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摘 要 土工试验在工程设计和施工中具有十分重要的地位，由于土体本身特殊性，以及设备、人员、测试方法的综合影响，测试结果会产生偏差，其结果会最终导致设计的安全和可靠性。所以，在土工试验中采用自动化技术，减少人员干预，增加数据的采集数量、按照标准的程序操作，对提高测试结果的可靠性，保证工程的安全性和稳定性具有十分重要的意义。
关键词 土工试验；自动化技术；趋势
中图分类号 TU 文献标识码 A 文章编号 1673-9671-(2011)101-0180-01
土工试验在工程设计和施工中具有十分重要的地位。由于土体本身特殊性，以及设备、人员、测试方法的综合影响，测试结果会产生偏差，其结果会最终导致设计的安全和可靠性。所以，在土工试验中采用自动化技术，减少人员干预，增加数据的采集数量、按照标准的程序操作，对提高测试结果的可靠性，保证工程的安全性和稳定性具有十分重要的意义。
1 土工试验中常用的自动化设备及操作要点
土工式样中常用的设备主要包括三个部分：外部设备、控制设备、以及自动化数据处理分析软件。外部设备主要有：信号传感器、位移传感器、电动直剪仪、空压机、气压固结仪、信号线、三轴仪、稳压过滤装置等；控制设备主要有：数据采集器、多功能卡、控制器、系统主计算机、通道选择器等。
1.1 气压固结仪的操作要点
全自动气压固结仪的操作主要分为以下几步：
1）在操作全自动固结仪之前，先检查气泵及固结仪器状况，以及计算机与控制系统的连接情况，运行采集程序检查计算机能否正常接收控制柜和传感器信号。2）装样品：装样要及时，在制样结束后及时装样固结，因为样品放置时间过长，易导致样品失水、密实，影响试验的准确性。将样品分配到各台仪器后，记录对应的样品编号。装样时严格按照规范要求，护环、透水板、透水纸、样品环刀、加压盖等每一个安装环节都需认真仔细，环刀一定要安装到位，同时按规定对样品进行保湿或饱和，饱和软土、粉土、砂土装样后应向容器中注入清水，由于粉土和砂性土极易失水密实，所以加水和不加水的固结沉降差别明显。3）进入数据采集程序，按试验日期创建试验编号，该编号为将来用于保存本批样品数据的文件名，登录与仪器对应的土样编号，选择固结压力序列和固结方法（标准固结或快速固结），并选择固结稳定的判定标准（24h、0.005mm/h、0.01mm/h，一般选“0.005mm/h”）。对空闲仪器应选中“跳过”该仪器。4）选中“自动判定”选项，点击“平衡自重”按钮，当按钮上方提示“301”即进行平衡自重的自动控制状态，系统将按设定的平衡压力将容器从底部托起，与顶部的螺杆完全接触。当仪器平衡自重完成后，“开始试验”按钮由灰变黑，点击“开始试验”按钮，施加第一级荷重。5）以下的读数及加荷已完全由计算机接管，这期间需要通过程序窗口的沉降曲线跟踪观察试验过程，跟踪观察非常必要，有时由于环境条件较差，可能导致电子设备的控制失灵，或因计算机性能故障导致程序死锁。6）试验结束后，系统自动进行空闲状态，此时压力并未自动卸除，手工点击“卸压”按钮，卸去压力（伴随卸压的气流声）。7）拆卸样品，复原仪器，读出或导入固结试验
数据。
1.2 四联电动直剪仪操作需要注意的问题
在四联电动直剪仪的操作过程中需要注意以下几个问题：
1）饱和软土和砂土浸水的问题，尤其是粉土和砂性土，极易失水、密实，如果不浸水，测得的剪切强度可能会大到难以置信，粘聚力严重失实，内摩擦角也会明显偏大。所以，浸水不浸水不能一概而论，具体到个别样品如残积土、水位以上的松散砂土，需要通过讨论、分析计算后确定。2）不同的剪切压力下得到的结果差别会很大，所以在操作過程中尽量依据规范和经验，坚硬粘土可用100kPa、200kPa、300kPa、400kPa，中硬～硬塑的粘性土可用50kPa、100kPa、200kPa、300kPa，中塑粘性土及粉土、砂性土可采用50kPa、100kPa、150kPa、200kPa，软土可视情形采用更低的法向荷载。3）剪切应采用四块土样，只有当样品不均匀或样品不足以制成四块剪切土样时，允许用三块土样进行剪切，如果是严重扰动或严重不均匀的土样，建议放弃剪切试验。4）应尽量使四个剪切盒同步剪切。密切跟踪剪切试验进程（由于连续阴雨天气、灰尘或计算机性能不稳定等因素，数据控制系统长时间运行可能出现故障）。对样品进行描述，对异常值及时做出判断。5）加强仪器的清洁保养，尤其在批量剪切过程中应及时清洁仪器。保证不会因为仪器自身问题影响测试结果的精度。
1.3 三轴仪的操作要点
三轴仪从自动化程度上可分为全自动和半自动两种。全自动三轴仪与半自动的主要区别是指在实验过程中无需人工进行加压、测读排水体积、实验容器的升降。其具体操作流程基本相同。
