土工應變控制式三軸儀 使用操作說明書

• 概述

應變控制式三軸儀根據(jù)GB/T50123-199 《土工試驗方法標準》設計制造，各項性能參數(shù)*符合相關規(guī)范要求。本儀器用于測定土樣在等應變加荷方式下土體的抗剪強度、變形和孔隙水壓力等功能。該系統(tǒng)可以進行不固結不排水試驗（UU）、固結不排水試驗（CU）、固結排水試驗（CD）等。

本儀器主要有三部分組成：測控系統(tǒng)、加載系統(tǒng)、附件（含量力環(huán)、壓力室、飽和器、承膜桶、對開模、切土器、擊實器等）

• 主要技術參數(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

• 儀器測控系統(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算能力保證試驗過程中各項數(shù)據(jù)的精準采集及顯示。
• 測控系統(tǒng)選用大屏幕彩色觸摸液晶屏，友好直觀的人機交互界面，簡單易操作的觸控設置，精益求精的軟件設計，提供給用戶一個超乎想象的使用體驗。
• 加載系統(tǒng)由伺服電機驅動，剪切速率無級變速。顯示選用3.5英寸彩色屏，界面友好直觀，全金屬機械式按鍵控制電機，常用速度快速選擇并設置，用戶自定義速度快速調整。
• 整個系統(tǒng)無需外界空氣壓縮機等任何壓力源，自身實現(xiàn)液壓控制，性能穩(wěn)定，滿足各種三軸試驗的需求。
• 儀器管路簡單易操作，閥門管件的開關狀態(tài)輕松易辨。壓力室耐壓強度高，加壓桿摩擦系數(shù)小，大限度的排除對試驗的影響。

• 試驗機主要工作原理

• 三軸試驗時，將制備好的試樣用橡膠膜包裹好，放入壓力室，然后根據(jù)試驗要求通過圍壓系統(tǒng)和反壓系統(tǒng)進行加壓控制，加載系統(tǒng)的工作臺以要求的剪切速率上升剪切，直至土樣破壞。試驗過程中，通過量力環(huán)和0-30mm的百分表獲得相關試驗數(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，通過調壓筒的活塞前進或后退對水壓縮獲得所需的壓力。壓力傳感器選用高精度、高響應速度的型號。
• 試驗中，土樣的體積變化由雙層體變管（加反壓時）或滴定管測量。

• 試驗機的安裝

試驗機拆箱后，按照說明書的裝箱單清點測控柜、加載系統(tǒng)、壓力室以及其它所有附件是否齊全，如有問題請及時與經銷商或者生產廠家聯(lián)系。

• 加壓系統(tǒng)的安裝

圖5.10

• 將加壓主機放置于平整、堅實的工作臺上，要求自制工作臺的必須大于加壓系統(tǒng)底座面積。調整加壓系統(tǒng)四個地腳使儀器水平。
• 需要調整橫梁的高度時，注意左右兩個調節(jié)螺母同時調節(jié)，且在重新緊固橫梁時必須保證橫梁的左右兩端與加壓系統(tǒng)工作臺垂直距離相等。
• 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，另一只手旋轉用于固定量力環(huán)的螺母即可）。如圖5.10所示。
• 0-10mm百分表裝在量力環(huán)內（出廠前已經預裝好），預壓1mm,用于測量軸向荷載（土樣抗變形能力）。0-30mm百分表裝在量力環(huán)外側，用于測量土樣的軸向應變。

• 、測控柜安裝

將測控柜放置于平整、堅實的工作臺上。

• 打開測控柜背部活動門，檢查三個傳感器和兩個電機共五個航空插頭（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，有效防止各種原因引起的由于接插頭連接錯誤導致儀器或零部件損壞等意外情況。
• 看試驗機正面（參考圖5.23），按照標示，先關閉閥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，電源座自帶保險絲，當發(fā)現(xiàn)儀器通電不正常，請首先檢查保險絲是否燒斷。

• 管路連接

本儀器共配備3個尺寸型號的壓力室，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的壓力室為例進行講解。

• 用戶根據(jù)試驗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，放置平整。
• 壓力室左側位置的閥（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閥，其中一個（閥9）接至孔壓傳感器快速接口（位于測控柜右側），使用硬管連接。

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

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

另一個（閥13）接至下口瓶（放置于測控柜上方），使用硬管連接。

• 雙層體變管上方的閥（閥5）接至測控柜右側的反壓輸出口，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的單層體變管。

