• 概述

應(yīng)變控制式三軸儀根據(jù)GB/T50123-199 《土工試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》設(shè)計(jì)制造，各項(xiàng)性能參數(shù)*符合相關(guān)規(guī)范要求。本儀器用于測(cè)定土樣在等應(yīng)變加荷方式下土體的抗剪強(qiáng)度、變形和孔隙水壓力等功能。該系統(tǒng)可以進(jìn)行不固結(jié)不排水試驗(yàn)（UU）、固結(jié)不排水試驗(yàn)（CU）、固結(jié)排水試驗(yàn)（CD）等。

本儀器主要有三部分組成：測(cè)控系統(tǒng)、加載系統(tǒng)、附件（含量力環(huán)、壓力室、飽和器、承膜桶、對(duì)開(kāi)模、切土器、擊實(shí)器等）

• 主要技術(shù)參數(shù)及規(guī)格

• 試件尺寸: Ø39.1mm*80mm
• 軸向載荷: 0-10KN   軸向位移：0-30mm
• 圍壓: 0 – 1.0MPa
• 反壓: 0 –0.6MPa
• 孔隙壓力: 0MPa-1MPa
• 體積變化:0 - 25ml 小分度：0.1ml
• 工作臺(tái)行程：0-50mm
• 剪切速率：0.0001mm/min-2.4mm/min. 0.0001mm/min-4.8mm/min  
• 電源：220V±10%，50HZ
• 功率：小于800W

• 性能及特點(diǎn)

• 儀器測(cè)控系統(tǒng)核心控制系統(tǒng)采用高速32位ARM微控制器，超高速的采樣以及運(yùn)算能力保證試驗(yàn)過(guò)程中各項(xiàng)數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)采集及顯示。
• 測(cè)控系統(tǒng)選用大屏幕彩色觸摸液晶屏，友好直觀的人機(jī)交互界面，簡(jiǎn)單易操作的觸控設(shè)置，精益求精的軟件設(shè)計(jì)，提供給用戶一個(gè)超乎想象的使用體驗(yàn)。
• 加載系統(tǒng)由伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)，剪切速率無(wú)級(jí)變速。顯示選用3.5英寸彩色屏，界面友好直觀，全金屬機(jī)械式按鍵控制電機(jī)，常用速度快速選擇并設(shè)置，用戶自定義速度快速調(diào)整。
• 整個(gè)系統(tǒng)無(wú)需外界空氣壓縮機(jī)等任何壓力源，自身實(shí)現(xiàn)液壓控制，性能穩(wěn)定，滿足各種三軸試驗(yàn)的需求。
• 儀器管路簡(jiǎn)單易操作，閥門(mén)管件的開(kāi)關(guān)狀態(tài)輕松易辨。壓力室耐壓強(qiáng)度高，加壓桿摩擦系數(shù)小，大限度的排除對(duì)試驗(yàn)的影響。

• 試驗(yàn)機(jī)主要工作原理

• 三軸試驗(yàn)時(shí)，將制備好的試樣用橡膠膜包裹好，放入壓力室，然后根據(jù)試驗(yàn)要求通過(guò)圍壓系統(tǒng)和反壓系統(tǒng)進(jìn)行加壓控制，加載系統(tǒng)的工作臺(tái)以要求的剪切速率上升剪切，直至土樣破壞。試驗(yàn)過(guò)程中，通過(guò)量力環(huán)和0-30mm的百分表獲得相關(guān)試驗(yàn)數(shù)據(jù)，用于后期數(shù)據(jù)處理。
• 圍壓、反壓的控制方式是以水為介質(zhì)，通過(guò)調(diào)壓筒的活塞前進(jìn)或后退對(duì)水壓縮獲得所需的壓力。壓力傳感器選用高精度、高響應(yīng)速度的型號(hào)。
• 試驗(yàn)中，土樣的體積變化由雙層體變管（加反壓時(shí)）或滴定管測(cè)量。

• 試驗(yàn)機(jī)的安裝

試驗(yàn)機(jī)拆箱后，按照說(shuō)明書(shū)的裝箱單清點(diǎn)測(cè)控柜、加載系統(tǒng)、壓力室以及其它所有附件是否齊全，如有問(wèn)題請(qǐng)及時(shí)與經(jīng)銷(xiāo)商或者生產(chǎn)廠家聯(lián)系。

• 加壓系統(tǒng)的安裝

圖5.10

• 將加壓主機(jī)放置于平整、堅(jiān)實(shí)的工作臺(tái)上，要求自制工作臺(tái)的必須大于加壓系統(tǒng)底座面積。調(diào)整加壓系統(tǒng)四個(gè)地腳使儀器水平。
• 需要調(diào)整橫梁的高度時(shí)，注意左右兩個(gè)調(diào)節(jié)螺母同時(shí)調(diào)節(jié)，且在重新緊固橫梁時(shí)必須保證橫梁的左右兩端與加壓系統(tǒng)工作臺(tái)垂直距離相等。
• 選擇需要的量力環(huán)，裝于橫梁上（一只手扶著量力環(huán)不動(dòng)，另一只手旋轉(zhuǎn)用于固定量力環(huán)的螺母即可）。如圖5.10所示。
• 0-10mm百分表裝在量力環(huán)內(nèi)（出廠前已經(jīng)預(yù)裝好），預(yù)壓1mm,用于測(cè)量軸向荷載（土樣抗變形能力）。0-30mm百分表裝在量力環(huán)外側(cè)，用于測(cè)量土樣的軸向應(yīng)變。

