三轴实验-1讲解

土工试验
Windows视窗版
〖程序控制（全自动）三轴仪〗
使用说明书
十二年不断研究改进的技术成果
集300家试验室应用的点滴经验 Windows平台增强系统应用功能
南京智龙科技开发有限公司
2005年3月南京
3.3 三轴试验（含无侧限抗压强度试验)
三轴试验采样程序用于常规三轴（ＵＵ、ＣＵ、ＣD）试验、无侧限压缩试验的数据采集，亦支持一个试样多级加载三轴试验的数据采集。

本节还介绍使用程序控制三轴仪（全自动三轴仪）的过程控制和数据采集。

同一土样的各试样试验的＜土样编号＞输入必须一致。

3.3.1 使用常规三轴仪
三轴试验的采样过程，参见“三轴试验数据采集程序流程示意图”。

3.3.1.1试验参数、动态显示、操作指令
⑴试验参数的设置
轴向应变──试验终点的最大应变，是控制采样设置的条件。

程序的设置是，应力如出现峰值将再经3%的应变结束采样；否则按设置的应变结束采样。

对于一个试样多级加载试验，应是各级应变量累加值。

加菏级数──程序区别是否做一个试样多级加载试验的参数。

正常试验设１，大于１的数表示是多级
加载。

一个试样最多可设６级。

稳定标准──为一个试样多级加载试验时设置，程序按设定的应力增量（N）来判断试验的终点。

单个试样试验时，非零值表示不判断峰值，只按最大应变控制试验结束。

固结排水──作CU、CD试验时固结排水体积。

是程序计算固结后试样高度、面积的依据。

高度变化──程序自动按固结排水体积进行计算，也可直接输入。

采样步长──按采样１００点（即：最大应变／１００）计算的。

用户可按需要设定，当空缺时程序按应变２５％采１００点计算步长
（有时候欲使试验提前结束采样，可减小“轴向应变”或扩大“稳定值”来实现）
视窗上的控制参数、主机控制、压力控制三项是对程序控制三轴仪操作时设置的。

⑵仪器状态框内的动态显示：
Ｆ──轴向压力（N）
Ｐb──反压（kpa）
Ｐc──围压（σ3）
Ｍ──轴向位移传感器的绝对值
ε──轴向应变（％）
μ──孔隙水压力（kpa）
Ｇ──加围压时表示初始孔隙水压力系数（Ｂ值）；排水固结时表示固结度
ｖ──体积变化量（ml）
ｖ。

──某些单位的特殊试验，σ3补给水量
σ2──某些单位的特殊试验，土样的中主应力
⑶操作指令（点击＜仪器状态＞框）的菜单：
准备加压──专为全自动三轴仪设置的。

令加压调压筒吸水、为加压做好准备。

开始试验──令采样程序就绪。

如果传感器初始状态不对，会有语音提示、不就绪。

开始剪切──当通道与仪器电机连接时，启动电机施加轴向应变，对轴向压力采样。

暂停剪切──采样暂停，用于扩展（轴位移）量程，或检查某种故障的临时措施。

倒车后退──当通道与仪器电机连接时，启动电机反转。

修正零点──配合屏下提示删除采样点数，平移（横、纵）坐标使曲线通过原点。

修正应变──配合屏下提示删除采样点数，平移横坐标使曲线左移，不改变应力值。

结束固结──孔压未完全消散、固结度未达95%，强制结束固结排水时选择此指令。

结束试验──因某种原因须人为终止试验、又要使采集数据存盘时选择此指令。

放弃试验──通道已就绪，因某种原因须重新开始，用此指令。

此前的数据不存盘。

恢复数据──因故使当前数据丢失后，此指令可有选择地恢复程序定时备份的数据。

演示试验──启动程序，演示三轴试验采集的数据、曲线渐进的过程。

3.3.1.2. 数据采集中的操作
⑴如果仪器钢环上的传感器显示直观（如百分表式），施加轴向应变前的调试可沿用手工操作的方法（经验）进行；否则采用动态调试：即开机前轴向不要接触太紧，以便应力应变曲线初始段的变化，能反映出轴向各部真正接触后的应力特征，选择修正零点、应变的办法，使曲线通过原点。