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

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

• 附件介紹

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

•  儲水瓶

儲水瓶為一個下口瓶，用于試驗過程中對壓力室注水等。如圖所示。

用戶使用時將硬管直接插在下方的橡膠塞，通過上方瓶口加水即可。儲水瓶放置于測控柜上方，由于是玻璃制品，用戶使用時應盡量小心輕拿輕放，防止損壞。

注意在使用過程中應將瓶口上方的瓶塞拿掉，防止因瓶子過于密封導致瓶內水位變化后引起氣壓變化，從而水不再流動。

• 對開模

對開筒被軸向分為相同的能嚴密合實的兩部分，和可套在對開筒柱體外部的套環(huán)。

對開模主要用于試驗過程中取、放土樣時，使用對開模保護，防止在試驗未開始時用手指直接接觸土樣造成損壞。

• 飽和器

當試驗需要對土樣進行飽和時，使用到本附件。在制備土樣試件時，也用到本附件。如圖所示為飽和器。注意圖中有長桿和短桿之分，其中長桿的會在制備土樣時用到。

• 擊實器

擊實器用于制備各型號土樣。在制備土樣時，配合飽和器使用。下文介紹土樣制備方法時會具體講解。 

 如左圖，在制備φ39.1的土樣時，擊實器的使用方法         

• 承膜筒、乳膠膜、洗耳球

在對土樣試件套乳膠膜的過程中，會用到洗耳球和承膜筒，使得過程簡單化。

使用時，先將一小段軟管套在承膜筒的側方出氣嘴，然后將對應尺寸的乳膠膜如圖所示反套在承膜筒上。應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，洗耳球將自動鼓起并吸出乳膠膜和承膜筒間隙的空氣。

此時若乳膠膜仍沒有緊貼承膜筒內壁，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。

重復上方過程，直至乳膠膜緊貼承膜筒內壁。

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，即可將承膜筒連同乳膠膜慢慢套在土樣上。

取出時，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

做無測限抗壓強度試驗時，需利用切土器將試樣切成要求直徑。本設備配備的切土器可切取土樣直徑φ39.1等，下釘盤底部裝有鋼銖使其轉動靈活。

使用方法：將預定試樣切成與上釘盤近似大小直徑之土樣，削平量端面，置于兩釘盤之間頂緊，轉動中軸，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)可獨立運轉，也可通過通訊口接收指令執(zhí)行相應動作響應。

本加載系統(tǒng)采用進口伺服電機控制，加載穩(wěn)定性高且速度控制精準。高分辨率的全彩色液晶屏、友好直觀的界面設計實時顯示當前速度和運行狀態(tài)，操作簡單快捷。系統(tǒng)裝配有行程限位開關，有效避免因行程超限導致的加壓結構損壞等意外，

加載系統(tǒng)控制部分如下圖：

右側的上升、停止、下降為自復位式按鈕，并能實時指示電機的工作狀態(tài)。輕點一下按鈕，電機便會執(zhí)行相應操作，對應狀態(tài)指示燈亮起。

本設備有4個快速速度設置按鈕，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。

同時本設備可實現(xiàn)速度在全量程內（0.001-4.800mm/min）連續(xù)可調。按下設定鍵，此時四個快捷按鍵分別用于修改目標速度，例如按下0.1則目標速度加大0.1，按下0.001則目標速度加大0.001。但大速度只可設置為4.800mm/mim。

系統(tǒng)主頁面如圖7.10所示，顯示信息包括：當前速度、當前電機狀態(tài)、本次運行時間等。

圖7.10

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

圖7.11

• 測控柜的使用操作

打開電源，等待系統(tǒng)完成啟動，顯示頁面如下：

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

點擊“啟動/停止”按鈕即可啟動或停止對應的壓力自動控制裝置。

右下側的空白區(qū)域為信息顯示區(qū)域，實時刷新顯示系統(tǒng)的各種狀態(tài)。

頁面右下角的幾個清零按鈕可以對當前壓力值清零，可以快速實現(xiàn)壓力零點校準功能。但用戶應在確認當前壓力確實為零時按下此按鈕。本系統(tǒng)做有保護功能，當系統(tǒng)讀取到對應的壓力值超過一定數(shù)值時，禁止清零功能。

