（一）不固结不排水剪试验

1.试验前的仪器检查，应按下列步骤进行

（1）周围压力的测量精度为全量程的1%，测读分值为5kPa。

（2）孔隙水压力测量系统内的气泡应完全排除。系统内的气泡，可用纯水或施加压力使气泡溶于水，并从试样底座溢出，测量系统的体积因数应小于1.5×10－5cm3／kPa。

（3）管路应畅通，活塞应能滑动，各连接处应无漏水。

2.试样的制备应按下列步骤进行

（1）本试验需要3～4个试样，分别在不同周围压力下进行试验。

表2-1　试样的土粒最大粒径

（2）试样尺寸：最小直径为35mm，最大直径为101mm，试样高度宜为试样直径的2～2.5倍，试样的最大粒径应符合表2-1的规定。对于有裂缝、软弱面和结构面的试样，试样直径宜大于60mm。

（3）原状试样制备，应按本规定将土切成圆柱形试样，试样两端应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。

（4）扰动试样制备，应根据预定的干密度和含水率，按击实法规定备样后，在击实器内分层击实，粉质土宜为3～5层，粘质土宜为5～8层，各层土料数量应相等，各层接触面刨毛。

（5）对于砂性土应先在压力室底座上依次放上不透水板，橡皮膜和对开圆膜。将砂料填入对开圆膜内，分3层按预定干密度击实。当制备饱和试样时，在对开膜内注入纯水至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，拆除对开圆膜。

（6）对制备好的试样，应量测其直径和高度。试样的平均直径应按下式计算

式中　D1、D2、D3分别为试样上、中、下部位的直径。

3.试样饱和宜选用下列方法

（1）抽气饱和：应按前述试样饱和要求进行。

（2）水头饱和：将试样按本标准4条规定装于压力室内，施加20kPa周围压力。水头高出试样顶部1m，使纯水从底部进入试样，从试样顶部溢出，直至流入水量和溢出水量相等为止。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。

（3）反压力饱和：试样要求完全饱和时，应对试样施加反压力。反压力系统与周围压力系统相同，但应用双层体变管代替排水量管。试样装好后，调节孔隙水压力等于大气压力，关闭孔隙水压力阀、反压力阀、体变管阀，测记体变管读数。开周围压力阀，对试样施加10～50kPa的周围压力，开孔隙水压力阀，待孔隙水压力变化稳定，测记读数。开体变管阀和反压力阀，同时施加周围压力和反压力30kPa，检查孔隙水压力增量，待孔隙水压力稳定后再施加下一级周围压力和反压力。每施加一级压力都测定孔隙水压力。当孔隙水压力增量与周围压力增量之比Δu／σ3＞0.98时，认为试样达到饱和。

4.试样的安装，应按下列步骤进行

（1）在压力室底座上依次放上不透水板、试样和试样帽，将橡皮膜套在试样外，并将橡皮膜两端与底座及试样帽分别扎紧。

（2）装上压力室罩，向压力室注满纯水，关排气阀，压力室内不应有残留气泡。并将活塞对准测力计和试样顶部。

（3）关排水阀，开周围压力阀，施加周围压力，周围压力值应与工程的实际荷重相适应，最大一级周围压力应与最大实际荷重大致相等。

（4）转动手轮使试样帽与活塞及测力计接触，装上变形批示计，将测力计和变形指示计读数调至零位。

5.剪切试样，应按下列步骤进行

（1）剪切应变速率宜为每分钟应变0.5%～1.0%。

（2）启动电动机，开始剪切。试样每产生0.3%～0.4%的轴向应变，测计一次测力计读数和轴向变形值。当轴向应变大于3%，每隔0.7%～0.8%的应变值测记一次读数。

（3）当测力计读数出现峰值时，剪切应继续进行，超过5%的轴向应变为止。当测力计读数无峰值时，剪切应进行到轴向应变为15%～20%。

（4）试验结束，关电动机，关周围压力阀，开排气阀，排除压力室的水，拆除试样，描述试样破坏形状。称试样质量，并测定含水率。

6.计算

（1）轴向应变应按下式计算

式中　ε1——轴向应变值，%；

　　　Δhi——剪切过程中的高度变化，mm；

　　　h0——试样起始高度，mm。

（2）试样面积的校正，应按下式计算

式中　Aa——试样的校正断面积，cm2；

　　　A0——试样的初始断面积，cm2。

（3）主应力差应按下式计算

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。

7.制图

（1）主应力差与轴向应变关系曲线如图2-7（应在直角坐标纸上绘制）。

（2）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。以法向应力为横坐标，剪应力为纵坐标，在横坐标上以为圆心，为半径（f注脚表示破坏），在τ～σ应力平面上绘制破损应力圆，并绘制不同周围压力下破损应力圆的包线。求出不排水强度参数如图2-8。