⑵加密采样是指测试最初５mm（多级加载试验是首级的前３mm），50um采样一次，共采100点（多级加载是60点）,然后按设置步长精简其间多余的数据。

⑶如果系统的通道与三轴仪的电机相连，测试中轴向力的启、停，受程序控制。

⑷试验过程中若轴位移传感器量程不够会有语音提示，选择‘暂停剪切’指令。

调整传感器以扩大量程，再通过‘开始剪切’指令恢复轴压试验。

⑸ qu 试验的操作过程和ＵＵ试验相同，设σ3为零；ＣＤ试验的操作过程和ＣＵ试验相同，只是剪
切时打开排水阀、采样时多一个体积变化量（应变速率仍需人工调整）。

⑹一个试样多级加载试验，加次级围压时必须大于前级的大主应力，避免预应力的出现。

此时请注意屏幕下的提示。

每完成一次固结或轴压试验，数据自动存一次盘。

具体技术要求参见试验规程（标准）。

⑺对采样视窗里坐标图框内点击，可从弹出的菜单中选择要观察的曲线。

如果一个土样同时在几台仪器上做试验，或先前已有采样数据，选择“同组显示”可在同一坐标系里对不同σ3的几条曲线比较，便于监控。

3.3.2 使用程序控制（全自动）三轴仪
由本公司开发的程序控制（全自动）三轴仪（简称TSZ系列），引进了计算机技术、自动控制技术。

在TSZ系统中，试验机、传感器类同于计算机的外部设备，试验过程受软件控制。

只要更换容器、改换软件，仪器可以做其它试验，展现新一代土工仪器的特征。

3.3.2.1.仪器简介
试验机采用步进电机无级变速、加压，轴向力可用力传感器、亦可用钢环测量；由精密数字活塞组成的液压系统施加围压、反压，对固结排水、体积变化的测量，无须量管、传感器，可以分辨出1mm3的变化；管路系统的连接由进口的高压快速接头、高压电磁阀组成，耐压超过2Mpa；电路中的控制程序模块采用在线可升级芯片结构，全汉字液晶显示，操作方便。

主要技术指标：
轴向压力：10KN,30KN,60KN 围压：2Mpa 反压：2Mpa 应变速率：0.0001—4.8mm/min
交流电源：220V±20V 频率50Hz±5Hz 无强电磁干扰
标准计算机、Windows操作系统、一个以上标准串行口、多媒体、音箱
环境温度：10—40℃相对湿度小于85% 性能有保证
0—45℃相对湿度小于85% 可以使用
3.3.2.2.安装与调试
把TSZ系统的试验机和压力控制器按放在牢固、平整的台面上，按全自动三轴仪使用说明书进行连接。

