一种原位测试试验设备的现场标定方法

摘要

本发明提供了一种原位测试试验设备的现场标定方法，包括1.原位测试试验设备的室内标定与修正，符合室内标定要求的原位测试试验设备为待检测设备；2.待检测设备的现场标定与修正：寻找适合现场标定的标准试验场、在标准试验场内对待检测设备进行现场标定、判断待检测设备是否符合现场应用要求、判断不符合现场应用要求的待检测设备是否符合现场标定要求和设备的精度检测。本发明提供的标定方法可以减少了受力方式与实际作业过程中在土体中的受力方式的差距，从而提升了原位测试试验设备标定的测试精度，避免了后续工程的设计施工困难，工程造价增大，工程建设的安全性减少等问题；具备相应的标定设备，并提供标准的试验场地进行设备实际应用的试验研究，这为新原位测试技术与试验设备的研究研发带来了便利，同时节省了原位测试技术与试验设备的研发成本，加快了研发速度。

权利要求

1.一种原位测试试验设备的现场标定方法，其特征在于，包括如下几个步骤：S1、原位测试试验设备的室内标定与修正：S1‑1、使用适用于原位测试试验设备的传感器标定装置对试验设备的传感器进行标定：将原位测试试验设备安置于传感器标定装置上，通过标定装置向原位测试试验设备施加可实时读取的荷载值a；

S1‑2、将施力荷载值a与原位测试试验设备上的读取的测量值b进行对比：设置可允许误差范围为x，计算施力荷载值a与原位测试试验设备上读取的测量值b之间的误差值，若误差值范围在x之内，则原位测试试验设备符合室内标定的要求；

符合室内标定要求的原位测试试验设备为待检测设备；

S2、待检测设备的现场标定与修正：

S2‑1、寻找适合现场标定的标准试验场：试验场具备原位测试试验基础，对待检测设备所需测试的土体参数有了标准的分布曲线，即待检测设备的标准曲线，且试验场保持原位状态未受明显干扰；

S2‑2、在标准试验场内对待检测设备进行现场标定：将待检测设备贯入试验场土层，随着贯入深度的增加按读数要求每间隔一定深度读取测试参数，将待检测设备获得的测量值随贯入深度变化的测试曲线与标准试验场原位测试试验设备的标准曲线进行对比；

S2‑3、判断待检测设备是否符合现场应用要求：在测试曲线与标准曲线的同一贯入深度值上，分别读取测试曲线上的数值为c，标准曲线上的数值为d，计算两数值之间的误差值为z；

设整个标定的贯入深度范围内在相同间隔的深度值处共有n个误差值，分别读取测试曲线与标准曲线的数值并计算两数值之间的n个误差值，计算总误差值Z，设置单个深度处的误差值允许范围为y，总误差值允许范围为Y；若在误差值允许范围y之外的误差值数量在总数n的5%以内，且总误差值Z在总误差值允许范围Y内，则认为待检测设备符合现场应用要求；否则，则认为待检测设备不符合现场应用要求；

S2‑4、判断不符合现场应用要求的待检测设备是否符合现场标定要求：利用曲线拟合方法，对n个随着深度变化的误差值进行曲线拟合，设拟合曲线为yz=f(x)，yz为拟合值，x为深度，设置拟合优度允许范围；若存在误差值拟合曲线的拟合优度在允许范围内，则认为随深度变化的误差值拟合曲线与标准曲线之间存在相关性，待检测设备符合现场标定要求；否则，则认为待检测设备不符合现场标定要求，无法投入现场应用；

符合现场标定要求的待检测试设备，深度x处的误差值z减去误差值拟合曲线上同一深度的拟合值后获得修正后的误差值z1，即z1=z‑f(x)；重复步骤S2‑3，拟设新的n个误差值和总误差值Z1，若修正后的误差值z1在误差值允许范围y之外的误差值数量在总数n的5%以内，且总误差值Z1在总误差值允许范围Y内，则认为待测设备符合现场应用要求；

