如何减少误差：有效措施详解

1）提高测量技术

从钻孔、安装、粘贴电阻丝应变片，直到套钻解除、测量读数等，每道工序必须严格按规程进行操作和检验，并将检验数据、发现的问题及时记载，以备资料整理分析时参考。对于测量设备和二次仪表本身的误差也应重视，经常检查。对试验操作人员必须培训，在现场测量前，必须进行预备性操作试验，参加操作的人员必须同心协力相互配合。

2）在测试技术上采用测读解除应变全过程的方法

解除应变全过程测量是判断实测成果的准确性和取舍实测数据的重要依据。衡量测量成果的可靠性，首先对解除应变全过程曲线进行分析，如果不符合变化规律，在资料整理中把它舍弃，甚至整个测点不被录用。例如图3-31是国内某工程实测的解除应变全过程曲线，由图可知，解除应变全过程曲线均包含3个阶段，即在测量断面前的渐变阶段，接近测量断面的突变阶段和过测量断面深径比（解除深度和套钻孔直径之比）为0.8之后的稳定阶段，符合理论分析，也与国内外类似方法的成果一致，所以这一测点的12个应变观测值都认为可以参加资料整理。

图3-31　某工程Ⅲ-7.53m测点解除应变全过程曲线

3）在资料整理上采用数理统计方法［41］

要获得高精度的测量成果，首先要完善测量技术，准确无误地测读数据，其次要有一个先进的资料整理方法。在资料整理上采用数理统计的最小二乘法原理和误差分析方法，区分并舍弃测量残差较大的观测值，使最后推算的地应力的可靠性更大。

为更有利运用数理统计方法，尽可能增加观测值的数量，CJS-1型钻孔三向应变计，将通常采用9片电阻丝应变片增至12片。这样可得到12个观测值方程，解6个未知应力分量，扣除线性相关的方程，就有324种有效组合计算。它同9片应变片方案的有效计算组合数比较如表3-16所示。由表3-16可知，当全部观测值参加统计计算时，12片方案比9片方案的有效计算组合数多17倍，当应变片有两片失效或被舍弃，9片方案就可能无解，而12片方案仍有33～162个有效计算组合数。

表3-16　12片和9片应变片两种布置形式的求解应力分量组合数的比较

整个实测数据资料整理在电子计算机上进行，计算结果以表格形式输出，包括原始数据，被舍弃观测值的编号，观测值的标准误差，各观测值的残差，地应力的6个应力分量，最大和最小水平主应力及其方向，地应力的3个主应力及其倾角和方位角。在这些数据处理中，对测量过程中有异常现象或误差较大不合理的观测值，可以人工干预，在键盘上予以舍弃，否则计算机将自动舍弃残差最大的1个观测值。然后对剩余的观测值，继续按最小二乘法原理重新处理。如此反复筛选，直至最后剩下与线性无关的6个观测值方程为止。计算机输出的计算结果表参阅本章第7节工程应用实例表3-23。

4）弹性常数采用现场测定的方法

实测数据资料整理所需的弹性常数采用围压加载试验在现场进行测定。围压加载试验是对被套钻解除后的岩心（内含应变计）在均匀受压条件下进行加载试验。CJS-1型钻孔三向应变计配套的围压加载器如图3-32所示，某工程围压加载试验曲线如图3-33所示。

图3-32　围压加载试验装置(https://www.xing528.com)

（a）受压筒 （b）岩心
1-螺栓 2-进出油嘴 3-盖板 4-橡皮囊 5-应变计探头 6-岩心

图3-33　某工程的围压加载试验曲线

由图3-33可知，围压加载试验的轴向应变εz（ε1，ε5，ε9）仍占相当大的比重，因此弹性模量的计算在应力应变关系中以不作弹性平面问题处理为宜，但切向应力σθ仍采用弹性平面问题的厚壁圆筒理论。取切向应变（ε3，ε7，ε11）和轴向应变测值作为计算基准，斜向应变测值作为检验。应力应变关系为

E·εθ=σθ-μσz

E·εz=σz-μσθ

联立两式消去不确定的轴向应力σz，解得弹性模量［32］

式中：切向应力σθ根据弹性平面问题的厚壁圆筒理论得到

式中：rH为岩心外缘半径，rB为岩心内缘半径。对CJS-1型钻孔三向应变计，rH=56.5mm，rB=23.5mm，因此σθ=2.418 4P。

围压加载试验，不仅是用作对被解除岩心进行现场弹性常数的测定，同时也可根据加载试验曲线评判在套钻解除中所测得的解除应变观测值的可靠程度，也可对解除应变观测值作一些必要的修正。由于围压加载试验是紧接套钻解除后在现场进行的，应变片的粘贴、温度补偿、防潮等条件均与解除过程中情况相同，所以可以根据围压加载试验情况对套钻解除时所测得的解除应变观测值进行鉴定。如果一次成功的测量，围压加载试验曲线能较好满足：①线性好；②重复性好；③斜向应变测值与轴向应变测值、切向应变测值的关系，根据点应变关系

εA=εzcos2φ+εθsin2φ

应该满足：

根据围压加载试验资料，对解除应变观测值进行修正，详见本章第7节工程应用实例。