常规三轴压缩实验的测量系统误差及其影响
三轴压缩试验成果的影响因素分析研究
三轴压缩试验是材料力学领域中重要的试验方法之一，能够提供材料在三维空间内的力学性质和变形规律等信息。
本文将从三轴压缩试验成果的影响因素分析入手，对其进行研究和探讨。
一、三轴压缩试验的测试及成果分析方法三轴压缩试验是一种将材料同时施加垂直于三个正交轴线的压应力，并测量其应力应变关系的试验方法。
三轴压缩试验的原理基于胡克定律和达西定律，采用的是破坏性试验方法。
试验时将被试材料放置于圆柱或正方体试样室中，在试验机中施加等比例的三个轴向压力，进行力学参数测量。
从三轴压缩试验中获得的成果主要包括力学参数和变形规律，其中主要的力学参数包括材料的压缩强度、应变硬化指数、杨氏模量、泊松比、断裂应变等。
变形规律包括材料的应力应变曲线、破坏模式、变形状态等。
在分析三轴压缩试验成果时，常采用一些图表、曲线等形式进行直观的表示，如应力应变曲线、断裂类型图等。
二、三轴压缩试验成果的影响因素1、样品制备对成果的影响搭配不当的样品几何尺寸容易导致试验结果不准确。
对于三轴压缩试验，样品几何形状、样品制备和处理过程，都会对测试结果产生影响。
首先，样品的几何尺寸应统一，以确保在试验机中施加的均匀力。
其次，样品的表面和内部缺陷也可能影响测试结果，需要在样品制备过程中保证质量。
2、应力率对成果的影响应力率是指施力速率，是影响三轴压缩试验测试结果的重要因素之一。
较高的应力率会使材料发生更明显的塑性变形和热效应，而较低的应力率可以使材料在试验过程中较小变形。
此外，在三轴压缩试验过程中，应注意控制应力率和使用相对缓慢的应力率，以保证较准确的测试结果。
3、试验温度对成果的影响试验温度对三轴压缩试验成果的影响也很大。
较高的温度有助于材料内部的塑性变形，从而增加材料的裂纹延伸能力；而较低的温度则会使材料脆性增加，塑性变形能力下降。
因此，在试验过程中需注意控制试验温度，确保温度对测试结果的影响最小化。
4、样品纹理对成果的影响材料的微观结构和纹理也可能影响三轴压缩试验的测试结果。
三坐标测量机主要误差分析
三坐标测量机误差分析概述:三坐标测量机的静态误差来源主要有：三坐标测量机本身的误差，如导向机构的误差（直线、回转）、基准坐标系的变形、测头误差、标准量的误差；与测量条件相关联的各种因素引起的误差，如测量环境的影响（温度、尘埃等）、测量方法的影响以及一些不确定因素的影响等。
三坐标测量机的误差源纷繁复杂，很难将它们一一检测分离出来并加以修正，一般只修正那些对三坐标测量机精度影响比较大的误差源和那些比较容易分离的误差源。
目前研究最多的是三坐标测量机的机构误差。
生产实践中使用的三坐标测量机绝大多数是正交坐标系三坐标测量机，对于一般的三坐标测量机而言，机构误差主要是指直线运动部件误差，包括定位误差、直线度运动误差、角运动误差、以及垂直度误差。
三坐标测量机主要误差分析对三坐标测量机精度评定或实施误差修正，要以坐标测量机固有误差的模型为基础，其中，必须给出各误差项的定义，分析，传递及误差合成后的总误差。
所谓的总误差，在三坐标测量机的精度检定中，是指反映坐标测量机精度特性的综合误差，即指示精度，重复精度等：在三坐标测量机的误差修正技术中，则是指空间点的矢量误差。
机构误差分析三坐标测量机的机构特征，导轨对被它引导的部件限制五个自由度，测量系统控制运动方向上的第六个自由度，因此导向部件在空间的位置，由导轨及其所属的测量系统确定。
