土工应变控制式三轴仪 使用操作说明书

• 概述

应变控制式三轴仪根据GB/T50123-199 《土工试验方法标准》设计制造，各项性能参数*符合相关规范要求。本仪器用于测定土样在等应变加荷方式下土体的抗剪强度、变形和孔隙水压力等功能。该系统可以进行不固结不排水试验（UU）、固结不排水试验（CU）、固结排水试验（CD）等。

本仪器主要有三部分组成：测控系统、加载系统、附件（含量力环、压力室、饱和器、承膜桶、对开模、切土器、击实器等）

• 主要技术参数及规格

• 试件尺寸: Ø39.1mm*80mm
• 轴向载荷: 0-10KN   轴向位移：0-30mm
• 围压: 0 – 1.0MPa
• 反压: 0 –0.6MPa
• 孔隙压力: 0MPa-1MPa
• 体积变化:0 - 25ml 小分度：0.1ml
• 工作台行程：0-50mm
• 剪切速率：0.0001mm/min-2.4mm/min. 0.0001mm/min-4.8mm/min  
• 电源：220V±10%，50HZ
• 功率：小于800W

• 性能及特点

• 仪器测控系统核心控制系统采用高速32位ARM微控制器，超高速的采样以及运算能力保证试验过程中各项数据的精准采集及显示。
• 测控系统选用大屏幕彩色触摸液晶屏，友好直观的人机交互界面，简单易操作的触控设置，精益求精的软件设计，提供给用户一个超乎想象的使用体验。
• 加载系统由伺服电机驱动，剪切速率无级变速。显示选用3.5英寸彩色屏，界面友好直观，全金属机械式按键控制电机，常用速度快速选择并设置，用户自定义速度快速调整。
• 整个系统无需外界空气压缩机等任何压力源，自身实现液压控制，性能稳定，满足各种三轴试验的需求。
• 仪器管路简单易操作，阀门管件的开关状态轻松易辨。压力室耐压强度高，加压杆摩擦系数小，大限度的排除对试验的影响。

• 试验机主要工作原理

• 三轴试验时，将制备好的试样用橡胶膜包裹好，放入压力室，然后根据试验要求通过围压系统和反压系统进行加压控制，加载系统的工作台以要求的剪切速率上升剪切，直至土样破坏。试验过程中，通过量力环和0-30mm的百分表获得相关试验数据，用于后期数据处理。
• 围压、反压的控制方式是以水为介质，通过调压筒的活塞前进或后退对水压缩获得所需的压力。压力传感器选用高精度、高响应速度的型号。
• 试验中，土样的体积变化由双层体变管（加反压时）或滴定管测量。

• 试验机的安装

试验机拆箱后，按照说明书的装箱单清点测控柜、加载系统、压力室以及其它所有附件是否齐全，如有问题请及时与经销商或者生产厂家联系。

• 加压系统的安装

图5.10

• 将加压主机放置于平整、坚实的工作台上，要求自制工作台的必须大于加压系统底座面积。调整加压系统四个地脚使仪器水平。
• 需要调整横梁的高度时，注意左右两个调节螺母同时调节，且在重新紧固横梁时必须保证横梁的左右两端与加压系统工作台垂直距离相等。
• 选择需要的量力环，装于横梁上（一只手扶着量力环不动，另一只手旋转用于固定量力环的螺母即可）。如图5.10所示。
• 0-10mm百分表装在量力环内（出厂前已经预装好），预压1mm,用于测量轴向荷载（土样抗变形能力）。0-30mm百分表装在量力环外侧，用于测量土样的轴向应变。

