SL 237-017-1999 土工试验规程-三轴压缩试验.pdf

1、UDC p SL 中华人民土工试验规程Specification of soil test 1999-03-25发布1999-04斗5实施中华人民共和国水利部发布中华人民共和国行业标准土工试验规程Specf;cation 01 so;1 test SL237-1999 主编单位z南京水和j科学研究院批准单位z中华人民共秘密水利部施行日期，1999年4月15日中华人民共和勇水利部关于批准发布土工试验规程)SL237-1999的通知水国科1999J139号根据部水利水电技术标准制定、修订计划，由水利部国际合作与科技司主持，以南京水利科学研究院为主编单位修订的主工试验规程，经审查批准为水利行业标准，

2、并予以发布。标准的名称和编号为2主工试验规程SL237-1999o 本标准实施后取代S0128-84，SD128-86 , SD128-87及SDSOl-79 ，包括室内常规土工试验、土始影胀性试验、.土始变形参数试验、土的动力试验、冻土物理性试验、土豹原位试验、粗颗粒土试验和土约化学位试验等内容，涵盖了一般工程土及黄土、膨胀土、盐溃主、红土和冻土等特殊土所需的试验项吕，比较全面地反映了土工试验的内容。本次修订，与原规程相比，增加了引用标准一章多在仪器设备中，增加了仪器设备的检定和校准一节s在楼录中，培加了试验数据的整理与成果报告和室内土工仪器通用要求飞并按标准编写规定的要求.将试验说明书改为

3、条文说明二本标准主编单位=南京水和j科学研究院本标准参编单位2申蜀水和j水电科学研究院长江科学院水利部东北勘测设计院本标准主要起草人:盛树馨窦宣掏秀珍朱思萤徐4自孟李青云郭照灵何晓民三黯压缩试验SL237-017-1999 1 I部和适用范围1. 0.1 三轴压缩试验是测定土的抗剪强度的一种方法，它通常用34个部柱形试样，分裂在不同的恒定周围压力那小主应力，)下，施加轴向压力三部产生主应力差阳1a3汀，进行剪切直至破坏a然后根据摩尔库仓理论，求得抗剪强度参数。1.0.2 本规程适用于测定级位土和砂类土的总统剪强度参数和有效抗剪强度参数。根据排水条件的不阂，本试验分为不愿结不排水剪CUU);Ui

4、I结不排水剪(CU或已U)和团结排水剪(CD)等3种试验类型。1 不面结不排水剪CUU)试验是在施加周恩压力和增加轴向压力宣至破坏过程中均不允许试样排水。本试验可以测得总抗剪强度参数c弘。2 囡结不排水剪(CU或CU)试验是试样先在某一周围压力作用下排水困结，然后在保持不排水的情况下，增加轴内压力直至破坏。本试验可以事哥德总抗剪强度参数c或有效抗剪强度参数c、和孔隙压力系数。3 囡结排水剪(CD)试验是试祥先在某一题围压力作用下排水困童言，然后在允许试祥充分排水的情况下增加轴向压力直到破坏，本试验可以测得有效抗剪强度参数Cd、于旨和变形参数。2弓IJIl标准GB4540-84 cm3/ kPa

5、o 3.3.3排水管路JJ;i.通畅。活塞在轴套内应能自由滑动，各连接处应元漏水漏气现象。俊仪器检查完毕，关周雷压力阀、孔撞去压力饲和排水间.以备使用。3.3.4 橡皮膜在使用前应仔细检查。其方法是扎紧两端，在原内充气，然后沉入水下检查应无2 压力室底座，2 透水1&，3 毒草梓霞模气泡溢出。(酶片合成)，4嚣箍，5像主主巍，3. 3. 5 仪器检查始各项结果应6一事草皮圈符合SLl18一町的规定。152 4操作步骤4. 1 试样豁备4. 1.1 试祥尺寸应符合下列要求。试样高度H与直径D之比(H/D)!ill为2.在-2.5.对于有裂隙、软弱面或构造面的试样，室径D宜采用101mmo 4.

6、1. 2 原状土试样部备。E 对于较软的土样，先用钢丝锯或lllJ土刀切琅稍大于规定尺寸始土柱，放在切土盘跑上、下圆盘之间，见图3.1.2-30再用钢丝锯或自j十万褒4.1. 1 土样鞋径与法样重径的关系表试样直径D允许粒径d白白(mm) 39. 1 1 d .1.L.7.h. 蜀结排水剪过样体署在V三=h(cm3) e 163 表中A必hLJ.V一固结靠挎F水量实事溅曹或试草签童言前吉后试样E质量量差换算, C8333 A军排水剪中剪切时的试祥体积变化，按体变营或排水管读数求得cm3事轴向应变，才不愿结不排水剪中的1等于苦，窗络不排水剪及面结排水剪中的l等于号); LJ.hi 试祥剪切时高度

