高等土力学-11室内试验12模型试验

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1、高等土力学AdvancedSoilMechanics§1土工试验及测试一、土工试验的目的和意义（1）揭示土的一般的或特有的物理力学性质；（2）针对具体土样的试验，揭示区域性土、特殊土、人工复合土的物理力学性质；（3）确定理论计算和工程设计参数；（4）验证计算理论的正确性及实用性；（5）原位测试、原型监测直接为土木工程服务，也是分析和实现信息化施工的手段。二、土工试验的分类土工试验包括：①室内试验：如容重试验、含水量试验、直剪试验、无侧限压缩试验等。②原型测试：平板荷载试验、静力触探、十字板剪切试验等③模型试验（模拟试验）：足尺试验，加筋挡土墙的足尺试验等④原

2、型监测：深基坑开挖工程监测、隧道施工监测、软土上路堤沉降监测等§1.1室内试验§1.1.1直剪试验19⑴刚性单剪仪（常规单剪仪）刚性直剪仪是土力学中最古老的仪器之一。刚性单剪仪的主要优点：直观、简便、经济，尤其对于砂土和渗透系数k<10‐7cm/s的粘性土能很快得到试验结果。刚性单剪仪的主要缺点：试验的破坏面(即剪切面)是人为确定的，剪切面面积因位移而减小，边界上存在应力集中，剪切过程中存在明显的应力，应变不均匀。且十分复杂，试样内各点应力状态及应力路径不同。在剪切面附近土单元上的主应力大小是变化的，方向是旋转的。⑵多环单剪仪单剪仪中，用一系列环形圈代替刚性

3、盒，因而没有明显的应力，应变不均匀，试样内所加的应力被认为是纯剪。19应力摩尔圆圆心不变，其直径逐渐扩大，直至与强度线相切。这种仪器可以做动静剪切试验（动单剪试验），有很多明显的有优点⑶环剪仪试样是环状的，剪切沿着圆周方向旋转，剪切面的总面积不变。特别适用于：①量测大应变后土的残余强度或终极强度；②不同材料间接触面的剪切特性（如土与砼、土与钢、土与土工合成材料）§1.1.3三轴试验静三轴试验19静三轴试验（三轴压缩试验）是测定土的抗剪强度的一种方法。它通常用3-4个圆柱形试样，分别在不同的恒定周围压力（σ3）下，施加轴向压力，即主应力差（σ1-σ3），进行剪

4、切直到破坏；然后根据摩尔-库伦理论，求得抗剪强度参数。19适用于测定细粒土及砂类土的总抗剪强度参数及有效抗剪强度参数。19试验主题词：周围压力；轴向压力；不固结不排水剪；固结不排水剪；固结排水剪。优点：①可以完整地反映试样受力变形直到破坏的全过程；②可以模拟不同工况，进行一些不同应力路径的试验；③可以很好地控制排水条件；④不排水条件下还可以量测试样的超静孔隙水压力。主要缺点：两个主应力σ2，σ3总是相等。静三轴试验试样的应力状态§1.1.4三轴试验为了模拟循环加载情况下土的动力特性，人们在常规静三轴仪基础上，在轴向增加激振系统。其激振方式有电磁力、气（液）压

5、力、惯性力等。后来发展可以在轴压和室压两向分别激振。动三轴试样的应力状态和典型试验曲线见图1.1.10。用这种试验可从确定土的动模量、阻尼比、动强度和确定饱和土的抗液化剪应力等。19§1.1.5共振柱试验研究土的动力特性除了上述的动单剪试验、动三轴试验以外，共振柱试验也是一个重要手段。共振柱试验的原理是通过激振系统，使试样发生振动，调节激振频率，直至试样发生共振。从而确定弹性波在试样中传播的速度，计算试样的弹性模量、剪切模量和阻尼比。共振柱试验的试样可以是圆柱形的，也可以是空心圆柱形的。试样可以是一端固定，一端自由；或者一端固定，另一端为弹簧和阻尼器支承。试

6、样在压力室中可能是各向等压应力状态；也可以是轴向与侧向压力不等的应力状态。如图1.1.20所示。19其它：真三轴试验，高压三轴仪，大型三轴仪（粗颗粒土），非饱和土三轴仪，空心圆柱扭剪试验和方向剪切试验。§1.2模型试验19直接在结构即原型上进行的实验，称为原型实验；在按照原型设计的模型上进行的实验，则称为模型实验。一般说来，前者比后者更为真实。但在进行研究或对新设计方案进行比较，或者由于种种原因而不能进行原型实验时，模型实验就成为重要的手段。使模型和原型相似所根据的理论，称为模型理论，它的基础是相似理论。模型试验一直是岩土工程中的一种重要研究手段，它既可用来

7、检验各种理论分析和数值计算的结果，也可用来直接指导实际工程的设计和施工。§1.2.11g下的模型试验在通常的重力场中（1g），在一定的边界条件下对土工建筑物或地基进行模拟，量测有关应力应变数据，通过一定的理论计算或数据计算来检验理论计算结果。分为：小比尺试验和足尺试验小比尺试验：将土工建筑物或地基及基础缩小n倍，自重和荷载及应力水平同样也缩小n倍。足尺试验：（一）相似模拟试验的一些概念众所周知，自然界中许许多多的物理现象的研究都是凭借相似模拟试验的手段来实现的，而试验结果的精度如何，则是由试验模型与物理原型之间的相似程度所决定的。为了使模型实验现象尽可能地反

8、映出实物（原型）发生的现象，应严格按照相似理论来确定