巧用Excel软件处理击实试验数据并绘制曲线效果图

1、巧用Excel软件处理击实试验数据并绘制曲线效果图永利（生产建设兵团农二师勘测库尔勒市841000）【摘要】应用Excel对击实试验数据成果进行简化处理，绘制击实曲线图，并利用Excel强大的分析计算功能，求解出曲线的趋势方程及相关系数，进一步求解出最优含水率和最大干密度，简化了绘制曲线的烦琐工作，同时减少手工绘图的误差。本文对此作了详细介绍。【关键词】Excel击实试验曲线饱和趋势方程相关系数最大干密度最优含水率饱和度1前言土的击实试验是衡量土的压实性的一项很重要指标，在铁路、公路、桥梁、机场、水利（水库坝体）等工程建设的填方地基设计中都是必不可少的。此外，土的渗透、压缩、剪切等试验在一定程

2、度上又是由击实试验来控制的。所以击实试验的成果对设计、施工以至于工程造价都会带来影响。土在外力作用下（碾压或夯实），孔隙度变小，密度增加，强度提高，压缩性及渗透性降低，使土的工程性质得到改善。而土的压实性就是指在一定的含水量条件下，以人工或机械的办法，使土能够达到某种密实程度的性能。土的压实强度与含水量、压实功能和压实方法有着密切的关系。当压实功能和压实方法不变时，则土的干密度随含水量的增加而增加；当干密度达到某一最大值后，含水量的继续增加反而使干密度减小。此时干密度的最大值称为最大干密度，其相应的含水量称为最优含水量。击实试验的目的，就是模拟工地压实条件，用标准击实的方法，测定在某种压实功能

3、下土的含水量和干密度的关系，确定土的最优含水量和相应的最大干密度，以求用最小的压实功能，得到符合工程要求的密实度。*BCB!需常！怎盂！.也1气尊I*于;M上”rg平s.nli图1击实试验计算和曲线效果图长期以来，工作在试验场所的技术人员面对大量击实试验数据，采用手工描点，曲线尺绘图的办法，不仅工作量大烦琐，并且极易受个人因素影响，得出的试验结果可信度比较差，不同程度地困绕着工程技术人员。目前计算机已经普及，但专业绘制击实效果图的软件并不多见，且有的软件在输入数据时相对较为复杂。若使用AutoCAD绘制，由点连线，既不精确也很麻烦。笔者利用Excel处理试验数据，并绘制击实曲线图（该图为矢量图

4、，可任意放大缩小，便于试验人员对比观察），最终求解出试验结果。利用Excel表格还可以对试验中的异常值加以分析补充或剔除。本文介绍了这一方法和操作过程，抛砖引玉，请同行指点。本文实例是采用南实处型击实仪（定体积法）对粒径小于5mm的土样试验后所得数据的分析处理。其他类型土的物理力学数据，可采用公式校正的方法，达到试验目的。2数据的采集与输入首先新建Excel文件，制作各种表头项目，如图1所示。别图3选择曲线类型利用Excel的表格功能输入表头“击实试验计算&曲线效果图”，居中后设定字体大小并合并单元格(以下类似)。在表头下方各行分别输入调配含水量(%)、干密度、土的饱和含水率(%)、湿密度、击

5、实筒+土重(g)、击实筒体积(cm3)、土的比重等。其他表项如图依次类推。制作完后输入本试验中的常量，如筒的重量、体积，水的密度等，再输入试验所得土的比重，不同调配含水量及其相应的击实筒+土重。然后根据公式：TOC o 1-5 h z湿密度=(击实筒+土重)-击实筒重)/击实筒体积(1)如表中B7=(B8-B9)/B10干密度二湿密度/(1+0.01X调配含水量)(2)如表中B5二B7/(1+B4X0.01)土的饱和含水率=(4C水的密度/土的干密度-1/土样比重)X100(3)如表中B6=(E10/B51/E9)X100其余的相应表格项可按住Ctrl键用鼠标拖动的办法依次产生或输入类似公式。