测头误差分析三坐标测量机的测头分为两种：接触式测头按其结构又分为开关式（又称触发式或动态发讯式）和扫描式（又称比例式或静态发讯式）两大类。
开关式测头的误差由开关行程，测头各向异性，开关行程分散性，复位死区等引起。
扫描式测头的误差由测力一位移关系，位移一位移关系，交叉耦合干扰等引起。
测头的开关行程为测头与工件接触至测头发讯，测头所偏摆的一段距离。
这是测头的系统误差。
测头的各向异性是开关行程在各个方向上的不一致性。
它是系统误差，但通常作随机误差处理。
开关行程的分解性指重复测量时开关行程的离散程度。
浅谈三轴剪切试验的特性及局限
浅谈三轴剪切试验的特性及局限摘要：土工试验数据作为岩土工程勘察报告中的重要依据，也是工程建设设计的重要参数，土工试验的质量对工程总体的质量有着直接的重大的影响。
本文介绍了具体的三轴试验过程中反映出来的土的一些变形特性以及三轴试验的一些局限性的讨论。
关键词：三轴试验；应力-应变；弹、塑性变形；三轴试验包括三种试验方式：不固结不排水试验；固结排水试验；固结不排水试验。
在三轴试验中，既能令试样沿着轴向压缩，也能令其沿着轴向伸长。
通过试验可以测定试样的应力、应变、体积应变、强度和静止侧压力系数等。
本文介绍了在具体的三轴试验过程中反映出来的土的一些变形特性，以及三轴试验的一些局限性。
试样的轴向应变是根据试样帽的轴向位移量和试样的起始高度算得的。
试样的侧向应变是根据试样的体积变化量和轴向应变间接算得的。
试样的体积变化量是通过试样中排出的流体体积或进入受压室的水的体积量得的。
[1]在三轴试验中作用在试样上的轴向压力为大或小主应力，而作用在试样侧面的压力为相等的其他两个主应力。
因此与直剪试验相比较，三轴试验中，试样的应力相对的比较明确和均匀。
土在三轴试验中得出的轴向应力δ1-δ3与轴向应变εe之间的关系曲线，初始直线阶段很短，对于松砂和正常固结粘土，几乎没有直线阶段，加荷一开始就呈非线形。
土的这一非线性变形特征比其他材料明显很多。
图1-1 土的应力应变关系图1-2 加荷与卸荷的应力应变曲线这种非线形变化的产生，就是因为除弹性变形之外还出现了不可恢复的塑性变形。
土体是松散介质，受力后颗粒之间的位置调整在荷载卸除以后，不能恢复，形成较大的塑性变形。
如果加荷到某一应力后再卸荷，曲线将如图1-2所示。
OA 为加荷段，AB为卸荷段。
卸荷后能恢复的应变εe即弹性应变，不可恢复的那部分为塑性应变。
经过一个加荷卸荷循环后，再加荷，将如图1-2中的BC段所示，它并不与AB线重合，而存在一个回滞环，回滞环的存在是因为卸荷再加荷的工程中消耗了能量，要给以能量的补充。
三轴机床允许的误差
三轴机床允许的误差
1. 位置精度，三轴机床在加工过程中所能达到的位置精度是一个重要的指标。
通常来说，机床的位置精度受到机床本身结构、导轨、传动系统等因素的影响。
一般来说，机床的位置精度可以通过国际标准ISO 230-1来进行评定，通常要求在几微米到几十微米之间。
2. 重复定位精度，重复定位精度是指机床在多次加工中，同一位置的加工精度能否保持一致。
这个指标也受到机床本身结构、传动系统、控制系统等因素的影响。
在实际应用中，重复定位精度一般要求在几微米到几十微米之间。
3. 直线度和平行度，对于三轴机床来说，轴线的直线度和轴线之间的平行度也是重要的误差指标。