符合现场应用要求的待检测设备为试验设备；

S2‑5、试验设备的精度检测：以试验设备满足现场应用要求时其测试曲线与标准曲线的误差情况判断试验设备的精度，当满足误差值允许范围的误差值数量和曲线整体误差值均越小，则认为试验设备检测精度越高，根据标准试验场的标准曲线精度进行人为划分具体精度，进一步对满足不同精度的试验设备划分可投入使用的不同工程应用类型。

2.根据权利要求1所述的一种原位测试试验设备的现场标定方法，其特征在于，所述步骤S2‑2中，所述标准试验场原位测试试验设备的标准曲线中的原位测试试验设备是指：与待检测设备所需测试的土体参数一致的原位测试试验设备。

3.根据权利要求2所述的一种原位测试试验设备的现场标定方法，其特征在于，所述步骤S2‑2中，选取贯入深度值为D/4、D/2、D、2D、4D，分别在测试曲线与标准曲线上读取贯入深度值在D/4、D/2、D、2D、4D时的土体参数数值，并依次计算贯入深度值在D/4、D/2、D、2D、4D时，测试曲线上土体参数数值与标准曲线上土体参数数值之间的误差值。

4.根据权利要求3所述的一种原位测试试验设备的现场标定方法，其特征在于，所述步骤S2‑4中，曲线拟合方法包括数据误差分析、线性拟合和数学几何方法。

说明书

一种原位测试试验设备的现场标定方法

技术领域

[0001] 本发明属于岩土工程领域，具体的是一种原位测试试验设备的现场标定方法。

背景技术

[0002] 随着岩土工程的不断发展，以静力触探为主要技术代表的原位测试技术由于具有测试快速、无需取样、可连续作业、测试数据量大、对土的扰动小、所测数据更贴近土体原始
参数等优点而受到大力发展。伴随着现代多功能原位测试技术的研究不断深入，对应的原
位测试技术理论与试验设备也趋向于多元化。但是目前对于新的原位测试技术理论和新的
试验设备却缺乏更加规范标准的试验场地用于检验其实际应用效果。以孔压静力触探技术
为例，其测试探头的标定方法通常是在室内采用孔压静力触探率定仪对探头测试部位施加
循环荷载以测试探头内力值传感器的读数是否存在误差。然而在实际作业过程中，设备贯
入土层时会受到周边土体的围压等更为复杂的受力情况。显然，该标定方法具有较大的局
限性，其受力方式与实际作业过程中的受力方式差距较大。

[0003] 因为受力方式不同，室内标定只通过传力给传感器进行了标定，这只能证明设备的标定传力路径和传感器不存在问题，但是无法评估设备整体是否满足要求，比如设备存
在磨损，若该磨损并未对标定时的传力路径造成影响，但是在土层中整体受力时由于磨损
就可能造成侧壁摩擦力出现误差。另外这些设备内部构造的影响是无法在室内标定试验时
测试出来的，但却会导致设备在作业时出现问题，严重者将影响后续工程的设计施工，增大
工程造价，威胁到工程的安全性。

[0004] 同时，新研发的原位测试试验设备往往不具备相应的标定设备，并缺乏标准的试验场地进行设备实际应用的试验研究，这将大大限制新型原位测试技术和设备的研究研发
速度，并增加实际应用研究时所花费的试验成本。而在一个土层分布相对均匀的试验场地
内，标准的试验设备多次测得的原位测试试验参数随着深度的变化曲线会呈现出很大的相
似曲线，如果以此获得标准测试曲线，则对待检测试验设备在实际应用效果评估具有重要
意义。

[0005] 综上所述，建立一种原位测试试验设备的现场标定方法对具有研究与应用意义，有利于新设备的研发应用，提升设备的测试精度，延长不易室内标定的设备的服役年限。

