67 粗顆粒土三軸壓縮試驗(yàn)

67.1  一 般 規(guī) 定

67.1.1       土樣應(yīng)為最大粒徑不大于60mm 的粗顆粒土。

67.1.2       根據(jù)粗顆粒土的性質(zhì)、工程情況和不同的排水條件，本試 驗(yàn)分為不固結(jié)不排水剪(UU)、固結(jié)不排水剪(CU)、固結(jié)排水剪 (CD) 等三種試驗(yàn)類型。

67.2  儀 器 設(shè) 備

67.2.1        本試驗(yàn)所用的主要儀器設(shè)備應(yīng)符合下列規(guī)定：

1    大型三軸儀(圖67.2.1):包括壓力室、軸向加壓系統(tǒng)、周圍壓 力系統(tǒng)、反壓力系統(tǒng)、體變量測(cè)系統(tǒng)和孔隙水壓力量測(cè)系統(tǒng)等部分：

圖67.2.1 大型三軸儀示意圖

1-軸向荷載傳感器；2一試樣；3一軸向位移計(jì)；4-壓力室罩；5一頂帽；6—上透水板；

7一下透水板；8--橡皮膜；9一量水管；10—體變管；11一壓力庫(kù)；12一壓力表；

13-孔隙壓力閥：14一進(jìn)水管閥；15一排水閥；16一量水管閥；17一周圍壓力閥；

18一反壓力閥：19一通氣閥；20一排氣閥；21一排氣(水)閥

1)壓力室：為鋼筒，尺寸按試樣大小選用，鋼筒上宜鑲有有機(jī)玻璃窗口；

2)軸向加壓系統(tǒng)：包括加壓框架、加壓設(shè)備和軸向壓力量測(cè) 設(shè)備(軸向荷載傳感器、壓力機(jī))等；

  3)周圍壓力系統(tǒng)：包括空氣壓縮機(jī)、壓力庫(kù)和恒壓裝置；

4) 變形量測(cè)系統(tǒng)：包括大量程百分表(或位移傳感器)和體 變管(或體變測(cè)量裝置)。

2    附屬設(shè)備：包括對(duì)開成型筒、承膜筒、擊實(shí)錘或振搗器、橡 皮膜、真空泵、磅秤、天平、鋼尺、秒表、瓷盤、烘箱等。

67.2.2      三軸儀使用前應(yīng)按下列規(guī)定進(jìn)行檢查：

1    軸向壓力系統(tǒng)、周圍壓力系統(tǒng)運(yùn)行正常。根據(jù)工程要求確 定周圍壓力σ? 的最大值，按σ?>5σ? 估算軸向額定壓力。軸向荷 載傳感器的最大允許誤差宜為±1%F.S。

2    壓力室應(yīng)密封不泄漏。傳壓活塞應(yīng)在軸套內(nèi)滑動(dòng)正常，孔隙壓力量測(cè)設(shè)備的管道內(nèi)應(yīng)無(wú)氣泡，各管道、閥門、接頭等應(yīng)通暢不泄漏。檢查完畢后，關(guān)閉周圍壓力閥、排水閥、孔隙壓力閥等；以備使用。

3   橡皮膜應(yīng)不漏水。

4   孔隙壓力量測(cè)系統(tǒng)可按本標(biāo)準(zhǔn)第19.2.2條第2款的規(guī)定進(jìn)行檢查。

67.3  無(wú)黏性粗顆粒土三軸壓縮試驗(yàn)

67.3.1      試樣制備應(yīng)按以下步驟進(jìn)行：

1    試樣尺寸：試樣直徑不應(yīng)小于最大土粒直徑的5倍(D≥ 5d_max), 試樣高度宜為試樣直徑的2倍～2.5倍(H/D=2.0~2.5)。 一般試樣直徑宜采用200mm～500mm。

2   應(yīng)按本標(biāo)準(zhǔn)第60.3.2條的規(guī)定備好土料。根據(jù)試驗(yàn)要求 的干密度、含水率及試樣尺寸計(jì)算并分層稱取試驗(yàn)所需的土樣，分 層不少于5層。

3  將透水板放在試樣底座上，開進(jìn)水閥，使試樣底座透水板 充水至無(wú)氣泡逸出，關(guān)閉閥門。

4 在底座上扎好橡皮膜，安裝成型筒，將橡皮膜外翻在成型 筒上，并使其順直和緊貼成型筒內(nèi)壁。

5  裝入第1層土樣，均勻拂平表面，用振搗法使土樣達(dá)到預(yù) 計(jì)高度后，再以同樣方法填入第2層土樣。如此繼續(xù)，直至裝完最 后一層，應(yīng)防止粗細(xì)顆粒分離，保證試樣的均勻性。整平表面，加 上透水板和試樣帽，扎緊橡皮膜。開真空泵從試樣頂部抽氣，使試 樣在30kPa 負(fù)壓下直立，再去掉成型筒。