• 、測(cè)控柜安裝

將測(cè)控柜放置于平整、堅(jiān)實(shí)的工作臺(tái)上。

• 打開(kāi)測(cè)控柜背部活動(dòng)門(mén)，檢查三個(gè)傳感器和兩個(gè)電機(jī)共五個(gè)航空插頭（如圖5.20、5.21所示位置）是否均已正確并良好連接。
• 本儀器所有航空插頭均使用不同型號(hào)，有效防止各種原因引起的由于接插頭連接錯(cuò)誤導(dǎo)致儀器或零部件損壞等意外情況。
• 看試驗(yàn)機(jī)正面（參考圖5.23），按照標(biāo)示，先關(guān)閉閥2（圍壓加壓閥）、閥1（圍壓注水閥）、閥4（反壓加壓閥）、閥3（反壓注水閥），然后將注水瓶注水2/3左右備用（如圖5.22所示）。
• 將電源連接線取出并插入測(cè)控柜背面的電源插座，注意插座的方向。本系統(tǒng)220V供電，電源座自帶保險(xiǎn)絲，當(dāng)發(fā)現(xiàn)儀器通電不正常，請(qǐng)首先檢查保險(xiǎn)絲是否燒斷。

• 管路連接

本儀器共配備3個(gè)尺寸型號(hào)的壓力室，壓力室外部管閥以及連接方法是一樣的，下文只以其中一種型號(hào)的壓力室為例進(jìn)行講解。

• 用戶根據(jù)試驗(yàn)需求取出需要用到的壓力室。如圖5.32所示。
• 壓力室放置于加載主機(jī)，放置平整。
• 壓力室左側(cè)位置的閥（閥8）接雙層體變管下方的閥（閥6），使用硬管連接。
• 壓力室中間位置的兩個(gè)閥，其中一個(gè)（閥9）接至孔壓傳感器快速接口（位于測(cè)控柜右側(cè)），使用硬管連接。

另外一個(gè)寶塔接口（閥10）接至測(cè)控柜右側(cè)的排水量管（也稱之為下排水管），使用軟管連接。

• 壓力室右側(cè)位置的三個(gè)閥，留有兩個(gè)接口，其中一個(gè)（閥11）接至圍壓接口（位于測(cè)控柜右側(cè)），使用硬管連接。

另一個(gè)（閥13）接至下口瓶（放置于測(cè)控柜上方），使用硬管連接。

• 雙層體變管上方的閥（閥5）接至測(cè)控柜右側(cè)的反壓輸出口，使用硬管連接。

雙層體變管下方的閥7為寶塔口，使用軟管連接至右側(cè)的單層體變管。

注意：連接管路時(shí)，使用硬管處應(yīng)小心慢擰，保證不漏氣、不漏水，且不可過(guò)力擰卸導(dǎo)致?lián)p壞。兩個(gè)玻璃量管底部使用軟管連接，由于玻璃制品的易碎性，應(yīng)先使用水或其他液體潤(rùn)滑連接處，然后旋轉(zhuǎn)著慢慢將軟管套住連接口。

如圖5.33為管路連接示意簡(jiǎn)圖。其中反壓輸出口、圍壓輸出口、孔壓傳感器接口位于測(cè)控柜右側(cè)，

• 附件介紹

本機(jī)有些附件（如飽和器、對(duì)開(kāi)模、承膜筒等）配有三種型號(hào)，分別用于做不同尺寸試件的試驗(yàn)。由于這些附件功能以及使用方法等*一致，故本文只對(duì)其中一種尺寸作為樣例進(jìn)行講解。

•  儲(chǔ)水瓶

儲(chǔ)水瓶為一個(gè)下口瓶，用于試驗(yàn)過(guò)程中對(duì)壓力室注水等。如圖所示。

用戶使用時(shí)將硬管直接插在下方的橡膠塞，通過(guò)上方瓶口加水即可。儲(chǔ)水瓶放置于測(cè)控柜上方，由于是玻璃制品，用戶使用時(shí)應(yīng)盡量小心輕拿輕放，防止損壞。

注意在使用過(guò)程中應(yīng)將瓶口上方的瓶塞拿掉，防止因瓶子過(guò)于密封導(dǎo)致瓶?jī)?nèi)水位變化后引起氣壓變化，從而水不再流動(dòng)。

• 對(duì)開(kāi)模

對(duì)開(kāi)筒被軸向分為相同的能?chē)?yán)密合實(shí)的兩部分，和可套在對(duì)開(kāi)筒柱體外部的套環(huán)。

對(duì)開(kāi)模主要用于試驗(yàn)過(guò)程中取、放土樣時(shí)，使用對(duì)開(kāi)模保護(hù)，防止在試驗(yàn)未開(kāi)始時(shí)用手指直接接觸土樣造成損壞。

• 飽和器

當(dāng)試驗(yàn)需要對(duì)土樣進(jìn)行飽和時(shí)，使用到本附件。在制備土樣試件時(shí)，也用到本附件。如圖所示為飽和器。注意圖中有長(zhǎng)桿和短桿之分，其中長(zhǎng)桿的會(huì)在制備土樣時(shí)用到。

• 擊實(shí)器

擊實(shí)器用于制備各型號(hào)土樣。在制備土樣時(shí)，配合飽和器使用。下文介紹土樣制備方法時(shí)會(huì)具體講解。 

 如左圖，在制備φ39.1的土樣時(shí)，擊實(shí)器的使用方法         

• 承膜筒、乳膠膜、洗耳球

在對(duì)土樣試件套乳膠膜的過(guò)程中，會(huì)用到洗耳球和承膜筒，使得過(guò)程簡(jiǎn)單化。

使用時(shí)，先將一小段軟管套在承膜筒的側(cè)方出氣嘴，然后將對(duì)應(yīng)尺寸的乳膠膜如圖所示反套在承膜筒上。應(yīng)盡量保證乳膠膜方向不要扭曲。然后用手捏住洗耳球，再將軟管的另一端連接至洗耳球，松手，洗耳球?qū)⒆詣?dòng)鼓起并吸出乳膠膜和承膜筒間隙的空氣。

此時(shí)若乳膠膜仍沒(méi)有緊貼承膜筒內(nèi)壁，可以用手捏住橡膠軟管，移除洗耳球然后再次捏住洗耳球排氣，然后重新連接洗耳球和軟管，松手，讓洗耳球再次吸出乳膠膜和承膜筒間隙的空氣。

