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自動(dòng)化技術(shù)在土工試驗(yàn)中的應(yīng)用

許永斌，楊大忠:

(江蘇省水文地質(zhì)工程地質(zhì)勘察院實(shí)驗(yàn)室，江蘇淮安223001)

      摘要土工試驗(yàn)在程設(shè)計(jì)和施工中具有十分重要的地位，由于土體本身特殊性，以及設(shè)備、人員、測(cè)試方法的綜合影響，湖試結(jié)果會(huì)產(chǎn)生偏差，其結(jié)果會(huì)最終導(dǎo)致設(shè)計(jì)的安會(huì)和可靠性。所以，在土工試驗(yàn)中采用自動(dòng)化技術(shù)，減少人員干預(yù)。增加數(shù)據(jù)的采集數(shù)量、按照標(biāo)準(zhǔn)的程序操作，對(duì)提高測(cè)試結(jié)果的可靠性，保證工程的安會(huì)性和穩(wěn)定性具有十分重要的意義。關(guān)鍵詞 土工試驗(yàn)；自動(dòng)化技術(shù)；趨勢(shì)

中圖分類號(hào)ru     文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A    文章編號(hào) 1673-9671-2011)101-0180-01

      土工試驗(yàn)在工程設(shè)計(jì)和施工中具有十分重要的地位。由于土體本身特殊性，以及設(shè)備、人員，測(cè)試方法的綜合影響，測(cè)試結(jié)果會(huì)產(chǎn)生偏差，其結(jié)果會(huì)最終導(dǎo)致設(shè)計(jì)的安全和可靠性。所以.在土工試驗(yàn)中采用自動(dòng)化技術(shù)，減少人員干預(yù)，增加數(shù)據(jù)的采集數(shù)量、按照標(biāo)準(zhǔn)的程序操作，對(duì)提高測(cè)試結(jié)果的可靠性，保證工程的安全性和穩(wěn)定性具有十分重要的意義。

1土工試驗(yàn)中常用的自動(dòng)化設(shè)備及操作要點(diǎn)

      土工式樣中常用的設(shè)備主要包括三個(gè)部分:外部設(shè)備、控制設(shè)備.以及自動(dòng)化數(shù)據(jù)處理分析軟件。外部設(shè)備主要有:信號(hào)傳感器.位移傳感器、電動(dòng)直剪儀、空壓機(jī)、氣壓固結(jié)儀、信號(hào)線、三軸儀、穩(wěn)壓過(guò)濾裝置等;控制設(shè)備主要有：數(shù)據(jù)采集器、多功能卡、控制器、系統(tǒng)主計(jì)算機(jī)、通道選擇器等。

1.1氣壓固結(jié)儀的操作要點(diǎn)

      全自動(dòng)氣壓固結(jié)儀的操作主要分為以下幾步:

      1)在操作全自動(dòng)固結(jié)儀之前，先檢查氣泵及固結(jié)儀器狀況.以及計(jì)算機(jī)與控制系統(tǒng)的連接情況，運(yùn)行采集程序檢查計(jì)算機(jī)能否正常接收控制柜和傳感器信號(hào)。2) 裝樣品:裝樣要及時(shí)，在制樣結(jié)束后及時(shí)裝樣固結(jié)，因?yàn)闃悠贩胖脮r(shí)間過(guò)長(zhǎng)。易導(dǎo)致樣品失水、密實(shí)，影響試驗(yàn)的準(zhǔn)確性。將樣品分配到各臺(tái)儀器后，記錄對(duì)應(yīng)的樣品編號(hào)。裝樣時(shí)嚴(yán)格按照規(guī)范要求，護(hù)環(huán)、透水板、透水紙、樣品環(huán)刀、加壓蓋等每一個(gè)安裝環(huán)節(jié)都需認(rèn)真仔細(xì)，環(huán)刀一定要安裝到位，同時(shí)按規(guī)定對(duì)樣品進(jìn)行保濕或飽和，飽和軟土、粉土、砂土裝樣后應(yīng)向容器中注入清水，由于粉土和砂性土極易失水密實(shí)，所以加水和不加水的固結(jié)沉降差別明顯。3)進(jìn)入數(shù)據(jù)采集程序，按試驗(yàn)日期創(chuàng)建試險(xiǎn)編號(hào)，該編號(hào)為將來(lái)用于保存本批樣品數(shù)據(jù)的文件名，登錄與僅器對(duì)應(yīng)的土樣編號(hào)，選擇固結(jié)壓力序列和固結(jié)方法(標(biāo)準(zhǔn)固結(jié)或快速固結(jié)) . 并選擇固結(jié)穩(wěn)定的判定標(biāo)準(zhǔn)(24h、005mm/h、0.01mm/h，一般選0.005mm/h" ) 。對(duì)空閑儀器應(yīng)選中“跳過(guò)”該儀器。4)選中“自動(dòng)判定”選項(xiàng)，點(diǎn)擊“平衡白重”按鈕，當(dāng)按鈕上方提示*301” 即進(jìn)行平衡自重的自動(dòng)控制狀態(tài).系統(tǒng)將按設(shè)定的平衡壓力將容器從底部托起，與頂部的螺桿完全接觸。當(dāng)儀器平衡自重完成后，“開(kāi)始試驗(yàn)” 按鈕由灰變黑，點(diǎn)擊“開(kāi)始試驗(yàn)”按鈕，施加第一級(jí)荷重。5)以下的讀數(shù)及加荷已完全由計(jì)算機(jī)接管，這期間需要通過(guò)程序窗口的沉降曲線跟蹤現(xiàn)察試驗(yàn)過(guò)程，跟蹤觀察非常必要，有時(shí)由于環(huán)境條件較差，可能導(dǎo)致電子設(shè)備的控制失靈，或因計(jì)算機(jī)性能故障導(dǎo)致程序死鎖。6)試驗(yàn)結(jié)束后，系統(tǒng)自動(dòng)進(jìn)行空閑狀態(tài)，此時(shí)壓力并未自動(dòng)卸除，手工點(diǎn)擊“卸壓”按鈕，卸去壓力(伴隨卸壓的氣流聲)。7)拆卸樣品，復(fù)原儀器，讀出或?qū)牍探Y(jié)試驗(yàn)數(shù)據(jù)。

1.2 四聯(lián)電動(dòng)直剪儀操作需要注意的問(wèn)題

      在四聯(lián)電動(dòng)直剪儀的操作過(guò)程中需要注意以下幾個(gè)問(wèn)題:

      1)飽和軟土和砂土浸水的問(wèn)題，尤其是粉土和砂性土，極易失水、密實(shí)，如果不浸水，測(cè)得的剪切強(qiáng)度可能會(huì)大到難以置信，粘聚力嚴(yán)重失實(shí)，內(nèi)摩擦角也會(huì)明顯偏大。所以，浸水不浸水不能一概而論，具體到個(gè)別樣品如殘積土，水位以上的松散砂土，需要通過(guò)討論、分析計(jì)算后確定。2)不同的剪切壓力下得到的結(jié)果差別會(huì)很大，所以在操作過(guò)程中盡量依據(jù)規(guī)范和經(jīng)驗(yàn)，堅(jiān)硬粘土可用100kPa、200kPa、300kPa、400kPa, 中硬~硬塑的粘性土可用50kPa、10kPa、200kPa、300kPa，中塑粘性土及粉土、砂性土可采用50kPa、100kPa、150kPa、200kPa,軟土可視情形采用更低的法向荷載。3)剪切應(yīng)采用四塊土樣，只有當(dāng)樣品不均勻或樣品不足以制成四塊剪切土樣時(shí)，允許用三塊土樣進(jìn)行剪切，如果是嚴(yán)重?cái)_動(dòng)或嚴(yán)重不均勻的土樣，建議放棄剪切試驗(yàn)。4)應(yīng)盡量使四個(gè)剪切盒同步剪切。密切跟蹤剪切試驗(yàn)進(jìn)程(由于連續(xù)陰雨天氣、灰塵或計(jì)算機(jī)性能不穩(wěn)定等因素，數(shù)據(jù)控制系統(tǒng)長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行可能出現(xiàn)故障)。對(duì)樣品進(jìn)行描述，對(duì)異常值及時(shí)做出判斷。5)加強(qiáng)儀器的清潔保養(yǎng)，尤其在批量剪切過(guò)程中應(yīng)及時(shí)清潔儀器。保證不會(huì)因?yàn)閮x器自身問(wèn)題影響測(cè)試結(jié)果的精度。

1.3三軸儀的操作要點(diǎn)

      三軸儀從自動(dòng)化程度上可分為全自動(dòng)和半自動(dòng)兩種。全自動(dòng)三軸儀與半自動(dòng)的主要區(qū)別是指在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中無(wú)需人工進(jìn)行加壓、測(cè)讀排水體積、實(shí)驗(yàn)容器的升降。其具體操作流程基本相同。

