对土工试验中的KTG自动采集系统应用的探讨__墨水学术,论文发表,

所属栏目：交通运输论文范文发布时间：2011-02-25浏览量:292

副标题#e#
　　对土工试验中的KTG自动采集系统应用的探讨
　　臧其芳
　　中国有色金属工业长沙勘察设计研究院湖南长沙410011
　　摘要：自动采集系统的应用，不仅大大提高了试验精度，而且对效率、效益的提高、工期的缩短、劳动强度的减轻等，都有明显效果。本文就KTG自动采集系统与实际相结合，供同行共同探讨。
　　关键词：自动系统；土工试验；应用
　　1土工试验
　　土工试验即土的固有特性和工程性质试验，是在室内使用各种仪器设备，模拟土在自然条件下的变化，测定其工程性质，并获得土的物理指标(含水率、密度、土粒比重等)和力学指标(压缩系数、压缩模量、抗剪强度指标等)，从而为岩土工程勘察、设计及施工提供可靠的依据[1]。是正确评价地基土工程地质条件的必要前提，是确定土的地基承载力和地基变形计算的基本参数，也是设计施工安全的保证。
　　室内土工试验分为土的常规物理性质试验和土的力学性质试验、土的动力性试验和土的特殊性试验。
　　土的物理性质试验，包括土的含水率试验、密度试验、土粒比重试验、颗粒分析试验、界限含水率试验和相对密度试验等。
　　土的力学性质试验包括土的固结试验、抗剪强度试验、三轴抗压强度试验、静止侧压力系数试验、击实试验等[2]。
　　传统的力学试验仪器大多是仿前苏联的杠杆式设备，由人工加、卸荷载，人工记录数据，人工计算最后汇总成土工成果汇总表。由于仪器设备精度不高，人工记录误差大，漏记、错记多。大部分试验成果是通过将计算结果绘制成曲线再间接计算出来的，计算数据速度慢，效率低，难以满足规范规程和勘察周期的要求，尤其是特殊性试验项目，由于周期长、工作量大，降低了仪器的使用率，成为工程进度的“瓶颈”。
　　2KTG全自动采集系统
　　KTG全自动采集系统分为KTG一98全自动固结试验系统和KTG—DS全自动三轴仪两大类。
　　2.1KTG一98全自动固结试验系统
　　KTG一98全自动固结系统是在侧限及轴向排水条件下进行固结试验，可以自动测定土的压缩系数压缩摸量、固结系数、先期固结力、压缩指数、回弹指数及黄土湿陷性等土的特性指标。在无人值守条件下昼夜连续运行，自动完成加、卸荷载和试验数据的采集；且试样在施加每级荷载后的稳定标准可根据土的埋深、工期、及规范要求选择每级判稳、末级判稳或不判稳设定24h；能用常规试验和次固结增量法处理各级荷载下土的初始孔隙比、各级孔隙比等；绘制孔隙比与压力e-p，沉降与压力s-p，孔隙比与压力对数e-lgp，沉降与时间对数等关系曲线。测试精度高，同时也避免了人工加载的冲击力所引起的瞬间出力震荡和过载。
　　2．2K1ICDS全自动三轴仪
　　试验主机无反力架，步进电机驱动，无级调速，剪切速率均匀平稳准确。
　　可进行三轴不固结不排水UU、固结不排水CU或固结排水CD中的任何一种试验方法，三轴控制器依据选择的试验方法和三轴试验规程要求，自动开启控制加、卸围压、(反压)、开、关各种阀门，自动判定和控制饱和、固结、剪切过程的结束及下一过程的开始，自动检测过程中试样的孔隙水压力值、排水量及主应力差等数据。
　　主机启动自动控制，设置上、下限位安全装置，压力室顶部设置负荷传感器，剪切时直接测量试样所受轴向应力(主应力差)，大大提高了准确度。周围压力和反压力采用闭环控制，试验过程中周围压力波动小于±lkPa，在无人值守条件下，自动完成加、卸荷载和试验数据采集全过程，克服了以往三轴仪试验的操作烦琐，各级过程都需人工判别，和人工读数的重体力、低精度、低效率状态。
　　根据要求，绘制主应力差与轴向应变曲线、应力差强度包线、应力比强度包线、应力路径曲线、孔隙压力与轴向应变曲线、有效应力比和轴向应力曲线等。
　　3KTG全自动采集系统在土工试验室的应用
　　3．1KTG一98全自动固结试验系#p#副标题#e#统的应用。
　　为了最大限度地满足工程及试验周期的需要，及确保仪器设备得到最佳最充分的使用，我们试验室逐步引进了全套KTG-98全自动高压、中压、低压固结试验系统，分别为双联高压固结仪21台(42个通道)，三联中压固结仪14台(42个通道)，四联低压固结仪20台(80个通道)。不仅能完成常规压缩试验，而且完成了许多重大工程的特殊试验项目，如大型港口,码头,深水航道的治理等工程,要求的大量前期固结压力试验，确定土的超固结比，固结系数试验，次固结系数试验，回弹试验等，为重大工程设计参数的确定提供了可靠的依据，提高了试验精度，缩短了试验周期，降低了劳动强度，提高了工作效率，取得了很大的经济效益和社会效益。
　　表1为40个软土的杠杆式固结仪与KTG一98全自动固结试验系统的比较。
　　表1杠杆式固结仪与全自动固结仪工作情况比较
　　比较 杠杆式固结仪 全自动固结系统 备注
　　时间 36h
　　6d
