三軸壓縮

⑴ 常規三軸壓縮條件是什麼（指的是岩石）

三軸壓縮試驗是測定土抗剪強度的一種較為完善的方法。三軸壓縮儀由壓力室、軸向加荷系統、施加周圍壓力系統、孔隙水壓力量測系統等組成。
常規試驗方法的主要步驟如下：將土切成圓柱體套在橡膠膜內，放在密封的壓力室中，然後向壓力室內壓入水，使試件在各個方向受到周圍壓力，並使液壓在整個試驗過程中保持不變，這時試件內各向的三個主應力都相等，因此不發生剪應力。然後再通過傳力桿對試件施加豎向壓力，這樣，豎向主應力就大於水平向主應力，當水平向主應力保持不變，而豎向主應力逐漸增大時，試件終於受剪而破壞。設剪切破壞時由傳力桿加在試件上的豎向壓應力為Δσ1，則試件上的大主應力為σ1=σ3+Δσ1，而小主應力為σ3，以(σ1-σ3)為直徑可畫出一個極限應力圓，如圖中的圓I，用同一種土樣的若干個試件(三個上)按以上所述方法分別進行試驗，每個試件施加不同的周圍壓力σ3，可分別得出剪切破壞時的大主應力σ1，將這些結果繪成一組極限應力圓，如圖中的圓Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ。由於這些試件都剪切至破壞，根據莫爾-庫倫理論，作一組極限應力圓的公共切線，即為土的抗剪強度包線，通常可近似取為一條直線，該直線與橫坐標的夾角即為土的內摩擦角ψ，直線與縱坐標的截距即為土的內聚力c。
對應於直接剪切試驗的快剪、固結快剪和慢剪試驗，三軸壓縮試驗按剪切前的固結程度和剪切時的排水條件，分為以下三種試驗方法：
（1）不固結不排水試驗
試樣在施加周圍壓力和隨後施加豎向壓力直至剪切破壞的整個過程中都不允許排水，試驗自始至終關閉排水閥門。
(2)固結不排水試驗
試樣在施加周圍壓力σ3打開排水閥門，允許排水固結，待固結穩定後關閉排水閥門，再施加豎向壓力，使試樣在不排水的條件下剪切破壞。
(3)固結排水試驗
試樣在施加周圍壓力σ3時允許排水固結，待固結穩定後，再在排水條件下施加豎向壓力至試件剪切破壞。
三軸壓縮儀的突出優點是能較為嚴格地控制排水條件以及可以量測試件中孔隙水壓力的變化。此外，試件中的應力狀態也比較明確，破裂面是在最弱處，而不像直接剪切儀那樣限定在上下盒之間。

⑵ 簡述三軸壓縮試驗原理是什麼

三軸壓縮實驗（亦稱三軸剪切實驗）是以摩爾－庫侖強度理論為依據而設計的三軸向加壓的剪力試驗，試樣在某一固定周圍壓力下，逐漸增大軸向壓力，直至試樣破壞，據此可作出一個極限應力圓。用同一種土樣的3～4個試件分別在不同的周圍壓力下進行實驗，可得一組極限應力圓，如圖中的圓Ⅰ、圓Ⅱ和圓Ⅲ。作出這些極限應力圓的公切線，即為該土樣的抗剪強度包絡線，由此便可求得土樣的抗剪強度指標。