      1 )樣品的制備，應(yīng)該盡量選取有代表性的樣品，透過(guò)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，選取三軸樣品的質(zhì)量往往都優(yōu)于常規(guī)留樣，導(dǎo)致三軸試驗(yàn)結(jié)果與其它數(shù)據(jù)吻合性較差，因此在條件允許的情況下盡可能取同一段樣品，采用三分器制樣。2)使用儀器前先要檢查各個(gè)管路的通暢、各個(gè)調(diào)壓簡(jiǎn)中的水體積是否合適、橡皮墊是否完好、導(dǎo)桿是否充分潤(rùn)滑(導(dǎo)桿摩擦力也是影響結(jié)果的重要因素)等。3)裝樣和上水，這一過(guò)程的關(guān)鍵是如何有效驅(qū)除膜土間空氣和壓力室氣泡，另外，還有一個(gè)樣品飽和的步驟，飽和的方法有預(yù)先用真空泵抽氣飽和和利用三軸儀器的反壓裝置進(jìn)行飽和兩個(gè)主要方法。4)數(shù)采的控制，該過(guò)程最重要的操作是樣品連率的選擇，適當(dāng)?shù)乃俾始瓤梢约涌煸囼?yàn)進(jìn)程又可以得到不錯(cuò)的結(jié)果。完成上述過(guò)程后，檢測(cè)過(guò)程和結(jié)果可通過(guò)計(jì)算機(jī)輸出。

2自動(dòng)化技術(shù)在土工試驗(yàn)中的每應(yīng)用發(fā)展趨勢(shì)

      土工試驗(yàn)自動(dòng)化采集和控制系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)和研制是土工試驗(yàn)發(fā)展的必然趨勢(shì).通過(guò)自動(dòng)化儀器和控制系統(tǒng)的使用，將加荷、記錄、計(jì)算.曲線繪制等工作量大，持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)的工作交由儀器來(lái)處理，有效的減少了人了的投入，同時(shí)提高了計(jì)算的精度、效率，保證了試驗(yàn)結(jié)果的穩(wěn)定、科學(xué)、準(zhǔn)確性。但同時(shí)，土工試驗(yàn)自動(dòng)化技術(shù)還處于發(fā)展階段，自動(dòng)化儀器和設(shè)備以及數(shù)據(jù)的后處理軟件還在逐步的完善和調(diào)整。所以在應(yīng)用中還存在一些問(wèn)題: 1) 在試驗(yàn)開(kāi)始前必須對(duì)土樣進(jìn)行詳細(xì)編號(hào)，在每一項(xiàng)的試驗(yàn)中需要在儀器中認(rèn)真輸人土樣對(duì)應(yīng)的編號(hào)，否則土樣編號(hào)就會(huì)雜亂無(wú)章無(wú)法重新排序，給工程報(bào)告帶來(lái)很多麻煩，同時(shí)容易造成混淆，影響數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。2)試驗(yàn)中需要輸入儀器的載荷:土樣的浸水性等參數(shù)要根據(jù)經(jīng)驗(yàn)和規(guī)范要求合理確定，同時(shí)針對(duì)不同的情況要進(jìn)行多次實(shí)驗(yàn)和調(diào)整。3)在儀器試驗(yàn)和測(cè)驗(yàn)過(guò)程中要保證人員的值守，發(fā)現(xiàn)異常及時(shí)調(diào)整，同時(shí)對(duì)測(cè)試結(jié)果要認(rèn)真分析，不能盲目相信，最終，通過(guò)人機(jī)協(xié)同保證結(jié)果的真實(shí)準(zhǔn)確。

3結(jié)束語(yǔ)

      自動(dòng)化技術(shù)在土工試驗(yàn)中的應(yīng)用，極大地提高了土工試驗(yàn)的工作效率和試驗(yàn)數(shù)據(jù)的精確度。為提高工程設(shè)計(jì)和施工的安全、穩(wěn)定和科學(xué)性提供了有力的保證。同時(shí)，自動(dòng)化技術(shù)在上工試驗(yàn)中的應(yīng)用還不夠成熟，在實(shí)驗(yàn)中，操作人員在嚴(yán)格按照標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范操作的同時(shí)，還有增強(qiáng)自主意識(shí)、加強(qiáng)人工的干預(yù)，從而使試驗(yàn)的結(jié)果能夠真正為提高工程整體質(zhì)量做出貢獻(xiàn)。

參考文獻(xiàn)

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