• 、测控柜安装

将测控柜放置于平整、坚实的工作台上。

• 打开测控柜背部活动门，检查三个传感器和两个电机共五个航空插头（如图5.20、5.21所示位置）是否均已正确并良好连接。
• 本仪器所有航空插头均使用不同型号，有效防止各种原因引起的由于接插头连接错误导致仪器或零部件损坏等意外情况。
• 看试验机正面（参考图5.23），按照标示，先关闭阀2（围压加压阀）、阀1（围压注水阀）、阀4（反压加压阀）、阀3（反压注水阀），然后将注水瓶注水2/3左右备用（如图5.22所示）。
• 将电源连接线取出并插入测控柜背面的电源插座，注意插座的方向。本系统220V供电，电源座自带保险丝，当发现仪器通电不正常，请首先检查保险丝是否烧断。

• 管路连接

本仪器共配备3个尺寸型号的压力室，压力室外部管阀以及连接方法是一样的，下文只以其中一种型号的压力室为例进行讲解。

• 用户根据试验需求取出需要用到的压力室。如图5.32所示。
• 压力室放置于加载主机，放置平整。
• 压力室左侧位置的阀（阀8）接双层体变管下方的阀（阀6），使用硬管连接。
• 压力室中间位置的两个阀，其中一个（阀9）接至孔压传感器快速接口（位于测控柜右侧），使用硬管连接。

另外一个宝塔接口（阀10）接至测控柜右侧的排水量管（也称之为下排水管），使用软管连接。

• 压力室右侧位置的三个阀，留有两个接口，其中一个（阀11）接至围压接口（位于测控柜右侧），使用硬管连接。

另一个（阀13）接至下口瓶（放置于测控柜上方），使用硬管连接。

• 双层体变管上方的阀（阀5）接至测控柜右侧的反压输出口，使用硬管连接。

双层体变管下方的阀7为宝塔口，使用软管连接至右侧的单层体变管。

注意：连接管路时，使用硬管处应小心慢拧，保证不漏气、不漏水，且不可过力拧卸导致损坏。两个玻璃量管底部使用软管连接，由于玻璃制品的易碎性，应先使用水或其他液体润滑连接处，然后旋转着慢慢将软管套住连接口。

如图5.33为管路连接示意简图。其中反压输出口、围压输出口、孔压传感器接口位于测控柜右侧，

• 附件介绍

本机有些附件（如饱和器、对开模、承膜筒等）配有三种型号，分别用于做不同尺寸试件的试验。由于这些附件功能以及使用方法等*一致，故本文只对其中一种尺寸作为样例进行讲解。

•  储水瓶

储水瓶为一个下口瓶，用于试验过程中对压力室注水等。如图所示。

用户使用时将硬管直接插在下方的橡胶塞，通过上方瓶口加水即可。储水瓶放置于测控柜上方，由于是玻璃制品，用户使用时应尽量小心轻拿轻放，防止损坏。

注意在使用过程中应将瓶口上方的瓶塞拿掉，防止因瓶子过于密封导致瓶内水位变化后引起气压变化，从而水不再流动。

• 对开模

对开筒被轴向分为相同的能严密合实的两部分，和可套在对开筒柱体外部的套环。

对开模主要用于试验过程中取、放土样时，使用对开模保护，防止在试验未开始时用手指直接接触土样造成损坏。

• 饱和器

当试验需要对土样进行饱和时，使用到本附件。在制备土样试件时，也用到本附件。如图所示为饱和器。注意图中有长杆和短杆之分，其中长杆的会在制备土样时用到。

• 击实器

击实器用于制备各型号土样。在制备土样时，配合饱和器使用。下文介绍土样制备方法时会具体讲解。 

 如左图，在制备φ39.1的土样时，击实器的使用方法         

• 承膜筒、乳胶膜、洗耳球

在对土样试件套乳胶膜的过程中，会用到洗耳球和承膜筒，使得过程简单化。

使用时，先将一小段软管套在承膜筒的侧方出气嘴，然后将对应尺寸的乳胶膜如图所示反套在承膜筒上。应尽量保证乳胶膜方向不要扭曲。然后用手捏住洗耳球，再将软管的另一端连接至洗耳球，松手，洗耳球将自动鼓起并吸出乳胶膜和承膜筒间隙的空气。