系统控制的设置通过采样视窗，或仪器液晶屏幕的F1—F6六个功能键操作，功能键的作用由对应的汉字表示。

⑴管路连接：
a 压力控制器上的围压输出端与压力室底座上的围压孔之间，压力控制器上的反压输出端与压力室底座上的排水孔之间，分别用高压尼龙管连接起来。

由于尼龙管两端是快速接头，只要直接插入孔中即可。

取出时，先将快速接头上的压环往里压，再将尼龙管拔出。

b 将储水瓶洗净装入经排气处理的蒸馏水或纯净水，加上盖。

安放在压力控制器上或试验机旁，将出水管与压力控制器背面的水嘴相连。

⑵电路连接：连接时请参看试验机背面的如下注释连接：
a. 电源插座：将电源线与220伏交流电插座相连。

电源开关上红灯亮，表示电源接通。

b. 计算机：与计算机连接。

c. 力：与轴向力传感器连接。

d. 孔压：与孔压传感器连接。

⑶排气处理：TSZ系统管路包括围压、反压调压筒、水泵、储水瓶、压力室、管路、阀门和接头等，试验时组成一封闭体系。

初次使用或长期未用都要对管路做排气处理，以保证试验质量。

选择“自检”菜单里的注水或排水键启动水泵，反复进行注水与排水操作，当看到排向储水瓶里的水无气泡为止。

在此期间人不要离开，避免大量水溢出或水泵长时间工作。

如果仪器长期不用时，要将压力控制器里的水全部排除；要经常更换储水瓶里的排气水，保持水质洁净、防止腐蚀性介质的污染，保护系统性能、延长使用寿命。

⑷时间设置：按下设置键，在弹出的菜单上用＜↑＞键和＜↓＞键选择‘时间设定’按确定键。

按
选择键，在年、月、日、时、分、秒中，被选定的单位呈闪烁状，通过数字键输入。

原先的选择键与设定键，此时分别变成删除键与确定键。

正确的数值按确定键，误输入的数值按删除键再重输。

循序设置完成按开始键。

正常运转的时间即使断电也不停止。

⑸系数标定：标定的项目有压力（kpa）和位移（mm）。

通过20点的多点标定，基本消除了传感器的非线性误差。

象时间设置那样调出系数标定菜单，菜单上各项说明如下：
通道──显示值是指当前通道。

用选择键循环选择通道，每按一下通道号加1。

如“01围压”表示当前是01通道，该通道连接围压传感器。

量程──指当前通道所连接传感器的量程。

用量程键设定传感器的量程。

第点──显示标定过程中当前正在记录的点数，及该点的压力（或位移）值。

标定点──设置标定的点数。

一般设20点。

当前值──传感器当前输出的数值，跟随传感器的变化显示会实时刷新。

增益──指传感器信号的放大倍数，按增益键进行设定。

为系统升级适应各类传感器提供扩展平台。

系数标定步骤：
a 按选择键选择要标定的通道；
b 按增益键设置通道所连接传感器合适的增益；
c 按量程键设定传感器的量程。

按下量程键后光标会在量程栏闪烁，原先的增益键和量程键变为删除键与确定键。

用数字键输入量程值，按下确定键完成量程设置。

d 按标定键开始标定。

液晶屏幕显示出“第0.0000点”，标定点栏显示“20”，菜单也发生变化。

此时把压力（或位移）传感器的值设为“0”（或初始值），按一下记录键确定标定的起点；此时屏幕显示“第1点”，将压力（或位移）给出一个增量（量程的1/20），在按一下记录键确定第1点的标定值。

余下类推，标定完20点后记录键将变成保存键。

按下保存键，程序将自动计算出该通道传感器的实测值并加以保存。

关于放弃键的使用。

如上所述，每增加一个标定点，就给出一个量程1/20的增量。

标定依据的标准量具，有时可能会出现缺少给出的增量所累计数值。

此时可按一下放弃键放弃对该点的标定，继续标定后一点。

并不影响标定结果和传感器的测量。

以此推论，也可以将固定20点标定变为任选点数、或任选增量的标定；对于被证实线性满足要求的传感器，可以只标定一个零点，和任选一个增量的标定点来完成。

关于加荷键和卸荷键的使用。

对围（反）压力标定时，须在管路中并联标准压力计。

标定时须通过调压筒把压力调整到选定的压力值，常常需要用加荷键和卸荷键的反复操作来达到；此外在对试验机的轴向力的标定时，加荷键和卸荷键的作用变成上升和下降。

e 几点提示：
完成标定之后一定要按下保存键；
标定过程出现操作错误，如果及时发现可按返回键，重新标定该点；亦可在20点标定结束出现保存键时，按下放弃键放弃保存，重新标定。

