微機(jī)控制凍脹融沉壓縮精編實(shí)驗(yàn)報(bào)告

1、微機(jī)控制多功能凍土融沉壓縮試驗(yàn)報(bào)告試驗(yàn)內(nèi)容：1. 測(cè)量砂土或黏土試樣在側(cè)向受約束條件下，豎向在自由狀態(tài)下的凍脹量或凍脹力的測(cè)試。2. 測(cè)量砂土或黏土試樣在側(cè)向受約束條件下，豎向在恒定載荷狀態(tài)下的凍脹量或凍脹力的測(cè)試。試驗(yàn)?zāi)康模横槍?duì)以上測(cè)試，對(duì)于不同含水率的砂土或黏土，在不同底部溫度、不同頂部溫度及不同環(huán)境溫度條件下，通過(guò)人工模擬干預(yù)補(bǔ)水，土體在以上相關(guān)因素條件下，土體的凍脹量或凍脹力將會(huì)不同。試驗(yàn)組成內(nèi)容:1. 土體自由狀態(tài)或恒定載荷條件的實(shí)現(xiàn)及工程量測(cè)量。1.1 土體豎向恒定載荷的實(shí)現(xiàn)該設(shè)備軸向加載測(cè)量與系統(tǒng)主要由底座、支架、伺服電機(jī)及驅(qū)動(dòng)器、減速器、大小帶輪、滾珠絲杠、工作臺(tái)、立柱、移動(dòng)橫

2、梁，中間活動(dòng)桿及載荷傳感器、光電編碼器及變形傳感器等組成。工作時(shí)步進(jìn)伺服帶動(dòng)減速比為1/30的減速器運(yùn)動(dòng)，小帶輪和大帶輪減速比2.5，小帶輪帶動(dòng)大帶輪旋轉(zhuǎn)，大帶輪和絲桿直聯(lián)，從而使絲桿旋轉(zhuǎn)，絲母上下直線移動(dòng)，實(shí)現(xiàn)絲母跟下橫梁同步上下移動(dòng)，具有雙空間操作空間。力傳感器上端直接連在上橫梁上，下端和上壓盤連接，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)試樣加卸負(fù)荷及載荷數(shù)值測(cè)量。其機(jī)械傳動(dòng)原理圖如下所示：1.2 土體恒定載荷狀態(tài)下的土體力學(xué)性能的測(cè)量及控制1.2.1 試驗(yàn)力值測(cè)量：采用高精度、高穩(wěn)定性負(fù)荷傳感器、配備高精度、高分辨率采樣測(cè)量、放大系統(tǒng)，確保測(cè)力精度低于示值的±0.5，實(shí)現(xiàn)高精度測(cè)量，保證試驗(yàn)機(jī)精度達(dá)到1級(jí)

3、。通過(guò)載荷閉環(huán)控制,可選擇完成試樣自由狀態(tài)下的凍脹或有壓力條件的凍脹(且壓力可根據(jù)試驗(yàn)要求可控制變化或保持)。1.2.2試樣變形測(cè)量：通過(guò)LVDT傳感器和所配置的高精度、高響應(yīng)速度的測(cè)量放大與控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)試件變形的測(cè)量和控制。1.2.3位移測(cè)量：采用與傳動(dòng)系統(tǒng)同軸聯(lián)接的高精度光電編碼器通過(guò)測(cè)量絲杠的轉(zhuǎn)角測(cè)量活動(dòng)橫梁的位移，再通過(guò)測(cè)量電路反應(yīng)出橫梁上下夾頭間的絕對(duì)位移，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的位移控制。1.2.4傳動(dòng)及驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)：選用伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和高精度減速機(jī)，確保系統(tǒng)平穩(wěn)、低噪聲、高效率、高精度、高強(qiáng)度、長(zhǎng)壽命傳動(dòng)載荷，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)平穩(wěn)加載。2. 土體環(huán)境溫度、頂部溫度及底部溫度的測(cè)量與控制2.1

