三轴压缩

⑴ 常规三轴压缩条件是什么（指的是岩石）

三轴压缩试验是测定土抗剪强度的一种较为完善的方法。三轴压缩仪由压力室、轴向加荷系统、施加周围压力系统、孔隙水压力量测系统等组成。
常规试验方法的主要步骤如下：将土切成圆柱体套在橡胶膜内，放在密封的压力室中，然后向压力室内压入水，使试件在各个方向受到周围压力，并使液压在整个试验过程中保持不变，这时试件内各向的三个主应力都相等，因此不发生剪应力。然后再通过传力杆对试件施加竖向压力，这样，竖向主应力就大于水平向主应力，当水平向主应力保持不变，而竖向主应力逐渐增大时，试件终于受剪而破坏。设剪切破坏时由传力杆加在试件上的竖向压应力为Δσ1，则试件上的大主应力为σ1=σ3+Δσ1，而小主应力为σ3，以(σ1-σ3)为直径可画出一个极限应力圆，如图中的圆I，用同一种土样的若干个试件(三个上)按以上所述方法分别进行试验，每个试件施加不同的周围压力σ3，可分别得出剪切破坏时的大主应力σ1，将这些结果绘成一组极限应力圆，如图中的圆Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ。由于这些试件都剪切至破坏，根据莫尔-库伦理论，作一组极限应力圆的公共切线，即为土的抗剪强度包线，通常可近似取为一条直线，该直线与横坐标的夹角即为土的内摩擦角ψ，直线与纵坐标的截距即为土的内聚力c。
对应于直接剪切试验的快剪、固结快剪和慢剪试验，三轴压缩试验按剪切前的固结程度和剪切时的排水条件，分为以下三种试验方法：
（1）不固结不排水试验
试样在施加周围压力和随后施加竖向压力直至剪切破坏的整个过程中都不允许排水，试验自始至终关闭排水阀门。
(2)固结不排水试验
试样在施加周围压力σ3打开排水阀门，允许排水固结，待固结稳定后关闭排水阀门，再施加竖向压力，使试样在不排水的条件下剪切破坏。
(3)固结排水试验
试样在施加周围压力σ3时允许排水固结，待固结稳定后，再在排水条件下施加竖向压力至试件剪切破坏。
三轴压缩仪的突出优点是能较为严格地控制排水条件以及可以量测试件中孔隙水压力的变化。此外，试件中的应力状态也比较明确，破裂面是在最弱处，而不像直接剪切仪那样限定在上下盒之间。

⑵ 简述三轴压缩试验原理是什么

三轴压缩实验（亦称三轴剪切实验）是以摩尔－库仑强度理论为依据而设计的三轴向加压的剪力试验，试样在某一固定周围压力下，逐渐增大轴向压力，直至试样破坏，据此可作出一个极限应力圆。用同一种土样的3～4个试件分别在不同的周围压力下进行实验，可得一组极限应力圆，如图中的圆Ⅰ、圆Ⅱ和圆Ⅲ。作出这些极限应力圆的公切线，即为该土样的抗剪强度包络线，由此便可求得土样的抗剪强度指标。

⑶ 岩石在三轴压缩试验下表现的性质与在单轴试验中有何不同

砂岩的单轴压缩特性

⑷ 三轴压缩试验一般试样的质量多少

三轴压缩试验试样的质量没有特定的要求。

三轴压缩试验是测定土抗剪强度的一种较为完善的方法。三轴压缩仪由压力室、轴向加荷系统、施加周围压力系统、孔隙水压力量测系统等组成。

常规试验方法的主要步骤如下：将土切成圆柱体套在橡胶膜内，放在密封的压力室中，然后向压力室内压入水，使试件在各个方向受到周围压力，并使液压在整个试验过程中保持不变，这时试件内各向的三个主应力都相等，因此不发生剪应力。然后再通过传力杆对试件施加竖向压力，这样，竖向主应力就大于水平向主应力，当水平向主应力保持不变，而竖向主应力逐渐增大时，试件终于受剪而破坏。设剪切破坏时由传力杆加在试件上的竖向压应力为Δσ1，则试件上的大主应力为σ1=σ3+Δσ1，而小主应力为σ3，以(σ1-σ3)为直径可画出一个极限应力圆，如图中的圆I，用同一种土样的若干个试件(三个上)按以上所述方法分别进行试验，每个试件施加不同的周围压力σ3，可分别得出剪切破坏时的大主应力σ1，将这些结果绘成一组极限应力圆，如图中的圆Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ。由于这些试件都剪切至破坏，根据莫尔-库伦理论，作一组极限应力圆的公共切线，即为土的抗剪强度包线，通常可近似取为一条直线，该直线与横坐标的夹角即为土的内摩擦角ψ，直线与纵坐标的截距即为土的内聚力c。