发明内容

[0006] 本发明提供了一种原位测试试验设备的现场标定方法，用以解决原位测试试验设备缺少实际应用效果的现场标定评估方法的问题。

[0007] 本发明解决上述技术问题采用的技术方案为：

[0008] 一种原位测试试验设备的现场标定方法，包括如下几个步骤：

[0009] S1、原位测试试验设备的室内标定与修正：

[0010] S1‑1、使用适用于原位测试试验设备的传感器标定装置对试验设备的传感器进行标定：将原位测试试验设备安置于传感器标定装置上，通过标定装置向原位测试试验设备
施加可实时读取的荷载值a；

[0011] S1‑2、将施力荷载值a与原位测试试验设备上的读取的测量值b进行对比：设置可允许误差范围为x，计算施力荷载值a与原位测试试验设备上读取的测量值b之间的误差值，
若误差值范围在x之内，则原位测试试验设备符合室内标定的要求；

[0012] 符合室内标定要求的原位测试试验设备为待检测设备；

[0013] S2、待检测设备的现场标定与修正：

[0014] S2‑1、寻找适合现场标定的标准试验场：试验场具备原位测试试验基础，对待检测设备所需测试的土体参数有了标准的分布曲线，即待检测设备的标准曲线，且试验场保持
原位状态未受明显干扰；

[0015] S2‑2、在标准试验场内对待检测设备进行现场标定：将待检测设备贯入试验场土层，随着贯入深度的增加按读数要求每间隔一定深度读取测试参数，将待检测设备获得的
测量值随贯入深度变化的测试曲线与标准试验场原位测试试验设备的标准曲线进行对比；

[0016] S2‑3、判断待检测设备是否符合现场应用要求：在测试曲线与标准曲线的同一贯入深度值上，分别读取测试曲线上的数值为c，标准曲线上的数值为d，计算两数值之间的误
差值为z；

[0017] 设整个标定的贯入深度范围内在相同间隔的深度值处共有n个误差值，分别读取测试曲线与标准曲线的数值并计算两数值之间的n个误差值，计算总误差值Z，设置单个深
度处的误差值允许范围为y，总误差值允许范围为Y；若在误差值允许范围y之外的误差值数
量在总数n的5%以内，且总误差值Z在总误差值允许范围Y内，即则认为待检测设备符合现场
应用要求；否则，则认为待检测设备不符合现场应用要求；

[0018] S2‑4、判断不符合现场应用要求的待检测设备是否符合现场标定要求：

[0019] 利用曲线拟合方法，对n个随着深度变化的误差值进行曲线拟合，设拟合曲线为yz=f(x)，yz为拟合值，x为深度，设置拟合优度允许范围；若存在误差值拟合曲线的拟合优度
在允许范围内，则认为随深度变化的误差值拟合曲线与标准曲线之间存在相关性，待检测
设备符合现场标定要求；否则，则认为待检测设备不符合现场标定要求，无法投入现场应
用；

[0020] 符合现场标定要求的待检测试设备，深度x处的误差值z减去误差值拟合曲线上同一深度的拟合值后获得修正后的误差值z1，即z1=z‑f(x)；重复步骤S2‑3，拟设新的n个误差
值和总误差值Z1，若修正后的误差值z1在误差值允许范围y之外的误差值数量在总数n的5%
以内，且总误差值Z1在总误差值允许范围Y内，则认为待测设备符合现场应用要求；

[0021] 符合现场应用要求的待检测设备为试验设备；

[0022] S2‑5、试验设备的精度检测：以试验设备满足现场应用要求时其测试曲线与标准曲线的误差情况判断试验设备的精度，当满足误差值允许范围的误差值数量和曲线整体误
差值均越小，则认为试验设备检测精度越高，根据标准试验场的标准曲线精度进行人为划
分具体精度，进一步对满足不同精度的试验设备划分可投入使用的不同工程应用类型。

[0023] 进一步地，所述步骤S2‑2中，所述标准试验场原位测试试验设备的标准曲线中的原位测试试验设备是指：与待检测设备所需测试的土体参数一致的原位测试试验设备。

[0024] 进一步地，所述步骤S2‑2中，标准试验场原位测试试验设备的标准曲线是指：标准试验场具备了大量原位测试试验基础，对待检测设备所需测试的土体参数已经在一定深度
内有了标准的分布曲线，即待检测设备的标准曲线。

