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[经验体会]固结试验中压缩模量的测量误差及产生原因讨论 [复制链接]

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离线zzt2001
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只看楼主 倒序阅读 使用道具 楼主  发表于: 2017-12-11
— 本帖被 yanzi7023豆豆 从 综合讨论与精华区 移动到本区(2017-12-12) —

试验荷载在100~200kPa时，假设由于制样的径向和高度综合误差引起的百分表读数增大0.1mm（非土样固结变形引起的误差）。则压缩模量损失至20MPa以下（ΔEs=(200-100)×20/0.1/1000=20MPa，即得到的压缩模量值不可能大于20MPa）。考虑到百分表的极限分辨率为0.01mm，则理论上实测的压缩模量不可能大于200MPa。
从以上公式中可以看出，压缩模量的计算结果对百分表的分辨读数误差非常敏感， 同时由于制样的扰动，很容易导致非固结变形引起的轴向变形误差，从而引起压缩模量测量的严重误差。
讨论：如果将原试样高度20mm加大为60mm，则当制样的径向和高度综合误差引起的百分表读数增大0.1mm，则压缩模量损失至60MPa以下（ΔEs=(200-100)×60/0.1/1000=60MPa，即得到的压缩模量值不可能大于60MPa）。试验的误差会减小3倍。当然由于土样厚度的加厚，固结渗透时间将会呈H平方的延长，对于饱和的粉质粘土和粘土来说，试验时间将会大大延长。
按上述观点，预测如果把现有的固结试验仪器放大3倍，做出来的压缩模量将会大大接近准确值，试验误差降低3倍。（这个仅仅是预测，没有做过试验验证，因为现在还没有这样的土工试验仪器，需要自己加工。）
根据以上分析，我认为国家标准《土工试验方法标准》GB50123-1999中的标准固结试验，对于硬塑~坚硬的粘性土来说，压缩模量的实际试验误差偏差是非常大的，压缩模量往往严重偏小，从而导致地基基础沉降计算往往偏大，且根本算不准，不得不规定一个本身就变化很大的沉降计算修正系数，这个问题使得压缩模量和变形模量理论关系变成了摆设，同时影响了人们对土力学中的分层总和沉降计算基本理论的认可程度，在此希望能加以澄清和改进。
自从我毕业后在工作岗位近20年时间里，我一直被压缩模量和变形模量理论关系和实际结果的格格不入，以及分层总和法沉降计算这一土力学经典计算的误差及名不正言不顺的修正系数所困惑。我也相信有非常多的岩土和结构同行都会对这一现状感到迷惑或质疑。
我现在觉得这个问题现在已经豁然开朗了：主要原因就是标准固结试验方法规定不合理，导致压缩模量测不准！！！
经过讨论和争论，也许这个问题就简单归结为误差传递。有关测量基本原理和测量不确定度评价的问题。
对《土工试验方法标准》（GB50123-1999）规范的建议：固结试验，对硬塑-坚硬状态的土样，应该要明确规定非固结因素（干扰因素）导致的轴心变形的上限值，以免测量结果显著失真。（在这里我很好奇，固结试验标准中的试样高度20mm是谁拍脑袋拍出来的？为什么不取大一点点？）
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只看该作者 1楼 发表于: 2017-12-12
20年来没出问题
Welcome to beijing！
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只看该作者 2楼 发表于: 2017-12-12

读数造成的误差为0.5%。
楼主的话，压缩模量损失是什么含义？
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只看该作者 3楼 发表于: 2017-12-12
网上很多东西，堆积很多，很难仔细阅读！加之文字上错误较多，导致理解困难！
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只看该作者 4楼 发表于: 2017-12-12
上海地区的经验值

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离线zzt2001
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只看该作者 5楼 发表于: 2017-12-12
回 cdddd 的帖子
cdddd:读数造成的误差为0.5%。
楼主的话，压缩模量损失是什么含义？ (2017-12-12 09:47) 

1、1000是kPa换算为MPa的单位。
2、百分表读数增大0.1mm是指隐含在分母项∑Δhi+1 - ∑Δhi中的非固结因素引起的变形被百分表测到的值（因为这是不可知的，假定是增大了0.1mm，制样取样扰动引起的误差变形，不是固结引起的变形）
3、压缩模量损失，是一个通俗说法，比方说压缩模量真值是100（也是不可知的），实际测出的是55，那么就损失了100-55=45
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只看该作者 6楼 发表于: 2017-12-12
回 cdddd 的帖子
cdddd:上海地区的经验值 (2017-12-12 10:28) 

cdddd网友：您好。这个图片我看不懂。
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只看该作者 7楼 发表于: 2017-12-12
在加工固结试验样品时，用环刀切样后，上下两面要用钢丝刀或土工刀削平，这个加工是有误差的，跟个人有关：
1、环刀下压时会摆动，这样在径向上与环刀贴合的圆周会形成空隙或土体密度变化；
2、在环刀上下两面，可能会多消了一些土，也可能少消一些土，或者里面有些硬块消掉后留个小坑，再用土补起来。
3、取样、运输、开样时对土的扰动。
所有这些因素，可能会引起百分表读数的一个隐含误差项，但这个误差项具体是多少是不可知的！这个误差是真实存在的，但是通常被人们忽略。我猜测这就是压缩模量产生误差的原因。
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离线zzt2001
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只看该作者 8楼 发表于: 2017-12-12
我刚参加工作时，我们实验室做试验是很认真的，我们在现场取样也是很认真的，但是我印象中做出来的压缩模量最大少有超过20MPa的。包括长江中下游一带的工程性质非常好的坚硬下蜀土。这个土的变形模量应不止20MPa。

为什么压缩模量做不大，偏小的很多，这是一个奇怪的普遍问题。
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只看该作者 9楼 发表于: 2017-12-12
我试着推导误差传递公式，分析压缩模量计算误差跟哪些因素有关，欢迎指正。



在百分表读数从0.2到1.0变化情况下，误差传递是5倍变25倍，误差扩大了5倍。
在百分表读数从0.01+0.01=0.02到0.1+0.1=0.2的变化情况，可以算出误差传递是10倍变100倍，误差扩大了10倍。

从这里可以推理，越硬的土，固结变形量和制样误差相对越小，试验产生的误差会越大。
怎样减小压缩模量试验误差，是一个有现实意义的问题。但是我看一直没有解决这个问题。

不知道我的问题表述清楚没有？
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离线zzt2001
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只看该作者 10楼 发表于: 2017-12-12
还有一个误差源是固结仪器本身刚度是有限的，在对仪器进行校正时，需要用铁块代替土样，测出仪器固有的变形量，这个变形肯定不是铁块变形引起的，在低压时铁块可视为刚体，压缩模量为无穷大。
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离线cdddd
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只看该作者 11楼 发表于: 2017-12-12

200-100=100
100/5=20MPa
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