【清華大學】《土力學》（國家級精品課） P26 - 26. 26-5-6超靜孔隙水壓力和孔壓係數（2）、常規三軸壓縮試驗

好 我們接着上一節課來介紹 我們就是在偏差應力狀態下 在偏差應力狀態下 產生的超近孔移水壓力的問題 我們上一節課給大家介紹 就是圖骨架的體積變化 圖骨架的體積變化 就應該等於它的總的體應變的變化 乘上一個它的體積 而體應變 我們知道是等於三個方向現應變之和 所以這就等於 Δ1不適用1 加上Δ1不適用2 加上Δ1不適用3 如果說我們能求得 Δ這三個方向的現應變的話 我們把三個方向加起來就行了 關於這三個方向現應變怎麼求呢 我們就需要廣義的符合定律 廣義的符合定律 我們首先來看一下 在剛纔所說的和在增量條件下 那麼這個式樣它的應力狀態 三個方向應力狀態是怎麼變化的 大家看總應力的增量 在軸向 Δσ1-Δσ3 橫向 側向是等於0的 兩個側向都等於0的 那麼有一個 孔隙水壓力是各項相等的 所以有效附加應力的 有效附加應力的變化 在軸向 就是Δσ1-Δσ3 再減上一個Δua 在側向 原來是0 那麼就是減上一個Δua 就減上一個Δua 那這就是它的 就是個負的Δua 這就是側向的 有效應力的變化 那麼大家看到 有了這三個方向 有效應力的變化 那麼就在三個方向 分別帶入 虎克定律 帶入虎克定律 比如說在軸向 寫出虎克定律 就這樣一個形式 那麼在側向 兩個側向 就是Δ1-2 等於Δ1-3 就帶入虎克定律之後 就是這樣一個形式 我們就把這個 帶入到這個式子裏面 一整理 那麼就是 在這個條件下 就得到圖骨架的體積變化 就根據虎克定律 我們一整理 把剛纔那帶進來 一整理的話 就得到這麼一個式子 大家注意這幾個 彈性常數之間的 我們這個體積壓縮係數 彈性的Cs的話 那麼它和μ之間的關係 實際上這個係數 就等於三分之一的Cs 大家注意一下 這個是彈性常數 幾個之間的關係 那麼帶進來之後 我們會得到這麼一個式子 我們同樣 我們這個同樣 是在不排水不排氣的條件下進行的 就是Δv1就等於Δv2 我們把剛纔那個 氣的壓縮 那個Δv1 和這個Δv2 兩個相等 我們帶進來一整理 這個過程回去 大家自己去整理一下 整理完了之後 我們就可以得到 Δua就等於 1加上Cf除Cf四分之一 括弧裏面 三分之一 Δc1-Δc3 大家看到前面這個係數 就是剛纔我們 等下壓縮條件下 推出那個係數 就是孔牙係數B 潮淨孔域孔牙繫系數B 這個B帶進來 就等於三分之一的 Δc1-Δc3 這個式子非常簡單 但是呢 這個係數 這個推導 這個簡單的式子呢 是我們在假設 在假設圖骨架 它是一個彈性體的條件下得到的 那麼彈性體的一個 很大的一個特徵 就是在受到減盈力作用的時候 彈性體是沒有體積變化的 我不知道大家學彈性力學 有沒有這個概念 就彈性體受純潔盈利的時候 體積是不發生變化的 我不知道大家有沒有這個概念 就受純潔的時候 就說在彈性體 受各項等向壓縮的條件 各項等向的壓力 它是保持形狀不變 保持形狀不變 但是體積大小會變 在純減盈利作用下 它的體積不變 形狀會變 這是彈性體的特點 就減盈利和各等向的平均盈利 它們之間是不耦合的關係 但是對圖體骨架來講 你假設圖的骨架是彈性體 是在受減的條件下 是不成立的 爲什麼不成立 我給大家舉兩個簡單的例子 簡單的 大家看我黑板上畫的這兩種情況 第一種我們是一個理想的 一個土顆粒排列的情況 大家看到這是相對來說 是一個很疏鬆很疏鬆的一個狀態 大家想我在受壓的條件下 大家看到在這個條件下 土一樣一受減的話 我們增加一個純減的上去 大家看到這個體積會不會變化 會變化 一定會變化的 但是在這個相對比較疏鬆的狀態下 大家看到一受減的話 這個體積是怎麼變化 會縮小的 這是我們圖體的一個特徵 也就是說相對比較疏鬆的圖體 在受減盈利的時候 它會發生壓縮的 會發生體積的減小的 而這個情況大家看到 