图2-7　主应力差与轴向应变关系曲线

图2-8　不固结不排水剪强度包线

8.试验记录

试验记录见表2-2～表2-3。

本试验的记录格式如下：

表2-2　三轴压缩试验记录（一）

表2-3　三轴压缩试验记录（二）

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（二）固结不排水剪试验

1.试验前仪器的检查

试样制备、试样饱和，应按本节不固结不排水试验的有关要求进行。

2.试样的安装，应按下列步骤进行

（1）开孔隙水压力阀和排水阀，对孔隙水压力系统及压力室底座充水排气后，关孔隙水压力阀和排水阀。压力室底座上依次放上透水板、滤纸、试样及试样帽。试样周围贴浸湿的滤纸条，套上橡皮膜，将橡皮膜下端与底座扎紧。从试样底部充水，排除试样与橡皮膜之间的气泡，并将橡皮膜上端与试样帽扎紧。降低排水管，使管内水面位于试样中心以下20～40cm，吸除余水，关排水阀。需要测定应力应变时，应在试样与透水板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。

（2）安装压力室罩、充水。提高排水管使管内水面与试样高度的中心齐平，测记排水管水面读数。

（3）开孔隙水压力阀，使孔隙水压力值等于大气压力，关闭孔隙水压力阀。按本标准规定施加周围压力。调整轴向压力、轴向变形和孔隙水压力的零点，并记下体积变化量管的读数。当需要施加反压力时，应按前述步骤施加。

3.试样排水固结，应按下列步骤进行

（1）开孔隙水压力阀，测定孔隙水压力。开排水阀，当需测定排水过程时，应按规定测记排水管水面及孔隙水压力值，直至孔隙水压力消散95%以上。固结完成后，关排水阀，测记排水管读数和孔隙水压力读数。

（2）微调压力机升降台，使活塞与试样接触，此时轴向变形百分表的变化值为试样固结时的高度变化。

4.剪切试样应按下列步骤进行

（1）将轴向测力计、轴向变形百分表及孔隙水压力读数均调整至零。

（2）选择剪切应变速率，进行剪切。粘性土每分钟应变为0.05%～0.1%；粉质土每分钟应变为0.1%～0.5%。

（3）轴向压力、孔隙水压力和轴向变形，应按不固结不排水第5条［（2）、（3）款］测记。

（4）试验结束，关电动机和各阀门，开排气阀，排除压力室内的水，拆除试样，描述试样破坏形状。称试样质量并测定含水量。

5.计算

（1）试样固结后的高度，应按下式计算

式中　hc——试样固结后的高度，cm；

　　　ΔV——试样固结后与固结前的体积变化，cm3；

　　　V0——试样起始体积，cm3。

（2）试样固结后的面积，应按下式计算

式中　Ac——试样固结后的断面积，cm2。

（3）剪切时试样的校正面积，应按下式计算

（4）主应力差同公式（2-4）。

（5）有效大应力应按下式计算

式中　σ′1——有效大主应力，kPa；

　　　u——孔隙水压力，kPa。

（6）有效小主应力应按下式计算

式中　σ′3——有效小主应力，kPa。

6.制图

（1）绘制轴向应变与主应力差关系曲线。

（2）破损应力圆、摩擦角和凝聚力，应按不固结不排水剪第7条［（2）款］绘制和确定。有效摩擦角和有效凝聚力，应以为圆心，为半径绘制有效破损应力圆确定如图2-9。

7.固结不排水试验的记录

图2-9　固结不排水剪强度包线

应包括工程编号、试样编号、试样的密度、试样的含水量、周围压力值、反压力值、孔隙水压力值、孔隙水压力系数的计算，主应力比、轴向变形及轴向应变、剪切速率和固结排水量，试样破坏时的描述，测力计读数及率定系数。

（三）固结排水剪试验

1.试验前仪器的检查

试样的制备和饱和，应按不固结不排水试验的相应规定进行。

2.试验的安装，应按下列步骤进行

（1）试样的安装、固结和剪切，应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%。

（2）试样固结后的高度以及试样固后的面积，应按固结不排水试验的相应公式计算。

（3）剪切时试样的校正面积，应按下式计算

式中　ΔVi——剪切过程中试样的体积变化，cm3；

　　　Δhi——剪切过程中试样的高度变化，cm；

　　　hc——试样固结后的高度，cm；

　　　Vc——固结后试样的体积，cm3。

（4）主应力差应按公式（2-4）计算。

（5）有效主应力的计算应按固结不排水试验的相应公式计算。

（6）制图：①绘制轴向应变与主应力差的关系曲线。②破损应力圆、摩擦角和凝聚力，应按不固结不排水剪第7条［（2）款］绘制和确定（如图2-10）。

图2-10　固结排水剪强度包线

（7）固结排水剪试验的记录，应包括工程编号、试样编号、试样的密度、试样的含水量、周围压力值、反压力值、主应力比、轴向变形及轴向应变、剪切速率和排水量，试样破坏时的描述，测力计读数和率定系数。