4、土體環(huán)境溫度的實(shí)現(xiàn)通過(guò)定制高低溫恒溫試驗(yàn)箱，有效地模擬土體實(shí)際工況的各種溫度。環(huán)境箱設(shè)置有設(shè)置RS232/485接口，可以通過(guò)計(jì)算機(jī)遠(yuǎn)程控制設(shè)備的啟動(dòng)和關(guān)閉，改變?cè)O(shè)置溫度，記錄溫度變化過(guò)程等。2.2 土體頂部溫度及底部溫度的實(shí)現(xiàn)通過(guò)控制液浴槽中工業(yè)酒精的溫度，間接地測(cè)量與控制土體頂端和底端的溫度，通過(guò)離心式循環(huán)槽，保證了土體端面溫度的均勻度，可以按土工試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)完成試驗(yàn)也可以根據(jù)客戶特殊要求完成相同的試驗(yàn)增加了設(shè)備的靈活性。該液浴槽設(shè)置有RS232/485接口，可以通過(guò)計(jì)算機(jī)遠(yuǎn)程控制設(shè)備的啟動(dòng)和關(guān)閉，改變?cè)O(shè)置溫度，記錄溫度變化過(guò)程等。3. 土體沿縱向不同端面處土體中心處溫度的測(cè)量及采集。試樣內(nèi)部

5、溫度采用在縱向依次排列多個(gè)高精度溫度探頭，通過(guò)多路巡檢儀實(shí)時(shí)測(cè)量各點(diǎn)溫度及通過(guò)上位機(jī)將試驗(yàn)過(guò)程中的各溫度數(shù)值實(shí)時(shí)記錄并顯示。4. 土體在不同豎向載荷條件下的人工干預(yù)補(bǔ)水。補(bǔ)水加壓裝置系統(tǒng): 通過(guò)加壓裝置，將其中的水提高壓力，在垂直方向受載的情況下，讓高壓水慢慢滲入到土體內(nèi)部，在裝置上安裝有高壓球閥，可完成切換是否進(jìn)行補(bǔ)水管路。土體的性質(zhì)不同，豎向載荷的大小不同，從而高壓水的壓力也不同。試驗(yàn)步驟:1砂土或黏土土體試樣的制備 確認(rèn)低溫箱內(nèi)在豎向有足夠的試驗(yàn)空間下裝夾試樣，否則就要通過(guò)軸向電機(jī)系統(tǒng)調(diào)整試驗(yàn)空間。接下來(lái)的步驟如下所示。1.13選擇試驗(yàn)類型，設(shè)置試驗(yàn)參數(shù)。2試驗(yàn)類型及試驗(yàn)參數(shù)及保護(hù)參數(shù)的

6、設(shè)置如下圖所示：3土體試樣固結(jié)過(guò)程及穩(wěn)定度條件的判定 當(dāng)設(shè)置完試驗(yàn)類型及試驗(yàn)參數(shù)條件后，開(kāi)始試驗(yàn)。在這個(gè)過(guò)程中，土體試樣一直為固結(jié)過(guò)程，在未達(dá)到設(shè)定的固結(jié)時(shí)間前，可人工觀察試樣變形的穩(wěn)定性，可實(shí)時(shí)延長(zhǎng)或縮短固結(jié)時(shí)間或可直接進(jìn)入到下試驗(yàn)下一步。對(duì)不同的土體試樣，固結(jié)穩(wěn)定的時(shí)間可能不同。4模擬土體試樣環(huán)境溫度、頂端溫度及底端溫度 在土體固結(jié)穩(wěn)定后，人工開(kāi)啟箱體、頂板溫度及底板溫度液浴槽，使土體真實(shí)模擬自然狀態(tài)。并使其完成初始的各種溫度條件。5土體在不同豎向載荷條件下的人工干預(yù)補(bǔ)水在上述步驟完成后且進(jìn)入到下一步驟后，土體的底溫、頂溫及環(huán)溫會(huì)按照設(shè)置變化，即認(rèn)為土體開(kāi)始從底部向上開(kāi)始凍脹。在此過(guò)程開(kāi)始