是排列的密實的情況 排列密實的情況 我們給它施加一個減盈利 大家看到 這個情況會不會發生體積變化 也會的 但是大家看到它是怎麼樣 它一定是膨脹的 一定是膨脹的 所以說我們叫圖體 在受減盈利的作用下 會發生體積的變形 這是圖體變形特性和彈性體的一個重大區別 就是圖體在受到減盈利的作用下 它會發生體積變化 我們把它稱作是叫做圖體的減脹性 圖體的減脹性 我這裏面說的圖體的減脹性是廣義的 包括減縮和減脹兩種 我們把它通稱叫圖體的減脹性 泛指圖體在受到減盈利的作用下 它會發生體積變形這個特性 再回到我們剛纔的推導 我們這個推導的前提 假設的是圖骨架是彈性體 而我們剛纔介紹了圖體在受減的時候 它發生體積變化是圖體變形的一個非常大的重要特徵 所以說你剛纔推導的和你這個假設的矛盾很大 就導致我們實際上推出來的那個公式 在實際應用當中經常會發生問題 一般的時候是不對的 那怎麼辦呢 我們土地學裏有一個學者叫斯凱普頓 這個寫一下這個名字 這個比較常見的這個人 這個斯凱普頓他經過研究 經過分析 他認爲假設圖骨架是彈性體 得出來的係數三分之一 對圖體來講是一種特定的情況 所以說他就引入了另外一個孔牙係數叫做a 那就把這個式子寫成這樣一個形式 delta ua等於b乘上一個a 不是三分之一了 乘上一個a 我們這個孔牙係數b呢 孔牙係數a呢 就通過這引入的 我們叫斯凱普頓的孔牙係數a和b 這個孔牙係數a和b呢 都是這個學者斯凱普頓提出來的 我們叫斯凱普頓的孔牙係數a和b 對於飽和圖 大家剛纔討論了 b是等於1的 所以說a呢 就等於delta ua除上一個delta c1-delta c3 也就是單位偏差應力增量 所引起的超近孔西水壓力的反應 我們叫做孔牙係數a 我們斯凱普頓引入這個孔牙係數a的時候 他就是考慮的所謂的圖體的 在減應力作用下 它的體積變化的這麼一個 根據這樣一個特性引入來的 所以說呢 a值的變化 是吧 a值的這個變化 也是和圖體在受減條件下 它的體積怎麼變化 密切相關的 我們討論了幾種情況 第一 如果圖體的骨架在某種條件下 它的變形確實是線彈性體 確實是線彈性體 那麼呢 這個a呢 它就是三分之一 這個剛纔的推導就是對的 就是三分之一 如果說圖體是一個比較密實的狀態 在受減的條件下 它的體積會發生膨脹 大家想如果在密閉的條件下 圖體要發生膨脹 會引起什麼樣的孔牙反應 圖體密封的要膨脹 水呢 它就要變成負的 變成吸力 所以說呢 大家看到那個發生減脹的時候 相對彈性體不變的情況 a呢是會小於三分之一的 那麼在比較疏鬆的狀態下 受減的時候會發生體塑 那反過來 受減還要引起這個體塑 是吧 這個體積要減小 那麼我這個孔與水撐着它不讓它減小 所以孔與水呢 它就要壓力就要增大 是吧 就要增大 這時候呢 相對應 這個相對彈性體 它要產生更多的孔與水壓力 所以它是a是大於三分之一的 a大於三分之一的 所以通過我們剛纔的討論 我們就 相對孔與水壓係數B一樣 我們這個a呢 也有圖體變形特性的一個非常重要的一個方面 我們把它稱作是 a呢是一個反應圖體 減脹性強弱的指標 你就可以根據 得到的a值的大小去判斷 那個圖體 是吧 它的 是減脹還是減縮 那麼它的減脹性是多大 這個 另外 告訴大家的 我們大家這個孔與水壓係數 雖然提出了一個係數 但是呢 這個a呢不是常數 對一個圖體來講 它不是常數 它是在一個受力過程當中 是一個變化的量 它是一個變化的量 這是希望這個大家要知道的 我們要提起a 大家一定要反映它的物理特性 是反應圖體減脹性強弱的一個指標 這個 另外呢它不是個常數 一般來說不是個常數 我們根據往年的經驗呢 大家對這個孔牙係數a 在彈性條件下是三分之一 這個減脹的條件下 這個小於三分之一 在減縮的條件下大於三分之一 這一點理解的通常很困難 所以呢我們下面呢 針對這個問題呢 做更深入一點的討論 我們首先呢 就是從這個純減硬力狀態 