⑸ 岩样三轴压缩的破坏形式

就实验室常规三轴压缩试验而言，公式（7.2）或（7.10）的确切含义是，一个给定岩样能够承载的最大轴向应力σ_S与围压σ₃呈线性关系。这已经为大量的试验结果所证实，但并不足以说明，达到临界状态的截面倾角就一定是45°+φ/2。岩样实际破坏面并不总是平面，即使是平面，剪切破坏角也与Coulomb准则预测的数值有所差异。即Coulomb准则可以很好地描述岩石的强度特征，而所预测的破裂角可能与实际情况相差甚远。

从晋城某采煤工作面取得的煤块D，没有明显可见的层理，加工的试样没有明显的缺陷，强度也很高，单轴压缩强度可以达到50.5MPa。图7-10是不同围压下煤样压缩破坏形式。围压较低时破裂面比较复杂，而围压较高时则是单一的断面，且断面的平整度也较好。其中围压20MPa以上的3个试样，以小于45°倾角的截面剪切破裂（图7-11）。对此可作如下理解：煤的杨氏模量较低（在5GPa以下），轴向压缩过程产生的变形较大，高围压下材料粘聚力的丧失是在最大剪切变形作用下实现的。

图7-10 不同围压下煤样轴向压缩的破坏形式

围压：D1—2.5MPa；D2—5MPa；D3—10MPa；D4—15MPa；D5—20MPa；D6—30MPa；D7，D8—多次加载下破坏

煤块D的6个试样在不同围压下的强度已经在图3-14中给出。煤样D7是在围压为30MPa下轴向循环压缩破坏的，D8是在不同围压下多次加载破坏的，试验结果表明，围压、加载历史对杨氏模量没有影响^［14］，但二者强度都较低，故未在图3-14中标出。另外，围压在10MPa时试样的强度低于围压5MPa的强度，表明试样之间存在差异，不过从整体上看，围压对试样的强度影响符合线性变化的规律。利用公式（7.2）回归的结果是

σ_S=58.7MPa+4.43σ₃

相关系数 R=0.979。相应的内摩擦角 φ=39.17°，θ₀=45°+φ/2=64.59°。图7-10中煤样的实际破裂角都小于θ₀。

图7-11 煤样以小于45°倾角的截面剪切破坏

从该矿另一工作面得到的煤块A、C，均存在明显层理和裂隙，层理倾角约为 68°（tanθ=2.5）。煤块A加工的5个试样单轴压缩强度在5.3～10.4MPa，强度较低。煤块C加工的6个试样强度随围压的变化关系也在图3-14给出，试样多数沿层理破坏，但并非单一断面，破裂面较为复杂。不过，其三轴强度利用公式（7.2）回归结果是

σ_S=9.68MPa+4.57σ₃

相关系数R=0.992。对C、D两个煤块加工的试样，公式（7.2）中的K是大致相同的。这也说明了图7-9a的正确性：试样破坏面具有不同的倾角，但围压通过摩擦实现的承载能力大致相同。因而利用Coulomb准则描述试样的强度是合适的。这在第3章3.5节已作专门讨论。

均质、无缺陷的各种砂岩和部分大理岩试样，颗粒之间的粘接强度较差，通常呈对角破坏。图7-12是粉砂岩试验三轴压缩破坏后的形状。断裂面由倾角β的平面和部分以岩样端面为底的锥面共同构成。ACG区域是圆锥面的一部分，GH间近似为平面。试验中大多数岩样的两个破裂块具有较好的对称性。

图7-12 粉砂岩试样含有圆锥的对角破坏

产生这种破裂形式的原因是，岩样端部和试验机压头之间存在摩擦，即通常所说的端部效应，抑制材料的周向膨胀，但影响随深度增加而逐步减小，因此剪切破坏面呈圆锥状。个别岩样破坏后可以取出完整的圆锥体。锥面底角a小于破裂平面的倾角β，因而轴向压缩时岩样发生张开，使得圆锥面部分具有明显的剪切破坏特征，而平面部分则具有拉伸破坏特征。显然，岩样对角破坏后的残余强度不能再用Coulomb准则来分析^［15］。

图7-13是沿陡倾角破坏的石灰岩（单轴压缩）和大理岩试样（围压20MPa），其破坏面起止于上下端面，而不是侧面。由于石灰岩致密均匀，杨氏模量可以高达70GPa，能够承受的压缩变形较小，因而岩样很快产生新的破坏面，其中一个局部破坏与主控断裂面对称，实现了破裂面在垂直于轴向的投影覆盖岩样断面，使其轴向承载能力完全丧失^［16］。这也说明，该试样的断裂并非源于石灰岩的沉积弱面。图7-14中的大理岩也是致密均匀，颗粒细微，单一倾角的剪切破坏面止于岩样的上下端面，两个破裂块体都能单独承载一定的轴向应力，岩样的承载能力并不完全是剪切面之间的摩擦力，即通常所说的残余强度，并没有表示岩石的摩擦特性。