7、時(shí)刻，即要對(duì)土體進(jìn)行補(bǔ)水。即隨著補(bǔ)水的滲入，土體的凍脹量開(kāi)始有所變化，土體性質(zhì)不同，其補(bǔ)水的量也不同，土體的凍脹量也不同。補(bǔ)水的具體步驟如下：5.1待試樣固結(jié)穩(wěn)定后，手動(dòng)使剪式千斤頂向上移動(dòng)（順時(shí)針為加壓），此時(shí)缸內(nèi)的液體通過(guò)高壓膠管壓到管路內(nèi)。5.2 待確認(rèn)膠管及上壓頭內(nèi)部全部充滿水后，擰開(kāi)最上端的排氣加水孔，此時(shí)缸的活塞桿在最高位置。5.3 用針管吸取一定量的水，在搖動(dòng)千斤頂絲杠向下移動(dòng)時(shí)同時(shí)向液壓缸中注水，將千斤頂移動(dòng)到最下端時(shí)再次將排氣孔堵住。5.4 施加兩次絲杠兩個(gè)全量程后，液壓管內(nèi)部基本全部充滿水，如不夠再重復(fù)以上步驟。5.5 搖動(dòng)千斤頂絲杠，同時(shí)將排氣孔稍擰松，手動(dòng)加壓，在有微小

8、的壓力時(shí)，整個(gè)密閉容器中的氣體就通過(guò)最高點(diǎn)排氣孔排出。此時(shí)整個(gè)管路中的氣體全部排出，擰緊排氣閥。5.6 施加壓力到某個(gè)數(shù)值，觀測(cè)壓力是否有快速卸壓情況，如有快速卸壓情況，則表明在高壓力情況下，土體滲水較快。5.7 在帶壓力水的情況下，隨著時(shí)間的推移，壓力會(huì)逐漸減小，記錄起始時(shí)刻及卸壓穩(wěn)定后的壓力數(shù)值，計(jì)算其中的差值。5.8 通過(guò)壓力的差值換算為水的體積變化量。6土體試樣的整個(gè)凍脹融沉及壓縮過(guò)程的試驗(yàn)結(jié)果分析6.1 在整個(gè)過(guò)程中的載荷保持恒定，如下圖所示 在整個(gè)試驗(yàn)過(guò)程中，載荷控制為全伺服狀態(tài)，即可實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)調(diào)節(jié)恒定。6.2 模擬土體環(huán)溫，頂端溫度及底端溫度跟蹤曲線圖在上述兩圖頂溫及底溫跟蹤曲線

9、中，紅線為跟蹤液浴槽中酒精的溫度，白線為跟蹤土體真正頂端和底端的溫度，因流體流動(dòng)中能量的損失，因此溫度始終存在一定的梯度，但梯度始終恒定。圖中曲線為整個(gè)試驗(yàn)過(guò)程中溫度隨設(shè)置情況及變化情況的跟蹤曲線圖。6.3 土體凍脹融沉整個(gè)過(guò)程分析IHGFEDCBA以上凍脹融沉整個(gè)過(guò)程參數(shù)變化及土體性質(zhì)結(jié)構(gòu)變化分析：約定土體高度增加對(duì)應(yīng)變形測(cè)量數(shù)值減小。A->B 過(guò)程：按設(shè)置的恒定載荷，通過(guò)電機(jī)系統(tǒng)加載到某個(gè)設(shè)置的恒定的載荷時(shí)對(duì)應(yīng)的土體的變形情況，即為土體預(yù)壓過(guò)程。B->C過(guò)程：為土體固結(jié)穩(wěn)定過(guò)程，在C點(diǎn)認(rèn)為土體已達(dá)到變形穩(wěn)定。C->D過(guò)程：對(duì)應(yīng)試驗(yàn)步驟的第二步，開(kāi)始對(duì)土體的環(huán)境溫度、頂端溫