6、3绘制曲线效果图干密度和含水率的关系曲线图2选取图形类以含水率为横坐标，干密度为纵坐标准备绘图。选取插入f图表向导（或常用工具栏的图表向导）兀f（图表向导-4步骤之1-图表类型。如图2所示）XY散点图f平滑线散点图f下一步（图表向导-4步骤之2-图表源数据。如图3、图4所示）f数据区域。在空白区域中用鼠标框选B4：G5或输入二Sheet1!$B$4：$G$5；系列产生在选行下一步（图表向导-4步骤之3-图表选项图5）。图表标题（T）输入击实试验计算&曲线效果图；数值x轴（A）输入含水量3（%）,y轴（V）输入干密度pd（g/cm3）；坐标轴数值x轴（A）、数值y轴（V）多选框中全打V；图6网格

7、线中数值（x）轴、数值（y）轴的主要网格线和次要网格线多选框中可模拟米格纸全打V;图例中显示图例可依据喜好或图形位置分别选择底部、右上角等；数据标志中可以选择散点的Y值或X值或系列名称或兼而选择，这主要依据最后形成图形的大小。例如以A4图纸摆放，则最好选Y值或X值中其一为好，其余依据最终显示可要可不要。下一步（图表向导-4步骤之4-图表位置。如图7示）选择，将图表作为对象，插入前的单选框打0,选择相应的工作表，当然也可作为新工作表插入。以上步骤在图表生成后,亦可在图形上选鼠标右键相应选项修改或添加。曲线趋势方程的生成与求解综观曲线类型（图4、图5），结合长期以来我们用米格纸描图拟合曲线求最大干

8、密度和最优含水率的经验，不难发现该曲线在坐标系中成钟式分布。我们在试验中忽略其他因素如试验仪器、方法、击实作工等不计，理想状态下的曲线（在峰值附近）应为:曲线f（x）在值为a,b的区间满足二项式y=f（x）=ax2+bx+c（其中a0）。在此基础上，我们可在曲线上点鼠标右键选取添加趋势线（R）（图8）,在类型子菜单中选多项式（P）阶数为2（图9）；选项子菜单中分别设定趋势线名称（自定如击实试验曲线趋势方程或选自动设置）（图10）；趋势预测中前（后）推单位可在0.5个单位调整，如果单位变动，纵坐标也会随之调整。单位调整后图形“胖瘦”会发生明显变化。设置截距(S)中一般不选，显示公式(E)及显示R

9、平方值(R)前的多选框打丿(如图10所示)。ijjlvmj.-railTuqi：iIimaI1-住津bU|口rlimEG3EH.2fJhuri*.1=1-1iiI|卩開。比nilffHH-AffR-1WJ-BtMHiItM飓；茁IBKCfflf-QIMm頊械空Ria合笛殆MiEK?EtfEXE4KUmtnhn戈Pl-r图6选择坐标类型图4典线类型图a图5典线类型图b7选择工作表E?SJduJpMi伽mF?SNS甲eWMZ口IS盘环KgIfulMLBLSMiyhWOI_31BtHE里IUdMifiMSiMidID图8添加趋势线图9选多项式阶数点击确定即生成饱和曲线图(图11)。图形生成后在图表区

10、点击鼠标右键，可选取数据系列格式和趋势线格式，并进一步设置图形线条、类型、颜色等。SJflBiKK图10设定趋势线名称图11饱和曲线图t知l显wWNBfKMl首i岡玄歼药aHDI石3；WJW*LWIUMMSI&F(!Uftik厂jj:占畀册卄Tt雷枕汽!RS圈舄y难n衍血説野:jS叭EHrrw-WTiITUErrtuHMK*|罔u0却皿1*|nrn1?1KJ|专盂怦亍宅wrtSwnrrHv.o|-xuHii!ehdijMi:爾釦画Ii.jw1i图12选取源数据图13饱和曲线参数设置表对于生成的多项式方程，参数a、b、c及方程式分别填入图1所示的B11、C15、C16、C17等单元格。根据二次多