⑶ 岩石在三軸壓縮試驗下表現的性質與在單軸試驗中有何不同

砂岩的單軸壓縮特性

⑷ 三軸壓縮試驗一般試樣的質量多少

三軸壓縮試驗試樣的質量沒有特定的要求。

三軸壓縮試驗是測定土抗剪強度的一種較為完善的方法。三軸壓縮儀由壓力室、軸向加荷系統、施加周圍壓力系統、孔隙水壓力量測系統等組成。

常規試驗方法的主要步驟如下：將土切成圓柱體套在橡膠膜內，放在密封的壓力室中，然後向壓力室內壓入水，使試件在各個方向受到周圍壓力，並使液壓在整個試驗過程中保持不變，這時試件內各向的三個主應力都相等，因此不發生剪應力。然後再通過傳力桿對試件施加豎向壓力，這樣，豎向主應力就大於水平向主應力，當水平向主應力保持不變，而豎向主應力逐漸增大時，試件終於受剪而破壞。設剪切破壞時由傳力桿加在試件上的豎向壓應力為Δσ1，則試件上的大主應力為σ1=σ3+Δσ1，而小主應力為σ3，以(σ1-σ3)為直徑可畫出一個極限應力圓，如圖中的圓I，用同一種土樣的若干個試件(三個上)按以上所述方法分別進行試驗，每個試件施加不同的周圍壓力σ3，可分別得出剪切破壞時的大主應力σ1，將這些結果繪成一組極限應力圓，如圖中的圓Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ。由於這些試件都剪切至破壞，根據莫爾-庫倫理論，作一組極限應力圓的公共切線，即為土的抗剪強度包線，通常可近似取為一條直線，該直線與橫坐標的夾角即為土的內摩擦角ψ，直線與縱坐標的截距即為土的內聚力c。

⑸ 岩樣三軸壓縮的破壞形式

就實驗室常規三軸壓縮試驗而言，公式（7.2）或（7.10）的確切含義是，一個給定岩樣能夠承載的最大軸向應力σ_S與圍壓σ₃呈線性關系。這已經為大量的試驗結果所證實，但並不足以說明，達到臨界狀態的截面傾角就一定是45°+φ/2。岩樣實際破壞面並不總是平面，即使是平面，剪切破壞角也與Coulomb准則預測的數值有所差異。即Coulomb准則可以很好地描述岩石的強度特徵，而所預測的破裂角可能與實際情況相差甚遠。

從晉城某採煤工作面取得的煤塊D，沒有明顯可見的層理，加工的試樣沒有明顯的缺陷，強度也很高，單軸壓縮強度可以達到50.5MPa。圖7-10是不同圍壓下煤樣壓縮破壞形式。圍壓較低時破裂面比較復雜，而圍壓較高時則是單一的斷面，且斷面的平整度也較好。其中圍壓20MPa以上的3個試樣，以小於45°傾角的截面剪切破裂（圖7-11）。對此可作如下理解：煤的楊氏模量較低（在5GPa以下），軸向壓縮過程產生的變形較大，高圍壓下材料粘聚力的喪失是在最大剪切變形作用下實現的。

圖7-10 不同圍壓下煤樣軸向壓縮的破壞形式

圍壓：D1—2.5MPa；D2—5MPa；D3—10MPa；D4—15MPa；D5—20MPa；D6—30MPa；D7，D8—多次載入下破壞

煤塊D的6個試樣在不同圍壓下的強度已經在圖3-14中給出。煤樣D7是在圍壓為30MPa下軸向循環壓縮破壞的，D8是在不同圍壓下多次載入破壞的，試驗結果表明，圍壓、載入歷史對楊氏模量沒有影響^［14］，但二者強度都較低，故未在圖3-14中標出。另外，圍壓在10MPa時試樣的強度低於圍壓5MPa的強度，表明試樣之間存在差異，不過從整體上看，圍壓對試樣的強度影響符合線性變化的規律。利用公式（7.2）回歸的結果是

σ_S=58.7MPa+4.43σ₃

相關系數 R=0.979。相應的內摩擦角 φ=39.17°，θ₀=45°+φ/2=64.59°。圖7-10中煤樣的實際破裂角都小於θ₀。

圖7-11 煤樣以小於45°傾角的截面剪切破壞

從該礦另一工作面得到的煤塊A、C，均存在明顯層理和裂隙，層理傾角約為 68°（tanθ=2.5）。煤塊A加工的5個試樣單軸壓縮強度在5.3～10.4MPa，強度較低。煤塊C加工的6個試樣強度隨圍壓的變化關系也在圖3-14給出，試樣多數沿層理破壞，但並非單一斷面，破裂面較為復雜。不過，其三軸強度利用公式（7.2）回歸結果是

