岩土力学专题第1讲b 土工室内试验

土工试验
上海大学土木工程系 孙德安 2013.04 部分参考：李广信《高等土力学》第一章

土工试验内容 1 室内单元试验(element test) 2 模型试验(model test) 3 原位测试与现场观测 (in(in -situ observation)

土力学中试验与测试的作用 1.揭示土的力学性质和规律— 了解特定的土物理力学性质→理论的建立 2.设计参数与理论模型的参数确定 3.验证理论与数值计算 4.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 5.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

第一节 室内单元试验 ? 测定土的物理特性 ? 测定土的力学特性 ? 测定土的化学特性

基本工程性质
颗分
r t, G s
w,wp, wl
LI
St
Yield stress

测定土的物理特性，包括： 1.含水量，土体密度，土颗粒密度，级配 1. 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
2.击实试验 2. 击实试验

Gs = =
土粒质量 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

Cone 液塑限

液塑限联合测定

击实试验
轻型
重型

测定土力学特性，包括: 1.渗透系数：常水头和变水头渗透仪 1.渗透系数：常水头和变水头渗透仪 2.强度：直剪仪、环剪仪、单剪仪 2. 强度：直剪仪、环剪仪、单剪仪 3.变形：固结仪 3. 变形：固结仪 4.可同时测试变形和强度： 4. 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 5.特殊条件下的仪器： 5.特殊条件下的仪器： 复杂荷载下：真三轴仪、扭剪仪 复杂荷载下： 真三轴仪、扭剪仪 动荷载下：三轴仪、共振柱、动单剪仪、动扭剪仪、振 动荷载下：三轴仪 、共振柱、动单剪仪、动扭剪仪、振 动台 非饱和下：固结仪、三轴仪 非饱和下：固结仪、 三轴仪、压力板仪 、压力板仪

1. 渗透试验--常水头试验法 ? 试验条件: Δh，A，L=const ? 量测变量: 体积V，t V=Qt=vAt v=ki v ki i=Δh/L VL k= AΔht
仁者乐山 智者乐水
Δh
土样
L Q V
A
? 适用土类：透水性较大的砂性土

渗透试验-变水头试验法 在t→t+dt时段内 时段内： ? 入流量： dVe= -
仁者乐山 智者乐水
t=t1
adh ? 出流量： dVo dVo=kiAdt=k kiAdt k (Δh/L)Adt ? 连续性条件：dVe=dVo
Δhdh 1
-adh dh =k k (Δh/L)Adt h/L)Ad
∫
aL d =? dt 0 kA t
∫
Δh 2
Δh1
dh Δh
aL Δh1 k= l ln At Δh 2
aL dh dt = ? kA Δh aL Δh1 t= l ln kA Δh 2
Δh
t t+dtt t=t =t2 Δh2 水头 测管 开关
Q A
土样
L

2. . 强度测定仪器 直剪仪（direct shear apparatus） 单剪仪（simple shear apparatus） 环剪仪（torsional (ring) shear apparatus）

2.1 直剪仪（direct shear apparatus） 1) 古老：1776年 Coulomb 2) ) 直观、简便、经济 3) ) 应力应变条件复杂、不均匀 4) ) 排水条件不明确 排水条件不明确, ,剪切面变化
Coulomb

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 σf3 σ1=σv
破坏状态 k0σv
0
σf1
σ

2.2 单剪仪（simple shear apparatus） 1)应力状态相对比较均匀 2)断面积不变 3)循环加载与动力试验 4)破坏面位置不确定 单剪仪原理

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