高等土力学第3and4讲土工试验

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1、第三讲土工试验上海大学土木工程系上海大学土木工程系孙德安孙德安参考：李广信《高等土力学》第一章土工试验内容11室内单元试验室内单元试验(elementtest)(elementtest)22模型试验模型试验(modeltest)(modeltest)33原位测试与现场观测原位测试与现场观测(in(in--situobservation)situobservation)土力学中试验与测试的作用11..揭示土的力学性质和规律揭示土的力学性质和规律——了解特定的土物理力学性质了解特定的土物理力学性质→→理论

2、的建立理论的建立22..设计参数与理论模型的参数确定设计参数与理论模型的参数确定33..验证理论与数值计算验证理论与数值计算44..模型试验、足尺试验用以解决实际工程模型试验、足尺试验用以解决实际工程问题问题::设计与方案比较与确定设计与方案比较与确定55..原位测试、现场监测为数值计算的反分析原位测试、现场监测为数值计算的反分析、、安全评价和信息化施工服务安全评价和信息化施工服务第一节室内单元试验¢¢测定土的物理特性测定土的物理特性¢¢测定土的力学特性测定土的力学特性¢¢测定土的化学特性测定土的化学

3、特性测定土的物理特性，包括：1.1.含水量，土体密度，土颗粒密度，级配含水量，土体密度，土颗粒密度，级配（筛分和比重计），液塑限联合测定（筛分和比重计），液塑限联合测定2.2.击实试验击实试验土粒质量G=s同体积纯水质量干土质量=干土质量+瓶加水质量−瓶加土加水质量土颗粒比重级配烘干法液塑限ConeCone液塑限液塑限联合测定击实试验测定土力学特性，包括:1.1.渗透系数：渗透系数：::常水头和变水头渗透仪常水头和变水头渗透仪2.2.强度：直剪仪、环剪仪、单剪仪强度：直剪仪、环剪仪、单剪仪3.3.变形

4、：固结仪变形：固结仪4.4.可同时测试变形和强度：可同时测试变形和强度：单剪仪、三轴仪单剪仪、三轴仪((大、高、小应变大、高、小应变))、真三轴仪、扭剪仪、真三轴仪、扭剪仪5.5.特殊条件下的仪器：特殊条件下的仪器：复杂荷载下：复杂荷载下：真三轴仪、扭剪仪真三轴仪、扭剪仪动荷载下：三轴仪动荷载下：三轴仪、共振柱、动单剪仪、动扭剪仪、振、共振柱、动单剪仪、动扭剪仪、振动台动台非饱和下：固结仪、非饱和下：固结仪、三轴仪三轴仪、压力板仪、压力板仪仁者乐山智者乐水1.渗透试验--常水头试验法¢试验条件:Δh，

5、A，L=const¢量测变量:体积V，tV=Qt=vAtΔhVL土样Lv=kik=AΔhti=Δh/LQAV¢适用土类：透水性较大的砂性土渗透试验-变水头试验法仁者乐山智者乐水t=t1在t→t+dt时段内：•入流量：dVe=-adhΔhdh1t•出流量：dVo=kiAdt=k(Δh/L)Adtt+dtt=t2Δh•连续性条件：dVe=dVo2ΔhaLdh-adh=k(Δh/L)Adtdt=−水头kAΔhQ测管土样LtaLΔh2dhaLΔh1∫dt=−∫t=ln开关0kAΔh1ΔhkAΔh2AaLΔh1

6、k=lnAtΔh22.强度测定仪器直剪仪（直剪仪（directshearapparatusdirectshearapparatus））单剪仪（单剪仪（simpleshearapparatussimpleshearapparatus））环剪仪（环剪仪（torsional(ring)shearapparatustorsional(ring)shearapparatus））2.1直剪仪（directshearapparatus）1)1)古老：古老：17761776年年CoulombCoulomb2)2)直观

7、、简便、经济直观、简便、经济3)3)应力应变条件复杂、不均匀应力应变条件复杂、不均匀4)4)排水条件不明确排水条件不明确,,剪切面变化剪切面变化图1Coulomb直剪仪仪器简图直剪试验中剪切面处土的应力状态变化τ初始状态τf破坏状态0kσσ1=σvσ0vσf3σf12.2单剪仪（simpleshearapparatus）单剪仪原理1)1)应力状态相对比较均匀应力状态相对比较均匀2)2)断面积不变断面积不变3)3)循环加载与动力试验循环加载与动力试验4)4)破坏面位置不确定破坏面位置不确定τ破坏状态初始

8、状态σvτvσσ1f3fσσh,τh单剪试验的应力状态：水平面不一定是破坏面单剪试验应力变化2.3环剪仪（torsional(ring)shearapparatus）1)1)剪切面面积不变剪切面面积不变2)2)便于用同一试样连续做几个正压力试验便于用同一试样连续做几个正压力试验————测定残余强度测定残余强度环剪试验τττσ3r3τr2σ2τr1σ1Sσ3变形参数测定试验—侧限压缩仪（oedometertestapparatus）1.1.侧限应力状态（侧