多通道巖土膨脹力自動(dòng)化測(cè)試系統(tǒng)的制作方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種多通道巖土膨脹力自動(dòng)化測(cè)試系統(tǒng)，包括與中央控制系統(tǒng)電連接的一組結(jié)構(gòu)相同的膨脹力測(cè)試儀，膨脹力測(cè)試儀包括由底座、頂板和兩根連接兩者的立柱構(gòu)成的抗變形框架，頂板下方設(shè)置有S型測(cè)力傳感器，底座上設(shè)置有絲杠升降裝置，絲杠升降裝置頂桿端部設(shè)置有托盤(pán)，S型測(cè)力傳感器和托盤(pán)之間卡接有樣品容器；S型測(cè)力傳感器的信號(hào)輸出端與模數(shù)轉(zhuǎn)換器輸入端電連接，模數(shù)轉(zhuǎn)換器輸出端與PLC控制器的信號(hào)輸入端電連接，PLC控制器的信號(hào)輸出端與中央控制系統(tǒng)信號(hào)輸入端電連接。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，測(cè)試精準(zhǔn)，使用方便，減少了人力物力的投入。提高了膨脹力試驗(yàn)的效率，能夠在短時(shí)間內(nèi)完成大批量的膨脹力試驗(yàn)。
【專(zhuān)利說(shuō)明】
多通道巖土膨脹力自動(dòng)化測(cè)試系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001 ]本發(fā)明涉及巖土工程技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種多通道巖土膨脹力自動(dòng)化測(cè)試系統(tǒng)?！颈尘凹夹g(shù)】
[0002]膨脹巖土是自然地質(zhì)過(guò)程中形成的一類(lèi)與水發(fā)生物理化學(xué)反應(yīng)而引起自身體積變化的地質(zhì)體，主要由強(qiáng)親水性粘土礦物蒙脫石、伊利石、高嶺石等組成，具有吸水膨脹軟化、失水收縮干裂的特性。我國(guó)膨脹巖土分布比較廣泛，涉及全國(guó)多個(gè)省市、自治區(qū)，近年來(lái)國(guó)家經(jīng)濟(jì)建設(shè)迅猛發(fā)展，水利水電建設(shè)、公路鐵路交通、礦產(chǎn)資源開(kāi)發(fā)等工程建設(shè)越來(lái)越多地向膨脹巖土地區(qū)發(fā)展，由膨脹巖土引起的巖土工程問(wèn)題日益嚴(yán)重，其中膨脹力是膨脹巖土重要的力學(xué)特性指標(biāo)之一，它對(duì)膨脹巖土地基及膨脹巖土地區(qū)的工程的設(shè)計(jì)、施工具有重要指導(dǎo)意義，某些膨脹巖土地區(qū)的工程事故多與巖土的膨脹力有關(guān)。
[0003]國(guó)際巖石力學(xué)學(xué)會(huì)及國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)膨脹力指標(biāo)的建議測(cè)試方法為平衡加壓法，即在一定直徑的金屬環(huán)內(nèi)，放置與內(nèi)徑接近的試樣，試樣通過(guò)透水板可以透水，通過(guò)加壓裝置進(jìn)行預(yù)壓，改變壓力大小使整個(gè)試驗(yàn)過(guò)程軸向變形保持不變，測(cè)得的穩(wěn)定壓力即為膨脹力。 目前行業(yè)內(nèi)普遍采用上述推薦方法，其實(shí)施過(guò)程需人工不斷加壓和頻繁記數(shù)，操作過(guò)程復(fù)雜且加荷值難以預(yù)估，易導(dǎo)致測(cè)試結(jié)果產(chǎn)生偏差，自動(dòng)化程度亟待提高。部分科研院所在自動(dòng)化方面進(jìn)行了有益探索，推動(dòng)了膨脹力研究的發(fā)展，但目前仍未出現(xiàn)可直接用于巖土膨脹力自動(dòng)化測(cè)試的設(shè)備，一般采用在現(xiàn)有測(cè)試設(shè)備上加配測(cè)試系統(tǒng)、軟件后進(jìn)行巖土膨脹力試驗(yàn)，但存在性?xún)r(jià)比過(guò)低、且普及率不高的問(wèn)題。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明提供一種多通道巖土膨脹力自動(dòng)化測(cè)試系統(tǒng)，目的在于解決目前膨脹力試驗(yàn)自動(dòng)化程度低、需要耗費(fèi)較多人力和時(shí)間、以及測(cè)試結(jié)果不夠精準(zhǔn)等問(wèn)題。