此时若乳胶膜仍没有紧贴承膜筒内壁，可以用手捏住橡胶软管，移除洗耳球然后再次捏住洗耳球排气，然后重新连接洗耳球和软管，松手，让洗耳球再次吸出乳胶膜和承膜筒间隙的空气。

重复上方过程，直至乳胶膜紧贴承膜筒内壁。

如图所示，即为连接好洗耳球、承膜筒，并套上乳胶膜的示意图。

此时，即可将承膜筒连同乳胶膜慢慢套在土样上。

取出时，将乳胶膜反套在承膜筒两端的部分轻轻推下，再移除洗耳球，此时乳胶膜将紧贴于土样试件，慢慢移除承膜筒即可。

• 切土器

做无测限抗压强度试验时，需利用切土器将试样切成要求直径。本设备配备的切土器可切取土样直径φ39.1等，下钉盘底部装有钢铢使其转动灵活。

使用方法：将预定试样切成与上钉盘近似大小直径之土样，削平量端面，置于两钉盘之间顶紧，转动中轴，用切土刀或钢丝锯沿着所需直径靠板方向逐渐逐切，即可切成所需土柱样。

• 其他附件

透水石

加压帽

不透水板 

• 加载系统的使用操作

加载系统可独立运转，也可通过通讯口接收指令执行相应动作响应。

本加载系统采用进口伺服电机控制，加载稳定性高且速度控制精准。高分辨率的全彩色液晶屏、友好直观的界面设计实时显示当前速度和运行状态，操作简单快捷。系统装配有行程限位开关，有效避免因行程超限导致的加压结构损坏等意外，

加载系统控制部分如下图：

右侧的上升、停止、下降为自复位式按钮，并能实时指示电机的工作状态。轻点一下按钮，电机便会执行相应操作，对应状态指示灯亮起。

本设备有4个快速速度设置按钮，1/0.1/0.01/0.001，单位为mm/min，按下按键，系统加载速度立即更改。

同时本设备可实现速度在全量程内（0.001-4.800mm/min）连续可调。按下设定键，此时四个快捷按键分别用于修改目标速度，例如按下0.1则目标速度加大0.1，按下0.001则目标速度加大0.001。但大速度只可设置为4.800mm/mim。

系统主页面如图7.10所示，显示信息包括：当前速度、当前电机状态、本次运行时间等。

图7.10

设定界面如图7.11所示，用户根据需要自行设置即可，设置完毕后再次按下设定键返回。

图7.11

• 测控柜的使用操作

打开电源，等待系统完成启动，显示页面如下：

主页面显示围压、反压、孔隙压力的实时数据以及围压和反压的控制状态。

点击“启动/停止”按钮即可启动或停止对应的压力自动控制装置。

右下侧的空白区域为信息显示区域，实时刷新显示系统的各种状态。

页面右下角的几个清零按钮可以对当前压力值清零，可以快速实现压力零点校准功能。但用户应在确认当前压力确实为零时按下此按钮。本系统做有保护功能，当系统读取到对应的压力值超过一定数值时，禁止清零功能。

点击“主菜单”按钮，打开“试验参数”，显示页面如下：

用户根据需要自行修改围压和反压的目标值，其中围压大可设置为2.000MPa，反压大可设置为1.0000MPa。

压力控制精度表示在自动控制过程中，系统自动泄压或补压时当前压力距离目标压力的差值。本参数单位为KPa，即0.001 MPa。

例如：围压目标设置为1.000 MPa，压力控制精度设置为5KPa。则在系统启动自动控压后，围压小于0.995 MPa时围压加压启动，围压大于1.005 MPa时围压泄压启动。