σ_S=9.68MPa+4.57σ₃

相關系數R=0.992。對C、D兩個煤塊加工的試樣，公式（7.2）中的K是大致相同的。這也說明了圖7-9a的正確性：試樣破壞面具有不同的傾角，但圍壓通過摩擦實現的承載能力大致相同。因而利用Coulomb准則描述試樣的強度是合適的。這在第3章3.5節已作專門討論。

均質、無缺陷的各種砂岩和部分大理岩試樣，顆粒之間的粘接強度較差，通常呈對角破壞。圖7-12是粉砂岩試驗三軸壓縮破壞後的形狀。斷裂面由傾角β的平面和部分以岩樣端面為底的錐面共同構成。ACG區域是圓錐面的一部分，GH間近似為平面。試驗中大多數岩樣的兩個破裂塊具有較好的對稱性。

圖7-12 粉砂岩試樣含有圓錐的對角破壞

產生這種破裂形式的原因是，岩樣端部和試驗機壓頭之間存在摩擦，即通常所說的端部效應，抑制材料的周向膨脹，但影響隨深度增加而逐步減小，因此剪切破壞面呈圓錐狀。個別岩樣破壞後可以取出完整的圓錐體。錐面底角a小於破裂平面的傾角β，因而軸向壓縮時岩樣發生張開，使得圓錐面部分具有明顯的剪切破壞特徵，而平面部分則具有拉伸破壞特徵。顯然，岩樣對角破壞後的殘余強度不能再用Coulomb准則來分析^［15］。

圖7-13是沿陡傾角破壞的石灰岩（單軸壓縮）和大理岩試樣（圍壓20MPa），其破壞面起止於上下端面，而不是側面。由於石灰岩緻密均勻，楊氏模量可以高達70GPa，能夠承受的壓縮變形較小，因而岩樣很快產生新的破壞面，其中一個局部破壞與主控斷裂面對稱，實現了破裂面在垂直於軸向的投影覆蓋岩樣斷面，使其軸向承載能力完全喪失^［16］。這也說明，該試樣的斷裂並非源於石灰岩的沉積弱面。圖7-14中的大理岩也是緻密均勻，顆粒細微，單一傾角的剪切破壞面止於岩樣的上下端面，兩個破裂塊體都能單獨承載一定的軸向應力，岩樣的承載能力並不完全是剪切面之間的摩擦力，即通常所說的殘余強度，並沒有表示岩石的摩擦特性。

對此可以作如下解釋。由於圖7-13中石灰岩和大理岩可以認為是均質材料，因而大致沿著承載能力最小的截面，即Coulomb准則預計的方向破壞。直徑D、高L的岩樣，其對角截面的傾角為 arctan（L/D），直徑為50mm、長度為100mm的岩樣，該角度是63.43°。這就是說，對於摩擦角大於36.87°或者說圍壓對強度的影響系數大於4的岩石，45°+φ/2就大於arctan（L/D），不能再以圖7-7分析Coulomb准則。而這樣的岩石確實很多，如砂岩、花崗岩、大理岩以及煤通常圍壓對強度影響系數都大於4^［6］。在岩石顆粒細微、均勻時，破壞面所需變形較小，試驗機壓頭的端部效應不很顯著，因而出現起止於上、下端面的平面剪切破壞。而顆粒特徵明顯的砂岩和大理岩，則因壓縮變形較大出現含圓錐的對角破壞。對大多數岩石來說，圍壓影響系數在6.25以下^［6］，就此而言，岩樣的長徑比最好能夠達到2.5，以避免試驗機壓頭的端部效應。

圖7-13 石灰岩試樣（單軸）、大理岩試樣（圍岩40MPa）的陡傾角破壞

a—石灰岩試樣；b—大理岩試樣

圖7-14 砂岩試樣不同圍壓下壓縮的全程曲線和破壞後照片

圖7-14是義馬礦煤層頂板砂岩部分試樣的常規三軸壓縮全程曲線和圍壓在10MPa和20MPa下壓縮破壞的照片^［17］。值得注意的是，破壞試樣存在張開的局部裂隙，且數量較多。這些裂隙面都垂直於試樣軸線。而在壓縮試驗之前，只是一些弱面，並未張開。為慎重起見，對鑽孔剩餘的岩塊、對從岩心切割下的端頭等都進行了仔細觀察，均未發現明顯的張開裂隙。