點擊“主菜單”按鈕，打開“試驗參數(shù)”，顯示頁面如下：

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

壓力控制精度表示在自動控制過程中，系統(tǒng)自動泄壓或補壓時當前壓力距離目標壓力的差值。本參數(shù)單位為KPa，即0.001 MPa。

例如：圍壓目標設置為1.000 MPa，壓力控制精度設置為5KPa。則在系統(tǒng)啟動自動控壓后，圍壓小于0.995 MPa時圍壓加壓啟動，圍壓大于1.005 MPa時圍壓泄壓啟動。

用戶可根據(jù)需要自行設置，確認后返回主頁面，且參數(shù)將會自動保存，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程，請參照有關要求和規(guī)范進行，本文只做簡單介紹。

首先根據(jù)試驗需求，確定所需試樣個數(shù)，以便備取相應數(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，允許的大粒徑為試樣直徑的1/10；

試樣直徑大于100mm時，允許的大粒徑為試樣直徑的1/5。

對于有裂縫、軟弱面和構造面的試樣，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。

注意切好的試樣應兩端平整，并垂直于試樣軸。當試樣側面或端部有小石子或凹坑時，允許用削下的余土修整。試樣切削時應避免擾動，并取余土測定試樣的含水率。

• 擾動土試樣的制備

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

（2）對均質和含有機質的土樣，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。對非均質土應根據(jù)試驗項目取足夠數(shù)量的土樣，置于通風處晾干至可碾散為止。對砂土和進行比重試驗的土樣宜在105～110~C溫度下烘干，對有機質含量超過5％的土、含石膏和硫酸鹽的土，應在65～70℃溫度下烘干。

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

（4）對分散后的粗粒土和細粒土，應按要求過篩。對含細粒土的礫類土，應先用水浸泡并充分攪拌，使粗細顆粒分離后按不同試驗項目的要求進行過篩。

（5）試樣的數(shù)量視試驗項目而定，應有備用試樣1～2個。

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

（7）根據(jù)試驗所需的土量與含水率，制備試樣所需的加水量應按下式計算：

式中 ——制備試樣所需要的加水量(g)；

          ——濕土(或風干土)質量(g)；

          ——濕土(或風干土)含水率(％)；

          ——制樣要求的含水率(％)。

（8）稱取過篩的風干土樣平鋪于搪瓷盤內，將水均勻噴灑于土樣上，充分拌勻后裝入盛土容器內蓋緊，潤濕一晝夜，砂土的潤濕時間可酌減。

（9）測定潤濕土樣不同位置處的含水率，不應少于兩點，含水率差值應不大于1%。

（10）對于砂類土，應先在壓力室底座上依次放上不透水板、橡皮膜和對開模，將砂料填入對開模內，分三層按預定干密度擊實。當制備飽和試樣時，在對開模內注入純水至1/3高度將煮沸的砂料分三層填入，達到預定高度。放上不透水板、試樣帽、扎緊橡皮膜。對試樣內部施加5KPa負壓力，使試樣能站立，拆開對開模。

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

飽和器內部應涂一層凡士林。且每擊完一層，放置下層土樣前，應將剛擊實的土層表面刨毛。

• 擊實器用法如下圖所示：

在制備φ39.1的土樣時，首先取出對應的長桿飽和器（參考上文中對飽和器的介紹附圖）。擰開蝴蝶螺母，依次取下飽和器的上蓋、頂部透水石、三開模、底部透水石。并取出擊實器底座、擊實套筒、擊實錘。

公路水運試驗檢測儀器

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毛細管水上升高度試驗儀

麻花取土器

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灌水法試驗儀

振動臺法試驗裝置

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

如圖將擊實器底座放置于平地，并固定住擊實器底座，三開模放置于套筒內即可，后放上擊實壓蓋。

按照本章介紹，制備好試樣，擊實完畢后，小心取出三開模，彥三開模的邊隙依次小心撬動，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，首先需要對整個系統(tǒng)注水排氣。注意本過程中通過儀器后部的注水瓶向系統(tǒng)注水，故在整個過程中，需注意保證注水瓶一直有水且盡量不超過3/4，缺水會導致空氣進入管道，水過多會導致排氣過程中涌出的氣泡導致水濺到儀器內部。

