探讨影响三轴压缩试验精度的因素

4 影响三轴试验精度的主要因素
环。硬塑—坚硬的土采用灵敏性较低的量力环。
力作用后，一部分是由孔隙中的流体承受，称为
4.1 孔隙压力测量的误差
量力环的灵敏度同时受量力环本身的厚度和荷
孔隙应力，另一部分由土骨架承受，称为有效应
三轴试验的不排水阶段产生的孔隙压力 重容量的影响，并指出随着量力环厚度的增加，
过程中的附加扰动，切削试样时由上往下细心 坐标轴加以修正；试样帽与活塞之间过于贴紧，
（4）用百分表时，土工试验的精度规定为±
切削，遇到层状土时要特别注意层次方向，一般 一般都发生在施加轴向荷重之前，此时的应力 1％，传感器要在试验全程满足这一规定很难做
应与天然层次方向垂直削，否则试样会呈书页 应变曲的起始点不是从零点开始，而是直接从 到，前面已提到传感器的精度决定于量值的大
量正的孔隙压力，但在某些情况下试验中会出
限制，孔隙压力测量系统的体积变化主要由管 试样两端切平整和透水石的完好无损即可。 现负孔隙压力，在负孔隙压力情况下必须了解
路系统受压后的体积膨胀和系统中各种管道和
4.3 体积变化误差
所用的传感器能否测量负孔隙压力，负压范围
接头内气泡的压缩所致，当零位指示器与三轴
科技论坛
探讨影响三轴压缩试验精度的因素
魏志宏 （哈尔滨市勘察测绘研究院，黑龙江 哈尔滨 150010）
摘 要：三轴试验的结果直接影响岩土工程勘察的质量。保证三轴压缩试验精度的关键是排除孔隙水压力测量系统的积气和漏水、适当的剪 切速率、良好的仪表、传感器、量力环和精心的操作。
关 键 词 ：误差来源；有效应力原理；测量精度；孔隙水压力；传感器
试样应果断废弃，若用这样的试样进行试验会 造成错误的结果。（2）较大程度的扰动试样，不 排水强度会引起重大误差，这种试样一般不进
零部件接触不良所致，防止措施是装样时要特 别注意试样的两端是否处于准确的位置并对准 活塞中线，若开始没对准， （2）测量误差是随机的，与传感器无关。因
此，当试验中存在这种误差时传感器的精度就
行力学性试验。（3）轻微程度的扰动试样，也会 过程试样始终是偏心的，致使试样受力不均造 不等于试验精度，况且传感器的精度还受着量
引起严重的变形特性 （即应力—应变曲线的形 成轴向应变和强度的误差都是无法挽回的；若 值的影响。
态和压缩性）的误差，一般不进行三轴试验。（4） 试样帽与试样、试样帽与活塞之间不贴紧，会导
到诸多因素的影响，所以试验室的任务不仅是 提供抗剪强度与有效应力之间的关系资料，而 且还要提供由于应力改变所引起的孔隙压力资
试样周围贴滤纸条和放慢剪切速率的措施。因 稳定没有变化，反之，若用薄的量力环去测硬土 在周围压力作用下滤纸条的透水性大大降低， 的强度，也存在同样的情况。为了准确地测量在 于是剪切速率对测得剪切区的孔隙压力有着显 实际中遇到的变化范围很大的强度值，一个试
－55－
力。有效应力概念是太沙基首先提出的，他从试 主要受以下因素影响：（1）由于末端约束力作用 灵敏性的降低较快；而荷重容量的增加灵敏性 验中观察到土的变形及强度性状与有效应力密 试样的剪切产生在试样的中部，随之孔隙压力 降低较慢，这就说明量力环的厚度对准确测定
切有关，得出了土力学中非常重要的有效应力 的变化也发生在试样中部。（2）孔隙压力测量在 土的强度值有显著的影响。在试验中也证实了
（1）传感器的精度是以全量程（或称满量
高取土技术和试验技术，尽量把取样扰动和制
4.2 轴向应变误差
程）表示的，而实际上在全量程范围内传感器的
样扰动降低到最小限度。试验人员一般应掌握
活塞要对中，试验不歪斜，各部位零件接 精度随量值大小而不同，即量值大，测量精度
选择试样的几条原则：（1）已达严重扰动程度的 触要良好。轴向应变测量误差主要是由三轴仪 高；量值小，测量精度低。所以传感器的量程原