重復(fù)上方過(guò)程，直至乳膠膜緊貼承膜筒內(nèi)壁。

如圖所示，即為連接好洗耳球、承膜筒，并套上乳膠膜的示意圖。

此時(shí)，即可將承膜筒連同乳膠膜慢慢套在土樣上。

取出時(shí)，將乳膠膜反套在承膜筒兩端的部分輕輕推下，再移除洗耳球，此時(shí)乳膠膜將緊貼于土樣試件，慢慢移除承膜筒即可。

• 切土器

做無(wú)測(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)時(shí)，需利用切土器將試樣切成要求直徑。本設(shè)備配備的切土器可切取土樣直徑φ39.1等，下釘盤(pán)底部裝有鋼銖使其轉(zhuǎn)動(dòng)靈活。

使用方法：將預(yù)定試樣切成與上釘盤(pán)近似大小直徑之土樣，削平量端面，置于兩釘盤(pán)之間頂緊，轉(zhuǎn)動(dòng)中軸，用切土刀或鋼絲鋸沿著所需直徑靠板方向逐漸逐切，即可切成所需土柱樣。

• 其他附件

透水石

加壓帽

不透水板 

• 加載系統(tǒng)的使用操作

加載系統(tǒng)可獨(dú)立運(yùn)轉(zhuǎn)，也可通過(guò)通訊口接收指令執(zhí)行相應(yīng)動(dòng)作響應(yīng)。

本加載系統(tǒng)采用進(jìn)口伺服電機(jī)控制，加載穩(wěn)定性高且速度控制精準(zhǔn)。高分辨率的全彩色液晶屏、友好直觀的界面設(shè)計(jì)實(shí)時(shí)顯示當(dāng)前速度和運(yùn)行狀態(tài)，操作簡(jiǎn)單快捷。系統(tǒng)裝配有行程限位開(kāi)關(guān)，有效避免因行程超限導(dǎo)致的加壓結(jié)構(gòu)損壞等意外，

加載系統(tǒng)控制部分如下圖：

右側(cè)的上升、停止、下降為自復(fù)位式按鈕，并能實(shí)時(shí)指示電機(jī)的工作狀態(tài)。輕點(diǎn)一下按鈕，電機(jī)便會(huì)執(zhí)行相應(yīng)操作，對(duì)應(yīng)狀態(tài)指示燈亮起。

本設(shè)備有4個(gè)快速速度設(shè)置按鈕，1/0.1/0.01/0.001，單位為mm/min，按下按鍵，系統(tǒng)加載速度立即更改。

同時(shí)本設(shè)備可實(shí)現(xiàn)速度在全量程內(nèi)（0.001-4.800mm/min）連續(xù)可調(diào)。按下設(shè)定鍵，此時(shí)四個(gè)快捷按鍵分別用于修改目標(biāo)速度，例如按下0.1則目標(biāo)速度加大0.1，按下0.001則目標(biāo)速度加大0.001。但大速度只可設(shè)置為4.800mm/mim。

系統(tǒng)主頁(yè)面如圖7.10所示，顯示信息包括：當(dāng)前速度、當(dāng)前電機(jī)狀態(tài)、本次運(yùn)行時(shí)間等。

圖7.10

設(shè)定界面如圖7.11所示，用戶根據(jù)需要自行設(shè)置即可，設(shè)置完畢后再次按下設(shè)定鍵返回。

圖7.11

• 測(cè)控柜的使用操作

打開(kāi)電源，等待系統(tǒng)完成啟動(dòng)，顯示頁(yè)面如下：

主頁(yè)面顯示圍壓、反壓、孔隙壓力的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)以及圍壓和反壓的控制狀態(tài)。

點(diǎn)擊“啟動(dòng)/停止”按鈕即可啟動(dòng)或停止對(duì)應(yīng)的壓力自動(dòng)控制裝置。

右下側(cè)的空白區(qū)域?yàn)樾畔@示區(qū)域，實(shí)時(shí)刷新顯示系統(tǒng)的各種狀態(tài)。

頁(yè)面右下角的幾個(gè)清零按鈕可以對(duì)當(dāng)前壓力值清零，可以快速實(shí)現(xiàn)壓力零點(diǎn)校準(zhǔn)功能。但用戶應(yīng)在確認(rèn)當(dāng)前壓力確實(shí)為零時(shí)按下此按鈕。本系統(tǒng)做有保護(hù)功能，當(dāng)系統(tǒng)讀取到對(duì)應(yīng)的壓力值超過(guò)一定數(shù)值時(shí)，禁止清零功能。

點(diǎn)擊“主菜單”按鈕，打開(kāi)“試驗(yàn)參數(shù)”，顯示頁(yè)面如下：

用戶根據(jù)需要自行修改圍壓和反壓的目標(biāo)值，其中圍壓大可設(shè)置為2.000MPa，反壓大可設(shè)置為1.0000MPa。

壓力控制精度表示在自動(dòng)控制過(guò)程中，系統(tǒng)自動(dòng)泄壓或補(bǔ)壓時(shí)當(dāng)前壓力距離目標(biāo)壓力的差值。本參數(shù)單位為KPa，即0.001 MPa。

例如：圍壓目標(biāo)設(shè)置為1.000 MPa，壓力控制精度設(shè)置為5KPa。則在系統(tǒng)啟動(dòng)自動(dòng)控壓后，圍壓小于0.995 MPa時(shí)圍壓加壓?jiǎn)?dòng)，圍壓大于1.005 MPa時(shí)圍壓泄壓?jiǎn)?dòng)。