7、变化，由输向位移计测得(cm)，为方便起见，丐预先绘锐Ah，及LJ.V A.，的关系线备用。5.1.2 按式(5.1. 2)计算主应力差(01-(13入CR 1- (13) =互丁X10 式中f 相应辑有效大主应力a，(kPa) 相应抱有数小主应力町(kPa) 最大有效主应力比i i S4JE L rmaa且孔隙压力1.数Af= U-f f B(11 - 03) 呈鼓软破坏OI 169 土样编号属!l1l压力试验者JlIl反压力过程周恩压力;灵压力在隙压力孔隙压力时向增量， u !u (kPa) (kPa) (kPa) (kPa) 170 褒6.1).1-2三蝙庭结试祥体飘变化说羽撞撞读数棒变

8、量结果(cmJ) (cm3) 这验记录袤冒皇结量管过程孔E在压力计算者校核者试验吕魏体变营时部| (min) 读数排本量读数压力古董l读数体变锺(kPa) (kPa) I (c四巧(cm3) 说魏171 主样编号试验方法试验日期题围压力s剪费应变速率z暴力计率定革数z输?每变糙I每应变法样校正军E袭数后面积Llh. Llh. l =h; A, A. (0.01 Z mm) C%l (cm斗172 襄6.0.1-3三辐压结kP. mrn/m白N/O.Ol mm 主应力差孔猿压力事睡力廿大主应力表婆数(01 - 0,) I = (Uj一可压力锺R RC OJ) + q =4Aa 1 读数(0.1

9、mm) (kPa) (kPa) (kPa) 4 斌喜盘记录襄试验者计算者按核者医结下沉量z品=医结后荔度:h=医结后窜积，A.试挥悻我变化排卓管体积变化捧出;体变量读数水量读数(cmS) (cmJ) cm m cm 有效大有敢小有效主。1-03dl+d:t a，十a，主应力主应力M力比z 2 2 i 3 。2(kPa) (kPa) ., (kPa) (kPa) (kPa) 、173 附aE、模型参数的资料整理3. 1 切线弹性模量和销量是法松比的计算a.1.0.1 按下列两式计算切线弹性模量zI , . r _ R叫一)心一副nq)l E ,=kpaiEf jx|I-JA a二=1 p.1 L

10、 - 2ccos9+ 2c内Slll9J (a. L O. 1-1) f-山一，-S一:一叫1-但-U)f R (a. L O. 1-2) 式中E, 切线弹性模量，kPa; ，一一周围压力，kPa; P. 大气压力，kPa; Rf 破坏比，数值小于1; p一一士的内摩擦角，e); 6 土的粘聚力，主Pa;K、n试验常数。a. 1. O. 2 切线泊松比按下列两式计算g卢4二三旦旦(1 A) (a. L O. 2-1) A= D(，1 - 03) 一( , r. Rj(l ) 1 EJ=KJbaj-i!x i1-Jdr1 P.I L. 2ccos9 + 2a,sin9 J b.l b , 1.

11、O. 1 (b. 1- 0, 1-1) 177 r一不同町作用下的初始泊松比gG、F由p;lga3关系曲线求得。式也.1-0.1)和式包，1. 0，幻中共有8个参数-K、n、岛、c，9、G、D、尔包线确定，如本规程图5，2. 3-3。R.= (01 - ( 3 )f f-57丁(3)，.，;.1式中E, 切线弹性模量，kPa; a, 周围压力，kPa; p. 大气压力，kPa; Rf一一一破坏比，数值小于1，?一一土的内摩擦角，(); c 土的粘聚力，kPa; k、n一一一试验常数。b. 1. O. 2 切线体积模量按式(b.1. O. 2)计算=Bz=kda(2广式中B, 切线体积模蠢，社P

12、a;Kb. m 试验常数s其余符号见式(b.1. o. 1)。b.2 主应力差、体积应变革E侧向应变约计算(b. 1. o. 1-2) (b. 1. o. 2) b.2.0.1 主应力差、体应变和侧向应变的计算，见本规程附a式(5.1.2)军在式也.2.0.1)。b.3 试验常数皇宫推算坦.3.o. 1 绘冒进应力一应变关系也线。根据康德纳的建议，在町为常量下，三轴试验的应力应变关系近似双曲线关系。主Ill!f;t图b.3.0.1z 0 , -q号=二.一o a十b箍变换纵坐标，如附图b.3.0.1仿。 一一=a十b.，01 -03 (b. 3. o. 1-1) (b. 3. O. 1-2)

13、取应力水平70%和95%两点约连线，求得a和b，a为直线在纵坐标上的截距;b为直线灼斜率。由a幸Ilb呈PPT求得初始切线模量和主应力差的渐近线(附图b.3. o. 1)。178 b 、渐远线问吨-imb15 Eq啻数E.主a 173=啻数赣南应变马辘冉应变兔(a) (1) 耐昌E单.3. O. 1 三寻自试验的应力应变关系破坏比按式也.3.0.1-3)计算=R , s.1 (73)1 /-5;丁王写式中( -U,) f 主应力差的破坏筐，kPa , (:3 ) 主应力差的渐远值，泣Paob.3.0.2绘制E，和町的关系曲线G根据简布对压缩试验的研究，初始切线续量与理结压力有以下关系s(b.