圍壓注水排氣過程：

• 確定管路連接正確無誤。并對儀器后部注水瓶加水備用。
• 打開閥11、閥12。
• 擰下圍壓調節(jié)裝置的插銷，打開閥1（圍壓注水閥），關閉閥2（圍壓加壓閥）。
• 沿泄壓方向即逆時針轉動圍壓調節(jié)手輪，旋出150mm左右。
• 先關閉閥1，再打開閥2。順序不可顛倒。
• 沿加壓方向即順時針轉動圍壓調節(jié)手輪，直至接近限位位置。
• 先關閉閥2，再打開閥1。順序不可顛倒。
• 重復4~7步驟。注意此過程保持注水瓶水位。
• 在重復至第6步驟過程中，觀察閥12位置，直至氣泡消失為止。
• 注意若第9步驟完成時手輪位置不應過于接近限位開關位置。否則，應繼續(xù)重復操作一次，將手輪位置停止于遠離限位位置。給系統(tǒng)留下充分的加壓空間。
• 關閉閥1、閥2、閥11、閥12。擰上圍壓調節(jié)裝置的插銷。

反壓注水排氣過程：

• 打開閥6、閥7，關閉閥5，并打開體變管排氣孔。
• 擰下反壓調節(jié)裝置的插銷，打開閥3（反壓注水閥），關閉閥4（反壓加壓閥）。
• 沿泄壓方向即逆時針轉動反壓調節(jié)手輪，旋出150mm左右。
• 先關閉閥3，再打開閥4、閥5。順序不可顛倒。
• 沿加壓方向即順時針轉動反壓調節(jié)手輪，直至接近限位位置。
• 先關閉閥4、閥5，再打開閥3。順序不可顛倒。
• 重復3~6步驟。注意此過程保持注水瓶水位。
• 直至體變管注滿水為止。
• 向體變管內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，一邊順時針旋轉反壓調節(jié)手輪，將煤油吸入體變管，待煤油*注入后，逆時針旋轉反壓調節(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。關閉閥3、打開閥4。此時旋轉反壓調節(jié)手輪，可以調節(jié)體變管刻度，達到預定數(shù)值。
• 關閉閥4、閥5、閥6、閥7。擰上反壓調節(jié)裝置的插銷。

• 裝樣

本過程講解將待用的試樣裝于壓力室的過程。

• 向測控柜后側的100ml量管加水。
• 將壓力室外罩取下，打開閥10。觀察壓力室底座氣孔，直至有水排出且無氣泡。用于排除壓力室底座空氣。
• 關閉閥10。在壓力室底座上依次放置對應規(guī)格的透水石、濾紙、土樣（土樣放置時連同承膜筒一起，防止損壞試樣，承膜筒用法參考上文）。
• 打開閥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）。
• 用對開模包住試樣，并在上端放置濾紙、透水石。
• 打開閥6、閥8，觀察加壓帽，直至有液體流出且無氣泡。排除加壓帽與量管間的空氣。然后關閉閥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。取下對開模。
• 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。注意幾個螺絲應慢慢依次擰緊，切不可先擰緊其中一個然后擰下一個，防止壓力室外罩與底座受力面受力不均勻導致漏氣漏水。

• 試樣飽和

利用本設備實現(xiàn)對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。打開閥13。
• 此時儲水瓶的水會流向壓力室。等待壓力室注滿水（壓力室的放氣螺栓位置有水溢出）。此過程保持儲水瓶不缺水。
• 注滿水后，擰緊壓力室頂部的放氣螺栓，關閉閥13。
• 調節(jié)控制器，設定圍壓目標0.020MPa，打開閥2、閥11、閥12。啟動圍壓控制。等待系統(tǒng)自動加壓至設定目標。
• 注意調整測控柜右側100ml量管液位高度，使水頭高出試樣頂部1m，打開閥10，閥8、閥7，使純水經從底部經閥10進入試樣，從頂部經閥8溢出，至50ml單層體變管。觀察兩個玻璃量管刻度，直至流入水量和溢出水量相等為止。
• 關閉在以上過程中打開的閥門，并關閉圍壓自動控制。

當需要提高試樣飽和度時，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，再進行水頭飽和。

試樣要求*飽和時，應對試樣施加反壓力。此時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。
• 打開閥9、閥10，調整右側100ml量管水位高度，使得孔隙水壓力等于大氣壓力。關閉閥9、閥10。
• 記錄雙層體變管讀數(shù)。
• 打開閥2、閥11、閥12，對試樣施加圍壓，壓力大小為10~20KPa。
• 打開閥9，待孔隙壓力值穩(wěn)定，讀取并記錄孔隙壓力值。
• 關閉閥9。打開閥4、閥5、閥6、閥8，對試樣施加反壓壓力。注意保持圍壓和反壓同時施加，每級增量為30KPa。
• 緩慢打開閥9，檢查孔隙壓力整量，待讀數(shù)穩(wěn)定后記錄孔隙壓力值，同時雙層體變管讀數(shù)。
• 將圍壓和反壓目標值增加30KPa，同時加壓。
• 重復第7步驟。
• 計算記錄的數(shù)據(jù)，當孔隙水壓力增量與周圍壓力增量之比

