非饱和土力学试验前的准备工作

1.制备脱气水

为了提高试验精度，三轴试验全程使用脱气蒸馏水。在饱和陶土板时，若水中溶解有空气，造成陶土板饱和不充分，影响孔隙水压和孔隙水体积变化的量测精度。另外，内压力室以及与其相连管路内的水若不是完全的脱气水，在压力改变后，水中气体被压缩，量测得到的水体积变化量不能真实反映试样体积的变化，也会影响体变量测的精度。因此，每次试验前需要将水煮沸，排出水中气体，待其冷却后再进行抽真空脱气，以最大限度排除溶解于水中的空气。对非饱和黏土进行三轴试验时，因固结过程历时较长，吸/排水管路中会逐渐有气泡出现。因此，在固结结束开始剪切试验之前，应进行排水管路冲刷，以便准确测量剪切过程中试样的水量变化或孔隙水压的变化。

2.传感器校核及读数清零

为了准确量测试样的体积变化，试验前需对传感器进行标定，以消除非饱和土三轴试验系统中体变量测的系统误差（张俊然等，2015）。在标定开始时，将位移传感器清零，打开连接孔压传感器的阀门，使孔压传感器内部的水与大气相连通，此时传感器读数应该为零，否则需要调整为零。

3.陶土板的选取及饱和

非饱和土三轴仪压力室底座上安装有高进气值陶土板。陶土板具有许多孔径相同的微细孔，饱水后的陶土板起着分离孔隙气压与孔隙水压的作用。陶土板的进气值是陶土板可以量测和控制吸力的上限，一旦土样中的孔隙气压超过陶土板的进气值，气体就会贯穿陶土板进入进/排水量测系统或孔隙水压量测系统，陶土板水气分离功能失效。因此，试验中要确保施加的气压小于陶土板进气值（刘国楠和冯满，1994；徐永福等，1998；龚壁卫等，1999；陈正汉等，2004）。因此，试验前应根据土性及试验要求选用不同规格的陶土板。陶土板的工作原理及不同规格陶土板的物理特性请参阅第1.4.1.1部分。

由陶土板特性可见，三轴试验装样之前，陶土板的充分饱和是确保试验成功的关键。对GDS非饱和土三轴仪来说，首先由反压控制器施加5～10kPa的压力，再打开陶土板底部的反压阀和底座上的排水阀，冲刷陶土板下方的气泡。冲刷完成后，关闭排水阀，用反压控制器施加30kPa的压力于陶土板底部，注意压力不能超过50kPa，否则会把陶土板冲出底座（李孝平等，2008）。保持30kPa的压力直至陶土板上表面有均匀水珠出现。当然，要完全饱和陶土板，彻底排除陶土板中的滞留空气是很难做到的，但经过上述步骤后，测出的基质吸力已基本能达到土工试验的量测精度要求。

4.试样安装(www.xing528.com)

关闭与陶土板下方水室连接的吸/排水管路阀门，拭去陶土板表面多余的水，将套好橡皮膜的试样置于陶土板上。确保试样与陶土板紧密贴合，因陶土板下方水室与孔隙水压量测系统相连，可由孔隙压力传感器测出试样中的孔隙水压。试样另一端与试样帽接触，试样帽与气压控制器相连，可对试样施加孔隙气压。若进行常含水率三轴试验，试样帽下方与试样接触面贴一层经特殊处理的能进、排气而不透水的膜，这是不排水试验保证试样含水率不变的关键（孙文静等，2011）。因为采用轴平移技术控制试样中的基质吸力时，孔隙水压为正值，加置此膜，还可避免因正的孔隙水压引起水从试样上方的进气孔排出的问题。

5.试样初始吸力的量测

试样安装固定完成，将压力室内充满脱气水，初步测量试样的基质吸力。基质吸力（ua-uw）等于非饱和土中的孔隙气压与孔隙水压之差，试样顶部连接进气管，初始气压ua＝0，因此，由连接于陶土板底座的孔隙压力传感器测得的数值即为非饱和试样的孔隙水压（负值），也就得到试样的初始基质吸力。当土样含水率较高时（即初始吸力低于70kPa），施加5～10kPa围压，使试样与陶土板紧密接触，等24h平衡后通过孔隙压力传感器就能读出孔隙水压，此平衡过程中底座上的排水阀一直关闭。当试样的含水率较低时，负孔隙水压会超70kPa，这时孔隙水压量测系统中的水会发生汽化，影响孔隙水压的量测精度。为防止这种现象发生，就需采用轴平移技术（Hilf，1956）。在保持基质吸力不变的情况下，提高孔隙气压使孔隙水压至正值，也就可以在没有气蚀的情况下进行试样初始吸力的量测。为了确保试样处于无压状态，必须同步施加孔隙气压和围压，但始终保持围压高于孔隙气压5kPa左右，以防橡皮膜鼓胀。保持空气压力24h不变，由孔隙压力传感器读出稳定的孔隙水压，用孔隙气压减去孔隙水压即得试样初始吸力（Bishop和Blight，1963；Fredlund等，1978）。

另外，试样的初始吸力还可以采用高吸力张力计来直接测量。詹良通和吴宏伟（2006）采用研制的双压力室非饱和土三轴仪系统对鄂西北的中膨胀性土进行了变形和强度特性的研究，采用静力压实方法制备试样，试样的初始干密度为1.56g/m3，初始含水率为18.5%，比标准击实试验所得的最优含水率（20.5%）小，即处于压实曲线的干侧。试样的初始吸力约为540kPa，采用香港科技大学研制的高吸力张力计来直接测量得到的。

6.陶土板下方气泡的冲刷

试验过程中，在加气压的条件下，气体会随着水的流动穿过陶土板，聚集在陶土板下方，影响进/排水量量测精度，同时会影响水的吸入。因此，需要定期对陶土板下方及管路内气泡进行冲刷，冲刷的具体步骤参见1.4.1.2的部分。