用戶可根據(jù)需要自行設(shè)置，確認(rèn)后返回主頁(yè)面，且參數(shù)將會(huì)自動(dòng)保存，直至下次修改。

• 土樣采集和試樣制備

具體的土樣采集與試樣制備過(guò)程，請(qǐng)參照有關(guān)要求和規(guī)范進(jìn)行，本文只做簡(jiǎn)單介紹。

首先根據(jù)試驗(yàn)需求，確定所需試樣個(gè)數(shù)，以便備取相應(yīng)數(shù)量的土樣。

試樣尺寸要求：

直徑為35mm，試樣的高度宜為試樣直徑的2~2.5倍，試樣的大粒徑滿足以下要求：

試樣直徑小于100mm時(shí)，允許的大粒徑為試樣直徑的1/10；

試樣直徑大于100mm時(shí)，允許的大粒徑為試樣直徑的1/5。

對(duì)于有裂縫、軟弱面和構(gòu)造面的試樣，試樣直徑宜大于60mm。

• 原樣土試樣的制備

根據(jù)土樣的軟硬程度，分別用切土盤(pán)和切土器按照試樣需求切成圓柱形試樣，切土器的使用方法參考上文中切土器的使用介紹。

注意切好的試樣應(yīng)兩端平整，并垂直于試樣軸。當(dāng)試樣側(cè)面或端部有小石子或凹坑時(shí)，允許用削下的余土修整。試樣切削時(shí)應(yīng)避免擾動(dòng)，并取余土測(cè)定試樣的含水率。

• 擾動(dòng)土試樣的制備

（1）將土樣從土樣筒或包裝袋中取出，對(duì)土樣的顏色、氣味、夾雜物和土類及均勻程度進(jìn)行描述，并將土樣切成碎塊，拌和均勻，取代表性土樣測(cè)定含水率。

（2）對(duì)均質(zhì)和含有機(jī)質(zhì)的土樣，宜采用天然含水率狀態(tài)下代表性土樣，供顆粒分析、界限含水率試驗(yàn)。對(duì)非均質(zhì)土應(yīng)根據(jù)試驗(yàn)項(xiàng)目取足夠數(shù)量的土樣，置于通風(fēng)處晾干至可碾散為止。對(duì)砂土和進(jìn)行比重試驗(yàn)的土樣宜在105～110~C溫度下烘干，對(duì)有機(jī)質(zhì)含量超過(guò)5％的土、含石膏和硫酸鹽的土，應(yīng)在65～70℃溫度下烘干。

（3）將風(fēng)干或烘干的土樣放在橡皮板上用木碾碾散，對(duì)不含砂和礫的土樣，可用碎土器碾散。此過(guò)程注意切勿壓碎顆粒。

（4）對(duì)分散后的粗粒土和細(xì)粒土，應(yīng)按要求過(guò)篩。對(duì)含細(xì)粒土的礫類土，應(yīng)先用水浸泡并充分?jǐn)嚢?，使粗?xì)顆粒分離后按不同試驗(yàn)項(xiàng)目的要求進(jìn)行過(guò)篩。

（5）試樣的數(shù)量視試驗(yàn)項(xiàng)目而定，應(yīng)有備用試樣1～2個(gè)。

（6）將碾散的風(fēng)干土樣通過(guò)孔徑2mm或0.5mm的篩，取篩下足夠試驗(yàn)用的土樣，充分拌勻，測(cè)定風(fēng)干含水率，裝入保濕缸或塑料袋內(nèi)備用。

（7）根據(jù)試驗(yàn)所需的土量與含水率，制備試樣所需的加水量應(yīng)按下式計(jì)算：

式中 ——制備試樣所需要的加水量(g)；

          ——濕土(或風(fēng)干土)質(zhì)量(g)；

          ——濕土(或風(fēng)干土)含水率(％)；

          ——制樣要求的含水率(％)。

（8）稱取過(guò)篩的風(fēng)干土樣平鋪于搪瓷盤(pán)內(nèi)，將水均勻噴灑于土樣上，充分拌勻后裝入盛土容器內(nèi)蓋緊，潤(rùn)濕一晝夜，砂土的潤(rùn)濕時(shí)間可酌減。

（9）測(cè)定潤(rùn)濕土樣不同位置處的含水率，不應(yīng)少于兩點(diǎn)，含水率差值應(yīng)不大于1%。

（10）對(duì)于砂類土，應(yīng)先在壓力室底座上依次放上不透水板、橡皮膜和對(duì)開(kāi)模，將砂料填入對(duì)開(kāi)模內(nèi)，分三層按預(yù)定干密度擊實(shí)。當(dāng)制備飽和試樣時(shí)，在對(duì)開(kāi)模內(nèi)注入純水至1/3高度將煮沸的砂料分三層填入，達(dá)到預(yù)定高度。放上不透水板、試樣帽、扎緊橡皮膜。對(duì)試樣內(nèi)部施加5KPa負(fù)壓力，使試樣能站立，拆開(kāi)對(duì)開(kāi)模。

（11）使用擊實(shí)器分層擊實(shí)試樣，粉質(zhì)土宜為3~5層，黏質(zhì)土宜為5~8層，各層土樣數(shù)量相等。

飽和器內(nèi)部應(yīng)涂一層凡士林。且每擊完一層，放置下層土樣前，應(yīng)將剛擊實(shí)的土層表面刨毛。

• 擊實(shí)器用法如下圖所示：

在制備φ39.1的土樣時(shí)，首先取出對(duì)應(yīng)的長(zhǎng)桿飽和器（參考上文中對(duì)飽和器的介紹附圖）。擰開(kāi)蝴蝶螺母，依次取下飽和器的上蓋、頂部透水石、三開(kāi)模、底部透水石。并取出擊實(shí)器底座、擊實(shí)套筒、擊實(shí)錘。

公路水運(yùn)試驗(yàn)檢測(cè)儀器

公路土工試驗(yàn)檢測(cè)儀器

土工試驗(yàn)檢測(cè)儀器

土工試驗(yàn)儀器

地基承載力檢測(cè)儀

天然稠度儀

疊式飽和器

振篩機(jī)

氣囊式容積測(cè)定儀

真空飽和裝置

三軸儀

泥漿三件套

直剪預(yù)壓儀

泥漿失水量測(cè)定儀

土壤含水量快速測(cè)定儀

直剪儀

無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度壓縮儀

回彈模量測(cè)定儀

表面震動(dòng)壓實(shí)試驗(yàn)儀

K－30型平板載荷測(cè)試儀

電動(dòng)相對(duì)密度儀

土壤液塑限聯(lián)合測(cè)定儀

固結(jié)儀

CBR值測(cè)定儀

多功能電動(dòng)擊實(shí)儀

電動(dòng)脫模器

路面材料強(qiáng)度試驗(yàn)機(jī)