6  檢查橡皮膜，若有破裂處，進(jìn)行粘補(bǔ)，必要時(shí)再加一層。

7  用鋼直尺量測(cè)試樣高度 H₀,用鋼卷尺量測(cè)試樣上、中、下部的直徑，試樣平均直徑 D₀應(yīng)按下式計(jì)算：

      (67.3.1)

式中：D? 、D? 、D?——試樣上部、中部、下部的直徑(cm); 

d_m——橡皮膜厚度(cm)。

8  安裝壓力室，旋緊連接螺栓。開壓力室排氣孔，向壓力室 注滿水后，關(guān)排氣孔。開壓力機(jī)，使試樣與傳力活塞和軸向荷載傳 感器等接觸，當(dāng)軸向荷載傳感器的讀數(shù)微動(dòng)時(shí)立即停機(jī)。并調(diào)整 軸向位移計(jì)(百分表)和軸向荷載傳感器為零。

67.3.2  試樣飽和應(yīng)按下步驟進(jìn)行：

1  抽氣飽和法：由試樣頂部抽氣，試樣內(nèi)形成負(fù)壓，測(cè)記進(jìn)水 量管水位讀數(shù)后，徐徐開進(jìn)水閥，使用脫氣水在負(fù)壓作用下，水由 下而上逐漸飽和試樣。待試樣上部出水后，持續(xù)20min 左右，停 止抽氣。徐徐打開周圍壓力閥施加周圍壓力σ₃(≤30kPa),  并開 試樣上部排氣(水)閥釋放負(fù)壓。提高進(jìn)水管水位，用水頭飽和法 繼續(xù)進(jìn)行飽和。

2  水頭飽和法：按本標(biāo)準(zhǔn)第67.3.1條第8款的規(guī)定安裝 壓力室，然后徐徐打開周圍壓力閥施加周圍壓力σ₃(≤30kPa) 和開試樣上部排氣(水)閥，釋放負(fù)壓，測(cè)記進(jìn)水量管水位讀數(shù)。開 進(jìn)水閥，逐漸提高進(jìn)水量管水頭，水由下而上逐漸飽和試樣，待 上部出水后，測(cè)記進(jìn)、出水量管水位讀數(shù)。用進(jìn)水量、出水量和 孔隙體積估算飽和度。若未達(dá)到要求，適當(dāng)提高水進(jìn)出水管水 頭差，最大水頭差不應(yīng)大于2m, 仍按上述方法延長(zhǎng)飽和時(shí)間，至 符合要求為止。

3  二氧化碳(CO?)飽和法：二氧化碳飽和系統(tǒng)見圖67.3.2。 應(yīng)先按本標(biāo)準(zhǔn)第67.3.1條第8款的規(guī)定安裝壓力室后，然后徐徐  開排氣閥(5),施加周圍壓力σ₃(=30kPa)。開閥門(1)和(3),使二氧化碳(CO?)由試樣底部注入，由下而上置換試樣孔隙中的空氣。二氧化碳(CO?)的壓力宜為2kPa～10kPa。待水氣瓶(6)內(nèi)  的水面冒氣泡30min～60min, 再關(guān)閥門(1),開閥門(2)。利用水頭使試樣飽和。

圖67.3.2 二氧化碳飽和系統(tǒng)示意圖

4    飽和度的鑒別。當(dāng)孔隙壓力系數(shù) B≥0.95時(shí)，可認(rèn)為試樣已達(dá)到飽和。當(dāng) B<0.95時(shí)，應(yīng)繼續(xù)飽和，B值的計(jì)算應(yīng)按本標(biāo)準(zhǔn)式(19.8.1-3)計(jì)算。

67.3.3       固結(jié)不排水剪試驗(yàn)(CU)(測(cè)孔隙壓力)應(yīng)按下列步驟進(jìn)行：

1    試樣飽和后，使量水管水面位于試樣中部，測(cè)記讀數(shù)。關(guān) 排水閥，測(cè)記孔隙壓力的起始讀數(shù)。施加周圍壓力至預(yù)定值，并保持恒定，測(cè)定孔隙壓力穩(wěn)定后的讀數(shù)。

2   開排水閥，每隔20s～30s  測(cè)記排水量管水位和孔隙壓力  計(jì)讀數(shù)各1次。在固結(jié)過(guò)程中隨時(shí)繪制排水量△V與時(shí)間t或孔隙水壓力u 與時(shí)間t 關(guān)系曲線。正常情況下，排水量應(yīng)趨于穩(wěn)定， 即曲線的下段趨于水平，即認(rèn)為固結(jié)完成。