料。 2 试样制备
著的影响。理论上剪切速率越慢越好，才有时间 验室需备有厚薄不同的量力环，以减少因量力 使整个试样中的孔隙压力达到均等，这样才能 环的不匹配带来的测量误差。
尽管土样从地层深部取出时因应力释放 使测得的孔隙压力成为土的物理性质的真实的
4.5 传感器的精度
而引起的扰动是永远无法避免，但可以努力提 度量。
体积变化测量的主要误差来源：（1） 困在 内与正压范围内的标定系数是否相同，否则应
室底座的连接采用细紫铜管时，系统在常遇压 压力室顶盖内壁的气泡。消除办法是当压力室 施加反压使孔隙压力测量在正压范围内进行。
力下的体积膨胀是很小的，主要的体变来源于 充水时让水从排水孔溢出直至不见气泡为止。
结束语
系统内的积气，实际上围困在系统内的气泡是 精确测定孔隙压力的主要障碍，因此必须重视 孔隙压力测量系统的排气环节。
状翻开来，几个试验点的土样尽量取得均匀一 纵坐标主应力差零点以上某一位置开始，这种 小，可是在一次土工试验中量值变化的范围有
致，试样圆柱体的两端要切平整，若不平整在剪 误差表明试样已在周围压力和轴向压力作用下 时可能很大，不可能用同一传感器同时去度量
切过程中试样会发生歪斜影响强度的量测。 发生变形，这种误差也是无法挽回的，因此在装 从微小到极大的量值。因此当用大量程的传感
1 有效应力原理
的排气是一项十分细致的工作，在每做一个试 帽和底座上涂薄层硅脂。
土体是由固体颗粒、孔隙构成的可压缩的 验之前都应检查孔隙压力测量系统内有无积
4.4 量力环误差
土骨架。在饱和土中，孔隙被水所充满，在非饱 气，并尽量避免试样中孔隙水进入系统。
软塑—可塑的土采用灵敏性较高的量力
和土中，孔隙内既有水，也有空气。土体受到外
无泄漏和积气，检查泄漏和积气分两步进行。一 水量，但 8kPa 压力要计入试验所需围压。（3）通 主要因素，其目的就是确保试验结果的准确性
是检查零位指示器系统的泄漏和积气，二是检 过橡皮膜结扎处的缓慢泄漏，对历时较长的排 和可靠性。
查紫铜管段的泄漏和积气。孔隙压力测量系统 水剪影响较大。比较简单的防止办法是在试样
（3）二次仪表的分辨率不等于、也不改变
从掌握的试样中为各类试验选定扰动小、均匀、 致应力应变曲线起始段平缓，这种轴向应变误 传感器的精度，当然也不反映试验精度。所以分
无裂缝等具有代表性的土样段。
差是零件之间的缝隙造成，试样还没真正受力， 辨率与试验误差大体相当，以免不必要的经费
试验人员的责任还包括尽量降低在制样 这种误差对强度影响不是很大，可采取平移纵 投入。
原理。
试样的底部，这就产生了测量滞后。为减少孔隙 若用厚的量力环去测极软土的强度，此时量力
在大多数与稳定有关的工程问题中，土体 压力测量的滞后，使测到的孔隙压力能基本代 环的灵敏性就差，在轴向应变不断增加的情况
的强度可以充分准确地估算，但孔隙压力却受 表中部剪切区的孔隙压力实际值，通常采取在 下，无论是传感器还是百分表显示的数值一直
3 孔隙压力测量系统的排气和检查 为准确测定孔隙压力，除应防止孔隙压力 测量系统泄漏外还要对系统受压后的体变加以
样和试样与活塞的接触环节要精心操作，杜绝 试样帽与活塞之间过于贴紧的事件发生；要消 除试样与透水石之间不平整的误差，只要保证
器来度量小量值时必然要损失一些精度。 （5）孔隙压力传感器正常情况下是用来测
排气完成后应检查孔隙压力测量系统有
（2）困在试样和橡皮膜之间的水。这些积水一般 在试样施加周围压力前通过降低量管水位 20～ 40cm 来排除，若还排不尽，还可在加围压前先 加 8kPa 的围压迫使水进一步排出，此时不计排
三轴试验的结果直接影响岩土工程勘察 的质量。本文根据三轴试验的原理，通过长期试 验的经验积累，从试验设备、试验方法、规程以 及精心操作等几方面分析影响三轴试验精度的