[0025] 进一步地，所述步骤S2‑2中，选取贯入深度值为D/4、D/2、D、2D、4D，分别在测试曲线与标准曲线上读取贯入深度值在D/4、D/2、D、2D、4D时的土体参数数值，并依次计算贯入
深度值在D/4、D/2、D、2D、4D时，测试曲线上土体参数数值与标准曲线上土体参数数值之间
的误差值。

[0026] 进一步地，所述步骤S2‑4中，曲线拟合方法包括数据误差分析、线性拟合和数学几何方法。

[0027] 与现有技术相比，本发明的有益效果为：

[0028] 1．提供了一种原位测试试验设备的现场标定方法，减少了受力方式与实际作业过程中在土体中的受力方式的差距，从而提升了原位测试试验设备标定的测试精度，避免了
后续工程的设计施工困难，工程造价增大，工程建设的安全性减少等问题。

[0029] 2．具备相应的标定设备，并提供标准的试验场地进行设备实际应用的试验研究，这为新原位测试技术与试验设备的研究研发带来了便利，同时节省了原位测试技术与试验
设备的研发成本，加快了研发速度。

附图说明

[0030] 图1为本发明提供的一种原位测试试验设备的现场标定方法的工作流程示意图。

具体实施方式

[0031] 为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更加全面的描述，附图中给出了本发明的若干实施例，但是本发明可以通过不同的形式来实现，并不限于文本所
描述的实施例，相反的，提供这些实施例是为了使对本发明公开的内容更加透彻全面。

[0032] 如图1所示，一种原位测试试验设备的现场标定方法，包括如下几个步骤：

[0033] S1、原位测试试验设备的室内标定与修正：

[0034] S1‑1、使用适用于原位测试试验设备的传感器标定装置对试验设备的传感器进行标定：将原位测试试验设备安置于传感器标定装置上，通过标定装置向原位测试试验设备
施加可实时读取的荷载值a；

[0035] S1‑2、将施力荷载值a与原位测试试验设备上的读取的测量值b进行对比：设置可允许误差范围为x，计算施力荷载值a与原位测试试验设备上读取的测量值b之间的误差值，
若误差值范围在x之内，则原位测试试验设备符合室内标定的要求；

[0036] 符合室内标定要求的原位测试试验设备为待检测设备；

[0037] S2、待检测设备的现场标定与修正：

[0038] S2‑1、寻找适合现场标定的标准试验场：试验场具备原位测试试验基础，对待检测设备所需测试的土体参数有了标准的分布曲线，即待检测设备的标准曲线，且试验场保持
原位状态未受明显干扰；

[0039] S2‑2、在标准试验场内对待检测设备进行现场标定：将待检测设备贯入试验场土层，随着贯入深度的增加按读数要求每间隔一定深度读取测试参数，将待检测设备获得的
测量值随贯入深度变化的测试曲线与标准试验场原位测试试验设备的标准曲线进行对比；

[0040] S2‑3、判断待检测设备是否符合现场应用要求：在测试曲线与标准曲线的同一贯入深度值上，分别读取测试曲线上的数值为c，标准曲线上的数值为d，计算两数值之间的误
差值为z；

[0041] 设整个标定的贯入深度范围内在相同间隔的深度值处共有n个误差值，分别读取测试曲线与标准曲线的数值并计算两数值之间的n个误差值，计算总误差值Z，设置单个深
度处的误差值允许范围为y，总误差值允许范围为Y；若在误差值允许范围y之外的误差值数
量在总数n的5%以内，且总误差值Z在总误差值允许范围Y内，即则认为待检测设备符合现场
应用要求；否则，则认为待检测设备不符合现场应用要求；