3    固結(jié)完成后，關(guān)排水閥，測(cè)記量水管水位和孔隙壓力計(jì)讀數(shù)。開壓力機(jī)，當(dāng)軸向荷載傳感器微動(dòng)時(shí)，表示活塞與試樣接觸， 關(guān)壓力機(jī)，測(cè)軸向位移計(jì)讀數(shù)，計(jì)算固結(jié)下沉量△h。

4    以每分鐘軸向應(yīng)變?yōu)?/span>0 . 1%～1 .0%的速率施加軸向壓 力。試樣的軸向應(yīng)變每0.1%～0.4%測(cè)記軸向荷載傳感器、孔隙 壓力計(jì)和軸向位移計(jì)讀數(shù)各1次，若有特殊要求，可酌情加密或減 少讀數(shù)次數(shù)。有峰值時(shí)，試驗(yàn)應(yīng)進(jìn)行至軸向應(yīng)變達(dá)到峰值出現(xiàn)后 的3%～5%。如無(wú)峰值時(shí)，則軸向應(yīng)變達(dá)到15%～20%。

5   試驗(yàn)結(jié)束后，關(guān)孔隙壓力閥，卸去軸向壓力，再卸去周圍 壓力，開壓力室排氣孔和排水閥，排去壓力室內(nèi)的水，卸除壓力 室罩，揩干試樣周圍余水，去掉橡皮膜，拆掉試樣，并對(duì)剪后試樣 進(jìn)行描述。必要時(shí)測(cè)定剪切面試樣含水率和分析顆粒破碎情況。

6    其余幾個(gè)試樣應(yīng)分別在不同周圍壓力下，按上述步驟進(jìn)行試驗(yàn)。

67.3.4      固結(jié)排水剪試驗(yàn)(CD) 應(yīng)按下列步驟進(jìn)行：

1    應(yīng)按本標(biāo)準(zhǔn)第67.3.3條第1款、第2款的規(guī)定進(jìn)行固結(jié)， 完成后不關(guān)排水閥，使試樣保持排水條件。以每分鐘應(yīng)變?yōu)?/span> 0.1%～0.5%的剪切速率進(jìn)行剪切。在剪切過(guò)程中測(cè)記軸向荷載 傳感器、軸向位移計(jì)和量水管讀數(shù)。

2   其余試樣應(yīng)分別在不同周圍壓力下，按本標(biāo)準(zhǔn)第67.3.3 條第1款的規(guī)定進(jìn)行試驗(yàn)。

67.4  黏質(zhì)粗顆粒土三軸壓縮試驗(yàn)

67.4.1      試樣制備應(yīng)按下列步驟進(jìn)行：

1    應(yīng)按本標(biāo)準(zhǔn)第60.3. 1條的規(guī)定制備土樣。根據(jù)干密度、 含水率、試樣體積及個(gè)數(shù)一次備好一組試驗(yàn)所需的土樣，稱取每個(gè)試樣所需要的土樣質(zhì)量備用。

2   將每個(gè)試樣的土樣分成3等份或5等份，分3層或5層填 入成型筒。用錘擊實(shí)或壓力機(jī)壓實(shí)，第1層土樣壓實(shí)后，其表面應(yīng) 刨毛，再加第2層土樣壓實(shí)。其他各層用同樣的方法進(jìn)行壓實(shí)，每 層土樣應(yīng)壓實(shí)至預(yù)定高度。

3   拆去成型筒(或?qū)⒃嚇訌某尚屯矁?nèi)推出)。將試樣置于壓 力室底座上測(cè)定其直徑 D₀及高度H₀,依次放上頂帽，套上橡皮膜，并將其與頂帽和底座扎緊。

67.4.2      試樣飽和應(yīng)按下列步驟進(jìn)行：

1    抽氣飽和法：將試樣連同成型筒一起吊入飽和缸內(nèi)，蓋好 密封頂蓋后進(jìn)行抽氣。待接近1個(gè)大氣壓后，持續(xù)約1h,徐徐注 入清水，并保持真空度穩(wěn)定，直至試樣全部浸沒(méi)，停止抽氣。靜置 10h 以上，將成型筒連同試樣從水中取出，將試樣從成型筒內(nèi)取 出，然后稱量并計(jì)算其飽和度。抽氣飽和也可在三軸儀上進(jìn)行，其 方法應(yīng)符合本標(biāo)準(zhǔn)第67.3.2條第1款的規(guī)定。因黏質(zhì)粗顆粒土 透水性小，負(fù)壓值宜在60kPa～90kPa范圍內(nèi)。