11、项式的规律，此时峰值处有x=-b/2a(5)y=ax2+bx+c=aX(-b/2a)2+bX(-b/2a)+c(6)即在C18、C19单元格中，f(x)二分别为二-D15/(2*C15)和二C15*F15V+D15*F15+E15。最后把得到的结果值分别到经过处理的D16和H16两个单元格中。在图10截距(S)一栏中，其选择值会影响图形中击实曲线及其趋势线峰值处的拟合程度。本例中若取截距0.5，图形峰值处的拟合会好一点，生成的结果分别如下：y=-0.0054x2+0.154x+0.7179(趋势方程)(7)R2=0.9844(相关系数)最优含水量(%)sop=1426最大干密度(g/cm3)p

12、dmax=1.816(不选设置截距(S)项)y=-0.0065x2+0.1852x+0.5(趋势方程)(8)R2=0.9456(相关系数)最优含水量(%)sop=1425最大干密度(g/cm3)Pdmax=1.819(选设置截距(S)项，设置截距为0.5时)通过比较发现，不选择设置截距(S)与选择设置截距(S)所得出的最优含水量、最大干密度差异不大，在施工中基本可以忽略，不选设置截距(S)的相关系数也比选设置截距的相关系数要好。当改变截距时，对于峰值的重合性要好一些。制作饱和曲线因为成图在同一个坐标系中，因此制作饱和曲线时可直接在图11的基础上，于图表区点击鼠标右键选取源数据(图12)，确定选

13、取系列子项目，设置好曲线名称、X值和Y值的区域(可用鼠标拖选或输入绝对路径)，如图13所示。经过上述各步骤，我们基本完成了击实试验曲线图、趋势线及饱和曲线的制作，并拟合出两种曲线的趋势方程，完成对最大干密度、最优含水量的求解，最终生成的试验结果图表模拟打印如图14所示。由或讨期Ul述加JTJ：曲田J-J-.l:4I-.、0ii*4，-riAH1W.AXJ_?1BAAC19.fd.i.TU15丄.T1MlXV:Crf1-J.9ji.ii：*H1L.+r.LI_5:fl?JKii.-；zir._-l.tavTllRL“FLVnn*?-.IZtillVfc-；-M-lfT：MiX.UVA-.fc：-

14、T4H171UrflCl1U.1IBri:j-.-j-.-T.-t:AUWLfJ-.41AZ.rJxC1T：-ll-JLT-1：2出M,.10niW44*亠.-WIJr.-ILKipjn.rIJJi.iU.i.iTni.-LI*1.La虫丄ir.iirPihir11-.rr-hi.tiitl-Mr.-v.*jr:.-r-Pr-.：-.-kMrAA亠J：*rTiriiF.ifiF-.-1iTi*UDCWrr*iJ工气.JaKIHa:V；MAi：1-1-u-i:“亠.-7.iJir:a.!I-!tfrEFiiIHtti展H.=ED14击实试验成果打印图表4小结击实试验由于资料处理烦琐，一向被试验人员所头疼。利用Excel可以充分发挥其强大的制表、公式计算和绘图功能（由于其图形具有矢量化性能，从而为进一步微观查看图表参数、修正试验误差和补充试验数据提供了方便），通过图形反推出趋势线及趋势方程，从而把图解功能转化为数解模块，为试验人员准确处理试验数据提供可行性，同时也减少了试验人员间的可比性和试验室误差。而且用本方法所建立的表格系统完全可以模板化，试验人员仅需将所得原始数据，填入相应的表格中即可生成图表。生成的图表只需稍作格式调整，即可以清晰方便地浏览并存档，解决了长期以来困扰试验人员的一大难题。5注意事项由于拟合的二次方程仅在一定的