用户可根据需要自行设置，确认后返回主页面，且参数将会自动保存，直至下次修改。

• 土样采集和试样制备

具体的土样采集与试样制备过程，请参照有关要求和规范进行，本文只做简单介绍。

首先根据试验需求，确定所需试样个数，以便备取相应数量的土样。

试样尺寸要求：

直径为35mm，试样的高度宜为试样直径的2~2.5倍，试样的大粒径满足以下要求：

试样直径小于100mm时，允许的大粒径为试样直径的1/10；

试样直径大于100mm时，允许的大粒径为试样直径的1/5。

对于有裂缝、软弱面和构造面的试样，试样直径宜大于60mm。

• 原样土试样的制备

根据土样的软硬程度，分别用切土盘和切土器按照试样需求切成圆柱形试样，切土器的使用方法参考上文中切土器的使用介绍。

注意切好的试样应两端平整，并垂直于试样轴。当试样侧面或端部有小石子或凹坑时，允许用削下的余土修整。试样切削时应避免扰动，并取余土测定试样的含水率。

• 扰动土试样的制备

（1）将土样从土样筒或包装袋中取出，对土样的颜色、气味、夹杂物和土类及均匀程度进行描述，并将土样切成碎块，拌和均匀，取代表性土样测定含水率。

（2）对均质和含有机质的土样，宜采用天然含水率状态下代表性土样，供颗粒分析、界限含水率试验。对非均质土应根据试验项目取足够数量的土样，置于通风处晾干至可碾散为止。对砂土和进行比重试验的土样宜在105～110~C温度下烘干，对有机质含量超过5％的土、含石膏和硫酸盐的土，应在65～70℃温度下烘干。

（3）将风干或烘干的土样放在橡皮板上用木碾碾散，对不含砂和砾的土样，可用碎土器碾散。此过程注意切勿压碎颗粒。

（4）对分散后的粗粒土和细粒土，应按要求过筛。对含细粒土的砾类土，应先用水浸泡并充分搅拌，使粗细颗粒分离后按不同试验项目的要求进行过筛。

（5）试样的数量视试验项目而定，应有备用试样1～2个。

（6）将碾散的风干土样通过孔径2mm或0.5mm的筛，取筛下足够试验用的土样，充分拌匀，测定风干含水率，装入保湿缸或塑料袋内备用。

（7）根据试验所需的土量与含水率，制备试样所需的加水量应按下式计算：

式中 ——制备试样所需要的加水量(g)；

          ——湿土(或风干土)质量(g)；

          ——湿土(或风干土)含水率(％)；

          ——制样要求的含水率(％)。

（8）称取过筛的风干土样平铺于搪瓷盘内，将水均匀喷洒于土样上，充分拌匀后装入盛土容器内盖紧，润湿一昼夜，砂土的润湿时间可酌减。

（9）测定润湿土样不同位置处的含水率，不应少于两点，含水率差值应不大于1%。

（10）对于砂类土，应先在压力室底座上依次放上不透水板、橡皮膜和对开模，将砂料填入对开模内，分三层按预定干密度击实。当制备饱和试样时，在对开模内注入纯水至1/3高度将煮沸的砂料分三层填入，达到预定高度。放上不透水板、试样帽、扎紧橡皮膜。对试样内部施加5KPa负压力，使试样能站立，拆开对开模。

（11）使用击实器分层击实试样，粉质土宜为3~5层，黏质土宜为5~8层，各层土样数量相等。

饱和器内部应涂一层凡士林。且每击完一层，放置下层土样前，应将刚击实的土层表面刨毛。

• 击实器用法如下图所示：

在制备φ39.1的土样时，首先取出对应的长杆饱和器（参考上文中对饱和器的介绍附图）。拧开蝴蝶螺母，依次取下饱和器的上盖、顶部透水石、三开模、底部透水石。并取出击实器底座、击实套筒、击实锤。

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击实器底座放置于饱和器底部，在其上方依次放置三开模、饱和器顶盖、击实器套筒。锁紧蝴蝶螺母即可。