無疑，試樣壓縮過程中軸向應力升高，伴隨著彈性變形的增大。達到峰值應力時，試樣內弱面等部分材料已經屈服產生塑性變形，其彈性變形減小，而強度較高的材料則承載了比宏觀應力（名義應力）更大的載荷，因而也就具有更大的彈性變形。在試樣產生宏觀的剪切滑移、承載的軸向應力降低時，試樣內材料的彈性變形將逐步恢復。各處的彈性變形不同，強度較低的材料在彈性變形完全恢復之後，將在其他材料的作用下產生拉伸變形，從而形成張開的裂隙。為了研究試樣的破壞形式，在其沒有完全喪失承載能力時就停止軸向壓縮。圖7-14的兩個試樣仍保持完整形狀，長度僅比原始值減少0.1mm左右，遠小於實際的軸向壓縮變形。這表明卸載之後試樣的軸向變形得到相當程度的恢復，而產生塑性屈服的材料則在此過程中被拉伸破壞。

岩體工程的開挖就是一個卸載過程，圍岩體的破壞機理和力學特徵已經進行了廣泛的研究，三峽永久船閘的開挖也表明，岩體卸載之後會產生大量的張開裂隙，這些張開裂隙也是壓應力逐步降低過程中產生的^［18］。圖7-14的岩樣試驗結果為岩體的卸載破壞又提供了另一個解釋。

⑹ 三軸壓縮試驗的優點

三軸壓縮儀的突出優點是能較為嚴格地控制排水條件以及可以量測試件中孔隙水壓力的變化。此外，試件中的應力狀態也比較明確，破裂面是在最弱處，而不像直接剪切儀那樣限定在上下盒之間。

⑺ 三軸壓縮試驗的優、缺點有哪些

一、優點：

1、直剪結構簡單，易於操作。

2、能夠嚴格控制試件的排水條件。

3、可以量測土樣中孔隙水壓力，從而獲得土中有效應力的變化情況。

4、軸壓縮試驗中試件的應力狀態比較明確，剪切破壞時的破裂面在試件的最弱處。

二、缺點：

1、驗試期間不能嚴格控制排水條件，不能測量孔隙水壓力。

(7)三軸壓縮擴展閱讀

三軸壓縮試驗儀器設備：

1、常用的三軸儀，按施加軸向壓力方式的不同，分為應變控制式和應力控制式兩種。

2、應變控制式三軸儀。

包括壓力室、試驗機、施加周圍壓力和垂直壓力系統、體積變化和孔隙壓力量測系統等。

3、附屬設備：擊實簡、飽和器、切土盤、切土器和切土架、分樣器、承膜筒、天平、量表、橡皮膜等。

⑻ 三軸壓縮試驗可以模擬哪些實際工程，最好舉例

三軸壓縮試驗是指有側限壓縮和剪力試驗。使用的儀器為三軸剪力儀（亦稱三軸壓縮儀）
三軸剪力儀的核心部分是三軸壓力室，並配備有軸壓系統、側壓系統和孔隙水壓力測讀系統等。試驗用的土樣為圓柱形，其高度與直徑之比為2〜2.5
這是專業術語

⑼ 三軸壓縮實驗中的三個壓力值分別代表什麼意思，比如б

空間為三維 你問這個問題應該是學工科的吧 就是三向壓力啊 一般三軸壓縮都是假三軸 即 圍壓小於軸壓 側向壓力相等 由水壓或油壓提供

⑽ 土力學三軸壓縮試驗與材料力學拉伸試驗有什麼不同

1,應力狀態不同，土力學三軸壓縮實驗，是給一個圍壓的狀態下，施加偏應力直到試件破壞。材料力學的拉伸實驗，只是加一個軸向的拉應力，到試件破壞。
2、兩者測定的物理特性不同。三軸試驗是測量岩土體在一定圍壓（模擬實際工程的土體埋深）的強度特性。拉伸實驗測量抗拉強度，而土體是不具有抗拉能力的。