三轴不固结不排水试验(UU)用于测定土的不排水抗剪强度。不固结是指土样在剪切过程中不发生固结,不排水指三轴实验时,排水阀关闭,三周剪切过程不排水。土的不排水抗剪强度就是土的天然强度,抗剪强度值等同直接剪切中的直接快剪数值。在一定围压作用下,对土样施加轴向压力,使土样在偏差应力作用下发生剪切破坏,在整个过程中都不允许土样发生排水固结。

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土样从地面下一定深度取出后,由于土样周围所受土层压力约束解除,土样会发生膨胀。假如土样在原生应力状态下孔隙比为e0,土样在实验时测的孔隙比e1。土样发生了膨胀,那么土样的孔隙比有这样的一个关系e0<e1。这也意味着,土样发生了扰动,它的孔隙比变化率越大,那么其扰动程度越大。土样的扰动对UU试验结果的影响最大,三轴不固结不排水试验的应力应变曲线特征能够表现出土样的结构扰动的程度,保持原状结构的土样,其应力-应变曲线的斜率比较陡,呈现明显的峰值强度,强度比较高,且破坏应变比较小。土的结构受到一定扰动的土样,其应力应变曲线比较平缓,峰值强度降低,破坏应变增大。土样扰动程度越大,强度越低,破坏应变也越大,在重塑土的应力-应变曲线上就没有峰值出现。根据应力应变曲线的形态特征可以判别土样的被扰动程度。原状土样的应力应变曲线高而陡,扰动土样的这个曲线低而平缓。

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土样受到扰动后,强度变低,对土样进行预固结,土样的剪切强度会相应的增加,数值贴近土样实际的强度值。从原理上,应该使土样恢复到取样之前的受到原生应力时的状态,进行UU三轴剪。<<岩土工程勤察规范>>中9.1.8条规定:饱和黏土应采用在土的有效自重压力下预固结的不固结不排水三轴试验确定抗剪强度指标;<<建筑地基基础设计规范>>里面11.4条:对饱和黏性土,当加荷速率较快时宜采用不固结不排水(UU)试验,饱和软土应对试样在有效自重应力下的预固结后进行不固结不排水(UU)实验。

怎样进行土样的预固结呢?规范中虽然规定了土样需要进行预固结处理,但是并未说明预固结具体的操作方法。预估结基本上可以有K0固结,等向固结等方法。

1. K0固结

表1-1中的K0UU试验为在原位应力状态下进行预固结以后再做的不固结不排水试验,UU试验的几个试验是在不同的固结压力下固结后进行不排水试验,直至试样剪切破坏;而K0UU试验的几个试样是在相同的固结压力(等于原位的有效自重应力)下固结后,再进行不排水试验,直至试样剪切破坏。试验结果表明,K0UU试验的结果与常规的UU试验结果比较,总强度提高一倍以上,试样的预处理有明显的效果。

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表1-1

2. 等向固结

每个试验用3 -4个试样,在相同的固结压力下预处理,然后在不同的围压下施加偏差压力剪切至破坏,称为等向固结试验。所测得的应力应变曲线以及资料分析整理的方法都与UU试验相同,成果的利用也相同。采取原状土样Z1-1、Z1-2、Z1-3进行三轴实验。数据结果如表1-2所示。

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表1-2

通过预处理消除了卸荷的部分影响,与未经预处理的不困结不排水试验比较,可以发现摩尔圈的半径增大了,增加量即为因卸有产生的扰动对天然强度的影响。等向固结预处理将土的原位应力均匀化了,其目的是为了防止K0固结时引起软土试样的破坏,但对模拟应力的恢复有一定的影响。固结预处理的方法可以克服这一缺点,但对试验操作的要求比较高。

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预固结处理会使土样所测的强度增大,减小了土样因取样、运输、开土等因素引起的扰动。使所测土样强度接近原位应力下的天然强度。预固结的方法目前还不是多完善,这有待于在平时实验中多积累经验和数据,以便逐渐积累总结出预固结更好的操作方法。等向固结和K0固结下的预固结是目前使用的方法,可以在实际的工作中选择合理的不同方法。

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