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自動化技術在土工試驗中的應用
許永斌，楊大忠:
(江蘇省水文地質工程地質勘察院實驗室，江蘇淮安223001)
摘要土工試驗在程設計和施工中具有十分重要的地位，由于土體本身特殊性，以及設備、人員、測試方法的綜合影響，湖試結果會產(chǎn)生偏差，其結果會最終導致設計的安會和可靠性。所以，在土工試驗中采用自動化技術，減少人員干預。增加數(shù)據(jù)的采集數(shù)量、按照標準的程序操作，對提高測試結果的可靠性，保證工程的安會性和穩(wěn)定性具有十分重要的意義。關鍵詞 土工試驗；自動化技術；趨勢
中圖分類號ru 文獻標識碼 A 文章編號 1673-9671-2011)101-0180-01
土工試驗在工程設計和施工中具有十分重要的地位。由于土體本身特殊性，以及設備、人員，測試方法的綜合影響，測試結果會產(chǎn)生偏差，其結果會最終導致設計的安全和可靠性。所以.在土工試驗中采用自動化技術，減少人員干預，增加數(shù)據(jù)的采集數(shù)量、按照標準的程序操作，對提高測試結果的可靠性，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備及操作要點
土工式樣中常用的設備主要包括三個部分:外部設備、控制設備.以及自動化數(shù)據(jù)處理分析軟件。外部設備主要有:信號傳感器.位移傳感器、電動直剪儀、空壓機、氣壓固結儀、信號線、三軸儀、穩(wěn)壓過濾裝置等;控制設備主要有：數(shù)據(jù)采集器、多功能卡、控制器、系統(tǒng)主計算機、通道選擇器等。
1.1氣壓固結儀的操作要點
全自動氣壓固結儀的操作主要分為以下幾步:
1)在操作全自動固結儀之前，先檢查氣泵及固結儀器狀況.以及計算機與控制系統(tǒng)的連接情況，運行采集程序檢查計算機能否正常接收控制柜和傳感器信號。2) 裝樣品:裝樣要及時，在制樣結束后及時裝樣固結，因為樣品放置時間過長。易導致樣品失水、密實，影響試驗的準確性。將樣品分配到各臺儀器后，記錄對應的樣品編號。裝樣時嚴格按照規(guī)范要求，護環(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)都需認真仔細，環(huán)刀一定要安裝到位，同時按規(guī)定對樣品進行保濕或飽和，飽和軟土、粉土、砂土裝樣后應向容器中注入清水，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沉降差別明顯。3)進入數(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，登錄與僅器對應的土樣編號，選擇固結壓力序列和固結方法(標準固結或快速固結) . 并選擇固結穩(wěn)定的判定標準(24h、005mm/h、0.01mm/h，一般選0.005mm/h" ) 。對空閑儀器應選中“跳過”該儀器。4)選中“自動判定”選項，點擊“平衡白重”按鈕，當按鈕上方提示*301” 即進行平衡自重的自動控制狀態(tài).系統(tǒng)將按設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，可能導致電子設備的控制失靈，或因計算機性能故障導致程序死鎖。6)試驗結束后，系統(tǒng)自動進行空閑狀態(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，復原儀器，讀出或導入固結試驗數(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)剪切應采用四塊土樣，只有當樣品不均勻或樣品不足以制成四塊剪切土樣時，允許用三塊土樣進行剪切，如果是嚴重擾動或嚴重不均勻的土樣，建議放棄剪切試驗。4)應盡量使四個剪切盒同步剪切。密切跟蹤剪切試驗進程(由于連續(xù)陰雨天氣、灰塵或計算機性能不穩(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及時清潔儀器。保證不會因為儀器自身問題影響測試結果的精度。
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)，選取三軸樣品的質量往往都優(yōu)于常規(guī)留樣，導致三軸試驗結果與其它數(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、導桿是否充分潤滑(導桿摩擦力也是影響結果的重要因素)等。3)裝樣和上水，這一過程的關鍵是如何有效驅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，飽和的方法有預先用真空泵抽氣飽和和利用三軸儀器的反壓裝置進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?shù)乃俾始瓤梢约涌煸囼炦M程又可以得到不錯的結果。完成上述過程后，檢測過程和結果可通過計算機輸出。
2自動化技術在土工試驗中的每應用發(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，保證了試驗結果的穩(wěn)定、科學、準確性。但同時，土工試驗自動化技術還處于發(fā)展階段，自動化儀器和設備以及數(shù)據(jù)的后處理軟件還在逐步的完善和調(diào)整。所以在應用中還存在一些問題: 1) 在試驗開始前必須對土樣進行詳細編號，在每一項的試驗中需要在儀器中認真輸人土樣對應的編號，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，同時對測試結果要認真分析，不能盲目相信，最終，通過人機協(xié)同保證結果的真實準確。
3結束語
自動化技術在土工試驗中的應用，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。為提高工程設計和施工的安全、穩(wěn)定和科學性提供了有力的保證。同時，自動化技術在上工試驗中的應用還不夠成熟，在實驗中，操作人員在嚴格按照標準規(guī)范操作的同時，還有增強自主意識、加強人工的干預，從而使試驗的結果能夠真正為提高工程整體質量做出貢獻。
參考文獻
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