⊿u/⊿σ3 > 0.98時，認為試樣達到飽和。

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。

經飽和后的試樣如需取出。按以下步驟操作：

• 關閉所有閥。
• 擦除閥13處的管道接口。注意防止儲水瓶的水順著管子外流。
• 擰開壓力室頂部的放氣螺栓。
• 預備好接水桶或器皿，緩慢打開閥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。

• 不固結不排水（UU）試驗步驟

不固結不排水試驗是在施加周圍壓力和增加軸向壓力直至破壞過程中均不允許試樣排水。

本試驗適用于測定細粒土和砂類土的總抗剪強度參數(shù)。

• 連接管道、注水排氣。
• 預備好試樣。如需要飽和，參考上文試樣飽和介紹。
• 打開壓力室外罩。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。將活塞桿對準量力環(huán)和試樣頂部。注意輕輕推動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個步驟。
• 根據(jù)需要在控制器設置圍壓目標值與反壓目標值。
• 取下加壓裝置的插銷，手動轉動手輪，將壓力值調整至對應目標值附近。此過程為了大大縮短自動控壓所需時間。
• 拔下加壓裝置的插銷，啟動圍壓和反壓自動控制。
• 啟動加載裝置，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)調零。

開始剪切：

• 開始剪切。剪切應變速率宜為每分鐘0.5%~1%。
• 設置好加載系統(tǒng)的速度。啟動加載系統(tǒng)。
• 試樣每產生0.3%~0.4%的軸向應變，測記一次量力環(huán)的讀數(shù)和軸向應變。當軸向應變大于3%時，每隔0.7%~0.8%的應變測記一次讀數(shù)。
• 當量力環(huán)讀數(shù)出現(xiàn)峰值時，剪切應繼續(xù)進行至超過5%的軸向應變?yōu)橹?。當量力環(huán)讀數(shù)無峰值時，剪切應進行到軸向應變?yōu)?5%~20%。
• 試驗結束后，先關閉圍壓和反壓自動控制。然后關閉閥2、閥4。關閉加載主機并啟動反轉至壓力室可以移動。
• 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，稱試樣質量，并測定含水率。

試驗的結果整理：

• 軸向應變的計算

ε1=Δhi/h0

式中ε1 ——軸向應變值（%）；Δhi——剪力過程中的高度變化(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、主應力差計算

σ1-σ3=C•R/ Aa×10

式中σ1——大主應力（kPa）；σ3——小主應力（kPa）；C ——測力計率定系數(shù)（N/0.01mm或N/mV）；R——測力計讀數(shù)（0.01mm或Mv）；10 ——單位換算系數(shù)

4、在直角坐標紙上繪制軸向應變與主應力差關系曲線，求不排水強度參數(shù)。

以σ1-σ3的峰值為破壞點，無峰值時，取15%軸向應變時的主應力差值作為破壞點。依法向應力為橫坐標，在橫坐標上以（σ1f-σ3f）/2為半徑（f表示破壞），在τ-σ應力平面圖上繪制破損應力圖，并繪制不同周圍壓力下破損應力圓的包線。