就是受純減硬力 叫純減硬力狀態彈起 那麼純減硬力狀態呢 可能同學腦袋裏沒有印象 什麼叫純減硬力狀態 我這個圖上就畫了一個最簡單 最容易理解的一個純減硬力狀態 大家看到這個單元 這個方向受到一個拉 這個方向受到一個同樣的壓硬力上去 這個就是一個典型的純減硬力狀態 彈性體 在受這樣一個硬力狀態的時候 大家看它的體積是不變化的 因爲這個方向壓進去的和那個方向拉出來的 是完全一樣的彈性體 所以它是一個 這個彈性體它就是一個體積 體積沒有變化 只變化它的形狀 叫做純減硬力狀態 那麼我爲什麼把這個狀態稱作純減硬力狀態呢 你實際上呢 轉一個45度 把這個面轉一個45度 你會發現呢 在這個轉了45度之後 這個面上就有減硬力 沒有正硬力 就減硬力沒有正硬力 所以大家看到這樣一個單元 大家看到是兩個減硬力在起作用 就是沒有正硬力 所以這是一個純減硬力狀態 那麼對這樣一個硬力狀態 我們說呢 彈性體在承受這麼一個純減和帶的時候 它是不發生體積變化的 不發生體積變化 這是它的特徵 那麼現在我們再分析一下 我們這個偏差硬力狀態 我們很多同學呢 把這個偏差硬力狀態和這個減 和這個受純減混淆 認爲這是一回事 其實不是一回事 我們這個偏差硬力狀態 我們對三軸實驗裏 把加偏差硬力狀態的過程 稱作是叫做減切 但是呢 這個偏差硬力本身 它不是一個純減硬力狀態 大家看到我們實際上呢 我們對這個偏差硬力狀態 我們可以做一個分解 做一個分解 分解呢 我們比如說 增加這個量是等於s的話 我們大家分成這三個組成部分 大家看我分的對不對 第一個就是等向壓縮 三個方向都是1 3的s 第二個呢 就是在這個平面上 在這個平面上 這個方向呢 壓1 3 這個方向呢 拉1 3 另外呢 就換了一個方向 也是繞這一圈 這個方向呢 是這個拉 這個方向是壓 大家看到呢 大家覺得我這個分解對不對 你可以把它加起來對了 這個三個方向這一加就是一個s 下面是s 另外這兩個方向都消去了 這個三個方向都消去了 大家看到 所以說呢 我這個單向壓縮硬力狀態 就是這個偏差硬力狀態 我實際上呢 可以把它分解成三個硬力狀態構成 第一個 係數爲三分之一的等向壓縮硬力狀態 大家注意這個係數 三分之一的 這個等向壓縮的硬力狀態 那後面這是個純簡硬力狀態 兩個方向壓 兩個方向 這個一個方向 拉一個方向壓 變成這個力相等 是個純簡硬力狀態 那後面這個呢 同樣是個純簡硬力狀態 大家看到 如果說我是一個彈性體的話 這個不引起體積變化 這個也不引起體積變化 相當於這個偏差硬力狀態呢 就分解出了一個分量 就是三分之一的等向壓縮硬力狀態 這個就是我們爲什麼推導 那個偏差硬力狀態 那個孔牙出了個三分之一 那個三分之一 實際上就是這個量出來的 其他這個部分 因爲不產生體積變化 不產生體積變化 所以大家看到 這個實際上呢 這個偏差硬力狀態裏面 那個係數三分之一 反映的就是 實際上呢 是我其中的裏面有一個 有一個這個等向壓縮的一個分量 在裏面 這個造成的 講到這兒 我不知道大家 對這個已經理解了沒有 這個三分之一的 回去大家仔細再考慮一下 再考慮一下 這樣的話呢 我們把這兩種情況再 這個 總結一下 在等向壓縮硬的狀態下 那delta UB就等於孔牙係數B乘上一個deltaC3 那麼在偏差硬的狀態下 那deltaUA就等於B乘上A乘上一個deltaC1減上deltaC3 這是我們分別導出來的 所以在三軸硬的狀態下 在三軸硬的狀態下 兩者之合 deltaU就等於deltaUB 加上deltaUA 我們帶進來一整理 帶進來一整理 就deltaUB 等於一個B乘上一個大闊弧 deltaC3 加上A乘上一個deltaC1減上deltaC3 闊弧 這個式子呢就叫Skeptin的 Skeptin的 孔希水壓力計算公式 這個呢 公式是我們在土地學裏經常用到的 包括孔牙係數A和B的概念 也是我們在經常考試當中出現的 