土工试验全自动气压固结仪工作原理与可靠性分析

土工试验全自动气压固结仪工作原理与可靠性分析

肖涵文

西南有色昆明勘测设计（院）股份有限公司 云南省昆明市 650217

摘要:本文简要分析全自动气压固结仪的工作原理，通过随机抽样，对同一件土样分别采用人工法和全自动法进行试验，得到两种方法下的压缩模量和孔隙比，对不同方法下的试验结果的对比分析，并计算两种方法的相关系数，分析评价全自动法试验结果的可靠性。

关键词:全自动；气压；固结仪；可靠性；相关系数

前言

岩土工程勘察是工程设计的基础，土工试验就是要为岩土工程勘察工作提供准确可靠的数据。常规土工试验项目多，试验周期长，每做一项试验都要进行操作、读数、计算、查表、绘图、校对、审查等，需要大量繁琐、复杂、重复的劳动。特别是有些试验项目，连续试验20多个小时，经常要安排试验人员昼夜加班，付出相当辛苦的劳动，由于多方面的原因所出试验结果免不了误差较大，有的甚至影响到工程安全，造成工程隐患。随着计算机技术的快速发展，自动化的土工试验仪器被广泛应用到土工试验中来，其优势就是能够最大限度地排除人为因素对试验结果的影响，使试验数据更加准确，为后续的设计工作提供保障。

全自动气压固结仪可用于测定在不同荷载和有侧限条件下土的压缩性能，整套系统由固结仪、气压控制器、多路通信转换仪、数据采集系统组成，可以进行正常慢固结试验和快速固结试验，测定前期固结压力和固结系数。系统具有气压控制稳定可靠、噪声低、固结压力分别控制、软件系统安装方便、轻便、占地面积小、软件界面较好等特点。

一、工作原理

根据气压传动的原理，采用自动控制技术，利用压缩空气通过气缸对土样进行逐级加载。计算机软件系统可以分别对气压控制器设定固定压力、自动纠正容器（包括土样）及其他附件的重量，启动固结、停止固结和数据交换等功能，可以对多台固结仪的位移传感器进行标定，实时显示固结试验的数据和图表曲线，计算机软件系统可以联结电子天平，对土样盒称重，含水量密度计算。每路气压控制器由ＭＣＳ单片机控制，可对多台固结仪设定同一固结压力，自动采集多通道数据，实时将多通道数据传递给计算机，实现自动控制。

二、可靠性分析

利用同一岩土工程勘察项目，对黏土、粉质黏土和粉土各随机抽取10件样品，对同一土样分别采用人工法和全自动法进行试验，选取土样的压缩模量和孔隙比指标进行对比分析，计算两种方法下的相关系数，用来评价全自动气压固结仪试验数据的可靠性。

（1）压缩模量。黏土、粉质黏土和粉土在两种方法下的压缩模量对比图分别见下图1、图2和图3（黏土压缩模量对比图见图１、粉质黏土压缩模量对比图见图2、粉土压缩模量对比图见图3）。

图1 黏土压缩模量对比图

图2 粉质黏土压缩模量对比图

图3 粉土压缩模量对比图

（2）孔隙比。黏土、粉质黏土和粉土在两种方法下的孔隙比对比图分别见下图4、图5和图6（黏土孔隙比对比图见图４、粉质黏土孔隙比对比图见图5、粉质黏土孔隙比对比图见图6）。

图4 黏土孔隙对比图

图5 粉质黏土孔隙比对比图

图6 粉土孔隙对比图

3. 相关系数计算。选取压缩模量和孔隙比两个指标，分别计算黏土、粉质黏土和粉土的同一件土样在两种方法下的相关系数，计算结果如下表1（相关系数计算表见表1）。

湿陷性黄土地基地湿陷等级 表1

（4）可靠性评价。根据压缩模量对比图图1—图1和孔隙水对比图图4—图6发现，试验数据偏差较小，偏差范围基本稳定且无趋势性漂移，参考相关系数计算表表1，说明两种试验结果相关性较强。综合判断全自动气压固结仪试验结果满足精度要求，试验结果是准确、可靠的，可满足后期工程设计的需要。

结语

（1）全自动气压固结仪提高了试验精度，缩小了相对误差，减少了随机误差，提高了工作效率，减轻了试验人员的劳动强度，降低了试验成本。（2）通过对试验结果对比分析，全自动气压固结仪试验结果是准确、可靠的。（3）随着科技进步和社会发展，试验仪器和应用软件也会进一步完善和提高，从而更好地为工程建设服务。

参考文献：

[1]夏亮，金龙.热工调试自动化系统的可靠性探讨和分析[J].名城绘，2020,000(001):P.1-1.