微機控制凍脹融沉壓縮精編實驗報告

1、微機控制多功能凍土融沉壓縮試驗報告試驗內(nèi)容：1. 測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試。2. 測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試。試驗目的：針對以上測試，對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，通過人工模擬干預補水，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不同。試驗組成內(nèi)容:1. 土體自由狀態(tài)或恒定載荷條件的實現(xiàn)及工程量測量。1.1 土體豎向恒定載荷的實現(xiàn)該設(shè)備軸向加載測量與系統(tǒng)主要由底座、支架、伺服電機及驅(qū)動器、減速器、大小帶輪、滾珠絲杠、工作臺、立柱、移動橫

2、梁，中間活動桿及載荷傳感器、光電編碼器及變形傳感器等組成。工作時步進伺服帶動減速比為1/30的減速器運動，小帶輪和大帶輪減速比2.5，小帶輪帶動大帶輪旋轉(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，實現(xiàn)絲母跟下橫梁同步上下移動，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，從而實現(xiàn)對試樣加卸負荷及載荷數(shù)值測量。其機械傳動原理圖如下所示：1.2 土體恒定載荷狀態(tài)下的土體力學性能的測量及控制1.2.1 試驗力值測量：采用高精度、高穩(wěn)定性負荷傳感器、配備高精度、高分辨率采樣測量、放大系統(tǒng)，確保測力精度低于示值的±0.5，實現(xiàn)高精度測量，保證試驗機精度達到1級

3、。通過載荷閉環(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)試驗要求可控制變化或保持)。1.2.2試樣變形測量：通過LVDT傳感器和所配置的高精度、高響應(yīng)速度的測量放大與控制系統(tǒng)，實現(xiàn)試件變形的測量和控制。1.2.3位移測量：采用與傳動系統(tǒng)同軸聯(lián)接的高精度光電編碼器通過測量絲杠的轉(zhuǎn)角測量活動橫梁的位移，再通過測量電路反應(yīng)出橫梁上下夾頭間的絕對位移，進而實現(xiàn)系統(tǒng)的位移控制。1.2.4傳動及驅(qū)動控制系統(tǒng)：選用伺服電機驅(qū)動系統(tǒng)和高精度減速機，確保系統(tǒng)平穩(wěn)、低噪聲、高效率、高精度、高強度、長壽命傳動載荷，實現(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量與控制2.1

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

5、溫度采用在縱向依次排列多個高精度溫度探頭，通過多路巡檢儀實時測量各點溫度及通過上位機將試驗過程中的各溫度數(shù)值實時記錄并顯示。4. 土體在不同豎向載荷條件下的人工干預補水。補水加壓裝置系統(tǒng): 通過加壓裝置，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，可完成切換是否進行補水管路。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。試驗步驟:1砂土或黏土土體試樣的制備 確認低溫箱內(nèi)在豎向有足夠的試驗空間下裝夾試樣，否則就要通過軸向電機系統(tǒng)調(diào)整試驗空間。接下來的步驟如下所示。1.13選擇試驗類型，設(shè)置試驗參數(shù)。2試驗類型及試驗參數(shù)及保護參數(shù)的

6、設(shè)置如下圖所示：3土體試樣固結(jié)過程及穩(wěn)定度條件的判定 當設(shè)置完試驗類型及試驗參數(shù)條件后，開始試驗。在這個過程中，土體試樣一直為固結(jié)過程，在未達到設(shè)定的固結(jié)時間前，可人工觀察試樣變形的穩(wěn)定性，可實時延長或縮短固結(jié)時間或可直接進入到下試驗下一步。對不同的土體試樣，固結(jié)穩(wěn)定的時間可能不同。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，人工開啟箱體、頂板溫度及底板溫度液浴槽，使土體真實模擬自然狀態(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補水在上述步驟完成后且進入到下一步驟后，土體的底溫、頂溫及環(huán)溫會按照設(shè)置變化，即認為土體開始從底部向上開始凍脹。在此過程開始