[0042] S2‑4、判断不符合现场应用要求的待检测设备是否符合现场标定要求：

[0043] 利用曲线拟合方法（包括数据误差分析、线性拟合和数学几何方法），对n个随着深度变化的误差值进行曲线拟合，设拟合曲线为yz=f(x)，yz为拟合值，x为深度，设置拟合优
度允许范围；若存在误差值拟合曲线的拟合优度在允许范围内，则认为随深度变化的误差
值拟合曲线与标准曲线之间存在相关性，待检测设备符合现场标定要求；否则，则认为待检
测设备不符合现场标定要求，无法投入现场应用；

[0044] 符合现场标定要求的待检测试设备，深度x处的误差值z减去误差值拟合曲线上同一深度的拟合值后获得修正后的误差值z1，即z1=z‑f(x)；重复步骤S2‑3，拟设新的n个误差
值和总误差值Z1，若修正后的误差值z1在误差值允许范围y之外的误差值数量在总数n的5%
以内，且总误差值Z1在总误差值允许范围Y内，则认为待测设备符合现场应用要求；

[0045] 符合现场应用要求的待检测设备为试验设备；

[0046] S2‑5、试验设备的精度检测：以试验设备满足现场应用要求时其测试曲线与标准曲线的误差情况判断试验设备的精度，当满足误差值允许范围的误差值数量和曲线整体误
差值均越小，则认为试验设备检测精度越高，可以根据标准试验场的标准曲线精度进行人
为划分具体精度，进一步可以对满足不同精度的试验设备划分可投入使用的不同工程应用
类型。

[0047] 优选的，选取贯入深度值为D/4、D/2、D、2D、4D，分别在测试曲线与标准曲线上读取贯入深度值在D/4、D/2、D、2D、4D时的土体参数数值，并依次计算贯入深度值在D/4、D/2、D、
2D、4D时，测试曲线上土体参数数值与标准曲线上土体参数数值之间的误差值。

[0048] 需要说明的是，步骤S1中，室内标定与修正采用《孔压静力触探测试技术规程T/CCES 1‑2017》等孔压静力触探测试技术的相关行业标准中的标定试验流程和设备标定要
求。

[0049] 需要说明的是，原位测试试验设备标定的种类与获取的参数较多，在对原位测试试验设备进行现场标定时，需要选择在与原位测试试验设备符合的试验场内进行标定。如：
用于孔压静力触探的原位测试试验设备，选择在具备孔压静力触探的标准曲线的试验场进
行标定，获取的参数为锥尖阻力、侧壁摩阻力与孔隙水压力。具备孔压静力触探的标准曲线
的试验场保持原位状态未受明显干扰。

[0050] 上述具备孔压静力触探的标准曲线是指：具备孔压静力触探的标准试验数据曲线的标准试验场具备了大量原位测试试验基础，对待检测设备所需测试的锥尖阻力、侧壁摩
阻力与孔隙水压力已经在一定深度内有了标准的分布曲线，即待检测设备的标准曲线。

[0051] 为了便于理解与验证上述修正方法的可行性，在此以深度参数修正进行具体实例进行说明。孔压静力触探设备的深度参数获取一般采用的深度编码器获得，其与探头分开
工作，因此当探头出现倾斜时需要进行深度修正。但是当探头内部的倾斜传感器自身出现
问题时，会出现倾斜角但事实是探头并未倾斜，此时对深度采用倾斜角修正会使得深度变
小。而通过和标准测试数据曲线进行对比时就能快速发现深度存在误差，通过对曲线沿深
度进行简单的几何放大分析即可确定深度的误差，从而对深度参数完成了标准化修正。因
为不同误差引起的曲线变化不同，但只要可推出其影响与深度具有相关性即可推导出修正
方法，实际中由于影响因素较多，可以将误差统一为一种随深度变化的参数修正模型，可以
是线性函数，指数函数等形式，通过拟合出误差与深度的关系曲线，即可获得相应的修正公
式。

[0052] 应当明白，所有能够获得随深度变化的标准测试数据曲线的原位测试试验，其试验设备的现场标定方法都能与之类似，本专业的技术人员依据本发明实施例可以轻松获得
此类其他原位测试试验设备的标定方法。

[0053] 最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技
术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明
的权利要求范围当中。