对此可以作如下解释。由于图7-13中石灰岩和大理岩可以认为是均质材料，因而大致沿着承载能力最小的截面，即Coulomb准则预计的方向破坏。直径D、高L的岩样，其对角截面的倾角为 arctan（L/D），直径为50mm、长度为100mm的岩样，该角度是63.43°。这就是说，对于摩擦角大于36.87°或者说围压对强度的影响系数大于4的岩石，45°+φ/2就大于arctan（L/D），不能再以图7-7分析Coulomb准则。而这样的岩石确实很多，如砂岩、花岗岩、大理岩以及煤通常围压对强度影响系数都大于4^［6］。在岩石颗粒细微、均匀时，破坏面所需变形较小，试验机压头的端部效应不很显着，因而出现起止于上、下端面的平面剪切破坏。而颗粒特征明显的砂岩和大理岩，则因压缩变形较大出现含圆锥的对角破坏。对大多数岩石来说，围压影响系数在6.25以下^［6］，就此而言，岩样的长径比最好能够达到2.5，以避免试验机压头的端部效应。

图7-13 石灰岩试样（单轴）、大理岩试样（围岩40MPa）的陡倾角破坏

a—石灰岩试样；b—大理岩试样

图7-14 砂岩试样不同围压下压缩的全程曲线和破坏后照片

图7-14是义马矿煤层顶板砂岩部分试样的常规三轴压缩全程曲线和围压在10MPa和20MPa下压缩破坏的照片^［17］。值得注意的是，破坏试样存在张开的局部裂隙，且数量较多。这些裂隙面都垂直于试样轴线。而在压缩试验之前，只是一些弱面，并未张开。为慎重起见，对钻孔剩余的岩块、对从岩心切割下的端头等都进行了仔细观察，均未发现明显的张开裂隙。

无疑，试样压缩过程中轴向应力升高，伴随着弹性变形的增大。达到峰值应力时，试样内弱面等部分材料已经屈服产生塑性变形，其弹性变形减小，而强度较高的材料则承载了比宏观应力（名义应力）更大的载荷，因而也就具有更大的弹性变形。在试样产生宏观的剪切滑移、承载的轴向应力降低时，试样内材料的弹性变形将逐步恢复。各处的弹性变形不同，强度较低的材料在弹性变形完全恢复之后，将在其他材料的作用下产生拉伸变形，从而形成张开的裂隙。为了研究试样的破坏形式，在其没有完全丧失承载能力时就停止轴向压缩。图7-14的两个试样仍保持完整形状，长度仅比原始值减少0.1mm左右，远小于实际的轴向压缩变形。这表明卸载之后试样的轴向变形得到相当程度的恢复，而产生塑性屈服的材料则在此过程中被拉伸破坏。

岩体工程的开挖就是一个卸载过程，围岩体的破坏机理和力学特征已经进行了广泛的研究，三峡永久船闸的开挖也表明，岩体卸载之后会产生大量的张开裂隙，这些张开裂隙也是压应力逐步降低过程中产生的^［18］。图7-14的岩样试验结果为岩体的卸载破坏又提供了另一个解释。

⑹ 三轴压缩试验的优点

三轴压缩仪的突出优点是能较为严格地控制排水条件以及可以量测试件中孔隙水压力的变化。此外，试件中的应力状态也比较明确，破裂面是在最弱处，而不像直接剪切仪那样限定在上下盒之间。

⑺ 三轴压缩试验的优、缺点有哪些

一、优点：

1、直剪结构简单，易于操作。

2、能够严格控制试件的排水条件。

3、可以量测土样中孔隙水压力，从而获得土中有效应力的变化情况。

4、轴压缩试验中试件的应力状态比较明确，剪切破坏时的破裂面在试件的最弱处。

二、缺点：

1、验试期间不能严格控制排水条件，不能测量孔隙水压力。

(7)三轴压缩扩展阅读

三轴压缩试验仪器设备：

1、常用的三轴仪，按施加轴向压力方式的不同，分为应变控制式和应力控制式两种。

2、应变控制式三轴仪。

包括压力室、试验机、施加周围压力和垂直压力系统、体积变化和孔隙压力量测系统等。

3、附属设备：击实简、饱和器、切土盘、切土器和切土架、分样器、承膜筒、天平、量表、橡皮膜等。

⑻ 三轴压缩试验可以模拟哪些实际工程，最好举例

三轴压缩试验是指有侧限压缩和剪力试验。使用的仪器为三轴剪力仪（亦称三轴压缩仪）
三轴剪力仪的核心部分是三轴压力室，并配备有轴压系统、侧压系统和孔隙水压力测读系统等。试验用的土样为圆柱形，其高度与直径之比为2〜2.5
这是专业术语

⑼ 三轴压缩实验中的三个压力值分别代表什么意思，比如б

空间为三维 你问这个问题应该是学工科的吧 就是三向压力啊 一般三轴压缩都是假三轴 即 围压小于轴压 侧向压力相等 由水压或油压提供

⑽ 土力学三轴压缩试验与材料力学拉伸试验有什么不同

1,应力状态不同，土力学三轴压缩实验，是给一个围压的状态下，施加偏应力直到试件破坏。材料力学的拉伸实验，只是加一个轴向的拉应力，到试件破坏。
2、两者测定的物理特性不同。三轴试验是测量岩土体在一定围压（模拟实际工程的土体埋深）的强度特性。拉伸实验测量抗拉强度，而土体是不具有抗拉能力的。