9.1  一 般 規 定

19.1.1      土樣粒徑應小于20mm。

19.1.2       根據排水條件的不同，本試驗可分為不固結不排水剪 (UU)、 固結不排水剪(CU或 )和固結排水剪(CD)3種試驗類型。

19.1.3      對于無法取得多個試樣、靈敏度較低的原狀土，可采用一個試樣多級加荷試驗。

19.2  儀 器 設 備

19.2.1      本試驗所用的儀器設備應符合下列規定：

1    應變控制式三軸儀(圖19.2.1-1):由反壓力控制系統、周圍壓力控制系統、壓力室、孔隙水壓力量測系統組成。其技術條件應符合現行國家標準《巖土工程儀器基本參數及通用技術條件》 GB/T 15406 及《土工試驗儀器  三軸儀  第1部分：應變控制式  三軸儀》GB/T24107.1的規定；

2    附屬設備應符合下列規定：

1)擊實器(圖19.2.1-2);

2)飽和器(圖19.2.1-3);

3)切土盤(圖19.2.1-4);

4)切土器和切土架(圖19.2.1-5);

5)原狀土分樣器(圖19.2.1-6);

6)承膜筒(圖19.2.1-7);

7)制備砂樣圓模(圖19.2.1-8),用于沖填土或砂性土。

3  天平：稱量200g,分度值0.01g;稱量1000g,分度值0. 1g; 稱量5000g,分度值1g;

4    負荷傳感器：軸向力的最大允許誤差為±1%;

5    位移傳感器(或量表):量程30mm,  分度值0 . 01mm;

6    橡皮膜：對直徑為39 . 1mm  和 6 1 . 8mm  的試樣，橡皮膜厚度宜為0 . 1mm～0.2mm;    對直徑為101mm  的試樣，橡皮膜厚度宜為 0 . 2mm～0.3mm;

7    透水板：直徑與試樣直徑相等，其滲透系數宜大于試樣的 滲透系數，使用前在水中煮沸并泡于水中。

圖19.2.1-1  三軸儀示意圖

圖19.2. 1-2  擊實器

1一套環；2一定位螺絲；3一導桿；4一擊錘；5-底板；6一套筒；7—飽和器；8—底板

圖19.2. 1-3  飽和器

1-土樣簡；2一緊箍；3—夾板；4一拉桿；5一透水板

圖19.2.1-4 切土盤

1—軸；2一上盤；3一下盤

圖19 . 2 . 1- 5  切 土 器 和 切 土 架

1一切土架；2一切土器；3—土樣

                          圖19.2.1-6原狀土分樣器

圖19.2.1-7  承膜簡安裝示意圖

1-壓力室底座；2一透水板；3一試樣；4一承膜筒；5—橡皮膜；6—上帽；7一吸氣孔 

圖19.2.1-8 制備砂樣圓模

1一壓力室底座；2一透水板；3一制樣圓模(兩片合成);

4一緊箍；5—橡皮膜；6一橡皮圈

 19.2.2      試驗時的儀器應符合下列規定：

1    根據試樣的強度大小，選擇不同量程的測力計。

2    孔隙壓力量測系統的氣泡應排除。其方法是：孔隙壓力量 測系統中充以無氣水并施加壓力，小心地打開孔隙壓力閥，讓管路 中的氣泡從壓力室底座排出。應反復幾次直到氣泡wanquan沖出為 止。孔隙壓力量測系統的體積因數應小于1.5×10-? cm3/kPa。

3    排水管路應通暢。活塞在軸套內應能自由滑動，各連接處 應無漏水漏氣現象。儀器檢查完畢，關周圍壓力閥、孔隙壓力閥和 排水閥以備使用。

4    橡皮膜在使用前應仔細檢查。其方法是扎緊兩端，在膜內充氣，然后沉入水下檢查，應無氣泡溢出。

19.3 試樣的制備和飽和

19.3.1     試樣制備應按下列步驟進行：

1   試樣高度h與直徑D之比(h/D) 應為2.0～2.5,直徑D 分別為39.1mm、61.8mm及101.0mm。對于有裂隙、軟弱面或構造面的試樣，直徑D 宜采用101.0mm。

