力按下式计算：
         d
C=-----------------  （T 0145-13）
        cosφ
式中：c’——有效黏聚力（kPa）；
d ——应力路径图上破坏点连续在纵坐标轴上的截距（kPa）。
7.11 破坏应力圆、内摩擦角和黏聚力的确定，根据轴向应变与主应力差的关系曲线在直角坐标纸上绘制。
以（ρ1–ρ3）的峰值为破坏点，无峰值时，取15%轴向应变时的主应力差值作为破坏
点。以法向应力为横坐标，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），在 - 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。求出不排水强度参数（图T 0145-5）。图T 0145-5 固结不排水剪强度包线
7.12 有效内摩擦角和有效黏聚力，应以为圆心，为半径绘制有效破损应力圆确定（图T 0145-6）。
图T0145-6 固结不排水剪强度包线
7.13 本试验记录格式如表T 0144-1、表T 0144-2 和表T 0144-3。
8 报告
8.1 土的性状描述。
8.2 总抗剪强度参数Ccu，φcu。
8.3 有效抗剪强度参数c’，φ’。
8.4 孔隙水压力系数Af 。

条文说明

1 固结不排水试验中测定孔隙水压力可求得土的有效强度指标，以便进行土体稳定的有效应力分析。试验中同时能测得总应力强度指标。
4 在试样两端涂硅脂，可以减少端部摩擦，有利于试样内应力分布均匀，孔隙水压力传递快。
橡皮膜对试验结果的影响有两方面：一方面是它的约束作用使试样强度增大；另一方面是膜的渗漏改变试样的含水率。是否对橡皮膜进行校正，根据试验的精度要求及橡皮膜影响大小而定，规程未作明确规定。对于常规的、不大的周围压力下进行短期试验（如一日内完成），可不考虑橡皮膜的渗漏影响。
6 对于不同土类选择不同的剪切速率，目的是使剪切过程中形成的孔隙水压力均匀增长，能测得比较符合实际的孔隙水压力。三轴压缩试验中，黏质土和粉质土剪切速率相差较大，故分别规定。砂类土的剪切速率以试验方便为准，可在每分钟应变0.5％～1.0％左右。
7 固结后的试样高度及面积按实际的垂直变形量和排水量两种方法计算。鉴于试验过程中，装样时有剩余水分存在，而且垂直变形也不易测准确，因此，本规程建议采用两种方法。后一种方法是根据等应变条件推导而得，并认为饱和试样固结前后质量之差即为体积之差。剪切过程中的校正面积按平均断面计算剪损面积。

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