10、度及底端溫度進(jìn)行初始化狀態(tài)設(shè)置，此過(guò)程因開(kāi)始從室溫變化到較低溫度，相應(yīng)的出現(xiàn)土體的凍縮現(xiàn)象。D->E過(guò)程：對(duì)應(yīng)試驗(yàn)步驟的第三步，由土體的初始化溫度開(kāi)始變化到底溫設(shè)置的更低的溫度，同時(shí)以較小的水壓力進(jìn)行整個(gè)過(guò)程的補(bǔ)水，在整個(gè)過(guò)程中，土體的溫度由底部向頂溫逐步凍透過(guò)程，土體出現(xiàn)凍脹現(xiàn)象。E->F過(guò)程：整個(gè)土體凍透完畢后不再產(chǎn)生凍脹現(xiàn)象也即認(rèn)為二次變形穩(wěn)定過(guò)程。F->G過(guò)程：人為將土體的底端溫度再次降低，土體的結(jié)構(gòu)性質(zhì)再次發(fā)生變化，二次出現(xiàn)凍脹現(xiàn)象。G->H過(guò)程：整個(gè)土體二次凍透完畢后不再產(chǎn)生凍脹現(xiàn)象也即認(rèn)為第三次變形穩(wěn)定過(guò)程。H->I過(guò)程：對(duì)應(yīng)試驗(yàn)步驟中的第四步完成后

11、，關(guān)閉環(huán)境溫度、頂端溫度及底端溫度后，整個(gè)溫度呈現(xiàn)升高趨勢(shì)，原凍透的土體開(kāi)始逐漸融化，此過(guò)程為土體的融化過(guò)程。6.4 整個(gè)試驗(yàn)過(guò)程快速指導(dǎo)跟蹤如下圖所示試驗(yàn)數(shù)據(jù)： 該試驗(yàn)整個(gè)過(guò)程全程記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，并以.txt文件存儲(chǔ)，可根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求進(jìn)行分析，如下所示：試驗(yàn)前采樣數(shù)據(jù)為：工程名稱 工程編號(hào) 試樣名稱 試樣標(biāo)號(hào) 采樣間隔 開(kāi)始前試樣變形 鋼筋 001 混凝土 0002 5000 0.000試驗(yàn)開(kāi)始時(shí)采樣數(shù)據(jù)為：時(shí)間(s) 載荷(kN) 位移(mm) 變形(mm) 徑向變形1(mm) 徑向變形2(mm) 側(cè)壓(mpa) 水壓(kpa) NO1 NO2 NO3 NO4 NO5 NO6 NO7 NO8

12、箱體 頂板槽 底板槽 頂溫 底溫 5 0.005 0.001 -0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 320.00 11.21 11.10 10.98 15.52 11.01 10.65 10.84 9.55 1.98 9.86 12.65 9.51 10 0.005 0.004 0.002 0.000 0.000 0.000 0.000 320.00 11.21 11.10 10.98 15.52 11.01 10.65 10.84 9.54 1.99 9.87 12.65 9.51 15 0.005 0.005 0.003 0.000 0.000 0.000 0.00

13、0 320.00 11.21 11.10 10.98 15.52 11.01 10.65 10.84 9.53 2.01 9.87 12.65 9.51 20 0.005 0.007 0.004 0.000 0.000 0.000 0.000 320.00 11.15 10.99 10.98 15.49 11.01 10.65 10.84 9.52 2.02 9.87 12.65 9.54 25 0.005 0.009 0.004 0.000 0.000 0.000 0.000 320.00 11.15 10.99 10.98 15.49 11.01 10.65 10.84 9.53 2.03 9.87 12.65 9.54試驗(yàn)結(jié)論分析：1 對(duì)于地下不同深度處的土體，其豎直方向要求恒定的載荷不同，也即認(rèn)為土體固結(jié)所需要設(shè)定的載荷不同。2 對(duì)于不同深度處的土體，其含水率不同，因而產(chǎn)生的凍脹