希望大家能夠充分地去理解 這樣的話 這一節的內容 我們就講完了 我們這一節呢 給大家介紹了 這個省流固節的概念 給大家介紹了省流固節的概念 第二個呢 就是測驗條件下的孔牙係數B的一行的 我們爲了和下面這個孔牙係數B相區別呢 我們加了一行 就是測驗條件下的孔牙係數 然後再一個呢 就是三軸條件下的孔牙係數A和B 省流固節的概念 大家一定要掌握 這是我們土地學裏面非常重要的這麼一個概念 那麼測驗條件下的孔牙係數 大家知道測驗條件下它是等於1的 在三軸條件下 我們得到Skeptin的孔牙係數的計算公式 這個B 大家注意是反應圖體飽和程度的一個指標 這個A呢是反應圖體減脹性強弱的指標 這是它的兩個係數的物理的意義 記得呢 在給大家講有效應力原理的時候 給大家提到了泰沙基的一個典故 那個典故就是泰沙基雨天出去之後摔倒了 他就去思考這樣一個問題 我們講完了有效應力原理 我們現在呢就講完了圖的固節的概念 我想先帶大家去理解 理解這樣一個雨天爲什麼大家去摔倒 大家會摔倒 這樣一個問題現在大家能夠通過土地學的知識去解釋了 爲什麼 大家想這個人是不是會滑倒 主要是水平方向的減盈力夠不夠 你到這個地面上水平方向的減盈力夠不夠 大家想如果是乾土的話 你這一腳踏下去 你踏下這個力都轉化成什麼樣 如果是乾土 顆粒之間的有效應力 有效應力增加了之後會提供你這個很大的一個水平的摩擦力 但是如果是飽和土 如果是飽和土 你這一腳下去 t等於0那個時刻 根據我們剛纔介紹的是吧 t等於0這個時刻主要轉化成什麼呢 孔隙水壓力 有效應力沒變 那上面那一層稀泥 有效應力沒變 顆粒之間是摩擦力 能提供的摩擦力近乎於0的 所以你會滑倒 你會滑倒 但是這個情況呢 通常是發生在 仔細去考慮到是發生在細顆粒土 如果是粗顆粒的沙子 也沒問題的 爲什麼 沙子的時候 那個水那個壓力積累不起來的 你下去之後它很快就消散了 所以這個是細顆粒土 爲什麼滑倒 根據有效應力的概念 固結的概念 介紹的 就可以去解釋這樣一個典故 這樣的話呢 我們這一節 這一節都講完了 大家有什麼問題沒有 這一節裏面我們講的 關於超近孔隙水壓力的概念 和這個孔牙係數A和B的概念 是大家非常難以理解的 非常難以理解的 包括這水流固結的問題 非常難以理解的 這一部分呢 希望大家回去多思考 多看書 一定要反覆地看 這個你纔會充分地理解 大家還有什麼問題沒有 如果沒有的話呢 我們這一章的內容 本來就介紹完了 但是呢 大家看到我下面還有一節 就是常規三軸壓縮實驗 那麼這常規三軸壓縮實驗 本來是可以放到第四章 給大家一塊來講的 但是考慮到大家這一週 可能要開始做這個實驗了 開始做這個實驗 所以我們就今天來講這個 常規三軸壓縮實驗 把它放在這一部分來講 這個常規三軸壓縮實驗呢 是我們土地學裏面 最常見 最重要的一種實驗 所以大家去做這個實驗的時候 一定要認真 是我們最重要 最基本的一個實驗 這個常規三軸壓縮實驗 是一個美國學者 我們叫做卡薩格安德 卡薩格安德 在1930年 首先使用的 這個卡薩格安德和我們清華的研土 清華的土地學是有淵源的 這個可以簡單給大家說一下 這個我們清華的研土 是有一個叫陳良生陳先生的 在1948年的時候 從美國回來創建的 1948年正好是抗戰勝利 抗戰勝利的時候呢 美軍要 不是日本投降了 要進中國來 找一些翻譯和嚮導 這個陳先生當時候正好碩士畢業 就響應這個號召 是參軍 做美國的嚮導和翻譯 就回到中國 回來之後呢 他回來的時候 還從美國帶了一些土工的儀器 來了之後就創辦了 在清華創辦了 我們中國北方第一個 研土工程實驗室 我們這個研土學科也是 是吧 這個我們清華土地學的 我們這個陳嘉誠陳先生讀的 就是卡薩格安德的碩士 他碩士畢業之後 再追溯一點 這卡薩格安德呢 實際上是我們土地學創始人 泰沙基的學生和助手 所以大家看 就是我們 是吧 這個大家清華的土地學 這樣追上去的話 