这些误差会直接影响到加工零件的质量和精度。
总的来说，三轴机床允许的误差是一个综合考虑机床精度、使用要求、加工材料等多个因素的结果。
在实际应用中，需要根据具体的加工要求和机床性能来进行评估和控制。
同时，也需要通过定期的维护和保养来保证机床的精度和稳定性。
常规三轴压缩实验的测量系统误差及其影响
常规三轴压缩实验系统误差及其影响摘要:三轴剪切试验被认为是测定土的抗剪强度的一种较完善的方法。
与直剪试验相比，三轴剪节试验有以下优点：1、能控制试验过程中试样的排水条件；2、能量测试样固结和排水过程中的孔隙水应力；3、试样内应力分布均匀。
三轴剪切试验能得到不同条件下土的抗剪强度指标和变形参数。
根据试验过程中排水条件的不同，将三轴试验分为不固结不排水剪（UU）、固结不排水剪（CU）和固结排水剪（CD）等三种类型。
关键词：土工试验系统误差1.引言土的强度指标是确定土的承载能力的一个重要指标，因此，准确测定土的抗剪强度指标，对于建筑工程的设计和施工有着很大的意义。
目前，用三轴剪切试验测土的抗剪强度指标是较为普遍的一种方法，而且对于高层建筑，在进行地质勘察时，要求对取出的原状土，用三轴剪切实验来测定土的抗剪强度指标。
随着社会的发展，兴建的高层建筑越来越多，使得三轴剪切实验的应用也越来越广泛，所以，使三轴实验的检测不断地完善有着很大的必要性。
2. 基本原理三轴压缩试验是测定土的抗剪强度的一种方法。
它通常用3-4个圆柱形试样，分别在不同的恒定周围压力（σ3）下，施加轴向压力，即主应力差（σ1-σ3），进行剪切直到破坏；然后根据摩尔-库伦理论，求得抗剪强度参数。
适用于测定细粒土及砂类土的总抗剪强度参数及有效抗剪强度参数。
3. 试验操作三轴剪切试试样为圆柱状。
试验过程中测量以下参数：1、周围压力，2、竖向应力增量q，3、竖向变形量或竖向应变ε1，4、试样底部的孔隙水应力u，5、试样顶部接排水管量测试样排水量，6、反压力。
根据排水条件，三轴试验分为不固结不排水剪试验（UU）、固结不排水剪试验（CU）、固结排水剪试验（CD）三种试验类型。
三轴压缩试验方法适应于细粒土和粒径小于20mm的粗粒土。
不同类型的三轴剪切试验加载过程如下：一组试验通常需三～四个试样，试验加载顺序如下：1、在每个试样的周围施加相同的初始固结应力，待其固结完成后，量测试样轴向变形量和体积变化；2、对各个试样分别施加不同的围压增量作用，在作用期间不允许试样固结排水，量测由产生的孔隙应力u= ；3.1、不固结不排水剪试验（UU）：施加竖向偏应q(q自零开始增加，至试样破坏时达到最大值qmax)。
三轴压缩试验结果影响的因素浅析
三轴压缩试验结果影响的因素浅析三轴试验的结果直接影响岩土工程勘察的质量，本文对三轴试验中的围压、孔压消散程度、加荷速率以及饱和度等因素对试验的影响作了详细分析，使试验结果更加可靠。
标签三轴压缩试验；孔隙水压力；围压；饱和度；加荷速率三轴压缩试验是土工试验中的一个重要的力学性质试验，根据其不同试验方法所提供的粘聚力C、内摩擦角φ可用于计算地基承载力、评价地基稳定性、边坡支挡结构土压力等。
因此，测定土的抗剪强度具有重要意义。
三轴压缩试验的优点是能够严格控制试样排水条件、受力条件明确、可以控制大小主应力、能够测量孔隙水压力及体积变化等。