不会影响已保存的标定记录；
通道传感器重新标定时，不要改变量程、增益，尽量沿用出厂时的默认值。

除非更换传感器；
非专业人员请不要进行此项操作，避免出现错误导致系统不能正常工作；
压力室的调试要求与常规三轴仪压力室相同。

3.3.2.3.仪器使用说明
⑴试验机
试验键──打开电源、按下试验键后，屏幕上显示出仪器号、系统时间、仪器状态。

孔压、轴压、位移中的数值，分别是各传感器当前的实测值。

快升/停止──按快升键底座快速上升，此时快升变成停止。

按下停止键后电机停止。

快降/停止──按快降键底座快速下降，此时快降变成停止。

按下停止键后电机停止。

上升键、下降键的作用与快升键、快降键相同，只是按设定的速率运行。

电机键──设置电机运行参数。

按下此键屏幕显示出电机速率和当前位置两个窗口。

分别显示当前设定的电机运行速率，和当前处于整个行程中的位置。

此时按下设定键，光标会在电机速率窗口闪烁，原先
的快升、快降、设置，分别变为删除、确定、小数。

通过数字键和小数键输入电机速率，按确定键完成设置，如须更正按删除键后重新输入。

以上为手工操作提供的帮助，在试验准备过程中还是必须的。

在实际试验时，是通过采样程序上的设置条件，和操作指令来完成。

一点提示：首次使用时，请将底座降到最低，位移值自动清零。

当电机速率设置过大时，可能会造成电机无法正常上升和下降。

⑵压力控制器
试验键——打开电源、按下试验键后，屏幕上显示出仪器号，和围压、反压分别对应着的两个窗口：一个显示设定值，一个显示当前的实测值。

设定/删除、稳压/确定——按下围压或反压窗口所对应的设定键后，光标会在围（反）压的窗口里闪烁，等待输入设定值。

设定输入后原来的设定变成删除、稳压变成确定。

确认设定无误按确定键；否则按删除键后重新设定。

稳压/停止——按下稳压键就是启动控制器由当前的压力，加压或卸压至设定的压力值。

并一直跟踪、稳定在所设定的压力，此时稳压变成停止键。

要想终止稳压可按下停止键。

注水/停止——按下自检键后，在围（反）压调压筒各自对应的视窗第二栏上显示的数值，表示着该调压筒当前储水的体积（毫升）。

在其下方各自对应着注水与排水键，按下注水键，控制器将使该键所对应的调压筒从储水瓶吸水。

第二栏的数值增大，此时注水变成停止键。

要想终止注水按下停止键。

排水/停止——与注水键的作用相反，按下排水键后，控制器会将排水键所对应的调压筒里的水往储水瓶排出。

调压筒下视窗中第二栏数值减小，此时排水变成停止键。

按下停止键后排水终止。

⑶压力室（试验容器）
在标有容器键的界面上。

按下容器键，在当前值栏里分别显示围压、反压当前的实测值。

注水、排水、开阀键是对应压力室的操作；吸水、注水键是对应反压力调压筒的操作。

吸水/注水——安装试样时须将底座上孔压通道里的气体排出，按下注水键向孔压管路注水排气。

此时注水变成停止键，按下停止键，终止排气。

注水/停止——压力室安装完了，按下注水键，启动水泵将储水瓶里的水注入压力室。

此时注水变成停止键。

按下停止键注水终止。

排水/停止——试验结束后，按下排水键，压力室里的水排出。

此时排水变成停止键。

按下停止键排水终止。

开阀/关阀——试验结束后，也可以手工（不启动水泵）排出压力室里的水。

按下开阀键，打开电磁阀使水自然排出。

此时开阀变成关阀键，按下关阀键，终止排水。

以上设置，主要是适应试样安装准备操作所须。

通过采样程序中的操作指令，亦可实现结束试验的相关操作功能。

3.3.2.
4.程序控制参数的设置
在三轴试验采样程序视窗上，打开主菜单＜控制参数＞，根据操作的需要、土样特性、测试经验，选择程序控制时判定的参数。

此外按＜主机控制＞框和＜压力控制＞框里的内容，输入有关速率和压力的控制参数。

＜试验参数＞中输入的内容与常规三轴仪相同。

3.3.2.5.辅助操作指令
试验（采样）过程的操作指令，与常规三轴仪相同。

专为程序控制三轴仪设置的操作指令，可在＜仪器状态＞窗里的容器图象范围内点击，选择弹出的指令：
开始注水——向压力室注水。

开始抽水——把压力室里的水排出。

卸除压力——卸除压力室里的压力。

停止操作——因故中断程序试验。

反压饱和——按设定要求作反压力饱和。

停止饱和——中断已开始的反压力饱和。

4、数据处理
数据处理软件的主要功能是：
⑴为检查、类比、确认程序整理的成果，提供人工修正的操作窗口；
⑵为人工记录的试验提供数据输入窗口，完成成果的计算、整理；
⑶为试验数据的管理、审核，成果输出格式提供编辑平台。

系统数据处理的过程参见数据处理程序流程示意图。

数据处理视窗上的三个图标是：数据——表列该项目的主要试验参数和成果指标。

曲线——数据处理的操作视窗，包含试验参数、采样数据、成果、曲线等全部信息。

报告——由单项试验成果格式文件组成的菜单里，选择成果输出（报告）格式。

处理后的数据一经翻页就自动存盘。

对光标所指内容，点击图标[+]表示新建、[-]表示删除、[↗]表示更新。

4.1 数据的读入与输入
数据的来源有系统采集的，和手工记录的两种。

处理时前者需读入、后者要输入。

软件还可以把不同工程（编号）、不同时间的相同试验数据，与当前的数据合成一个数据文件。

4.1.1 系统采集数据的读入
⑴通过菜单点击＜数据处理＞→选择试验项目→读入试验数据。

读入的数据有：
读入□□试验采样数据——读入用新版系统软件所采集的数据。

读入旧版土工试验数据——读入用旧版系统软件所处理的数据。

导入其它□□试验数据——读入其它试验编号的数据与当前处理的数据合成。

操作顺序：选择数据来源→点击数据文件（*.gjd、*.szd 或 *.zjd）→点击‘打开’。

⑵读入土样的数据在＜数据＞栏里列出，把光标对向某土号所在行、再点击＜曲线＞就可打开该土样试验数据处理操作视窗。

⑶三轴、直剪（未使用四联式仪器时）几个试样的试验，可能不是同一台仪器或同时间采集的数据，经数据处理程序读入后会按土号自动合在一起，并且整理出试验成果。