•  固結不排水（CU）試驗步驟

固結不排水試驗是使試樣現(xiàn)在某一周圍壓力作用下排水固結，然后在保持不排水的情況下，增加軸向壓力直至破壞。

本試驗適用于測定黏質土和砂類土的總抗剪強度參數(shù)或有效抗剪強度參數(shù)和孔隙壓力系數(shù)。

• 連接管道、注水排氣。
• 預備好試樣。如需要飽和，參考上文試樣飽和介紹。
• 打開壓力室外罩。在底座上依次放置透水石、濾紙、試樣、排水加壓帽。試樣周圍貼浸濕的濾紙條，并將乳膠膜下端扎牢于底座。
• 打開閥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，并打開閥6、閥7、閥8，使管內水位位于試樣中心以下20~40cm，吸除余水，關閉閥6、閥7、閥8。
• 需要測定應力應變時，應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，膜中間應留直徑為1cm的圓孔排水。
• 裝上壓力室外罩。將活塞桿對準量力環(huán)和試樣頂部。注意輕輕推動活塞桿至接近試樣頂部。提高排水管，使管內水面與試樣高度的中心齊平，測記讀數(shù)。
• 向壓力室注滿水，注水方法參考“試樣飽和”章節(jié)前4個步驟。
• 打開閥2、閥11、閥12，施加周圍壓力，周圍壓力值應與工程實際荷載相適應，大一級周圍壓力應與大實際荷載大致相等。
• 啟動加載裝置，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)調零。
• 打開閥9。調整軸向壓力、軸向應變和孔隙水壓力零點。
• 不需要反壓時，打開閥8、閥7、閥6，記下單層體變管讀數(shù)。需要反壓時，則打開閥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：

• 保持閥9開啟，讀取孔隙壓力值。沒施加反壓時，保持閥6、閥7、閥8開啟，施加反壓時，保持閥5、閥6、閥8開啟。
• 需要測定排水過程時，按0S、15S、1min、2min、4min、6min、9min、12min、16min、20min、25min、35min、45min、60min、90min、2h、4h、10h、23h、24h，測記體變管（無反壓讀取單層體變管，有反壓讀取雙層體變管）讀數(shù)，同時記錄孔隙水壓力值。直至孔隙水壓力消散95%以上。
• 固結穩(wěn)定的標準是后1小時變形量不超過0.01mm。固結完成后，關閉閥8，閥5、閥6、閥7。再次測記體變管讀數(shù)和孔隙水壓力值。
• 啟動加載裝置，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)調零。

開始剪切：

• 開始剪切。黏質土剪切應變速率宜為每分鐘0.05%~0.1%；粉質土切應變速率宜為每分鐘0.1%~0.5%。
• 設置好加載系統(tǒng)的速度。啟動加載系統(tǒng)。
• 試樣每產生0.3%~0.4%的軸向應變，測記一次量力環(huán)的讀數(shù)和軸向應變。當軸向應變大于3%時，每隔0.7%~0.8%的應變測記一次讀數(shù)。
• 當量力環(huán)讀數(shù)出現(xiàn)峰值時，剪切應繼續(xù)進行至超過5%的軸向應變?yōu)橹?。當量力環(huán)讀數(shù)無峰值時，剪切應進行到軸向應變?yōu)?5%~20%。
• 試驗結束后，先關閉圍壓和反壓自動控制。然后關閉閥2、閥4。關閉加載主機并啟動反轉至壓力室可以移動。
• 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，稱試樣質量，并測定含水率。

試驗的結果整理：

1、試樣固結高度計算

hc=h0(1-△V/V0)1/3

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

2、試樣固結后的面積計算

Ac=A0(1-△V/V0)1/3

式中Ac——試樣固結后的斷面積（cm2）

3、剪切時試樣的校正面積計算

Ac= Ac/(1-ε1¬¬¬)

4、主應力差計算

主應力差計算同不固結不排水試驗。μf/B(σ1-σ3)f

5、有效主應力計算

⑴有效大主應力計算

σ′1=σ1-μ

式中σ′1——有效大主應力（kPa）；μ——孔隙水壓力（kPa）

⑵有效小主應力計算

σ′3=σ3-μ

⑶有效主應力比

σ′1/σ′3=1+（σ′1-σ′3）/σ′3

6、孔隙水壓力系數(shù)的計算

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——初始周圍壓力產生的孔隙水壓力，kPa

⑵破壞時孔隙水壓力系數(shù)

Af=μf/ B(σ1-σ3)f

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

7、不排水剪切強度曲線繪制

• 固結排水（CD）實驗

固結排水試驗是使試樣現(xiàn)在某一周圍壓力作用下排水固結，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。

本試驗適用于測定黏質土和砂類土的總抗剪強度參數(shù)Cd、Фd。

試驗前儀器檢查，試樣制備和飽和按不固結不排水試驗的相應規(guī)定進行。

試樣的安裝、固結和剪切按固結不排水試驗的相應規(guī)定進行，但在剪切過程中應打開排水閥，剪切速率采用每分鐘應變0.003～0.012%。

成果整理時，試樣固結后的高度和面積按固結不排水試驗相應的公式計算，剪切時試樣的校正面積按下時計算

Aa=(Vc-△Vi)/(hc-△hi)

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

記錄表格同不固結不排水試驗。

儀器裝箱單