如图将击实器底座放置于平地，并固定住击实器底座，三开模放置于套筒内即可，后放上击实压盖。

按照本章介绍，制备好试样，击实完毕后，小心取出三开模，彦三开模的边隙依次小心撬动，后取出试样。量取试样的直径和高度。试样的平均直径按下式计算：

式中分别为上、中、下部位的直径。

• 注水排气

按照前文中将管路连接完毕后，首先需要对整个系统注水排气。注意本过程中通过仪器后部的注水瓶向系统注水，故在整个过程中，需注意保证注水瓶一直有水且尽量不超过3/4，缺水会导致空气进入管道，水过多会导致排气过程中涌出的气泡导致水溅到仪器内部。

围压注水排气过程：

• 确定管路连接正确无误。并对仪器后部注水瓶加水备用。
• 打开阀11、阀12。
• 拧下围压调节装置的插销，打开阀1（围压注水阀），关闭阀2（围压加压阀）。
• 沿泄压方向即逆时针转动围压调节手轮，旋出150mm左右。
• 先关闭阀1，再打开阀2。顺序不可颠倒。
• 沿加压方向即顺时针转动围压调节手轮，直至接近限位位置。
• 先关闭阀2，再打开阀1。顺序不可颠倒。
• 重复4~7步骤。注意此过程保持注水瓶水位。
• 在重复至第6步骤过程中，观察阀12位置，直至气泡消失为止。
• 注意若第9步骤完成时手轮位置不应过于接近限位开关位置。否则，应继续重复操作一次，将手轮位置停止于远离限位位置。给系统留下充分的加压空间。
• 关闭阀1、阀2、阀11、阀12。拧上围压调节装置的插销。

反压注水排气过程：

• 打开阀6、阀7，关闭阀5，并打开体变管排气孔。
• 拧下反压调节装置的插销，打开阀3（反压注水阀），关闭阀4（反压加压阀）。
• 沿泄压方向即逆时针转动反压调节手轮，旋出150mm左右。
• 先关闭阀3，再打开阀4、阀5。顺序不可颠倒。
• 沿加压方向即顺时针转动反压调节手轮，直至接近限位位置。
• 先关闭阀4、阀5，再打开阀3。顺序不可颠倒。
• 重复3~6步骤。注意此过程保持注水瓶水位。
• 直至体变管注满水为止。
• 向体变管内加注用油性染色剂染成微红色的煤油约200ml，可以一边向体变管慢慢注入煤油，一边顺时针旋转反压调节手轮，将煤油吸入体变管，待煤油*注入后，逆时针旋转反压调节手轮，使煤油向上升直至液体溢出，排空空气。
• 拧上体变管放气孔堵头，拧紧。关闭阀3、打开阀4。此时旋转反压调节手轮，可以调节体变管刻度，达到预定数值。
• 关闭阀4、阀5、阀6、阀7。拧上反压调节装置的插销。

• 装样

本过程讲解将待用的试样装于压力室的过程。

• 向测控柜后侧的100ml量管加水。
• 将压力室外罩取下，打开阀10。观察压力室底座气孔，直至有水排出且无气泡。用于排除压力室底座空气。
• 关闭阀10。在压力室底座上依次放置对应规格的透水石、滤纸、土样（土样放置时连同承膜筒一起，防止损坏试样，承膜筒用法参考上文）。
• 打开阀10。排除滤纸、透水石上的空气。
• 将乳胶膜下端包入底座。然后取下承膜筒，并用橡皮筋将底部扎牢（可以提前从乳胶膜一端剪下宽度3mm左右作为橡皮筋使用，也可另备）。
• 用对开模包住试样，并在上端放置滤纸、透水石。
• 打开阀6、阀8，观察加压帽，直至有液体流出且无气泡。排除加压帽与量管间的空气。然后关闭阀6、阀8。
• 在试样上端放上加压帽，将乳胶膜包住加压帽，用橡皮筋固定乳胶膜与加压帽。取下对开模。
• 将压力室的活塞杆*向上拉出，位移固定支架合适放置。
• 盖上压力室外罩，并拧上底部活接螺栓螺母。注意几个螺丝应慢慢依次拧紧，切不可先拧紧其中一个然后拧下一个，防止压力室外罩与底座受力面受力不均匀导致漏气漏水。