　　11d 20-24h
　　2-3d
　　3-4d 常规快速法（5级荷重)末极判稳次固结增量法
　　固结T90慢速法(5级荷重)每级判稳
　　高压固结(10级荷重)每级判稳
　　数据处理功效 2d
　　每个试样3h/3个人
　　2个人2～3d 1h
　　40个试样2-3h/人
　　1个人2h 常规固结(5级荷重)
　　固结T90慢速法(5级荷重)
　　高压固结(10级荷重)
　　试验提交周期 5d
　　8d
　　13d 2d
　　3d
　　4d 常规试验
　　固结T90
　　高压固结
　　试验数据
　　试验成果质量
　　工作强度 受人为因素影响大
　　一般一中等
　　繁重 准确
　　优良
　　轻微 
　　由表1可知，无论在时间、功效、周期还是质量等方面，KTG-98全自动固结试验系统均比杠杆式固结仪有很大提高。如果是砂性土或硬土，则压缩稳定更快，时间更短。
　　自动采集系统提高了试验的准确性和精度，使我们对一些试验的特性有了新的理解。如固结系数试验，人工记录绘制曲线时，由于人为因素的干扰，在确定所有试验固结系数时，结果都是随荷载P的增加而递减。采用KTG一98全自动固结试验系统，少了人工读数、记录、作图等人为因素的影响。我们发现：不同的土，不同的取土方法，或不同结构的土，的变化都是不同的，它取决于土的天然含水率、土的原状性、土的均匀性及土的应力历史，等等。
　　而软土的次固结系数试验，由于每级荷载下都需加压24h，并记录从加荷载开始6s～24h共21个读数，试验周期长，记录、计算工作量大，绘图精度差，用人工的方法是不可能做这项试验的，更不可能测每级荷载土下的次固结系数，现有的GB／T50123—1999《土工试验方法标准》中也没有明确该项试验的方法介绍。
　　3．2KTG—DS三轴压缩仪的应用
　　目前，试验室拥有KTG-DS轴全自动压缩仪8台，周围压力0～800KPa，轴向最大负荷0～3KN，及4台全自动三轴数据采集系统。能满足各类不同土的三轴不同结不排水UU、固结不排水CU、固结排水CD等各种试验要求。
　　采用传统的三轴压缩仪进行三轴固结不排水CU试验，试样安装完成后，人工往压力室内充水，人工调整压力室与测力计接触，调节排水管高度并记录排水管水面读数，开、关孔隙水压力阀，调整到与大气压相等，判断孔隙水压力与周围压力值，判别孔隙水压力稳定，开启排水阀，使土样固结，记录计算固结度达到95％以上，关排水阀，测记各步骤各过程的各项数据，调整压力室位置，人工剪切记录不同的应变下测力计、轴向变形及孔隙水压力数据f。整个过程操作繁琐、误差大、周期长，一个土样需要4台仪器2～3人在2～3d里完成；使用KTG-DS全自动三轴压缩仪，一个土样4台仪器，仅需1个人花约1h安装(视熟练程度)在电脑中输人工程编号及土样编号、周围压力及试验方法(CU)即可。由于全过程采用自动判别加、卸荷载和记录，无人值#p#副标题#e#守，即使在下班后也能照常工作，一般CU一个土样只要1d就可完成了。
　　4全自动采集系统在土工试验中的应用
　　根据土工试验方法的不同，采用的仪器设备不同，利用全自动采集系统的特点，我们对其他仪器设备均配置了数据采集器和数据处理软件系统。
　　我们试验室由于采用了KTG一98全自动固结试验采集系统，各个单项试验均由系统自动采集各原始数据，各单项试验操作人员只需将每个单项试验成果传送到电脑主控机，在KTG处理软件中打开原始数据并“计算”、“保存”即可。成果汇总人员只要把每个工程的土样深度输入到物理成果表中，然后打开由各单项试验人员已“保存”的文本，再点击“计算”或“保存”，所有的数据即一一对应，生成土工试验成果汇总表，再根据技术要求规定的规范规程，选择相应的规程计算、定名，即完成了土工试验成果表的汇总，实现了真正意义上的土工试验数据采集、数据处理自动化。
　　5结语
　　只有当土的力学性质的测量技术和力学计算方法都比较符合实际情况时，才能取得可靠的成果[5]。
　　KTG一98在土工试验中的应用，不仅大大提高了试验精度，还减轻了劳动强度，缩短了试验周期，提高了经济效益。更为重要的是由于测试、处理精度的提高使我们对软土的某些特性有了新的认识，对次固结系数试验方法有了新的理解，而且其每级判稳的方法更符合太沙基固结理论。
　　目前，KTG系统已有新的发展，能够测试土的变形模量、基床系数，并进行等应变三轴压缩试验等。它的应用，不仅为工程提供了可靠的依据，也将推动土力学理论的进一步发展。
　　参考文献：
　　[1]袁聚云．土工试验与原理上海：同济大学出版社，2003．
　　[2]GB／T50123-1999，土工试验方法标准[S]．
　　[3]常士骠，张苏民.工程地质手册(第四版)[1.北京：中国建筑工业出版社，2005．
　　[4]林宗元．岩土工程试验监测手册[M].北京：中国建筑业出版社。2005．
　　[5]黄文熙．土的工程性质[M]．北京：水利电力出版社出版，1984．