2   原狀土試樣制備應按下列規定進行：

1)對于較軟的土樣，先用鋼絲鋸或削土刀切取一稍大于規 定尺寸的土柱，放在切土盤(圖19.2.1-4)的上、下圓盤 之間。再用鋼絲據或削土刀緊靠側板，由上往下細心切 削，邊切削邊轉動圓盤，直至土樣的直徑被削成規定的直 徑為止。然后按試樣高度的要求，削平上下兩端。對于 直徑為10cm 的軟黏土土樣，可先用原狀土分樣器(圖 19.2.1-6)分成3個土柱，再按上述的方法切削成直徑為 39.1mm的試樣；

2)對于較硬的土樣，先用削土刀或鋼絲鋸切取一稍大于規 定尺寸的土柱，上、下兩端削平，按試樣要求的層次方向 放在切土架上，用切土器(圖19.2.1-5)切削。先在切土 器刀口內壁涂上一薄層油，將切土器的刀口對準土樣頂 面，邊削土邊壓切土器，直至切削到比要求的試樣高度高 約 2cm 為止，然后拆開切土器，將試樣取出，按要求的高 度將兩端削平。試樣的兩端面應平整，互相平行，側面垂 直，上下均勻。在切樣過程中，當試樣表面因遇礫石而成 孔洞時，允許用切削下的余土填補；

3)將切削好的試樣稱量，直徑為101.0mm 的試樣應準確 至 1g;直徑為61 .8mm  和39 . 1mm  的試樣應準確至 0.1g。取切下的余土，平行測定含水率，取其平均值作為 試樣的含水率。試樣高度和直徑用卡尺量測，試樣的平 均直徑應按下式計算：

 (19.3.1) 

式中：  D₀—— 試樣平均直徑(mm);

D₁、D₂、D₃——試樣上、中、下部位的直徑(mm)。

4)對于特別堅硬的和很不均勻的土樣，當不易切成平整、均 勻的圓柱體時，允許切成與規定直徑接近的柱體，按所需  試樣高度將上下兩端削平，稱取質量，然后包上橡皮膜， 用浮稱法稱試樣的質量，并換算出試樣的體積和平均 直徑。

3  擾動土試樣制備的擊實法應按下列步驟進行：

1)選取一定數量的代表性土樣。直徑為39. 1mm 的試樣 約取 2kg,  直徑為61.8mm  和101 . 0mm 試樣分別取10kg 和 2 0kg 。經風干、碾碎、過篩，篩的孔徑應符合本 標準表19.3.1的規定，測定風干含水率，按要求的含水 率算出所需加水量；

表19.3.1 土樣粒徑與試樣直徑的關系(mm)

2)將需加的水量噴灑到土料上拌勻，稍靜置后裝入塑料袋， 然后置于密閉容器內至少20h, 使含水率均勻。取出土  料復測其含水率。含水率的最大允許差值應為±1%。 當不符合要求時，應調整含水率至符合要求為止；

3)擊樣筒的內徑應與試樣直徑相同。擊錘的直徑宜小于試 樣直徑，也可采用與試樣直徑相等的擊錘。擊樣筒壁在 使用前應洗擦干凈，涂一薄層凡士林；

4)根據要求的干密度，稱取所需土質量。按試樣高度分層 擊實，粉土分3層～5層，黏土分5層～8層擊實。各層 土料質量相等。每層擊實至要求高度后，將表面刨毛，再 加第2層土料。如此繼續進行，直至擊實最后一層。將 擊樣筒中的試樣兩端整平，取出稱其質量。

4  砂土試樣制備應按下列步驟進行：

1)根據試驗要求的試樣干密度和試樣體積稱取所需風干砂 樣質量，分三等份，在水中煮沸，冷卻后待用；

2)開孔隙壓力閥及量管閥，使壓力室底座充水。將煮沸過 的透水板滑入壓力室底座上，并用橡皮帶把透水板包扎 在底座上，以防砂土漏入底座中。關孔隙壓力閥及量管 閥，將橡皮膜的一端套在壓力室底座上并扎緊，將對開模 套在底座上，將橡皮膜的上端翻出，然后抽氣，使橡皮膜 貼緊對開模內壁(圖19.2.1-8);