[0005]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明可采取下述技術(shù)方案:本發(fā)明所述的多通道巖土膨脹力自動(dòng)化測(cè)試系統(tǒng)，包括與中央控制系統(tǒng)電連接的一組結(jié)構(gòu)相同的膨脹力測(cè)試儀，所述膨脹力測(cè)試儀包括由底座、頂板和兩根連接兩者的立柱構(gòu)成的抗變形框架，所述頂板下方設(shè)置有S型測(cè)力傳感器，所述底座上設(shè)置有絲杠升降裝置， 所述絲杠升降裝置頂桿端部設(shè)置有托盤(pán)，所述S型測(cè)力傳感器和所述托盤(pán)之間卡接有樣品容器;所述S型測(cè)力傳感器的信號(hào)輸出端與模數(shù)轉(zhuǎn)換器輸入端電連接，所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器輸出端與PLC控制器的信號(hào)輸入端電連接，所述PLC控制器的信號(hào)輸出端與所述中央控制系統(tǒng)信號(hào)輸入端電連接。
[0006]所述膨脹力測(cè)試儀為1-64臺(tái)。
[0007]本發(fā)明提供的多通道巖土膨脹力自動(dòng)化測(cè)試系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，測(cè)試精準(zhǔn)，使用方便，減少了人力物力的投入。通過(guò)恒定體積結(jié)構(gòu)、高精度檢測(cè)和自動(dòng)化技術(shù)三項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了試驗(yàn)過(guò)程的精準(zhǔn)控制和自動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)，能夠提供實(shí)時(shí)顯示數(shù)據(jù)/分析曲線、歷史數(shù)據(jù)查詢(xún)等多種數(shù)據(jù)，提高了膨脹力試驗(yàn)的效率，能夠在短時(shí)間內(nèi)完成大批量的膨脹力試驗(yàn)。【附圖說(shuō)明】
[0008]圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0009]圖2是本發(fā)明中膨脹力測(cè)試儀的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0010]圖3是圖1的電路原理框圖?！揪唧w實(shí)施方式】
[0011]如圖1-3所示，本發(fā)明所述的多通道巖土膨脹力自動(dòng)化測(cè)試系統(tǒng)，包括與中央控制系統(tǒng)1電連接的一組結(jié)構(gòu)相同的膨脹力測(cè)試儀2&、213、2(3，本實(shí)施例中膨脹力測(cè)試儀為3臺(tái)， 實(shí)際使用中，可根據(jù)需要選擇單臺(tái)或者多臺(tái)，最大可擴(kuò)展至64臺(tái)膨脹力測(cè)試儀實(shí)現(xiàn)多組實(shí)驗(yàn)同時(shí)開(kāi)展，提高成果比對(duì)度和工作效率。
[0012]所述膨脹力測(cè)試儀均包括由底座201、頂板202和兩根連接兩者的立柱203a、203b 構(gòu)成的抗變形框架，頂板202下方設(shè)置有S型測(cè)力傳感器204,底座201上設(shè)置有絲杠升降裝置205,絲杠升降裝置205頂桿端部設(shè)置有托盤(pán)206, S型測(cè)力傳感器204和托盤(pán)206之間卡接有樣品容器207。[〇〇13]通過(guò)力學(xué)計(jì)算選取適當(dāng)規(guī)格的不銹鋼型材組成上述抗變形框架，使其具有一定范圍內(nèi)的抗拉和承壓性能，實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)要求的恒體積條件。選用S型測(cè)力傳感器，結(jié)合采集控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了膨脹力數(shù)據(jù)全程實(shí)時(shí)采集跟蹤，能夠高效、智能、精準(zhǔn)的檢測(cè)巖土膨脹力。通過(guò)多次對(duì)比試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)采用絲杠升降裝置進(jìn)行由下向上的抬升，力傳感器的示值平穩(wěn)逐步增加，對(duì)試樣的擾動(dòng)較低，對(duì)測(cè)力傳感器的影響最小。上述在恒體積框架結(jié)構(gòu)內(nèi)設(shè)置抬升式預(yù)壓裝置，并結(jié)合精密壓力表進(jìn)行變形測(cè)試的方式，克服了人工加壓平衡誤差，避免了試樣結(jié)構(gòu)的擾動(dòng)，傳感器處于固定狀態(tài)測(cè)力，避免了傳感器的波動(dòng)誤差，其結(jié)構(gòu)穩(wěn)定且體積小巧， 非常適用于室內(nèi)試驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)。