切土器

收縮儀

滲透儀

核子密度儀

天然坡度儀

毛細(xì)管水上升高度試驗(yàn)儀

麻花取土器

觸探儀

灌水法試驗(yàn)儀

振動(dòng)臺(tái)法試驗(yàn)裝置

擊實(shí)器底座放置于飽和器底部，在其上方依次放置三開(kāi)模、飽和器頂蓋、擊實(shí)器套筒。鎖緊蝴蝶螺母即可。

如圖將擊實(shí)器底座放置于平地，并固定住擊實(shí)器底座，三開(kāi)模放置于套筒內(nèi)即可，后放上擊實(shí)壓蓋。

按照本章介紹，制備好試樣，擊實(shí)完畢后，小心取出三開(kāi)模，彥三開(kāi)模的邊隙依次小心撬動(dòng)，后取出試樣。量取試樣的直徑和高度。試樣的平均直徑按下式計(jì)算：

式中分別為上、中、下部位的直徑。

• 注水排氣

按照前文中將管路連接完畢后，首先需要對(duì)整個(gè)系統(tǒng)注水排氣。注意本過(guò)程中通過(guò)儀器后部的注水瓶向系統(tǒng)注水，故在整個(gè)過(guò)程中，需注意保證注水瓶一直有水且盡量不超過(guò)3/4，缺水會(huì)導(dǎo)致空氣進(jìn)入管道，水過(guò)多會(huì)導(dǎo)致排氣過(guò)程中涌出的氣泡導(dǎo)致水濺到儀器內(nèi)部。

圍壓注水排氣過(guò)程：

• 確定管路連接正確無(wú)誤。并對(duì)儀器后部注水瓶加水備用。
• 打開(kāi)閥11、閥12。
• 擰下圍壓調(diào)節(jié)裝置的插銷(xiāo)，打開(kāi)閥1（圍壓注水閥），關(guān)閉閥2（圍壓加壓閥）。
• 沿泄壓方向即逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)圍壓調(diào)節(jié)手輪，旋出150mm左右。
• 先關(guān)閉閥1，再打開(kāi)閥2。順序不可顛倒。
• 沿加壓方向即順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)圍壓調(diào)節(jié)手輪，直至接近限位位置。
• 先關(guān)閉閥2，再打開(kāi)閥1。順序不可顛倒。
• 重復(fù)4~7步驟。注意此過(guò)程保持注水瓶水位。
• 在重復(fù)至第6步驟過(guò)程中，觀察閥12位置，直至氣泡消失為止。
• 注意若第9步驟完成時(shí)手輪位置不應(yīng)過(guò)于接近限位開(kāi)關(guān)位置。否則，應(yīng)繼續(xù)重復(fù)操作一次，將手輪位置停止于遠(yuǎn)離限位位置。給系統(tǒng)留下充分的加壓空間。
• 關(guān)閉閥1、閥2、閥11、閥12。擰上圍壓調(diào)節(jié)裝置的插銷(xiāo)。

反壓注水排氣過(guò)程：

• 打開(kāi)閥6、閥7，關(guān)閉閥5，并打開(kāi)體變管排氣孔。
• 擰下反壓調(diào)節(jié)裝置的插銷(xiāo)，打開(kāi)閥3（反壓注水閥），關(guān)閉閥4（反壓加壓閥）。
• 沿泄壓方向即逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)反壓調(diào)節(jié)手輪，旋出150mm左右。
• 先關(guān)閉閥3，再打開(kāi)閥4、閥5。順序不可顛倒。
• 沿加壓方向即順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)反壓調(diào)節(jié)手輪，直至接近限位位置。
• 先關(guān)閉閥4、閥5，再打開(kāi)閥3。順序不可顛倒。
• 重復(fù)3~6步驟。注意此過(guò)程保持注水瓶水位。
• 直至體變管注滿水為止。
• 向體變管內(nèi)加注用油性染色劑染成微紅色的煤油約200ml，可以一邊向體變管慢慢注入煤油，一邊順時(shí)針旋轉(zhuǎn)反壓調(diào)節(jié)手輪，將煤油吸入體變管，待煤油*注入后，逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)反壓調(diào)節(jié)手輪，使煤油向上升直至液體溢出，排空空氣。
• 擰上體變管放氣孔堵頭，擰緊。關(guān)閉閥3、打開(kāi)閥4。此時(shí)旋轉(zhuǎn)反壓調(diào)節(jié)手輪，可以調(diào)節(jié)體變管刻度，達(dá)到預(yù)定數(shù)值。
• 關(guān)閉閥4、閥5、閥6、閥7。擰上反壓調(diào)節(jié)裝置的插銷(xiāo)。

• 裝樣

本過(guò)程講解將待用的試樣裝于壓力室的過(guò)程。

• 向測(cè)控柜后側(cè)的100ml量管加水。
• 將壓力室外罩取下，打開(kāi)閥10。觀察壓力室底座氣孔，直至有水排出且無(wú)氣泡。用于排除壓力室底座空氣。
• 關(guān)閉閥10。在壓力室底座上依次放置對(duì)應(yīng)規(guī)格的透水石、濾紙、土樣（土樣放置時(shí)連同承膜筒一起，防止損壞試樣，承膜筒用法參考上文）。
• 打開(kāi)閥10。排除濾紙、透水石上的空氣。
• 將乳膠膜下端包入底座。然后取下承膜筒，并用橡皮筋將底部扎牢（可以提前從乳膠膜一端剪下寬度3mm左右作為橡皮筋使用，也可另備）。
• 用對(duì)開(kāi)模包住試樣，并在上端放置濾紙、透水石。
• 打開(kāi)閥6、閥8，觀察加壓帽，直至有液體流出且無(wú)氣泡。排除加壓帽與量管間的空氣。然后關(guān)閉閥6、閥8。
• 在試樣上端放上加壓帽，將乳膠膜包住加壓帽，用橡皮筋固定乳膠膜與加壓帽。取下對(duì)開(kāi)模。
• 將壓力室的活塞桿*向上拉出，位移固定支架合適放置。
• 蓋上壓力室外罩，并擰上底部活接螺栓螺母。注意幾個(gè)螺絲應(yīng)慢慢依次擰緊，切不可先擰緊其中一個(gè)然后擰下一個(gè)，防止壓力室外罩與底座受力面受力不均勻?qū)е侣饴┧?/span>