2   反壓力飽和法：若需反壓力飽和時(shí)，將試樣安裝于壓力室 后，先向接反壓力系統(tǒng)的體變管內(nèi)注水，并關(guān)閉孔隙壓力閥、反壓 力閥、測(cè)記體變管讀數(shù)。再向試樣施加30kPa 的周圍壓力，開孔 隙壓力閥，測(cè)記孔隙壓力穩(wěn)定讀數(shù)。同時(shí)分級(jí)施加周圍壓力和反 壓力，施加過(guò)程中，始終保持周圍壓力比反壓力大30kPa, 反壓力 和周圍壓力的每級(jí)增量為20kPa,待孔隙壓力穩(wěn)定后，測(cè)記孔隙壓 力和體變管讀數(shù)，然后再施加下一級(jí)周圍壓力和反壓力，直至B=  △u/△σ₃≥0.95 為止。

67.4.3      不固結(jié)不排水剪試驗(yàn)(UU)  應(yīng)按下列步驟進(jìn)行：

1   試樣飽和后，關(guān)進(jìn)水閥、排水閥，開周圍壓力閥施加周圍壓力至預(yù)定值，并保持恒定，周圍壓力的大小應(yīng)根據(jù)工程的實(shí)際荷載選用；

2    應(yīng)以每分鐘軸向應(yīng)變0 .1%～0 .5%的速率按本標(biāo)準(zhǔn)第67.3.3條第4款至第67.3.3條第6款的規(guī)定進(jìn)行剪切，試驗(yàn)過(guò) 程中可不測(cè)孔隙壓力。

67.4.4      固結(jié)不排水剪(CU)  應(yīng)按下列步驟進(jìn)行：

1   試樣飽和后應(yīng)按本標(biāo)準(zhǔn)第67.3.3條第1款、第2款的規(guī)定進(jìn)行排水固結(jié)，同時(shí)開排水閥和秒表，在0min、0.15min、1min、 4min、9min、16min、25min、36min、49min……時(shí)刻測(cè)記量水管水位和孔隙壓力計(jì)讀數(shù)，在固結(jié)過(guò)程中隨時(shí)繪制固結(jié)排水量△V 與時(shí)間t 對(duì)數(shù)(或平方根)曲線；或繪制孔隙壓力消散度U與時(shí)間t對(duì)數(shù)曲線。

2    如對(duì)試樣施加反壓力時(shí)，則應(yīng)按本標(biāo)準(zhǔn)第67.4.2條第2 款的規(guī)定進(jìn)行。然后保持反壓力恒定，關(guān)排水閥，增大周圍壓力， 使其與反壓力之差等于選定的周圍壓力并保持恒定，測(cè)記穩(wěn)定后的孔隙壓力計(jì)和體變管水位讀數(shù)作為固結(jié)前的起始讀數(shù)。然后開 排水閥，讓試樣排水到體變管，并按本標(biāo)準(zhǔn)第67.4.4條第1款的 規(guī)定進(jìn)行排水固結(jié)。固結(jié)度至少達(dá)到95%,固結(jié)完成后測(cè)記體變管水位、孔隙壓力計(jì)和軸向位移計(jì)讀數(shù)等，測(cè)定固結(jié)下沉量△h。

3    剪切速率控制在每分鐘軸向應(yīng)變0.05%～0. 1%以內(nèi)，應(yīng) 按本標(biāo)準(zhǔn)67.3.3條第4款的規(guī)定進(jìn)行剪切。

4    對(duì)固結(jié)不排水，不測(cè)孔隙水壓力的剪切試驗(yàn)，在固結(jié)完成 后，關(guān)排水閥、孔隙壓力閥，按上述的規(guī)定進(jìn)行剪切，但剪切過(guò)程中 不測(cè)孔隙水壓力。

67.4.5      固結(jié)排水剪試驗(yàn)(CD)  應(yīng)按下列步驟進(jìn)行：固結(jié)完成后， 不關(guān)孔隙壓力閥和排水閥，保持排水條件，應(yīng)以每分鐘軸向應(yīng)變?yōu)?/span>  0.012%～0.003%的剪切速率按本標(biāo)準(zhǔn)第67.3.4條第1款和第67.3.4條第2款的規(guī)定進(jìn)行剪切。并在剪切過(guò)程中測(cè)記軸向荷 載傳感器示值、軸向位移計(jì)、量水管水位和孔隙壓力計(jì)讀數(shù)。

67.5 計(jì)算、制圖和記錄

67.5.1      計(jì)算應(yīng)符合本標(biāo)準(zhǔn)第19.8.1條的規(guī)定。

67.5.2      制圖應(yīng)符合本標(biāo)準(zhǔn)第19.8.2條的規(guī)定。

67.5.3      本試驗(yàn)的記錄格式應(yīng)符合本標(biāo)準(zhǔn)附錄D 表 D.34～表 D.36 的規(guī)定。