土力学实验室

实验室负责人：李 雪

实验室概况 仪器介绍 测试内容 实验室成员 联系方式

一、实验室概况

“土力学实验室”始建于2005年，实验室建筑面积约150平方米，拥有SST 150土体应力应变三轴蠕变仪、GDS 150型粗粒土三轴实验系统、SRS土体动态环剪仪、ELE三轴渗透实验仪、TSZ全自动三轴仪、四联动直剪仪、非饱和土直剪仪、高压固结压缩仪等大、中、小型土力学试验仪器20多台套，以及振筛机、液塑限联合测定仪、电烘箱等实验室辅助设备，并自主研发设计了野外便携和室内大型岩土体直剪仪等非常规实验设备。实验室可以完成粘性土、细粒土、粗颗粒土等不同粒径，以及黄土、红粘土等特殊土基本物性参数、抗剪强度、蠕变强度特性等试验测试，为解决重大疑难工程地质问题和地质灾害研究提供技术支撑。

近15年来，实验室承担完成了滇藏铁路、川藏铁路、成兰铁路、大瑞铁路、中缅原油管道、锦西-郑州输油管道等重大工程区的土力学测试与地质灾害调查研究工作，承担了国家科技攻关、国家自然科学基金、国土资源大调查和省部级科研项目20余项，依托本实验室研究成果，先后获省部级一等奖2项、二等奖2项、中国地质调查局地质科技一等奖2项，实验室成员在国内外学术期刊上发表学术论文100余篇，其中SCI、EI收录30余篇，获国家发明专利3项、实用新型专利4项，培养博士、硕士研究生20余名。

二、主要仪器介绍

1. SST 150应力应变三轴蠕变仪

该实验设备可以完成细粒土和粗颗粒土三向应力条件下的变形和力学强度指标测试，能够采用应力控制、应变路径控制等不同控制作用下UU、CU、CD试验，不等向固结和等向固结流变、蠕变试验，同步开展饱和度测量、自动反压饱和、K0固结试验和三向应力-渗透耦合试验。

主要技术参数：多种试样尺寸，Φ150mm×h300mm、Φ101mm×h200mm、φ61.8mm*h125mm、φ39.1mm*h80mm；最大轴向载荷100kN；应变速率0.002-4mm/min，无级调速；位移测量范围0-60mm；围压0-2.5MPa，最大流量48ml；配有0-2MPa不停机体积压力控制器。

主要用途：滑带土、粘土、粗颗粒土等不同土体的三轴流变试验、压力-渗透耦合试验等，求取土体长期抗剪强度。

2. GDS 150型粗粒土三轴实验系统

该实验设备可进行饱和土、非饱和土静态三轴试验、标准三轴试验、应力路径试验、渗透循环三轴试验等。样品尺寸最大为Φ150mm*h300mm，一般可为Φ101mm×h200mm、Φ39.1mm×h80mm；最大围压40KN，配备3MPa/200cc标准数字式压力/体积、反压/围压控制器；霍尔效应传感器；1500kPa中平面孔隙水压力传感器等，配备不限体积流量仪、GDSLAB控制和数据采集软件。该实验设备由英国GDS公司生产，可用来完成符合国际标准的三轴试验及数据采集和分析。

图1 SST 150应力应变三轴蠕变仪

图2 GDS 150型粗粒土三轴实验系统

主要用途：滑带土、粗粒土和细粒土等不同粒径土体的饱和、非饱和条件下的三轴试验；完成应力路径、渗透循环加载和K0固结试验；完成土力学试样局部应变测量或弯曲元试验。

3. SRS-150土体动态环剪仪

SRS-150土体动态环剪仪是美国GCTS公司生产的Bromhead型高精度环剪试验仪。该设备具有剪切面恒定不变而且剪切位移保持连续的特点，从而模拟出滑坡大位移、长时间的滑动，或长期流变特征，在此期间，测定土体的抗剪强度和残余剪切参数。主要技术参数：剪切角度可达到正负360°，剪切速率0.001-360°/min，剪切位移无限长；扭矩由电机伺服施加，峰值扭矩820 Nm；轴向荷载由气压伺服控制，最大轴向位移50mm；最大法向应力1000 kPa，最大剪切应力1300 kPa；试样外径152 mm，内径97 mm，试样的剪切面积是107.56cm2；试样高度可达25 mm。

图3 SRS-150土体动态环剪仪

主要用途：滑带土、土体与工程结构面在饱和、非饱和条件下的环剪、长距离剪切，求取不同剪切速率条件下的土体抗剪强度、残余强度，超孔隙水压力变化情况等参数。

4. TSZ全自动三轴仪

TSZ系列全自动三轴仪可进行常规应力应变式无侧限试验，UU、CU、CD等压缩剪切试验，多种应力路径三轴实验等，试验过程电脑程序全过程控制。主要技术指标：试件尺寸Φ39.1mm，围压0~2.0MPa，反压0~2MPa，体积0~50ml，轴向载荷0~10kN，孔隙水压力0~2MPa，剪切速率0.0001~4.8mm/min。

主要用途：粘性土、细粒土和砂土等不同土体的UU、CU、CD压缩剪切试验。

5. 应变控制式四联直剪仪

ZJ四联应变控制式直剪仪用于测定土的抗剪强度，通常采用四个试件在不同的垂直压力下，施加剪切力进行剪切，求得破坏时的剪应力，根据库仑定律确定抗剪强度系数，内摩擦角和粘聚力。主要技术指标：垂直载荷最大400kPa，水平剪切力最大1.2kN，试件面积30cm2×2cm(H)，剪切速率控制在0.02~2.4mm/min。

主要用途：粘性土、细粒土和砂土等不同土体的直接剪切试验，求取抗剪强度指标。

图4 TSZ全自动三轴仪

图5 ZJ应变控制式四联直剪仪

6. 非饱和土直剪仪

非饱和土直剪仪用于求取非饱和土在不同基质吸力条件下的抗剪强度，通常采用试件在四级不同的垂直压力下，施加水平力进行剪切，求得破坏时的剪应力，根据库仑定律确定抗剪强度参数，内摩擦角和粘聚力。

主要用途：滑带土、粘性土、细粒土等不同土体在非饱和条件下的直接剪切试验，求取基质吸力与抗剪强度指标等相关性。

图6 非饱和土直剪仪 

三、测试研究内容

本实验室主要研究对象是岩土工程、地质灾害研究领域中的岩土力学、工程地质力学性质等测试研究，研究方向和研究内容包括以下方面：

（1）土体物质组成与物性指标测试

包括：细粒土、粗颗粒土、滑带土、粘性土、砂土及红粘土、黄土等特殊土体的粒度分析、容重、含水量、比重、塑限、液限等。

（2）土体力学指标测试

主要包括各类土体原状样、重塑样的直剪试验、环剪试验、大型直剪试验、三轴压缩试验等，获取在饱和、非饱和等不同条件下土体的c、φ值和残余强度值；求取基质吸力与抗剪强度指标等相关性，研究复杂岩土体宏观力学参数与灾变机制。

（3）土体渗透性测试

测试不同粒度组成土体在常压、高压条件下渗透性，可以分析土体的渗透变形特征，分析研究滑坡、泥石流危险性和灾害预测预警。

四、联系方式

李 雪：010-88815023，lxue@mail.cgs.gov.cn

地址：北京市海淀区民族大学南路11号，地质力学研究所。

实验室位置：地质力学所北实验楼二层西侧