• 試樣飽和

利用本設(shè)備實(shí)現(xiàn)對(duì)試樣的水頭飽和操作方法：

• 連接管道、注水排氣、裝樣。
• 擰松壓力室頂部的放氣螺栓。打開(kāi)閥13。
• 此時(shí)儲(chǔ)水瓶的水會(huì)流向壓力室。等待壓力室注滿水（壓力室的放氣螺栓位置有水溢出）。此過(guò)程保持儲(chǔ)水瓶不缺水。
• 注滿水后，擰緊壓力室頂部的放氣螺栓，關(guān)閉閥13。
• 調(diào)節(jié)控制器，設(shè)定圍壓目標(biāo)0.020MPa，打開(kāi)閥2、閥11、閥12。啟動(dòng)圍壓控制。等待系統(tǒng)自動(dòng)加壓至設(shè)定目標(biāo)。
• 注意調(diào)整測(cè)控柜右側(cè)100ml量管液位高度，使水頭高出試樣頂部1m，打開(kāi)閥10，閥8、閥7，使純水經(jīng)從底部經(jīng)閥10進(jìn)入試樣，從頂部經(jīng)閥8溢出，至50ml單層體變管。觀察兩個(gè)玻璃量管刻度，直至流入水量和溢出水量相等為止。
• 關(guān)閉在以上過(guò)程中打開(kāi)的閥門(mén)，并關(guān)閉圍壓自動(dòng)控制。

當(dāng)需要提高試樣飽和度時(shí)，宜在水頭飽和前，從底部將二氧化碳?xì)怏w通入試樣，置換孔隙中的空氣，再進(jìn)行水頭飽和。

試樣要求*飽和時(shí)，應(yīng)對(duì)試樣施加反壓力。此時(shí)使用雙層體變管代替單層體變管。步驟如下：

• 連接管道、注水排氣、裝樣。
• 打開(kāi)閥9、閥10，調(diào)整右側(cè)100ml量管水位高度，使得孔隙水壓力等于大氣壓力。關(guān)閉閥9、閥10。
• 記錄雙層體變管讀數(shù)。
• 打開(kāi)閥2、閥11、閥12，對(duì)試樣施加圍壓，壓力大小為10~20KPa。
• 打開(kāi)閥9，待孔隙壓力值穩(wěn)定，讀取并記錄孔隙壓力值。
• 關(guān)閉閥9。打開(kāi)閥4、閥5、閥6、閥8，對(duì)試樣施加反壓壓力。注意保持圍壓和反壓同時(shí)施加，每級(jí)增量為30KPa。
• 緩慢打開(kāi)閥9，檢查孔隙壓力整量，待讀數(shù)穩(wěn)定后記錄孔隙壓力值，同時(shí)雙層體變管讀數(shù)。
• 將圍壓和反壓目標(biāo)值增加30KPa，同時(shí)加壓。
• 重復(fù)第7步驟。
• 計(jì)算記錄的數(shù)據(jù)，當(dāng)孔隙水壓力增量與周?chē)鷫毫υ隽恐?/span>

⊿u/⊿σ3 > 0.98時(shí)，認(rèn)為試樣達(dá)到飽和。

例如孔隙水壓力相比上次記錄增加了20KPa，圍壓相比上次增加了25Kpa，則20/25=0.8，小于0.98，即試樣仍未飽和。

經(jīng)飽和后的試樣如需取出。按以下步驟操作：

• 關(guān)閉所有閥。
• 擦除閥13處的管道接口。注意防止儲(chǔ)水瓶的水順著管子外流。
• 擰開(kāi)壓力室頂部的放氣螺栓。
• 預(yù)備好接水桶或器皿，緩慢打開(kāi)閥13。壓力室的水將由閥13處流出。
• 壓力室水排空后，移除壓力室外罩，輕輕取出試樣即可。

• 不固結(jié)不排水（UU）試驗(yàn)步驟

不固結(jié)不排水試驗(yàn)是在施加周?chē)鷫毫驮黾虞S向壓力直至破壞過(guò)程中均不允許試樣排水。

本試驗(yàn)適用于測(cè)定細(xì)粒土和砂類土的總抗剪強(qiáng)度參數(shù)。

• 連接管道、注水排氣。
• 預(yù)備好試樣。如需要飽和，參考上文試樣飽和介紹。
• 打開(kāi)壓力室外罩。在底座上依次放置不透水板、試樣、不排水加壓帽。并將乳膠膜兩端分別扎牢與底座與加壓帽。（可以參考“裝樣”章節(jié)中操作步驟）。
• 裝上壓力室外罩。將活塞桿對(duì)準(zhǔn)量力環(huán)和試樣頂部。注意輕輕推動(dòng)活塞桿至接近試樣頂部。
• 向壓力室注滿水，注水方法參考“試樣飽和”章節(jié)前4個(gè)步驟。
• 根據(jù)需要在控制器設(shè)置圍壓目標(biāo)值與反壓目標(biāo)值。
• 取下加壓裝置的插銷(xiāo)，手動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)手輪，將壓力值調(diào)整至對(duì)應(yīng)目標(biāo)值附近。此過(guò)程為了大大縮短自動(dòng)控壓所需時(shí)間。
• 拔下加壓裝置的插銷(xiāo)，啟動(dòng)圍壓和反壓自動(dòng)控制。
• 啟動(dòng)加載裝置，使試樣帽與活塞以及量力環(huán)接觸，停止加載系統(tǒng)。裝好變形百分表，并將量力環(huán)和變形白分別讀數(shù)調(diào)零。