• 试样饱和

利用本设备实现对试样的水头饱和操作方法：

• 连接管道、注水排气、装样。
• 拧松压力室顶部的放气螺栓。打开阀13。
• 此时储水瓶的水会流向压力室。等待压力室注满水（压力室的放气螺栓位置有水溢出）。此过程保持储水瓶不缺水。
• 注满水后，拧紧压力室顶部的放气螺栓，关闭阀13。
• 调节控制器，设定围压目标0.020MPa，打开阀2、阀11、阀12。启动围压控制。等待系统自动加压至设定目标。
• 注意调整测控柜右侧100ml量管液位高度，使水头高出试样顶部1m，打开阀10，阀8、阀7，使纯水经从底部经阀10进入试样，从顶部经阀8溢出，至50ml单层体变管。观察两个玻璃量管刻度，直至流入水量和溢出水量相等为止。
• 关闭在以上过程中打开的阀门，并关闭围压自动控制。

当需要提高试样饱和度时，宜在水头饱和前，从底部将二氧化碳气体通入试样，置换孔隙中的空气，再进行水头饱和。

试样要求*饱和时，应对试样施加反压力。此时使用双层体变管代替单层体变管。步骤如下：

• 连接管道、注水排气、装样。
• 打开阀9、阀10，调整右侧100ml量管水位高度，使得孔隙水压力等于大气压力。关闭阀9、阀10。
• 记录双层体变管读数。
• 打开阀2、阀11、阀12，对试样施加围压，压力大小为10~20KPa。
• 打开阀9，待孔隙压力值稳定，读取并记录孔隙压力值。
• 关闭阀9。打开阀4、阀5、阀6、阀8，对试样施加反压压力。注意保持围压和反压同时施加，每级增量为30KPa。
• 缓慢打开阀9，检查孔隙压力整量，待读数稳定后记录孔隙压力值，同时双层体变管读数。
• 将围压和反压目标值增加30KPa，同时加压。
• 重复第7步骤。
• 计算记录的数据，当孔隙水压力增量与周围压力增量之比

⊿u/⊿σ3 > 0.98时，认为试样达到饱和。

例如孔隙水压力相比上次记录增加了20KPa，围压相比上次增加了25Kpa，则20/25=0.8，小于0.98，即试样仍未饱和。

经饱和后的试样如需取出。按以下步骤操作：

• 关闭所有阀。
• 擦除阀13处的管道接口。注意防止储水瓶的水顺着管子外流。
• 拧开压力室顶部的放气螺栓。
• 预备好接水桶或器皿，缓慢打开阀13。压力室的水将由阀13处流出。
• 压力室水排空后，移除压力室外罩，轻轻取出试样即可。

• 不固结不排水（UU）试验步骤

不固结不排水试验是在施加周围压力和增加轴向压力直至破坏过程中均不允许试样排水。

本试验适用于测定细粒土和砂类土的总抗剪强度参数。

• 连接管道、注水排气。
• 预备好试样。如需要饱和，参考上文试样饱和介绍。
• 打开压力室外罩。在底座上依次放置不透水板、试样、不排水加压帽。并将乳胶膜两端分别扎牢与底座与加压帽。（可以参考“装样”章节中操作步骤）。
• 装上压力室外罩。将活塞杆对准量力环和试样顶部。注意轻轻推动活塞杆至接近试样顶部。
• 向压力室注满水，注水方法参考“试样饱和”章节前4个步骤。
• 根据需要在控制器设置围压目标值与反压目标值。
• 取下加压装置的插销，手动转动手轮，将压力值调整至对应目标值附近。此过程为了大大缩短自动控压所需时间。
• 拔下加压装置的插销，启动围压和反压自动控制。
• 启动加载装置，使试样帽与活塞以及量力环接触，停止加载系统。装好变形百分表，并将量力环和变形白分别读数调零。