我們就一直是泰沙基的 這個正宗的 是吧 正宗的嫡系 好我們再回過來 再回過來介紹這個 是吧 我們說到這個三軸實驗當中 我們這個三軸實驗呢 是採用一個圓柱形的土樣 是用橡皮膜包裹的 放在密封的壓力室裏面 然後呢 再施加軸向力 是吧 大家看到了 它的硬力狀態非常明確 變形 這個量測非常簡單 是吧 另外 它是橡皮膜完全封閉包裹的 你可以設一個閥門 連接出來 是吧 可以控制式樣 讓不讓它排水 這是一個 就是可控制排水條件 並且這樣一個實驗呢 可以完整的描述這個式樣 從開始受力到變形 再到土體發生破壞 整個這樣一個過程 它都是可以來做的 這就是爲什麼 我們這樣一個實驗 這個是土地學的一個基本實驗 是吧 這個名稱裏面 大家注意給它解釋的 第一是三軸 是吧 我們爲什麼叫三軸 三軸是和單軸來對應的 大家原來的材料實驗 通常是單軸 是吧 一個方向拉或者壓 是吧 叫做單軸 我們三軸呢 除了這個軸向加力之外 我們側向還有一個力在這 所以我們把它稱作是叫做三軸 那三個方向都受力 是吧 叫做三軸 另外這個名字前面一個常規 常規呢 是和真來對應的 就是常規三軸 和它對應的是叫做真三軸 我們爲什麼叫常規三軸呢 就是大家看到我們三軸說的是吧 兩個水平方向的力受力是一樣的 是吧 所以它並不是真的三軸 是個假三軸 是這個意思是吧 叫做常規三軸 我們現在有真三軸實驗儀 真三軸實驗儀就三個方向 施加的力的大小可以分別不一樣 是吧 這個叫做真三軸 這是給大家解釋名字裏面的這兩個概念 是吧 那麼下面呢 我們來看這個三軸儀的實驗的儀器 實驗的儀器 這個呢 大家會去具體的去做 是吧 這個所以我呢 做一個簡單的介紹 這個儀器呢 三大部分 第一個主機部分 第二個呢 穩壓調壓系統 第三個呢 兩側系統 三大部分 主機系統 大家看到的幾個組成的構建 有一個框架 是吧 有一個主機框架 然後呢 這有一個壓力室的底座 我們這有一個壓力室 下面的這是離合器 下面是個主機馬達 這是構成它的一個主要的 是吧 其中這離合器呢 是調速 所謂的離合 現在我們也可以通過其他的方法來調速 是吧 就像那個那個那個汽車上的調速 是吧 我下面一個馬達帶着 這個馬達的轉速是固定的 是吧 通過離合器調速 可以讓這個非常緩慢 非常均勻的 是吧 來這個帶着個底座壓力室 向上面運動 是吧 這是它的 整個主機的系統幾個構建 另外第二個部分呢 是調壓穩壓系統 調壓穩壓系統 我們知道三軸實驗 要在壓力室裏面 給實際上施加一個周圍壓力 是吧 這個周圍壓力呢 通常是用水來施加的 就是壓力室裏面將衝上水 然後給水施加一個壓力 是這樣 那麼這個系統通常是叫做 穩壓調壓系統 大家看到我這個呢 是比較老的一個三軸儀 老的一個三軸儀 這個 這個我們現在 這個 它的壓力的來源呢 是壓力泵 或者是用一個高壓氮氣瓶 大家可以看到 看到一個高壓氮氣瓶 可以到壓的150 150個大氣壓等等 是吧 放在那兒 然後呢通過一個 調壓閥 把這麼高的壓力 通過一個調壓閥 給它降下來 並且把它能穩定住 你要一個轉化 或者一般開發 是吧 這個 然後通過一個 這個 汽水交換 就在這個裏面 這個上 這個氣壓進來之後 在這一端 下面改成水 水呢通到這個壓力室裏面 是吧 叫汽水交換 通過這樣一個控制 這個壓力室裏面的壓力的大小 是吧 這個是叫做 穩壓調壓系統 第三個呢 是量測系統 量測系統大家看一看 有什麼東西 是吧 第一個呢 是這兒大家看到 是軸向力量測 軸向力量測 我這裏面呢 採用的是一個量力環 我們叫做量力環的 是吧 量力環呢 它是一個彈性環 這個 受到力之後 這個彈性環會變形 那就通過 這個環 這個 這個環受力之後 它的變形的大小 大家看到這兒有一個千分表 千分表 就是量這個環的變形 千分之一個釐米 一般到那個程度 是吧 千分表 去測定這個軸向力的大小 我說軸向力 現在測定軸向力的時候 通常也用 直接用傳感器 電子傳感器放在那兒 