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自動化技術(shù)在土工試驗中的應(yīng)用
許永斌，楊大忠:
(江蘇省水文地質(zhì)工程地質(zhì)勘察院實驗室，江蘇淮安223001)
摘要土工試驗在程設(shè)計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、測試方法的綜合影響，湖試結(jié)果會產(chǎn)生偏差，其結(jié)果會最終導(dǎo)致設(shè)計的安會和可靠性。所以，在土工試驗中采用自動化技術(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，對提高測試結(jié)果的可靠性，保證工程的安會性和穩(wěn)定性具有十分重要的意義。關(guān)鍵詞 土工試驗；自動化技術(shù)；趨勢
中圖分類號ru 文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A 文章編號 1673-9671-2011)101-0180-01
土工試驗在工程設(shè)計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，測試方法的綜合影響，測試結(jié)果會產(chǎn)生偏差，其結(jié)果會最終導(dǎo)致設(shè)計的安全和可靠性。所以.在土工試驗中采用自動化技術(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，對提高測試結(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土工試驗中常用的自動化設(shè)備及操作要點
土工式樣中常用的設(shè)備主要包括三個部分:外部設(shè)備、控制設(shè)備.以及自動化數(shù)據(jù)處理分析軟件。外部設(shè)備主要有:信號傳感器.位移傳感器、電動直剪儀、空壓機(jī)、氣壓固結(jié)儀、信號線、三軸儀、穩(wěn)壓過濾裝置等;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)主計算機(jī)、通道選擇器等。
1.1氣壓固結(jié)儀的操作要點
全自動氣壓固結(jié)儀的操作主要分為以下幾步:
1)在操作全自動固結(jié)儀之前，先檢查氣泵及固結(jié)儀器狀況.以及計算機(jī)與控制系統(tǒng)的連接情況，運行采集程序檢查計算機(jī)能否正常接收控制柜和傳感器信號。2) 裝樣品:裝樣要及時，在制樣結(jié)束后及時裝樣固結(jié)，因為樣品放置時間過長。易導(dǎo)致樣品失水、密實，影響試驗的準(zhǔn)確性。將樣品分配到各臺儀器后，記錄對應(yīng)的樣品編號。裝樣時嚴(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，同時按規(guī)定對樣品進(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，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，按試驗日期創(chuàng)建試險編號，該編號為將來用于保存本批樣品數(shù)據(jù)的文件名，登錄與僅器對應(yīng)的土樣編號，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" ) 。對空閑儀器應(yīng)選中“跳過”該儀器。4)選中“自動判定”選項，點擊“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，“開始試驗” 按鈕由灰變黑，點擊“開始試驗”按鈕，施加第一級荷重。5)以下的讀數(shù)及加荷已完全由計算機(jī)接管，這期間需要通過程序窗口的沉降曲線跟蹤現(xiàn)察試驗過程，跟蹤觀察非常必要，有時由于環(huán)境條件較差，可能導(dǎo)致電子設(shè)備的控制失靈，或因計算機(jī)性能故障導(dǎo)致程序死鎖。6)試驗結(jié)束后，系統(tǒng)自動進(jìn)行空閑狀態(tài)，此時壓力并未自動卸除，手工點擊“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)試驗數(shù)據(jù)。
1.2 四聯(lián)電動直剪儀操作需要注意的問題
在四聯(lián)電動直剪儀的操作過程中需要注意以下幾個問題:
1)飽和軟土和砂土浸水的問題，尤其是粉土和砂性土，極易失水、密實，如果不浸水，測得的剪切強度可能會大到難以置信，粘聚力嚴(yán)重失實，內(nèi)摩擦角也會明顯偏大。所以，浸水不浸水不能一概而論，具體到個別樣品如殘積土，水位以上的松散砂土，需要通過討論、分析計算后確定。2)不同的剪切壓力下得到的結(jié)果差別會很大，所以在操作過程中盡量依據(jù)規(guī)范和經(jīng)驗，堅硬粘土可用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，允許用三塊土樣進(jìn)行剪切，如果是嚴(yán)重擾動或嚴(yán)重不均勻的土樣，建議放棄剪切試驗。4)應(yīng)盡量使四個剪切盒同步剪切。密切跟蹤剪切試驗進(jìn)程(由于連續(xù)陰雨天氣、灰塵或計算機(jī)性能不穩(wěn)定等因素，數(shù)據(jù)控制系統(tǒng)長時間運行可能出現(xiàn)故障)。對樣品進(jìn)行描述，對異常值及時做出判斷。5)加強儀器的清潔保養(yǎng)，尤其在批量剪切過程中應(yīng)及時清潔儀器。保證不會因為儀器自身問題影響測試結(jié)果的精度。
1.3三軸儀的操作要點
三軸儀從自動化程度上可分為全自動和半自動兩種。全自動三軸儀與半自動的主要區(qū)別是指在實驗過程中無需人工進(jìn)行加壓、測讀排水體積、實驗容器的升降。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，透過試驗發(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管路的通暢、各個調(diào)壓簡中的水體積是否合適、橡皮墊是否完好、導(dǎo)桿是否充分潤滑(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)行飽和兩個主要方法。4)數(shù)采的控制，該過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炦M(jìn)程又可以得到不錯的結(jié)果。完成上述過程后，檢測過程和結(jié)果可通過計算機(jī)輸出。
2自動化技術(shù)在土工試驗中的每應(yīng)用發(fā)展趨勢
土工試驗自動化采集和控制系統(tǒng)的開發(fā)和研制是土工試驗發(fā)展的必然趨勢.通過自動化儀器和控制系統(tǒng)的使用，將加荷、記錄、計算.曲線繪制等工作量大，持續(xù)時間長的工作交由儀器來處理，有效的減少了人了的投入，同時提高了計算的精度、效率，保證了試驗結(jié)果的穩(wěn)定、科學(xué)、準(zhǔn)確性。但同時，土工試驗自動化技術(shù)還處于發(fā)展階段，自動化儀器和設(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)用中還存在一些問題: 1) 在試驗開始前必須對土樣進(jìn)行詳細(xì)編號，在每一項的試驗中需要在儀器中認(rèn)真輸人土樣對應(yīng)的編號，否則土樣編號就會雜亂無章無法重新排序，給工程報告帶來很多麻煩，同時容易造成混淆，影響數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。2)試驗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)驗和規(guī)范要求合理確定，同時針對不同的情況要進(jìn)行多次實驗和調(diào)整。3)在儀器試驗和測驗過程中要保證人員的值守，發(fā)現(xiàn)異常及時調(diào)整，同時對測試結(jié)果要認(rèn)真分析，不能盲目相信，最終，通過人機(jī)協(xié)同保證結(jié)果的真實準(zhǔn)確。
3結(jié)束語
自動化技術(shù)在土工試驗中的應(yīng)用，極大地提高了土工試驗的工作效率和試驗數(shù)據(jù)的精確度。為提高工程設(shè)計和施工的安全、穩(wěn)定和科學(xué)性提供了有力的保證。同時，自動化技術(shù)在上工試驗中的應(yīng)用還不夠成熟，在實驗中，操作人員在嚴(yán)格按照標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范操作的同時，還有增強自主意識、加強人工的干預(yù)，從而使試驗的結(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)
[1]張敏妮 淺析土工試驗中常見的問題及解決方法[J]技術(shù)與市場2011,02:22-24.
[2]GB/T50123土工試驗方法標(biāo)準(zhǔn)[S]1999.
[3]胡建平KTG土工試驗自動化采集系統(tǒng)的數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換[J]上海地,2001.04:10-15.
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