開(kāi)始剪切：

• 開(kāi)始剪切。剪切應(yīng)變速率宜為每分鐘0.5%~1%。
• 設(shè)置好加載系統(tǒng)的速度。啟動(dòng)加載系統(tǒng)。
• 試樣每產(chǎn)生0.3%~0.4%的軸向應(yīng)變，測(cè)記一次量力環(huán)的讀數(shù)和軸向應(yīng)變。當(dāng)軸向應(yīng)變大于3%時(shí)，每隔0.7%~0.8%的應(yīng)變測(cè)記一次讀數(shù)。
• 當(dāng)量力環(huán)讀數(shù)出現(xiàn)峰值時(shí)，剪切應(yīng)繼續(xù)進(jìn)行至超過(guò)5%的軸向應(yīng)變?yōu)橹埂．?dāng)量力環(huán)讀數(shù)無(wú)峰值時(shí)，剪切應(yīng)進(jìn)行到軸向應(yīng)變?yōu)?5%~20%。
• 試驗(yàn)結(jié)束后，先關(guān)閉圍壓和反壓自動(dòng)控制。然后關(guān)閉閥2、閥4。關(guān)閉加載主機(jī)并啟動(dòng)反轉(zhuǎn)至壓力室可以移動(dòng)。
• 壓力室排水。參考“試樣飽和”章節(jié)試樣飽和后的取出步驟。
• 拆除壓力室外罩。描述試樣破壞形狀，稱試樣質(zhì)量，并測(cè)定含水率。

試驗(yàn)的結(jié)果整理：

• 軸向應(yīng)變的計(jì)算

ε1=Δhi/h0

式中ε1 ——軸向應(yīng)變值（%）；Δhi——剪力過(guò)程中的高度變化(mm)；h0 —— 試樣起始高度(mm)

2、試樣面積的校正

Aa= A0/(1-ε1)

式中Aa——試樣的校正斷面積（cm2）；A0——試樣的初始斷面積（cm2）

3、主應(yīng)力差計(jì)算

σ1-σ3=C•R/ Aa×10

式中σ1——大主應(yīng)力（kPa）；σ3——小主應(yīng)力（kPa）；C ——測(cè)力計(jì)率定系數(shù)（N/0.01mm或N/mV）；R——測(cè)力計(jì)讀數(shù)（0.01mm或Mv）；10 ——單位換算系數(shù)

4、在直角坐標(biāo)紙上繪制軸向應(yīng)變與主應(yīng)力差關(guān)系曲線，求不排水強(qiáng)度參數(shù)。

以σ1-σ3的峰值為破壞點(diǎn)，無(wú)峰值時(shí)，取15%軸向應(yīng)變時(shí)的主應(yīng)力差值作為破壞點(diǎn)。依法向應(yīng)力為橫坐標(biāo)，在橫坐標(biāo)上以（σ1f-σ3f）/2為半徑（f表示破壞），在τ-σ應(yīng)力平面圖上繪制破損應(yīng)力圖，并繪制不同周?chē)鷫毫ο缕茡p應(yīng)力圓的包線。

•  固結(jié)不排水（CU）試驗(yàn)步驟

固結(jié)不排水試驗(yàn)是使試樣現(xiàn)在某一周?chē)鷫毫ψ饔孟屡潘探Y(jié)，然后在保持不排水的情況下，增加軸向壓力直至破壞。

本試驗(yàn)適用于測(cè)定黏質(zhì)土和砂類土的總抗剪強(qiáng)度參數(shù)或有效抗剪強(qiáng)度參數(shù)和孔隙壓力系數(shù)。

• 連接管道、注水排氣。
• 預(yù)備好試樣。如需要飽和，參考上文試樣飽和介紹。
• 打開(kāi)壓力室外罩。在底座上依次放置透水石、濾紙、試樣、排水加壓帽。試樣周?chē)N浸濕的濾紙條，并將乳膠膜下端扎牢于底座。
• 打開(kāi)閥10，從試樣底部充水，排除試樣與乳膠膜間的空氣。然后將乳膠膜上端與加壓帽扎牢。關(guān)閉閥10（可以參考“裝樣”章節(jié)中操作步驟）。
• 降低單層體變管，并打開(kāi)閥6、閥7、閥8，使管內(nèi)水位位于試樣中心以下20~40cm，吸除余水，關(guān)閉閥6、閥7、閥8。
• 需要測(cè)定應(yīng)力應(yīng)變時(shí)，應(yīng)在試樣與透水石之間放置中間夾有硅脂的兩層圓形橡皮膜，膜中間應(yīng)留直徑為1cm的圓孔排水。
• 裝上壓力室外罩。將活塞桿對(duì)準(zhǔn)量力環(huán)和試樣頂部。注意輕輕推動(dòng)活塞桿至接近試樣頂部。提高排水管，使管內(nèi)水面與試樣高度的中心齊平，測(cè)記讀數(shù)。
• 向壓力室注滿水，注水方法參考“試樣飽和”章節(jié)前4個(gè)步驟。
• 打開(kāi)閥2、閥11、閥12，施加周?chē)鷫毫?，周?chē)鷫毫χ祽?yīng)與工程實(shí)際荷載相適應(yīng)，大一級(jí)周?chē)鷫毫?yīng)與大實(shí)際荷載大致相等。
• 啟動(dòng)加載裝置，使試樣帽與活塞以及量力環(huán)接觸，停止加載系統(tǒng)。裝好變形百分表，并將量力環(huán)和變形白分別讀數(shù)調(diào)零。
• 打開(kāi)閥9。調(diào)整軸向壓力、軸向應(yīng)變和孔隙水壓力零點(diǎn)。
• 不需要反壓時(shí)，打開(kāi)閥8、閥7、閥6，記下單層體變管讀數(shù)。需要反壓時(shí)，則打開(kāi)閥8、閥5、閥6，施加所需的反壓壓力值，并記下雙層體變管讀數(shù)。