直接採集了 是吧 這是現代的 這是老的 我們都用這麼一個量力環 大家 大家在很多三週語裏面 還看到這個量力環 是吧 位移的量測 也是用一個百分表來量測 用個百分表來量測 現在也可以用傳感器 是吧 位移傳感器來 來進行量測 是吧 這樣是測孔壓的 就是通過底座通進去的 是吧 將來和施氧可以連在一起 是吧 施氧裏面的孔 這個水呢 是和這兒通的 我們這兒裝一個孔壓傳感器 就可以量測 施氧過 在這個加位壓 或者在檢測過程當中 它的位壓是多少 孔壓是多少 是吧 可以這個 另外大家看到 這兒有個體變管 體變管呢 也是通過一個管路 是通過底座 和這個施氧連通的 就是如果說我 將來這個閥門打開的話 那就施氧裏面的水 是和我這個體變管裏面的水呢 是連通的 這樣的話施氧一受擠 這孔積水被擠出來的時候呢 它會擠到這個 這個體變管裏面 是吧 這體變管 被擠出來的水呢 體變管的話 這個水位就會上升 如果這個施氧膨脹 往裏吸水的話 這個體變管的水會下降 是吧 就通過這個體變管裏面 刻度的變化 來量測這個施氧的體積變化 我們叫做體變管 是吧 這是這個量測系統 大家看它主要的部分 主要的部分 就是這個壓力室這個部分 所以說呢 我們下面呢 就把這個部分放大 是吧 把這個部分放大 來給大家講解 這個三軸儀 它的基本的原理 大家這個圖上看到的 就是我 把這個 是吧 把這個壓力室 和這個施氧這個部分 放大的之後 它的原理圖 三軸實驗的原理圖 是吧 大家看到 這個是一個衡量頂度的 是吧 通過一個這個量力活 通過一個活 軸 是吧 然後呢 這是壓力室裝上來之後 這個是頂在施氧的頂帽上的 是吧 然後底下這是施氧 施氧放在這個 通過透水池 放在底座上 底座下面是馬達 這是整個的豎向 大家看到 是吧 這個馬達帶着 這個壓力室 是吧 馬達帶着壓力室 向上面做勻速運動的時候 大家看到這個 會通過這個衡量 給這個豎向活塞頂着 這個是吧 會在這 施加一個豎向的力在這 是吧 這是這個豎向 發生的事情 然後看壓力室裏面 這個施氧 是吧 這個上面有個施氧帽 是封閉的 然後側面是通過橡皮膜包裹的 底下是這個 是吧 底座 大家看到這裏面是水 是吧 施氧和這個壓力室裏面的水 是隔絕的 這樣的話呢 我通過這個調壓穩壓系統 進來這個壓力室裏面的水的話 會對這個施氧的周圍 是吧 施加一個各項相等的 一個穩壓力上去 它是通過這個 我們很多同學說 你這個壓力室裏面的水 不是在高度在變化 這個壓力不相等嘛 是吧 但是這個高度變化太小了 是吧 這個高度變化 相對於我這個施加的壓力 可以忽略不計的 是吧 我就認爲這施氧呢 這個四周 它的水壓力是相等的 是吧 就跟你施加的那個壓力 一樣的 是吧 這是這個 微壓力的施加 是吧 那麼這個量測 量測大家看到 這個豎向的力 是通過這量力環的變形 量力環的變形 是吧 量測的這個力 是吧 這個也可以裝一個 硬力的傳感器 直接在這量測 現在好多時候 也是這麼量的 是吧 這個變形大家看到 用這個百分比表 量測的是這個活塞 和這個壓力室的 是吧 和壓力室的 本身這個解切位移 是吧 這個解切位 實際上就加到 這個施氧上面了 是吧 大家看其他都是剛性的 是吧 就土壤這個部分 是可以變形的 是吧 所以呢 量出來這個變形 就是施氧的 這個軸向的 壓縮的量 是吧 壓縮的量 當然也可以在這裝一個 位移的傳感器 是吧 現在也是可以的 是吧 那麼這個 關於這個 孔壓和這個 體變管的量 這個體變的量測 大家看到是 和這個下面 是吧 和這實際上底帽上 通上的一個 連通的一個系統 是吧 這個水 這裏面的水 是和施氧的水將來 是連通在一起的 是吧 連通在一起的 這樣的話呢 如果說我這個閥門關閉 這裝了一個 孔壓傳感器 大家想 如果這個施氧 要受到力的之後 它產生超近孔隙水壓力 是吧 超近孔壓力通過這個系統 就可以跑到這 通過這個傳感器量測 是吧 量測這個孔壓 