7、時刻，即要對土體進行補水。即隨著補水的滲入，土體的凍脹量開始有所變化，土體性質(zhì)不同，其補水的量也不同，土體的凍脹量也不同。補水的具體步驟如下：5.1待試樣固結(jié)穩(wěn)定后，手動使剪式千斤頂向上移動（順時針為加壓），此時缸內(nèi)的液體通過高壓膠管壓到管路內(nèi)。5.2 待確認膠管及上壓頭內(nèi)部全部充滿水后，擰開最上端的排氣加水孔，此時缸的活塞桿在最高位置。5.3 用針管吸取一定量的水，在搖動千斤頂絲杠向下移動時同時向液壓缸中注水，將千斤頂移動到最下端時再次將排氣孔堵住。5.4 施加兩次絲杠兩個全量程后，液壓管內(nèi)部基本全部充滿水，如不夠再重復以上步驟。5.5 搖動千斤頂絲杠，同時將排氣孔稍擰松，手動加壓，在有微小

8、的壓力時，整個密閉容器中的氣體就通過最高點排氣孔排出。此時整個管路中的氣體全部排出，擰緊排氣閥。5.6 施加壓力到某個數(shù)值，觀測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，隨著時間的推移，壓力會逐漸減小，記錄起始時刻及卸壓穩(wěn)定后的壓力數(shù)值，計算其中的差值。5.8 通過壓力的差值換算為水的體積變化量。6土體試樣的整個凍脹融沉及壓縮過程的試驗結(jié)果分析6.1 在整個過程中的載荷保持恒定，如下圖所示 在整個試驗過程中，載荷控制為全伺服狀態(tài)，即可實現(xiàn)全自動調(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。圖中曲線為整個試驗過程中溫度隨設(shè)置情況及變化情況的跟蹤曲線圖。6.3 土體凍脹融沉整個過程分析IHGFEDCBA以上凍脹融沉整個過程參數(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應(yīng)變形測量數(shù)值減小。A->B 過程：按設(shè)置的恒定載荷，通過電機系統(tǒng)加載到某個設(shè)置的恒定的載荷時對應(yīng)的土體的變形情況，即為土體預壓過程。B->C過程：為土體固結(jié)穩(wěn)定過程，在C點認為土體已達到變形穩(wěn)定。C->D過程：對應(yīng)試驗步驟的第二步，開始對土體的環(huán)境溫度、頂端溫

10、度及底端溫度進行初始化狀態(tài)設(shè)置，此過程因開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過程：對應(yīng)試驗步驟的第三步，由土體的初始化溫度開始變化到底溫設(shè)置的更低的溫度，同時以較小的水壓力進行整個過程的補水，在整個過程中，土體的溫度由底部向頂溫逐步凍透過程，土體出現(xiàn)凍脹現(xiàn)象。E->F過程：整個土體凍透完畢后不再產(chǎn)生凍脹現(xiàn)象也即認為二次變形穩(wěn)定過程。F->G過程：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過程：整個土體二次凍透完畢后不再產(chǎn)生凍脹現(xiàn)象也即認為第三次變形穩(wěn)定過程。H->I過程：對應(yīng)試驗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，整個溫度呈現(xiàn)升高趨勢，原凍透的土體開始逐漸融化，此過程為土體的融化過程。6.4 整個試驗過程快速指導跟蹤如下圖所示試驗數(shù)據(jù)： 該試驗整個過程全程記錄實驗數(shù)據(jù)，并以.txt文件存儲，可根據(jù)實驗要求進行分析，如下所示：試驗前采樣數(shù)據(jù)為：工程名稱 工程編號 試樣名稱 試樣標號 采樣間隔 開始前試樣變形 鋼筋 001 混凝土 0002 5000 0.000試驗開始時采樣數(shù)據(jù)為：時間(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試驗結(jié)論分析：1 對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，也即認為土體固結(jié)所需要設(shè)定的載荷不同。2 對于不同深度處的土體，其含水率不同，因而產(chǎn)生的凍脹