开始剪切：

• 开始剪切。剪切应变速率宜为每分钟0.5%~1%。
• 设置好加载系统的速度。启动加载系统。
• 试样每产生0.3%~0.4%的轴向应变，测记一次量力环的读数和轴向应变。当轴向应变大于3%时，每隔0.7%~0.8%的应变测记一次读数。
• 当量力环读数出现峰值时，剪切应继续进行至超过5%的轴向应变为止。当量力环读数无峰值时，剪切应进行到轴向应变为15%~20%。
• 试验结束后，先关闭围压和反压自动控制。然后关闭阀2、阀4。关闭加载主机并启动反转至压力室可以移动。
• 压力室排水。参考“试样饱和”章节试样饱和后的取出步骤。
• 拆除压力室外罩。描述试样破坏形状，称试样质量，并测定含水率。

试验的结果整理：

• 轴向应变的计算

ε1=Δhi/h0

式中ε1 ——轴向应变值（%）；Δhi——剪力过程中的高度变化(mm)；h0 —— 试样起始高度(mm)

2、试样面积的校正

Aa= A0/(1-ε1)

式中Aa——试样的校正断面积（cm2）；A0——试样的初始断面积（cm2）

3、主应力差计算

σ1-σ3=C•R/ Aa×10

式中σ1——大主应力（kPa）；σ3——小主应力（kPa）；C ——测力计率定系数（N/0.01mm或N/mV）；R——测力计读数（0.01mm或Mv）；10 ——单位换算系数

4、在直角坐标纸上绘制轴向应变与主应力差关系曲线，求不排水强度参数。

以σ1-σ3的峰值为破坏点，无峰值时，取15%轴向应变时的主应力差值作为破坏点。依法向应力为横坐标，在横坐标上以（σ1f-σ3f）/2为半径（f表示破坏），在τ-σ应力平面图上绘制破损应力图，并绘制不同周围压力下破损应力圆的包线。

•  固结不排水（CU）试验步骤

固结不排水试验是使试样现在某一周围压力作用下排水固结，然后在保持不排水的情况下，增加轴向压力直至破坏。

本试验适用于测定黏质土和砂类土的总抗剪强度参数或有效抗剪强度参数和孔隙压力系数。

• 连接管道、注水排气。
• 预备好试样。如需要饱和，参考上文试样饱和介绍。
• 打开压力室外罩。在底座上依次放置透水石、滤纸、试样、排水加压帽。试样周围贴浸湿的滤纸条，并将乳胶膜下端扎牢于底座。
• 打开阀10，从试样底部充水，排除试样与乳胶膜间的空气。然后将乳胶膜上端与加压帽扎牢。关闭阀10（可以参考“装样”章节中操作步骤）。
• 降低单层体变管，并打开阀6、阀7、阀8，使管内水位位于试样中心以下20~40cm，吸除余水，关闭阀6、阀7、阀8。
• 需要测定应力应变时，应在试样与透水石之间放置中间夹有硅脂的两层圆形橡皮膜，膜中间应留直径为1cm的圆孔排水。
• 装上压力室外罩。将活塞杆对准量力环和试样顶部。注意轻轻推动活塞杆至接近试样顶部。提高排水管，使管内水面与试样高度的中心齐平，测记读数。
• 向压力室注满水，注水方法参考“试样饱和”章节前4个步骤。
• 打开阀2、阀11、阀12，施加周围压力，周围压力值应与工程实际荷载相适应，大一级周围压力应与大实际荷载大致相等。
• 启动加载装置，使试样帽与活塞以及量力环接触，停止加载系统。装好变形百分表，并将量力环和变形白分别读数调零。
• 打开阀9。调整轴向压力、轴向应变和孔隙水压力零点。
• 不需要反压时，打开阀8、阀7、阀6，记下单层体变管读数。需要反压时，则打开阀8、阀5、阀6，施加所需的反压压力值，并记下双层体变管读数。