3)在橡皮膜內注脫氣水約達試樣高的1/3。用長柄小勺將 煮沸冷卻的一份砂樣裝入膜中，填至該層要求高度。對 含有細粒土和要求高密度的試樣，可采用干砂制備，用 水頭飽和或反壓力飽和；

4)第1 層砂樣填完后，繼續注水至試樣高度的2/3,再裝第 2層砂樣。如此繼續裝樣，直至模內裝滿為止。如果要 求干密度較大，則可在填砂過程中輕輕敲打對開模，使 所稱出的砂樣填滿規定的體積。然后放上透水板、試樣 帽，翻起橡皮膜，并扎緊在試樣帽上；

5)開量管閥降低量管，使管內水面低于試樣中心高程以下 約0.2m, 當試樣直徑為101mm 時，應低于試樣中心高 程以下約0.5m。 在試樣內產生一定負壓，使試樣能站 立。拆除對開模，測量試樣高度與直徑應符合本標準第 19.3.1條第2款第3項的規定，復核試樣干密度。各試樣之間的干密度最大允許差值應為±0.03g/cm3。

19.3.2     試樣飽和宜選用下列方法：

1   抽氣飽和法：應將裝有試樣的飽和器置于無水的抽氣缸內，進行抽氣，當真空度接近當地1個大氣壓后，應繼續抽氣，繼續 抽氣時間宜符合表19.3.2的規定。

表19.3.2  不同土性的抽氣時間(h)

當抽氣時間達到表19.3.2的規定后，徐徐注入清水，并保持真 空度穩定。待飽和器wanquan被水淹沒即停止抽氣，并釋放抽氣缸的真 空。試樣在水下靜置時間應大于10h,然后取出試樣并稱其質量。

2   水頭飽和法：適用于粉土或粉土質砂。應按本標準第19.3.1 條第4款第1項～第5項規定的步驟安裝試樣，試樣頂用透水帽， 然后施加20kPa 的周圍壓力，并同時提高試樣底部量管的水面和  降低連接試樣頂部固結排水管的水面，使兩管水面差在1m 左右。 打開量管閥、孔隙壓力閥和排水閥，讓水自下而上通過試樣，直至  同一時間間隔內量管流出的水量與固結排水管內的水量相等為  止。當需要提高試樣的飽和度時，宜在水頭飽和前，從底部將二氧  化碳氣體通入試樣，置換孔隙中的空氣。二氧化碳的壓力宜為  5kPa～10kPa, 再進行水頭飽和。

3  反壓力飽和法：試樣要求wanquan飽和時，可對試樣施加反 壓力。

1)試樣裝好后裝上壓力室罩，關孔隙壓力閥和反壓力閥，測 記體變管讀數。先對試樣施加20kPa 的周圍壓力預壓， 并開孔隙壓力閥待孔隙壓力穩定后記下讀數，然后關孔 隙壓力閥；

2)反壓力應分級施加，并同時分級施加周圍壓力，以減少對試樣的擾動，在施加反壓力過程中，始終保持周圍壓力比 反壓力大20kPa, 反壓力和周圍壓力的每級增量對軟黏 土取30kPa; 對堅實的土或初始飽和度較低的土，取 50kPa～70kPa;

3)操作時，先調周圍壓力至50kPa, 并將反壓力系統調至 30kPa, 同時打開周圍壓力閥和反壓力閥，再緩緩打開孔 隙壓力閥，待孔隙壓力穩定后，測記孔隙壓力計和體變管 讀數，再施加下一級的周圍壓力和反壓力；

4)計算每級周圍壓力下的孔隙壓力增量△u,并與周圍壓力 增量△σ₃   比較，當孔隙水壓力增量與周圍壓力增量之比 △u/△σ₃   >0.98 時，認為試樣飽和；否則應按本標準第 19.3.2條第3款的規定重復，直至試樣飽和為止。

19.4  不固結不排水剪試驗

19.4.1      試樣的安裝應按下列步驟進行：

1    對壓力室底座充水，在底座上放置不透水板，并依次放置試樣、不透水板及試樣帽。對于砂性土的試樣安裝，應按本標準第 19.3. 1條第4款的規定進行。

2    將橡皮膜套在承膜筒內，兩端翻出筒外(圖19.2.1-7),從 吸氣孔吸氣，使膜貼緊承膜筒內壁，套在試樣外，放氣，翻起橡皮膜 的兩端，取出承膜筒。用橡皮圈將橡皮膜分別扎緊在壓力室底座 和試樣帽上。