所以《建筑地基基础设计规范》（GB50007- 2011）4.2.4规定当采用室内剪切试验确定抗剪强度时宜选择三轴压缩试验的自重压力下预固结不排水试验（CU），《建筑基坑支护技术规程》（JGJ120-2012）土压力及水压力计算、土的各类稳定性验算时，一般应采用三轴压缩试验（CU或UU）抗剪强度指标。
由于三轴压缩试验结果的准确与否直接关系建筑物的安全与稳定，所以必须在试验过程中了解其影响因素，确保试验结果准确。
1、三轴压缩试验的测试方法按《土工试验方法标准》（GB/T50123-99）要求制备3～4个性质相同的试样，在不同的围压σ3下施加轴向压力σ1，直至试样剪切破坏。
根据破坏时的最大主应力σ1，最小主应力σ3绘制摩尔-库仑线求出粘聚力c、内摩擦角φ。
三轴压缩试验方法根据不同的排水情况分为：（1）不固结不排水试验（UU），（2）固结不排水试验（CU），（3）固结排水试验（CD）。
2、影响三轴压缩试验结果的因素2.1取土试验及试样制备《岩土勘察规范》（GB50021-2001）（2009年版）规定强度试验应采用I级试样，取样方法根据土质情况可采用薄壁取土器、回转取土器及探井取样，取样宜用快速静力连续压力法。
不同取土器适合于不同土质，但很多单位在施工时只携带一种。
少数勘察人员对此重视不够，如规范规定软土层应使用薄壁取土器，倘若使用厚壁取土器，势必对软土造成更大的扰动。
十三 三轴压缩试验
十三、三轴压缩试验（一）试验目的三轴压缩试验是测定土的抗剪强度的一种方法。
对堤坝填方、路堑、岸坡等是否稳定，挡土墙和建筑物地基是否能承受一定的荷载，都与土的抗剪强度有密切的关系。
（二）试验原理土的抗剪强度是土体抵抗破坏的极限能力，即土体在各向主应力的作用下，在某一应力面上的剪应力（τ）与法向应力（σ）之比达到某一比值，土体就将沿该面发生剪切破坏。
常规的三轴压缩试验是取4个圆柱体试样，分别在其四周施加不同的周围压力（即小主应力）σ3，随后逐渐增加轴向压力（即大主应力）σ1直至破坏为止。
根据破坏时的大主应力与小主应力分别绘制莫尔圆，莫尔圆的切线就是剪应力与法向应力的关系曲线。
三轴压缩试验适用于测定粘性土和砂性土的总抗剪强度参数和有效抗剪强度参数，可分为不固结不排水试验（uu）；固结不排水试验（cu）和固结排水试验（CD）。
（三）试验设备1．三轴仪：包括轴向加压系统、压力室、周围压力系统、孔隙压力测量系统和试样变形量测系统等。
2．其它：击样器、饱和器、切土盘、分样器、承膜筒等。
（四）试验步骤1．切取土样：先用钢丝锯或切土刀切取一稍大于规定尺寸的土柱，放在切土架上，用钢丝锯或切土刀紧靠侧板，由上往下细心切削，边切削边转动圆盘，按规定的高度将两端削平、称量；并取余土测定试样的含水率。
2．试样饱和：试样有抽气饱和、水头饱和及反压力饱和三种方法，最常用的是抽气饱和。
即将试样装入饱和器内，放入真空缸内，与抽气机接通，开动抽气机，连续真空抽气2～4h ，然后停止抽气，静止12h 左右即可。
3．试样安装：将压力室底座的透水石与管路系统以及孔隙水测定装置充水并放上一张滤纸，然后再将套上乳胶膜的试样放在压力室的底座上，最后装上压力筒，并拧紧密封螺帽，同时使传压活塞与土样帽接触。
4．施加周围压力：分别按100、200、300、400Kpa 施加周围压力。
5．测孔隙水压力：在不排水条件下测定试样的孔隙水压力。
6．调整测力计：移动量测轴向变形的位移计和轴向压力测力计的初始“零点”读数。
三轴压缩试验成果的影响因素分析研究