[0014] S型測(cè)力傳感器204的信號(hào)輸出端與模數(shù)轉(zhuǎn)換器205輸入端電連接，模數(shù)轉(zhuǎn)換器208 輸出端與PLC控制器209的信號(hào)輸入端電連接，PLC控制器209的信號(hào)輸出端與中央控制系統(tǒng)1信號(hào)輸入端電連接。中央控制系統(tǒng)1包括485通訊接收系統(tǒng)101和PC機(jī)控制器102。[〇〇15] 上述自動(dòng)化檢測(cè)系統(tǒng)的性能，滿(mǎn)足《土工試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》GB/T50123-1999、《土工試驗(yàn)規(guī)程》(SL237-1999)和《水利水電工程巖石試驗(yàn)規(guī)程》SL264-2001中對(duì)巖土等膨脹力性能測(cè)試的主要設(shè)備性能要求。根據(jù)規(guī)范中對(duì)膨脹力記錄的頻次要求，選取編程簡(jiǎn)單、使用方便，設(shè)計(jì)、安裝工作量少的PLC方案?？刹捎肨型語(yǔ)言編程，PC機(jī)組態(tài)軟件采用MCGS進(jìn)行組態(tài)， 從而實(shí)時(shí)記錄力的變化情況，顯示變形曲線，并自動(dòng)判定試驗(yàn)結(jié)束時(shí)間，自動(dòng)生成試驗(yàn)成果報(bào)表，填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)巖土膨脹力自動(dòng)化測(cè)試的空白。[〇〇16]與原有膨脹力實(shí)驗(yàn)設(shè)備相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)勢(shì):1)本發(fā)明的測(cè)試結(jié)果平均值誤差較小，標(biāo)準(zhǔn)差大幅度減小，平行度較好，所得測(cè)試數(shù)據(jù)穩(wěn)定，基本不受測(cè)試人員的影響。
[0017]2)對(duì)于相同試樣，如果制樣過(guò)程不同，即使最終穩(wěn)定后的膨脹力相同，其膨脹發(fā)展的過(guò)程也可能不一樣。原膨脹力試驗(yàn)設(shè)備使用平衡加壓法，只能提供膨脹穩(wěn)定后的膨脹力數(shù)據(jù);本發(fā)明可記錄試樣膨脹發(fā)展的全過(guò)程，并顯示、記錄實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。因此，本發(fā)明更加有利于試樣膨脹性方面的科學(xué)試驗(yàn)研究。
[0018]3)原膨脹力試驗(yàn)設(shè)備在試驗(yàn)過(guò)程中需要2名試驗(yàn)人員48小時(shí)以上輪流值守，而使用本發(fā)明進(jìn)行測(cè)試時(shí)，可實(shí)現(xiàn)全程自動(dòng)化，減少了人力物力的投入，大大減輕了試驗(yàn)工作量。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種多通道巖土膨脹力自動(dòng)化測(cè)試系統(tǒng)，其特征在于:包括與中央控制系統(tǒng)電連接 的一組結(jié)構(gòu)相同的膨脹力測(cè)試儀，所述膨脹力測(cè)試儀包括由底座、頂板和兩根連接兩者的 立柱構(gòu)成的抗變形框架，所述頂板下方設(shè)置有S型測(cè)力傳感器，所述底座上設(shè)置有絲杠升降 裝置，所述絲杠升降裝置頂桿端部設(shè)置有托盤(pán)，所述S型測(cè)力傳感器和所述托盤(pán)之間卡接有 樣品容器;所述S型測(cè)力傳感器的信號(hào)輸出端與模數(shù)轉(zhuǎn)換器輸入端電連接，所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器 輸出端與PLC控制器的信號(hào)輸入端電連接，所述PLC控制器的信號(hào)輸出端與所述中央控制系 統(tǒng)信號(hào)輸入端電連接。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多通道巖土膨脹力自動(dòng)化測(cè)試系統(tǒng)，其特征在于:所述膨脹力 測(cè)試儀為1-64臺(tái)。
【文檔編號(hào)】G01L5/00GK106017766SQ201610510171
【公開(kāi)日】2016年10月12日
【申請(qǐng)日】2016年7月1日
【發(fā)明人】習(xí)曉紅, 吳中偉, 李振靈, 金義德, 陳書(shū)麗, 李國(guó)超, 張曉英, 高慧民, 鞏立亮, 薄清元
【申請(qǐng)人】黃河勘測(cè)規(guī)劃設(shè)計(jì)有限公司