3    裝上壓力室罩。安裝時應先將活塞提升，以防碰撞試樣， 壓力室罩安放后，將活塞對準試樣帽中心，并均勻地旋緊螺絲。

4  開排氣孔，向壓力室充水，當壓力室內快注滿水時，降低進 水速度，水從排氣孔溢出時，關閉排氣孔。

5  關體變傳感器或體變管閥及孔隙壓力閥，開周圍壓力閥， 施加所需的周圍壓力。周圍壓力大小應與工程的實際小主應力  3相適應，并盡可能使最大周圍壓力與土體的最大實際小主應力;大致相等。也可按100kPa、200kPa、300kPa、400kPa施加。

6   上升升降臺，當軸向測力計有微讀數時表示活塞已與試樣 帽接觸。然后將軸向負荷傳感器或測力計、軸向位移傳感器或位 移計的讀數調整到零位。

19.4.2      剪切試樣應按下列步驟進行：

1    剪切應變速率宜為0.5%/min～1.0%/min。

2   開動試驗機，進行剪切。開始階段，試樣每產生軸向應變0.3%～0.4%時，測記軸向力和軸向位移讀數各1次。當軸向應變達3%以后，讀數間隔可延長為每產生軸向應變0.7%～0.8% 時各測記1次。當接近峰值時應加密讀數。當試樣為特別硬脆或 軟弱土時，可加密或減少測讀的次數。

3    當出現峰值后，再繼續剪3%～5%軸向應變；軸向力讀數 無明顯減少時，則剪切至軸向應變達15%～20%。

4    試驗結束后，關閉電動機，下降升降臺，開排氣孔，排去壓 力室內的水，拆除壓力室罩，揩干試樣周圍的余水，脫去試樣外的 橡皮膜，描述破壞后形狀，稱試樣質量，測定試驗后含水率。對于 直徑為39. 1mm 的試樣，宜取整個試樣烘干；直徑為61.8mm 和 101mm  的試樣，可切取剪切面附近有代表性的部分土樣烘干。

19.5  固結不排水剪試驗

19.5.1      試樣的安裝應按下列步驟進行：

1    開孔隙壓力閥及量管閥，使壓力室底座充水排氣，并關閥。 然后放上試樣，試樣上端放一濕濾紙及透水板。在其周圍貼上7  條～9條浸濕的濾紙條，濾紙條寬度為試樣直徑的1/5～1/6。濾  紙條兩端與透水石連接，當要施加反壓力飽和試樣時，所貼的濾紙  條必須中間斷開約試樣高度的1/4,或自底部向上貼至試樣高度  3/4處。

2    應按本標準第19.4. 1條第2款的規定將橡皮膜套在試樣 外。橡皮膜下端扎緊在壓力室底座上。

3  用軟刷子或雙手自下向上輕輕按撫試樣，以排除試樣與橡 皮膜之間的氣泡。對于飽和軟黏土，可開孔隙壓力閥及量管閥，使 水徐徐流人試樣與橡皮膜之間，以排除夾氣，然后關閉。

4    開排水管閥，使水從試樣帽徐徐流出以排除管路中氣泡， 并將試樣帽置于試樣頂端。排除頂端氣泡，將橡皮膜扎緊在試樣  帽上。

5     降低排水管，使其水面至試樣中心高程以下20cm~ 40cm, 吸出試樣與橡皮膜之間多余水分，然后關排水管閥。

6    應按本標準第19.4.1條第3款、第4款的規定，裝上壓力  室罩并注滿水。然后放低排水管使其水面與試樣中心高度齊平， 測記其水面讀數，并關排水管閥。

19.5.2      試樣排水固結應按下列步驟進行：

1   使量管水面位于試樣中心高度處，開量管閥，測讀傳感器， 記下孔隙壓力起始讀數，然后關量管閥。

2   施加周圍壓力應符合本標準第19.4. 1條第5款的規定， 并調整負荷傳感器或測力計、軸向位移傳感器或位移計的讀數。

3    打開孔隙壓力閥，測記穩定后的孔隙壓力讀數，減去孔隙 壓力計起始讀數，即為周圍壓力與試樣的初始孔隙壓力。

4    開排水管閥，按0min 、0.25min 、1min 、4min 、9min …時間 測記排水讀數及孔隙壓力計讀數。固結度至少應達到95%,固結  過程中可隨時繪制排水量△V 與時間平方根或時間對數曲線及孔  隙壓力消散度與時間對數曲線。若試樣的主固結時間已經掌握， 也可不讀排水管和孔隙壓力的過程讀數。