14、3. O. 1-3) E, K丸()o(b.3.0.2) 在双对数坐标纸上绘和gEj户aj户a关系曲线f附图b.3.0.2)确定K、n值eb.3.0.3 初始切线体双摸量按式(b.3. o. 3)计算z七.3.0.3)式 c和伊根据摩尔-草仑包线确定。当无辈在性土的摩尔包线呈弯曲时，应将每一周围压力歹的手值求出，绘制俨19O，魏线，并按式(b.3. o. 5)计算伊值=钧。采用应变控制式三轮仪的团结排水剪比较费时，放仅应用于较透水的土料。在测试士的应力应变关系时，为了模拟实际工程的排水条件，也需用应变控制三轴压缩仪的密结排水剪试验成果来确定变形模量、泊松比和剪切模量等变形指标c610 3.1.

15、 1 三轴压缩仪分为应变控制式和应力控制式两种。前者生是作方便，应用广泛，故本规程中各种试验方法均采用此种仪器;后者操作较麻烦，难以测定毒草值以后的应力应变曲线，故本规程修改时予以取消。将其列入弹性模量试验主E程中c关于孔隙压力量测系统，除了不能残留气泡外，应有一定的灵敏度.量测对应不允许孔隙水流动。试祥内孔费苦水的流动，会导致2一是不能准确地测定于L隙压力值，特别在低压缩性的土中显得特别重要，其次是在透水性小的土中会导致时间滞后现象，使得渎数难以稳定e本主克程规定孔压测量系统的体积因数不能大于1. 5XI0-cmjkPao (即当零位指示器的毛管直径为Q.lcm时，孔擦压力测量系统在500k

16、Pa压力下，毛管水银面上升不超过9mm)。这一数值与英国帝吕学院、挪威主工研究所、美国垦务局等使用仪器纳体积因素基本一致。对于孔隙压力系统采用的传感器，要求体积因数小，线性溪差和重复性误差小，时漂要满足试验要求。传感器体积困数的测定，丐采用精密的双套体变管的方法，将传感器接在体变管的量测系统中(体交管内管更换成毛主雷管)，排除气泡，Jfl混压筒加压，记下压力值与体积变化值，作出压力与体变的关系曲线，却可求出传感器的体积因数。3. 3. 13. 3. 4 三号在压缩试验操作复杂，技术要求高，需要的土样也多，如不小心从事，就得不到正确的试验成果z本规程翅定f对仪器应颈先进行检查，以避免因仪器上的毛

17、病给试验带来误差4. 1. 1 本规程规定三轴试验试祥直径分别为D39.1m血，D= 61. 8mm及D101mm是根据GB4540-8H应变控哥哥式三轴仪所允许的尺寸顶部定的。由于试祥室径D与试样土粒粒径d之比与强度有一定影响，如Dd比超过某一范窜，丑t;j育测得的强度偏大。故本规程参照国外一些标准对试样直径D与允许的最大士拉粒径作本规程4.1. 1所列的规定。近年从国外引进了一些三轴压缩仪.试样的直径大多数为611 38、50、70mm及1白Omm，它与本规程的试祥直径相似，因此本规程也适照上述直径的试样进行试验。4. 1. 2 , 4. 1.3 细粒土试样分为原状约和扰动的两种。原状样一

18、般均用原状土块或钻孔原状土柱在切土苦苦上切取。犹动试样吉(jljjlJ备方法有压样法、击实法、搓碾法、土膏法等。不同的能备方法所得试样的强度有所差iJrL般来说，制备方法应与现场情况类似为好，故以击实法和搓碾法为宜e4. 2. 1 试样饱和方法有抽气饱和、浸水饱和、水头饱和等，其中以搞气饱和法效果较好。据M粉质辛古土的对比试验表明z用抽气法饱和度PJ达95%卡，浸水饱和和水头饱和在持续数昼夜后仅达到85%左右。有些资料亦表瞬:用摘气法饱和度可达90%- 95 。放规程建议以拮气饱和法为主，若研究软化的影响，则要用水头饱和法。4.2.3 利用二氧化碳饱和试辛辛是近年来发展的一种革开方法。囱于二氧

