如何做好三轴试验（一）土样制备和安装

如何做好三轴试验（一）土样的制备和安装

  三轴试验能够根据工程实际，控制试样的排水、测定孔隙水压力，成为工程勘察中的重要技术手段。三轴试验已成一项常规试验项目，提供土的强度指标，并向其它测试指标延伸。其间，有相当多的试验人员在实践中遇到的问题是，操作过程费工耗时，合格率低。三轴试验费工耗时是显而易见的。全自动三轴基于三轴压缩试验理论基础而研发的，它集机械、电子、自动化、传感器技术于一体。在硬件上主要由三轴荷载架及围压/反压控制器组成，其所配套的系统软件可提供试验设置、系统控制、数据采集以及数据处理等功能，交互性能良好，该产品在原有三轴仪的基础上改进其控制系统，采用全电路设计，试验过程无需人工干预，提高试验效率。全自动三轴仪可以２４小时连续运转外，规范的试验程序可压缩的效率有限；合格率则包含两重含意，一是成果中至少有3个应力圆有共同的包线，或与包线接近，二是测得的强度指标与土的性状相一致。经验告诉我们，选好土样、规范操作，是解决问题的有效办法。

一.土样——从选样制备到饱和安装

根据土力学理论，土的强度指标不仅取决于它的固结密度、排水条件、应力历史，也和试验参数有关。首先就来分析与取土、制样工序相关的要求，中心是减少对原状土的结构扰动。

１.粘性土的状态是以塑性表述。它综合反映了土的粒度、湿度和在一定应力条件下固结形成的密度。沉积土多成层状、各向异性。因此应从多方面鉴别土样的原状性。在制样时既要选择塑性相同，也要关注土的纵向剖面，使选取的试样层状结构一致；砂土因无法钻取原状结构不被扰动的样，制备试样的方法是取扰动的砂样，按初始孔隙比（或初始干密度）的控制要求，在成模筒内击实制作。

２.试样的大小是由土中大颗粒决定。对于粗颗粒土或夹有粗颗粒的粘性土，尤其要注意选择。按照三轴仪的标准，试样有大、中、小之分，试样高度为直径的2～2.5倍。大试样允许大颗粒为直径的２0 mm，中、小试样则为6.2mm、3.9mm。粘性土中夹有个别大颗粒，可以剔除后填平。

３.同一土样的几个试样土质均匀、结构一致，是后续试验测得的剪应力与法向力成线性的前提。为此，好是取同层土制备试样。以小试样为例，要求钻取的土样大于ø100，再用分土器剖出3个样；若钻取土样过小，在同层土样中只能选取１～２试样。对于土质结构均匀的土层可用连续取土来弥补土量的不足；当遇到土质不均匀、或土体量不足时，只得制备一个试样，按多级加载的方法试验。

４.在物理试验中，将土看作代表矿物颗粒的土粒和其间孔隙中的气体、水构成的三相体。而在常规的三轴试验，只适用于（土粒和水）两相体。这是缘于现阶段还缺乏孔隙中气体应力～应变的测试技术。即要求试样是饱和的。规范标准为此要求：

⑴在试样制备中必须作饱和处理。饱和的方法有三：

抽气饱和——在与真空泵连接的容器内盛装试样，试样在接近负一个气压环境下，释放土中的空气。然后注入无气水后再恢复大气压力，容器中的水经过由负到正的大气压力作用下，渗入土内。按照土样的透水（气）性能确定抽气时间。这种方法可以根据容器大小，批量地对试样作饱和处理。

水头饱和——完成试样的安装，预加20kpa的周围压力。提高试样底部量管的水位，降低试样顶部量管的水位，在水头差的压力下自下而上地排出孔隙中的气体，对试样产生渗透作用。直至注入的水与渗出的水等量为止。这种方法对低塑性土较合适。

反压力饱和——反压力饱和是当前有效的饱和方法。反压力是相对于试样周围压力而言，在逐级递增的压力作用下置换孔隙中的气体，或压缩孔隙中的气体使其溶解于水。在反压力饱和过程中，始终保持反压力小于周围压力，试样结构才不被扰动；每增加一级压力，测一次孔隙水压力，当孔隙水压力增量与周围压力增量之比为１时，试样饱和。这种方法可以达到试样*饱和。尽管如此其缺点也是明显的，一是需要增加一套压力控制装置，二是占用仪器时间长。因此生产性试验室很少采用。

上述饱和方法时常是综合运用，例如先作抽气饱和，试样安装后经过检测饱和度不达标，再使用水头饱和或反压力饱和。江南地带的地下水位较浅，土样多呈饱和状。从野外取样到室内制样各环节，注意保持土样的原状性十分重要。把制备好的试样置于水槽中保存。

⑵对于饱和土，其含水量不变体积也就不变。因此在不固结不排水试验中，应变过程试样的面积计算，就是基于这样的认识。同理，排出的孔隙水量等于试样体积的变量。由于在装样操作中常要注水排气，使得依量管读数算得的排出水量往往大于体积变量。因此以秤取试验前后试样的质量，就非常必要。

５.准确测试孔隙水压力，是三轴试验的一项重要技术。不仅要求试样是饱和的，还要求试样的安装操作来保证。孔隙水压力的测量是依据静水力学的帕斯卡原理，通过水力连系把试样内的孔隙水压力引伸到压力测试装置上。为保证孔压能够灵敏传递和准确测试，不仅在安装试样时要使用无气水，还要对试样上下的透水石、周围与乳胶模间的缝隙，连接管路等所有衔接处，作*的排气操作，以提高水体的刚性。做好这一点要求试验者有操作经验和细致责任。

６.为了缩短孔隙水压力的传输时间，加速排水，可在试样周围贴滤纸条。滤纸条的宽度约为试样直径的1/5～1/6，上下与透水石相连。若要作反压力饱和，则滤纸条中间必须断开。滤纸覆盖的面积不大于试样表面积的50%。