試樣排水固結(jié)：

• 保持閥9開(kāi)啟，讀取孔隙壓力值。沒(méi)施加反壓時(shí)，保持閥6、閥7、閥8開(kāi)啟，施加反壓時(shí)，保持閥5、閥6、閥8開(kāi)啟。
• 需要測(cè)定排水過(guò)程時(shí)，按0S、15S、1min、2min、4min、6min、9min、12min、16min、20min、25min、35min、45min、60min、90min、2h、4h、10h、23h、24h，測(cè)記體變管（無(wú)反壓讀取單層體變管，有反壓讀取雙層體變管）讀數(shù)，同時(shí)記錄孔隙水壓力值。直至孔隙水壓力消散95%以上。
• 固結(jié)穩(wěn)定的標(biāo)準(zhǔn)是后1小時(shí)變形量不超過(guò)0.01mm。固結(jié)完成后，關(guān)閉閥8，閥5、閥6、閥7。再次測(cè)記體變管讀數(shù)和孔隙水壓力值。
• 啟動(dòng)加載裝置，使試樣帽與活塞以及量力環(huán)接觸，停止加載系統(tǒng)。裝好變形百分表，并將量力環(huán)和變形百分表別讀數(shù)調(diào)零。

開(kāi)始剪切：

• 開(kāi)始剪切。黏質(zhì)土剪切應(yīng)變速率宜為每分鐘0.05%~0.1%；粉質(zhì)土切應(yīng)變速率宜為每分鐘0.1%~0.5%。
• 設(shè)置好加載系統(tǒng)的速度。啟動(dòng)加載系統(tǒng)。
• 試樣每產(chǎn)生0.3%~0.4%的軸向應(yīng)變，測(cè)記一次量力環(huán)的讀數(shù)和軸向應(yīng)變。當(dāng)軸向應(yīng)變大于3%時(shí)，每隔0.7%~0.8%的應(yīng)變測(cè)記一次讀數(shù)。
• 當(dāng)量力環(huán)讀數(shù)出現(xiàn)峰值時(shí)，剪切應(yīng)繼續(xù)進(jìn)行至超過(guò)5%的軸向應(yīng)變?yōu)橹?。?dāng)量力環(huán)讀數(shù)無(wú)峰值時(shí)，剪切應(yīng)進(jìn)行到軸向應(yīng)變?yōu)?5%~20%。
• 試驗(yàn)結(jié)束后，先關(guān)閉圍壓和反壓自動(dòng)控制。然后關(guān)閉閥2、閥4。關(guān)閉加載主機(jī)并啟動(dòng)反轉(zhuǎn)至壓力室可以移動(dòng)。
• 壓力室排水。參考“試樣飽和”章節(jié)試樣飽和后的取出步驟。
• 拆除壓力室外罩。描述試樣破壞形狀，稱試樣質(zhì)量，并測(cè)定含水率。

試驗(yàn)的結(jié)果整理：

1、試樣固結(jié)高度計(jì)算

hc=h0(1-△V/V0)1/3

式中hc——試樣固結(jié)后的高度（cm）；△V——試樣固結(jié)后與固結(jié)前的體積變化（cm3）

2、試樣固結(jié)后的面積計(jì)算

Ac=A0(1-△V/V0)1/3

式中Ac——試樣固結(jié)后的斷面積（cm2）

3、剪切時(shí)試樣的校正面積計(jì)算

Ac= Ac/(1-ε1¬¬¬)

4、主應(yīng)力差計(jì)算

主應(yīng)力差計(jì)算同不固結(jié)不排水試驗(yàn)。μf/B(σ1-σ3)f

5、有效主應(yīng)力計(jì)算

⑴有效大主應(yīng)力計(jì)算

σ′1=σ1-μ

式中σ′1——有效大主應(yīng)力（kPa）；μ——孔隙水壓力（kPa）

⑵有效小主應(yīng)力計(jì)算

σ′3=σ3-μ

⑶有效主應(yīng)力比

σ′1/σ′3=1+（σ′1-σ′3）/σ′3

6、孔隙水壓力系數(shù)的計(jì)算

⑴初始孔隙水壓力系數(shù)

B=μ0/σ3

式中B——初始孔隙水壓力系數(shù)；μ0——初始周?chē)鷫毫Ξa(chǎn)生的孔隙水壓力，kPa

⑵破壞時(shí)孔隙水壓力系數(shù)

Af=μf/ B(σ1-σ3)f

式中B——破壞時(shí)孔隙水壓力系數(shù)；μ0——試樣破壞時(shí)，主應(yīng)力差產(chǎn)生的孔隙水壓力（kPa）

7、不排水剪切強(qiáng)度曲線繪制

• 固結(jié)排水（CD）實(shí)驗(yàn)

固結(jié)排水試驗(yàn)是使試樣現(xiàn)在某一周?chē)鷫毫ψ饔孟屡潘探Y(jié)，然后在允許試樣充分排水持的情況下，增加軸向壓力直至破壞。

本試驗(yàn)適用于測(cè)定黏質(zhì)土和砂類土的總抗剪強(qiáng)度參數(shù)Cd、Фd。

試驗(yàn)前儀器檢查，試樣制備和飽和按不固結(jié)不排水試驗(yàn)的相應(yīng)規(guī)定進(jìn)行。

試樣的安裝、固結(jié)和剪切按固結(jié)不排水試驗(yàn)的相應(yīng)規(guī)定進(jìn)行，但在剪切過(guò)程中應(yīng)打開(kāi)排水閥，剪切速率采用每分鐘應(yīng)變0.003～0.012%。

成果整理時(shí)，試樣固結(jié)后的高度和面積按固結(jié)不排水試驗(yàn)相應(yīng)的公式計(jì)算，剪切時(shí)試樣的校正面積按下時(shí)計(jì)算

Aa=(Vc-△Vi)/(hc-△hi)

式中△Vi——剪切過(guò)程中試樣的體積變化（cm3）；hi——剪切過(guò)程中試樣的高度變化（cm）

記錄表格同不固結(jié)不排水試驗(yàn)。

儀器裝箱單