大连某地三轴CD试验的分析

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摘要：三轴固结排水剪cd试验一般采用直径为3.91cm高度为8cm的3~4个饱和试样，三轴仪上在不同的周围压力作用下充分排水固结，在剪切的过程中打开排水阀并测读排水量，以0.003~0.012 %/min的剪切速率缓慢剪切，直到破坏或应变达到15%~20%为止。为地基土主要提供土的有效抗剪强度参数Cd、Φd等参数。

关 键 词：饱和试样；排水固结；测读排水量；强度参数

Abstract: General triaxial consolidation undrained shear CD test with a diameter of 3.91cm height of 8cm 3 4 saturated sample in different ambient pressure under triaxial adequate drainage consolidation in the shear processopen the drain valve and measured read a displacement of the slow shear the shear rate of 0.003 ~ 0.012% / min until the damage or strain to reach 15% ~ 20% so far. For the foundation soil to soil the effective shear strength parameters of Cd, Φd parameters.Key words: saturated sample; drainage consolidation; measured Reading displacement; strength parameters

中图分类号：TU 411 文献标识码：A

1 引言

目前国内水运、公路、铁路及工民建工程对三轴试验指标的要求越来越多，主要是因为三轴试验克服了剪切面人为固定和不能控制排水的缺点，数据更具科学性。对于三轴UU、CU（测孔隙水压力）试验，大多试验室并不陌生，因为工程在考虑土体固结稳定及边坡滑移方面常用到这些指标。但对于CD试验，在工程实践中很少进行，这方面积累的工程经验不多。从理论上说，CD试验在饱和试样孔压消散到规定的数值时，在剪切的过程中打开排水阀，孔压应当等于零或者接近于零。经过本次大量的试验结果表明：砂土在剪切过程中孔压为零，粉土接近于零，粉质粘土和粘土都有一定的孔压。下面就以大连地区的粘性土的CD试验的若干问题进行深入地探讨。

2大连地区粘性土CD试验的分析

三轴CD试验仪器采用KTG-98型全自动三轴压缩仪，饱和设备采用饱和器真空抽气法二十四小时饱和，橡皮膜采用国内生产的3.91cm试样的标准模，也用过其他类似高强度高水密性和高气密性的膜做过对比，透水板采用水煮法保证其良好的透水性，滤纸条宽度0.4~0.6cm，固结度控制在98%，剪切速率粉土控制在0.008%/min，粉质粘土控制在0.004~0.006%/min，淤泥和粘土都是高液限土，控制在0.001~0.003%/min。

2.1孔压的分析

本次CD试验共计47件，剪切过程中的孔压变化统计图表如下：表1、图1，图1中土样种类1代表粉土，2代表粉质粘土，3代表粘土，4代表淤泥。

表1剪切过程中的孔压变化统计表

图1 CD剪切试验中不同土类在不同围压下的平均孔压变化曲线图

从表1、图1可以得出：粘性土CD试验在不同的周围压力下，饱和试样充分固结后，剪切时会产生一定的孔压，而且随着粘性的增加而增加。

2.2含水率的分析

饱和试样在固结排水中，含水率会随着周围压力的增大而逐渐的减小，本次对部分土样共计18件代表性试样的各级围压下的含水率与土样的天然含水率进行了对比测定，下面的图表：表2、图2，反应了试样含水率剪切前后的变化规律。

从表2中可以看出，试样围压越大，排水越多，含水率就越小，从图2中可以判断：土的天然含水率越大，固结排水越明显，而且随着围压的增加而成渐缓趋势，说明土体中毛细水在围压达到一定的程度而可以逐渐排放殆尽，土体变形将趋于稳定。

3试验曲线的分析

三轴CD试验的成果曲线一般包括：主应力差与轴向应变曲线、应力差强度包线、体变曲线、孔隙压力与轴向应变曲线等，通过各曲线的分析，可以得出CD试验的最终成果。

3.1 应力应变曲线的分析

图3是在试验过程中所采集的一组试样的应力应变曲线，从图上可以看出：主应力差随着应变的增长而不断的增大，在应变15%范围内最后出现峰值或者接近峰值，最后成下降趋势。

3.2应力差强度包线的分析

从图4可以看出，随着压力的增大，毛细水的排出，摩尔应力圆直径越大，土的强度越来越高，图4真实有效的反应了该试样的有效抗剪强度。

3.3体变曲线的分析

体变曲线是以试样的轴向应变为为横坐标，以剪切过程中的每级应变对应的排水量ΔV除以固结稳定后的体积为纵坐标的εa与εv关系曲线，能够反映出试样在剪切过程中的体积变化，为地基基础提供变形参数，如下图5。

从图5可以看出，试样在剪切过程中体积变化随着应变的增加而增大，在剪切的初始阶段是直线段，在剪切的末端曲线渐趋平缓，甚至出现剪涨现象。

4 结论

（1）大连地区粘性土三轴CD试验在不同的周围压力下，饱和试样在剪切过程中会产生一定的孔压，而且随着粘性的增加而增加。

（2）土的天然含水率越大，固结排水越明显，而且随着围压的增加而成渐缓趋势

（3）主应力差随着应变的增长而不断的增大，在应变15%范围内最后出现峰值或者接近峰值，最后成下降趋势。

（4）试样在剪切过程中体积变化随着应变的增加而增大，在剪切的初始阶段是直线段，在剪切的末端曲线渐趋平缓，甚至出现剪涨现象。剪涨现象是由于试样的变形和剪切破坏引起的，属于正常现象。

5 问题和建议

（1）规范中只规定了橡皮膜的厚度，而韧性和耐水性是不容忽视的，因为粘土CD试验从固结到排水剪切需要一周左右的时间，如果橡皮膜的韧性和耐水性不好，就会膨胀而引起轻微渗水现象。

（2）剪切速率的大小直接影响着孔隙压力，因为土中毛细水的排放是一个缓慢的过程，速率越大，孔压越大，排水越不明显，故建议粉土控制在0.006~0.008%/min，粉质粘土控制在0.004~0.006%/min，淤泥和粘土控制在0.001~0.003%/min。

（3）建议用孔隙压力系数来计算土的饱和程度，饱和度达不到99%，需要继续饱和，直到达到99%才开始排水剪切。

（4）一定要保证体变管或者排水传感器的管路中没有气泡，要随时观察，管路中的气泡将会对排水量有很大的影响，造成体变曲线失真现象。

（5）建议用更大的周围压力进行试验，以保证固结排水更加充分。

（6）由于在提供土的有效抗剪强度参数Cd、Φd成果时不考虑剪切过程中产生的孔隙水压力，故有些处理软件在资料处理时，把孔隙水压力屏蔽了，造成对有些异常数据不能及时地分析，找到原因，故建议处理软件把剪切过程中产生的孔隙水压力予以保留，同时采集间隔不要过密，应变应控制在0.1~0.2%为宜，以保证体变曲线的圆滑。

参 考 文 献

[1]中华人民共和国水利部.GB/T50123-1999 土工试验方法标准【S】. 北京：中国水利水电出版社，1999.

[2]中华人民共和国水利部SL237-1999 土工试验规程【SL】. 北京：中国水利水电出版社，1999.

注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。