压 ０ 下进行试 验 ， － 试验 开始后 ， 在试 样顶部施 加轴 向应力 ０ ， － 直 ｌ 至试样 出现破坏为止。根据 每个试样 在剪坏 时的最 大 主应力 ０ － ｔ 和最小 主应 力 ０ ， ０ ＋０ ）２为圆心 ， ０ ～０ ）２为半径 ， － 以（ １ － ／ ３ － ３ （ｌ ＂ ／ － ３ 绘
图 １ 三 轴 压 缩 试 验 的 压 力 图
ａ 的增大而增大 ， ３ 其强度也 随着增 大 。强度包 线则 为倾 斜线 ， 即
， 如图 ３ 实线所示 。如要测定 Ｃ ， ， 则在试验过程 应力圆包线用库仑公式表示 ： ＝Ｃ＋０ｇｏ ｒ ＂ ￣ ｔ 。其 中， ， 分别 可求得 Ｃ ％ ， ｒ 中测定孔隙压力 ， 这样就可求得试 样达到破坏 时的有效 主应力 为作用在剪切面上 的剪应力及垂 直应力 。其与 大主应力 ０ 及小 ＂ １ 一Ｕ ，３＝ 一Ｕ ， ｓ口 ３ ｓ以 １，＂作有 效应力圆 ， ０ ３ 即 １ ３ 即 １＝ ， ， 主应力 ３ 与破坏面 的倾 角 口具 有如下 关系 ： ＝１２（ ＋０ ） ／ ｌ ＂ ＋ ３ 可得到有效应力强度包线及相应 的 Ｃ ， 值 （ 如图 ３中虚线所示 ） 。 １２ ０ 一０ ） ２ 。 ｒ ／ （ ｌ ３ｓ ２ 。 ／ （ ｔ ＂ ∞ｓ口 ＂ ３ ＝１ ａ —ａ ）ｉ ａ ２ ｎ 其 中 ， 为大主应力 面与破坏面的倾 角 ， ：４ 。 ／。 ｇ ｔ ａ ５ ＋ ２
控制排水条件 ， 无法测量孔 隙水压力 ， 而三轴压缩试验其优 点是 ：
能严格控 制试样排水条件 、 受力状态 明确 、 以控制 大小主应力 、 可 能 准确地测定土 的孔 隙压 力及 体积变化的特 点。所 以 Ｇ ０ ０ — Ｂ ５ ０ ７ ２０ ０２建筑地基基础设计 规范规定 地基 承载力计算 应采 用三轴试 验提供 的指标 ， 以确保 勘察 报告所 提供 的地基 承载力 安全可 靠 。 由于三轴试验成果 的准确性直接关 系剑建筑物 的安全性 、 稳定性 和经济性 ， 以为确保 三轴试 验成果 的 准确性 ， 所 必须 ｌ解 在试验 『 过程 中各种影响 因素 ， 并尽量扬长避短 ， 确保试验数据 真实 可用 。
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常规三轴压缩实验系统误差及其影响
摘要:三轴剪切试验被认为是测定土的抗剪强度的一种较完善的方法。
与直剪试验相比，三轴剪节试验有以下优点：1、能控制试验过程中试样的排水条件；
2、能量测试样固结和排水过程中的孔隙水应力；
3、试样内应力分布均匀。
三轴剪切试验能得到不同条件下土的抗剪强度指标和变形参数。
根据试验过程中排水条件的不同，将三轴试验分为不固结不排水剪（UU）、固结不排水剪（CU）和固结排水剪（CD）等三种类型。
关键词：土工试验系统误差
1.引言
土的强度指标是确定土的承载能力的一个重要指标，因此，准确测定土的抗剪强度指标，对于建筑工程的设计和施工有着很大的意义。
目前，用三轴剪切试验测土的抗剪强度指标是较为普遍的一种方法，而且对于高层建筑，在进行地质勘察时，要求对取出的原状土，用三轴剪切实验来测定土的抗剪强度指标。
随着社会的发展，兴建的高层建筑越来越多，使得三轴剪切实验的应用也越来越广泛，所以，使三轴实验的检测不断地完善有着很大的必要性。
2. 基本原理
三轴压缩试验是测定土的抗剪强度的一种方法。