5    當要求對試樣施加反壓力時，則應符合本標準第19.3.2 條第3款的規定。關體變管閥，增大周圍壓力，使周圍壓力與反壓 力之差等于原來選定的周圍壓力，記錄穩定的孔隙壓力讀數和體 變管水面讀數作為固結前的起始讀數。

6開體變管閥，讓試樣通過體變管排水，并應按本標準第19.5.2條第2款～第4款的規定進行排水固結。

         7    固結完成后，關排水管閥或體變管閥，記下體變管或排水 管和孔隙壓力的讀數。開動試驗機，到軸向力讀數開始微動時，表 示活塞已與試樣接觸，記下軸向位移讀數，即為固結下沉量△h。 依此算出固結后試樣高度h_c。然后將軸向力和軸向位移讀數都調 至零。

8    其余幾個試樣按同樣方法安裝試樣，并在不同周圍壓力下 排水固結。

19.5.3      剪切試樣應按下列步驟進行：

1    剪切應變速率宜為0 .05%/min～0. 10%/min,      粉土剪切 應變速率宜為0. 1%/min～0.5%/min;

2    開始剪切試樣。測力計、軸向變形、孔隙水壓力的測記應 符合本標準第19.5.2條第3款、第4款規定；

3   試驗結束后，關閉電動機，下降升降臺，開排氣孔，排去壓 力室內的水，拆除壓力室罩，揩干試樣周圍的余水，脫去試樣外的 橡皮膜，描述破壞后形狀，稱試樣質量，測定試驗后含水率。

19.6  固結排水剪試驗

19.6.1      試樣的安裝、固結應按本標準第19.5.1條、第19.5.2條 的規定進行。

19.6.2      試樣的剪切應按本標準第19.5.3條的規定進行，但在剪切 過程中應打開排水閥。剪切速率宜為0.003%/min～0.012%/min。

19.7  一個試樣多級加荷試驗

19.7.1      不固結不排水剪試驗應按下列步驟進行：

1     試樣的安裝應符合本標準第19.4.1條的規定。

2   施加第一級周圍壓力，試樣剪切應符合本標準第19.4.2

條第1款的規定。當測力計讀數達到穩定或出現倒退時，測記軸 向位移和測力計讀數，關閉電機停止剪切，將軸向壓力退至零。

3    施加第二級周圍壓力。此時測力計因施加周圍壓力而增加，應重新調至原來讀數值，然后升高升降臺。當測力計讀數微動 時，表示試樣帽與測力系統重新接觸，再按原剪切速率剪切，直至 測力計讀數穩定或接近穩定為止。按此進行其余各級周圍壓力的 試驗。最后一級周圍壓力下的剪切累積應變不應超過20%。

4  試驗結束后，關周圍壓力閥，拆除壓力室罩，取下試樣稱 量，并測定剪切后的含水率。

19.7.2  固結不排水剪試驗應按下列步驟進行：

1  試樣的安裝應符合本標準第19.5.1條的規定。

2  試樣的固結應符合本標準第19.5.2條的規定。

3  試樣的剪切應符合本標準第19.5.3條的規定。施加第一級周圍壓力，試樣剪切應變速率應符合本標準第19.5.3條第1款 的規定。第一級剪切完成后，退除軸向壓力，待孔隙水壓力穩定后 施加第二級周圍壓力，進行排水固結。