19、化碳比空气重豆易溶于水，当从按所需密度帘i备的试样底部注入二氧化碳后，试样孔隙中的空气逐渐从试样顶端排出。二氧化碳是气体，因而用一种气体驱赶另一种气体，不会出现气泡应吉普现象;又由于二氧化碳在水中的溶解度远比空气大(1个大气压力r.OC时，lcm3水可溶解空气O.029cm，可溶解二氧化碳1. 71cm勺。因而，当试样孔贯主充满二氧化碳后，用水头饱和法饱和对.式样孔隙中的二氧化碳气泡很快溶于水成碳酸，继续水头饱和对，又可以成为科液体(水驱赶另一种液体(稀碳酸), 最后便试样孔隙中充满纯净的水，达到饱和试样的目的。4. 2. 4 X号于渗透位小的粘位土，拍气法难以达到完全饱和，即使试样达到了完全

20、饱和，部仪器底座、孔撞去压力系统及安装过程中，试样与橡皮膜等之间的残余气泡也难以驱净，不能满足试验过程中完全饱辛苦。反压力的作用是使试样及仪器的测量系统都达到完全饱和，反压力剖另一个作用是使试样约孔隙水压力升高后，在剪切过程中有剪骂是她试样不致出现负的孔隙压力。目前雷内外已把对试样施加反压力作为一矜常用的饱和方612 法，例如美因水道试验站规定z对cu试验，剪切前试样饱和度必须达到百8?/O言百喜!孔捷主压力cu试验.员j必须完全饱和。l3!此，施加反压力是试验中必要步骤。4.3.2 思绪不排水剪试验。1 为了加速试祥的密结过程，同时在剪切时使试样内孔隙压力均匀传递，因内外都普遍在试祥外黯滤纸

21、条。关于滤纸条的贴法，大约有如下几乎中z覆盖在言权达侧面的50%以上和上下连续的滤条如图4.3. 2 1型);上下均与透水摄相连的连续滤条(如图4.2. 3 H型);苦苦、纸条下部与透水板相连，而上都与透水板断开1/4试祥高度的距离10-c血岛的粉质土，当剪切应变速率每分钟应变在0.1%O. 6%时，孔隙压力变化很小。对强度的影响也不大叶E图4. 4.幻，放粉质士告专剪切应变速率采用每分钟应变。.l%0.5%。3 因结排水试验的剪切应变速率。关于囡结排水试验部剪切应变速率，吉甫逊曾建议过破坏历对的理论公式=式中h 排水距离;LZ trfz1tL (4.4.2-1) 亨取决于排水条件的系数，当试

22、祥为一端排水亨=0.75，两端排水亨=3.0;614 nAU842 (喝RHMA)Eiz制帽RM可事透革数是lXlO-c血品.d3=200kPa ? 守气萨-执I I I O. 1 Q. 2 o. 3 O. 4 0.5 0.6 O. 7 前切应噩噩事(%/mn)乓200国2售量屯 : 100 军司费医。因4.4.2剪切速率对应力差与孔盟主压力的影碗C.-一-消散系数，c皿z/s; Ur一一试样的平均消散度3tf 破坏历对，80 在上式中若取Uj=O.95，则得破坏历时lf的式子:20h tf =苦;(4422将所得的tf来除试样的总变形量，即可得剪切应变速率。按式(4.4.2-2)算得的剪切应

23、变速率，对粘质士一级为每分钟应变台.012%-0.003%0采用这样的剪切应变速率的团结排水剪，对于事古质土uf能仍有微小的孔盟主压力产生。但对强度影略不大，故本主E程规定剪切应变速率为0.012%-0.003%。S. 1. 1 二秘压缩试验始试样在思结后和要牙切过程中试祥在重积会减小或增大，因此必须进行修正。留绪后的修正方法有2根据画结下沉量和团结排水量对cu和Cl了试验也可采用试验前后的试样质量差)计算思绪后的面积$假定试样Iil结应变各向均等来计算。国结后的面积由于试样的昆主言应变并非各向均等，故一般以前法为好。据研究，按前法算得的商积比按后主主算得约草草积更接近实汲l值但有时翻理结下沉量较困难，古生短程中规定采用第二种方法计算。615 S. 2. 1 , 5. 2. 2 绘制应力图时，需根据破坏标准选取代表试祥破坏E守的应力，以主应力差(或主应力比的蜂值和应变值作为破坏标准是国际上普遍采用部标准，我吕多年来的实践也证明其行之有效.故本主E程仍作为主要选择的标准。部应力路径的密集点(豆豆拐点运用于各应力困难以作共同切线时，绘出各破坏应力点(密集点或拐点)，通过这些作平均直线，根据豆线的倾角a和在纵铀的截距d，r司接地求出c和gJ，本规程保留此法供试验人员选JlL616