试样排水固结：

• 保持阀9开启，读取孔隙压力值。没施加反压时，保持阀6、阀7、阀8开启，施加反压时，保持阀5、阀6、阀8开启。
• 需要测定排水过程时，按0S、15S、1min、2min、4min、6min、9min、12min、16min、20min、25min、35min、45min、60min、90min、2h、4h、10h、23h、24h，测记体变管（无反压读取单层体变管，有反压读取双层体变管）读数，同时记录孔隙水压力值。直至孔隙水压力消散95%以上。
• 固结稳定的标准是后1小时变形量不超过0.01mm。固结完成后，关闭阀8，阀5、阀6、阀7。再次测记体变管读数和孔隙水压力值。
• 启动加载装置，使试样帽与活塞以及量力环接触，停止加载系统。装好变形百分表，并将量力环和变形百分表别读数调零。

开始剪切：

• 开始剪切。黏质土剪切应变速率宜为每分钟0.05%~0.1%；粉质土切应变速率宜为每分钟0.1%~0.5%。
• 设置好加载系统的速度。启动加载系统。
• 试样每产生0.3%~0.4%的轴向应变，测记一次量力环的读数和轴向应变。当轴向应变大于3%时，每隔0.7%~0.8%的应变测记一次读数。
• 当量力环读数出现峰值时，剪切应继续进行至超过5%的轴向应变为止。当量力环读数无峰值时，剪切应进行到轴向应变为15%~20%。
• 试验结束后，先关闭围压和反压自动控制。然后关闭阀2、阀4。关闭加载主机并启动反转至压力室可以移动。
• 压力室排水。参考“试样饱和”章节试样饱和后的取出步骤。
• 拆除压力室外罩。描述试样破坏形状，称试样质量，并测定含水率。

试验的结果整理：

1、试样固结高度计算

hc=h0(1-△V/V0)1/3

式中hc——试样固结后的高度（cm）；△V——试样固结后与固结前的体积变化（cm3）

2、试样固结后的面积计算

Ac=A0(1-△V/V0)1/3

式中Ac——试样固结后的断面积（cm2）

3、剪切时试样的校正面积计算

Ac= Ac/(1-ε1¬¬¬)

4、主应力差计算

主应力差计算同不固结不排水试验。μf/B(σ1-σ3)f

5、有效主应力计算

⑴有效大主应力计算

σ′1=σ1-μ

式中σ′1——有效大主应力（kPa）；μ——孔隙水压力（kPa）

⑵有效小主应力计算

σ′3=σ3-μ

⑶有效主应力比

σ′1/σ′3=1+（σ′1-σ′3）/σ′3

6、孔隙水压力系数的计算

⑴初始孔隙水压力系数

B=μ0/σ3

式中B——初始孔隙水压力系数；μ0——初始周围压力产生的孔隙水压力，kPa

⑵破坏时孔隙水压力系数

Af=μf/ B(σ1-σ3)f

式中B——破坏时孔隙水压力系数；μ0——试样破坏时，主应力差产生的孔隙水压力（kPa）

7、不排水剪切强度曲线绘制

• 固结排水（CD）实验

固结排水试验是使试样现在某一周围压力作用下排水固结，然后在允许试样充分排水持的情况下，增加轴向压力直至破坏。

本试验适用于测定黏质土和砂类土的总抗剪强度参数Cd、Фd。

试验前仪器检查，试样制备和饱和按不固结不排水试验的相应规定进行。

试样的安装、固结和剪切按固结不排水试验的相应规定进行，但在剪切过程中应打开排水阀，剪切速率采用每分钟应变0.003～0.012%。

成果整理时，试样固结后的高度和面积按固结不排水试验相应的公式计算，剪切时试样的校正面积按下时计算

Aa=(Vc-△Vi)/(hc-△hi)

式中△Vi——剪切过程中试样的体积变化（cm3）；hi——剪切过程中试样的高度变化（cm）

记录表格同不固结不排水试验。

仪器装箱单