土工試驗全自動氣壓固結(jié)儀工作原理與可靠性分析

王霞 謝一鳴

【摘?要】本文簡要分析全自動氣壓固結(jié)儀的工作原理，通過隨機(jī)抽樣，對同一件土樣分別采用人工法和全自動法進(jìn)行試驗，得到兩種方法下的壓縮模量和孔隙比，對不同方法下的試驗結(jié)果的對比分析，并計算兩種方法的相關(guān)系數(shù)，分析評價全自動法試驗結(jié)果的可靠性。

【關(guān)鍵詞】全自動;氣壓;固結(jié)儀;可靠性;相關(guān)系數(shù)

Working Principle and Reliability Analysis of Automatic Pneumatic Consolidation Instrument for Geotechnical Tests

Wang-xia1， Xie yi-ming2

（1.Shandong Zhengyuan Construction Engineering Co.，Ltd?Shandong?Ji'nan?250101;

2.School of Civil Engineering，Shandong Jianzhu University?Jinan?Shandong?250101）

【Abstract】In this paper， the working principle of the automatic pneumatic consolidation instrument is briefly analyzed. By random sampling， the same soil sample is tested by manual method and automatic method respectively. Compression modulus and void ratio under the two methods are obtained. The test results under different methods are compared and analyzed. The correlation coefficients of the two methods are calculated， and the reliability of the test results by automatic method is analyzed and evaluated.

【Key words】Fully automatic;Air pressure;Consolidation instrument;Reliability;Coefficient of correlation

1. 前言

（1）巖土工程勘察是工程設(shè)計的基礎(chǔ)，土工試驗就是要為巖土工程勘察工作提供準(zhǔn)確可靠的數(shù)據(jù)。常規(guī)土工試驗項目多，試驗周期長，每做一項試驗都要進(jìn)行操作、讀數(shù)、計算、查表、繪圖、校對、審查等，需要大量繁瑣、復(fù)雜、重復(fù)的勞動。特別是有些試驗項目，連續(xù)試驗20多個小時，經(jīng)常要安排試驗人員晝夜加班，付出相當(dāng)辛苦的勞動，由于多方面的原因所出試驗結(jié)果免不了誤差較大，有的甚至影響到工程安全，造成工程隱患。隨著計算機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展，自動化的土工試驗儀器被廣泛應(yīng)用到土工試驗中來，其優(yōu)勢就是能夠最大限度的排除人為因素對試驗結(jié)果的影響，使試驗數(shù)據(jù)更加準(zhǔn)確，為后續(xù)的設(shè)計工作提供保障。

（2）全自動氣壓固結(jié)儀可用于測定在不同荷載和有側(cè)限條件下土的壓縮性能，整套系統(tǒng)由固結(jié)儀、氣壓控制器、多路通信轉(zhuǎn)換儀、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)組成，可以進(jìn)行正常慢固結(jié)試驗和快速固結(jié)試驗，測定前期固結(jié)壓力和固結(jié)系數(shù)。系統(tǒng)具有氣壓控制穩(wěn)定可靠、噪聲低、固結(jié)壓力分別控制、軟件系統(tǒng)安裝方便、輕便、占地面積小、軟件界面較好等特點。特別是固結(jié)壓力分別設(shè)定，能大大提高儀器的靈活性，縮短試驗周期，性價比較高。

2. 工作原理

根據(jù)氣壓傳動的原理，采用自動控制技術(shù)，利用壓縮空氣通過氣缸對土樣進(jìn)行逐級加載。計算機(jī)軟件系統(tǒng)可以分別對氣壓控制器設(shè)定固定壓力、自動糾正容器（包括土樣）及其他附件的重量，啟動固結(jié)、停止固結(jié)和數(shù)據(jù)交換等功能，可以對多臺固結(jié)儀的位移傳感器進(jìn)行標(biāo)定，實時顯示固結(jié)試驗的數(shù)據(jù)和圖表曲線，計算機(jī)軟件系統(tǒng)可以聯(lián)結(jié)電子天平，對土樣盒稱重，含水量密度計算。每路氣壓控制器由MCS單片機(jī)控制，可對多臺固結(jié)儀設(shè)定同一固結(jié)壓力，自動采集多通道數(shù)據(jù)，實時將多通道數(shù)據(jù)傳遞給計算機(jī)，實現(xiàn)自動控制。

3. 可靠性分析

利用同一巖土工程勘察項目，對黏土、粉質(zhì)黏土和粉土各隨機(jī)抽取10件樣品，對同一土樣分別采用人工法和全自動法進(jìn)行試驗，選取土樣的壓縮模量和孔隙比指標(biāo)進(jìn)行對比分析，計算兩種方法下的相關(guān)系數(shù)，用來評價全自動氣壓固結(jié)儀試驗數(shù)據(jù)的可靠性。

3.1?壓縮模量。

黏土、粉質(zhì)黏土和粉土在兩種方法下的壓縮模量對比圖分別見下圖1、圖2和圖3（黏土壓縮模量對比圖見圖1、粉質(zhì)黏土壓縮模量對比圖見圖2、粉土壓縮模量對比圖見圖3）。

3.2?孔隙比。

黏土、粉質(zhì)黏土和粉土在兩種方法下的孔隙比對比圖分別見下圖4、圖5和圖6（黏土孔隙比對比圖見圖4、粉質(zhì)黏土孔隙比對比圖見圖5、粉質(zhì)黏土孔隙比對比圖見圖6）。

3.3?相關(guān)系數(shù)計算。

選取壓縮模量和孔隙比兩個指標(biāo)，分別計算黏土、粉質(zhì)黏土和粉土的同一件土樣在兩種方法下的相關(guān)系數(shù)，計算結(jié)果如下表1（相關(guān)系數(shù)計算表見表1）。

3.4?可靠性評價。

根據(jù)壓縮模量對比圖圖1～圖3和孔隙水對比圖圖4～圖6發(fā)現(xiàn)，試驗數(shù)據(jù)偏差較小，偏差范圍基本穩(wěn)定且無趨勢性漂移，參考相關(guān)系數(shù)計算表表1，說明兩種試驗結(jié)果相關(guān)性較強(qiáng)。綜合判斷全自動氣壓固結(jié)儀試驗結(jié)果滿足精度要求，試驗結(jié)果是準(zhǔn)確、可靠的，可滿足后期工程設(shè)計的需要。

4. 結(jié)語

（1）全自動氣壓固結(jié)儀提高了試驗精度，縮小了相對誤差，減少了隨機(jī)誤差，提高了工作效率，減輕了試驗人員的勞動強(qiáng)度，降低了試驗成本。

（2）通過對試驗結(jié)果對比分析，全自動氣壓固結(jié)儀試驗結(jié)果是準(zhǔn)確、可靠的。

（3）隨著科技進(jìn)步和社會發(fā)展，試驗儀器和應(yīng)用軟件也會進(jìn)一步完善和提高，從而更好的為工程建設(shè)服務(wù)。

參考文獻(xiàn)

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