如果這個閥門打開 我這連一個 體變的量測管 大家看 如果這施氧受壓的話 孔隙水會被擠出來 是吧 擠出來會沿這個系統 進入到這個排水管裏面 是吧 擠出來之後 這個排水管裏面的水位就上升 相反 如果這施氧膨脹的話 水會往回吸 是吧 通過這個來量測 施氧的體積變形 這是這個三軸實驗的 它的幾個系統 這幾個系統 我們下面來具體的 來看一下 這個實驗怎麼做的 我們通常一個 常規三軸壓縮實驗 它的進行的過程 分爲兩個階段 第一個 就是 先不加軸向力 先施加一個周圍壓力 就是給這個壓力室裏面 加一個水壓力 是吧 然後這個水壓力 會施加在周圍 這個施氧的周圍 三個方向是一樣的 所以 這個叫做等相固結 是吧 叫等相固結 那這個過程當中 如果說 我允許這個施氧排水 我把這個過程 就稱作是叫做固結 如果加軸壓的過程當中 我這個施氧 那個排水閥門是關閉的 不讓這個施氧排水 我們把這個過程 就稱作是叫做不固結 大家注意這個名字 一個叫固結 一個叫不固結 實際上就是在加 微壓力的時候 允許施氧排水 還是不允許 這個是叫做固結和不固結 這是第一個階段 第二個階段 我們叫施加軸向力 進行減切 就是馬達開開 馬達帶着那個施氧開水 這個過程叫減切 實際上 我們就施加一個軸向力 更常用的一句話 我們叫施加一個偏差應力 就是在原來的固結應力的基礎上 我在軸向施加了一個增量 大家注意施加這個增量 是在原來那個固結壓力的基礎上 就是那個水壓力的基礎上 我在軸向專門增加了一個 Δσ 這個就是那個馬達 就是軸向 那個活塞 它施加的 如果在這個過程當中 施加軸向力進行減切的過程當中 我允許施氧排水的話 就打開那個排水閥門 讓這個施氧 如果你想排水就排着 這個過程我們就稱作是叫做排水 在減切過程當中 如果不允許施氧排水 我們就把它稱作是叫做不排水 叫做不排水 大家注意我這幾個用詞 這是固結不固結 這是排水不排水 實際上反映的都是讓不讓施氧排水 但是叫不同的名字 叫不同的名字之後 實際上爲什麼呢 我們就通過這兩個過程的組合 就定義了不同類型的常規三種實驗 大家看到不固結不排水實驗 根據我剛纔的介紹 你就知道這個不固結不排水實驗是怎麼回事了 就是加僞壓的時候 不固結是什麼意思 不讓它排水 減切的過程當中不排水也是不排水 下面這個是固結不排水 那就是加僞壓的時候是允許排水的 叫做固結 那就固結不排水 減切的時候是不允許排水的 就是加僞壓的時候讓它排水 然後減切的時候又把排水房關上 不讓它排水 這是第二種 第三種叫固結排水 那就是說在加僞壓和後面之後的減切的過程當中 都是讓它排水的 大家注意我的名字 這幾個名字一說 你就應該知道這個實驗是怎麼做的 就是分成兩段 大家注意 分成兩段 那下面就分別來看一看 這幾種實驗 第一個固結排水實驗 固結排水實驗根據剛纔的介紹 我想大家就很容易理解了 那麼就是 我們首先把這個樣裝上 把壓力室裝上 裝上之後壓力室之後 我們在裏面這個壓力室衝上水 然後這個固結排水實驗的話 大家看到加僞壓的時候 我們施加一個僞壓 排水房門打開 打開之後用這個量水管來量測 在這個加這個僞壓過程當中 這個試樣被擠出了多少水 就是試樣發生了多少體積變化 這是第一步 第二步呢 等這個過程結束了之後 等這個過程結束 這個排水量一點都不變了 穩定了 實際上不再發生變形了 開始第二個階段 就施加軸向 把這個馬達開開 以一定的要求的速率進行剪切 實際上就相當於施加了一個偏差的應力 大家注意我這個偏差應力的寫法 叫C1-C3 爲什麼叫C1-C3 因爲試樣在軸向 所受到的總的力是C1 那C1就是原來的一個僞壓 C3的基礎上施加了一個量 我施加那個量的就是總的C1 減上我原來已經有的C3 所以這個施加的偏差應力叫 不是 偏差應力叫C1-C3 大家注意這個偏差應力的這個概念 在這個過程當中 我這個排水房門也是打開的 這個試樣要體積收縮的時候 你就往外排水 