4  固結完成后進行第二級周圍壓力下的剪切，并按本標準第19.7.2條第1款～第3款的步驟進行第三級周圍壓力下的剪切， 累計剪切累積應變不應超過20%。

5  試驗結束后，關周圍壓力閥，盡快拆除壓力室罩，取下試樣稱量，并測定剪切后的含水率。

19.8  計算、制圖和記錄

19.8.1  計算應符合下列規定：

1  試樣的高度、面積、體積及剪切時的面積應按表19.8.1 中的公式計算。

表19.8.1 高度、面積、體積計算表

項 目	起始	固  結  后		剪切時校正值
		按實測固結下沉	等應變簡化式樣
試樣高度 (cm)	h0	hc=h0-△hc		—
試樣面積 (cm2)	A0			(不固結不排水剪)
				(固結不排水剪)
				(固結排水剪)
試樣體積 (cm3)	V0			—

注：表中，△h_c為固結下沉量，由軸向位移計測得(cm);△V為固結排水量(實測或試驗 前后試樣質量差換算)(cm3);△V_i為排水剪中剪切時的試樣體積變化(cm3),  按體 變管或排水管讀數求得;ε₁為軸向應變(%);△h_i試樣剪切時高度變化(cm), 由軸 向位移計測得，為方便起見，可預先繪制△V-h_c及△V-A_c的關系線備用。

2  主應力差(σ?-σ?) 應按下式計算：

           (19.8.1-1) 

式中：σ₁——大主應力(kPa);

σ₃——小主應力(kPa);

C-— 測力計率定系數(N/0.01mm);

R—— 測力計讀數(0.01mm);

A_a—— 試樣剪切時的面積(cm2)。

3  有效主應力比σ₁/σ₃ 應按下列公式計算：

      (19.8.1-2)

                         (19.8.1-3) 

                         (19.8.1-4)

式中：——有效大主應力和有效小主應力(kPa);

σ₁、σ₃——大主應力與小主應力(kPa);

u——孔隙水壓力(kPa)。

4 孔隙壓力系數B 和A 應按下列公式計算：

       (19.8.1-5)

   (19.8.1-6)

式中：u₀——試樣在周圍壓力下產生的初始孔隙壓力(kPa);

u_d——試樣在主應力差(σ₁-σ₃)下產生的孔隙壓力(kPa)。 

19.8.2 制圖應符合下列規定：

1 根據需要分別繪制主應力差(σ₁-σ₃)與軸向應變 ε₁的關系曲線，有效主應力比()  與軸向應變ε₁的關系曲線，孔隙壓力 μ 與 軸 向 應 變ε₁的關系曲線，用 與  作坐標的應力路徑關系曲線。

2 破壞點的取值可以(σ₁-σ₃) 或() 的峰點值作為破壞 點。如(σ₁-σ₃)    和()  均無峰值，應以應力路徑的密集點或按 一定軸向應變(一般可取ε₁=15%,  經過論證也可根據工程情況選 取破壞應變)相應的(σ₁-σ₃) 或() 作為破壞強度值。

3  應按下列規定繪制強度包線：

1)對于不固結不排水剪切試驗及固結不排水剪切試驗，以法向應力σ為橫坐標，剪應力 t為縱坐標，在橫坐標上以 為圓心，  為半徑(f 注腳表示破壞時的 值),繪制破壞總應力圓后，作諸圓包線。該包線的傾角為內摩擦角φ_μ或φ_cμ包線在縱軸上的截距為黏聚力c_c或 c_cu; 

2)在固結不排水剪切中測孔隙壓力，則可確定試樣破壞時的有效應力。以有效應力為橫坐標，剪應力為z為縱坐標，在橫坐標軸上以 為圓心，以為半徑，繪制不同周圍壓力下的有效破壞應力圓后，作諸圓包線，包線的傾角為有效內摩擦角,包線在縱軸上的截距為有效黏聚力;

3)在排水剪切試驗中，孔隙壓力等于零，抗剪強度包線的傾角和在縱軸上的截距分別以φ_d和c_d 表示；

4)如各應力圓無規律，難以繪制各圓的強度包線，可按應力路徑取值，即以 為縱坐標，為橫坐標，繪制應力圓，作通過各圓之圓頂點的平均直線。根據直線的傾角及在縱坐標上的截距，應按下列公式計算和:

φ'=  sin^-1tana        (19.8.2-1)

                          (19.8.2-2)

式中：α——平均直線的傾角(°);

d—— 平均直線在縱軸上的截距(kPa)。

19.8.3  本試驗的記錄格式應符合本標準附錄 D表D.34～表 D.36 的規定。