它通常用3-4个圆柱形试样，分别在不同的恒定周围压力（σ3）下，施加轴向压力，即主应力差（σ1-σ3），进行剪切直到破坏；然后根据摩尔-库伦理论，求得抗剪强度参数。
适用于测定细粒土及砂类土的总抗剪强度参数及有效抗剪强度参数。
3. 试验操作
三轴剪切试试样为圆柱状。
试验过程中测量以下参数：1、周围压力，2、竖向应力增量q，3、竖向变形量或竖向应变ε1，4、试样底部的孔隙水应力u，5、试样顶部接排水管量测试样排水量，6、反压力。
根据排水条件，三轴试验分为不固结不排水剪试验（UU）、固结不排水剪试验（CU）、固结排水剪试验（CD）三种试验类型。
三轴压缩试验方法适应于细粒土和粒径小于20mm的粗粒土。
不同类型的三轴剪切试验加载过程如下：
一组试验通常需三～四个试样，试验加载顺序如下：
1、在每个试样的周围施加相同的初始固结应力，待其固结完成后，量测试样轴向变形量和体积变化；
2、对各个试样分别施加不同的围压增量作用，在作用期间不允许试样固结排水，量测由产生的孔隙应力u= ；
3.1、不固结不排水剪试验（UU）：施加竖向偏应q(q自零开始增加，至试样破坏时达到最大值qmax)。
在整个过程中，从加周围压力和增加轴向压力直到剪坏为止，均不允许试样排水；对饱和试样可测得总抗剪强度参数或有效抗剪强度参数和孔隙水压力系数。
在加q的过程中，量测q的数值、由q产生的轴向应变和孔隙水应力u= （为由q产生的孔隙水应力）。
3.2、固结不排水剪试验（CU）：先使试样在某一围压力下固结排水，然后保持在不排水情况下增加轴向压力直到剪坏为止，可以测得总抗剪强度参数或有效抗剪强度参数和孔隙水压力系数。
3.3、固结排水剪试验（CD）：在整个试验过程中允许试样充分排水，即在某一围压下排水固结，然后在充分排水的情况下增加轴向力直到剪坏为止，可以测定有效抗剪强度指标。
4. 结果整理：
以（σ1－σ3）的峰值为破坏点，无峰值时，取15％轴向应变时的主应力差值作为破坏点。
以法向应力为横坐标，剪应力为纵座标，在横坐标上以（σ1f+σ3f）/2为圆心，（σ1f－σ3f）/2为半径（f注脚表示破坏），在τ～σ应力平面图上绘制破损应力图，并绘制不同周围压力下破损应力圆的包线，由破损应力圆的包线求出强度参数c、Φ，包络图如下图所示。
不固结不排水剪强度包线
固结不排水剪强度包线
固结排水剪强度包线5. 试验分析与误差总结：
1.该试验的要点是制样及试样安装：试验用试样，必须保证土的原状样状
态，在制样削土过程中不得使试样扰动，若是重塑样，则需控制重塑
样品的土体均匀性及标准性，试样安装样品时一定要轻拿轻放，以免
因为手的挤捏，破坏试样，同时试样安装要居中垂直，以免施加围压
或偏差压力时，受力方向偏差，造成结果有偏差。
2.结果整理时的注意事项：
（1）．同一组的几个试样应是同一层土，密度值不应超过允许误差。
（2）．画τ-σ曲线时，纵横坐标分度值要统一（如1cm都代表100kPa）。
延伸：由于岩土工程的特殊性，不同地区的地质情况千变万化，三轴试验也不能拘泥定式，一层不变，试验人员应该多结合现场实际情况，土层较复杂时增大试验频率，必要时增加现场检测，与室内静三轴对比，以为工程提供科学、准确的试验数据。
参考文献：
（1）.《土工试验方法标准》，国家质量技术监督局、中华人民共和国建设部联合发布
〔2〕. 《工程地质手册》，工程地质手册编委会，北京：中国建筑工业出版社。