這個試樣體積膨脹的時候 你就往回吸水 就通過這個涼水管裏面水位的變化 就刻度的變化 我去測定 在這個過程當中 試樣的體積變形 所以概括起來 就是測定的量 軸嚮應變 這個軸嚮應力和體應變 這是我們固結排水實驗的 這個需要進行的 那麼我們看一組典型的實驗結果 這是我們做的一個典型的實驗結果 我們通常三軸實驗的結果是這麼來弄的 大家看到橫軸 用軸嚮應變 就測的軸向的變形 測的軸向的變形 除上一個它的初始的高度 就得到軸向的應變 這是它的橫座標 豎座標的上面 第一個就是偏差應力 剛纔說的 軸向夾的那部分 偏差應力 我們得出來這個叫 三軸實驗的應力應變曲線 就不同僞壓力的 大家看到我這是不同僞壓力的 不同僞壓力的 三軸實驗的應力應變曲線 下面是體變 就通過涼水管測的 式樣的體變 體積的變化 除上它的體積的初始的量 得到體應變 把它倒過來 大家注意向下 倒過來 正的是向下 正的是壓縮 有些時候大家看到這變成負的了 說明實際上膨脹了 是往裏吸水 是往裏吸水的這個情況 這是一個典型的實驗結果 從這個實驗結果上 實際上可以看到 土的幾個典型的變形特性 第一 與僞壓有關 無論是上面的應力變曲線 和下面的體變曲線 都是和僞壓有關的 就說明不同的僞壓力 對土的應力變形特性 有非常大的影響 其中一個最顯著的 大家一眼就能看到的 就是隨着僞壓的提高 大家看到式樣的強度和剛度 都在提高 這是所謂的土的變形裏面的 一個叫做壓硬性 就是僞壓越大 它越硬 我想這大家容易理解 顆粒之間摩擦力越大 所以它的剛度越大 這是第一個 與僞壓有關 第二個 應力變曲線 非線性 不是直線 都是非線性 這是一目瞭然的 第三個 我們從體變曲線上 非常明顯地看到了 土體變形的 變形特性叫做減脹性 叫做減脹性 這是第一種 這是固結排水實驗 關於固結排水實驗的 一般化的應力變曲線的特徵 我們在這裏就不講了 我們後面下一章 講到相關內容 再展開給大家講 第二種實驗 固結不排水實驗 它的進行過程 我想我就沒必要重複了 就是前面的固結 就是加僞壓的時候 是允許排水的 後面減切的時候 是不允許排水的 固結不排水實驗 所以它的測量的量 就是軸向變形 得到軸嚮應變 軸向力得到軸嚮應力 然後在減切過程當中 因爲不允許排水 所以我們的量測 在實驗過程當中產生的 超近空氣水壓力是多少 空氣水壓力是多少 然後典型的實驗曲線 典型的實驗曲線 大家看到不同僞壓力的 上面同樣的橫軸軸嚮應變 這是偏差應力 這是應力應變曲線 下面是向下爲正的 這麼一個空氣水壓力的 空氣水壓力的 大家看這是向下正的是壓 我們通過這個實驗曲線 大家看小僞壓的時候 這攝像明顯產生了負的 說是膨脹 膨脹不讓它吸水的話 它會產生負的 超近空氣水壓力 同樣的幾個特點 與僞壓有關 飛線性 然後減切過程當中產生空壓 我們可以一目瞭然地 可以看到這個情況 第三種實驗 叫不固結不排水實驗 這個實驗 就是我們整個實驗過程當中 都是不允許實樣排水的 裝上實樣之後 我們施壓這個僞壓力的過程當中 這個閥門是關閉的 你可以量測它的空氣水壓力 我們得到這個 剛纔說的是UB 然後在減切的過程當中 同樣排水閥門是關閉的 也可以量測它的空氣水壓力 這個過程當中產生的叫 那麼量測的量 就是軸向變形 然後得到軸嚮應變 然後量測軸向力 得到軸嚮應變 軸嚮應力 然後還可以量測 這兩個過程當中產生的空氣水壓力 實際上根據這個實驗 我們可以來測定 我們剛纔說的 那個空氣水壓力的係數A和B 這個都可以通過這個實驗來測定 所以三種實驗 我們簡單的給大家介紹這幾個部分 我們首先是實驗的儀器 然後三種不同的實驗方法 從它的名字上 我們就可以知道 這個實驗是怎麼做的 這個三種不同的實驗方法 不固結不排水實驗 固結不排水實驗 和固結排水實驗 我們還給大家討論了 這個典型的實驗結果 典型的實驗結果 和土的應力變形的特性 這樣的話 我們最後一節也給大家介紹完了