1）样品的制备，应该尽量选取有代表性的样品，透过试验发现，选取三轴样品的质量往往都优于常规留样，导致三轴试验结果与其它数据吻合性较差，因此在条件允许的情况下尽可能取同一段样品，采用三分器制样。2）使用仪器前先要检查各个管路的通畅、各个调压筒中的水体积是否合适、橡皮垫是否完好、导杆是否充分润滑（导杆摩擦力也是影响结果的重要因素）等。3）装样和上水，这一过程的关键是如何有效驱除膜土间空气和压力室气泡，另外，还有一个样品饱和的步骤，饱和的方法有预先用真空泵抽气饱和和利用三轴仪器的反压装置进行饱和两个主要方法。4）数采的控制，该过程最重要的操作是样品速率的选择，适当的速率既可以加快试验进程又可以得到不错的结果。完成上述过程后，检测过程和结果可通过计算机输出。
2 自动化技术在土工试验中的应用发展趋势
土工试验自动化采集和控制系统的开发和研制是土工试验发展的必然趋势，通过自动化仪器和控制系统的使用，将加荷、记录、计算、曲线绘制等工作量大，持续时间长的工作交由仪器来处理，有效的减少了人工的投入，同时提高了计算的精度、效率，保证了试验结果的稳定、科学、准确性。但同时，土工试验自动化技术还处于发展阶段，自动化仪器和设备以及数据的后处理软件还在逐步的完善和调整。所以在应用中还存在一些问题：1）在试验开始前必须对土样进行详细编号，在每一项的试验中需要在仪器中认真输入土样对应的编号，否则土样编号就会杂乱无章无法重新排序，给工程报告带来很多麻烦，同时容易造成混淆，影响数据的准确性。2）试验中需要输入仪器的载荷、土样的浸水性等参数要根据经验和规范要求合理确定，同时针对不同的情况要进行多次实验和调整。3）在仪器试验和测验过程中要保证人员的值守，发现异常及时调整，同时对测试结果要认真分析，不能盲目相信，最终，通过人机协同保证结果的真实准确。
3 结束语
自动化技术在土工试验中的应用，极大地提高了土工试验的工作效率和试验数据的精确度。为提高工程设计和施工的安全、稳定和科学性提供了有力的保证。同时，自动化技术在土工试验中的应用还不够成熟，在实验中，操作人员在严格按照标准规范操作的同时，还有增强自主意识，加强人工的干预，从而使试验的结果能够真正为提高工程整体质量做出贡献。
参考文献
[1]张敏妮.浅析土工试验中常见的问题及解决方法[J].技术与市场,2011,02:22-24.
[2]GB/T50123土工试验方法标准[S].1999.
[3]胡建平.KTG土工试验自动化采集系统的数据格式转换[J].上海地,2001,04:10-15.
关键词 土工试验；自动化技术；趋势
中图分类号 TU 文献标识码 A 文章编号 1673-9671-(2011)101-0180-01
土工试验在工程设计和施工中具有十分重要的地位。由于土体本身特殊性，以及设备、人员、测试方法的综合影响，测试结果会产生偏差，其结果会最终导致设计的安全和可靠性。所以，在土工试验中采用自动化技术，减少人员干预，增加数据的采集数量、按照标准的程序操作，对提高测试结果的可靠性，保证工程的安全性和稳定性具有十分重要的意义。
1 土工试验中常用的自动化设备及操作要点
土工式样中常用的设备主要包括三个部分：外部设备、控制设备、以及自动化数据处理分析软件。外部设备主要有：信号传感器、位移传感器、电动直剪仪、空压机、气压固结仪、信号线、三轴仪、稳压过滤装置等；控制设备主要有：数据采集器、多功能卡、控制器、系统主计算机、通道选择器等。
1.1 气压固结仪的操作要点
全自动气压固结仪的操作主要分为以下几步：
1）在操作全自动固结仪之前，先检查气泵及固结仪器状况，以及计算机与控制系统的连接情况，运行采集程序检查计算机能否正常接收控制柜和传感器信号。2）装样品：装样要及时，在制样结束后及时装样固结，因为样品放置时间过长，易导致样品失水、密实，影响试验的准确性。将样品分配到各台仪器后，记录对应的样品编号。装样时严格按照规范要求，护环、透水板、透水纸、样品环刀、加压盖等每一个安装环节都需认真仔细，环刀一定要安装到位，同时按规定对样品进行保湿或饱和，饱和软土、粉土、砂土装样后应向容器中注入清水，由于粉土和砂性土极易失水密实，所以加水和不加水的固结沉降差别明显。3）进入数据采集程序，按试验日期创建试验编号，该编号为将来用于保存本批样品数据的文件名，登录与仪器对应的土样编号，选择固结压力序列和固结方法（标准固结或快速固结），并选择固结稳定的判定标准（24h、0.005mm/h、0.01mm/h，一般选“0.005mm/h”）。对空闲仪器应选中“跳过”该仪器。4）选中“自动判定”选项，点击“平衡自重”按钮，当按钮上方提示“301”即进行平衡自重的自动控制状态，系统将按设定的平衡压力将容器从底部托起，与顶部的螺杆完全接触。当仪器平衡自重完成后，“开始试验”按钮由灰变黑，点击“开始试验”按钮，施加第一级荷重。5）以下的读数及加荷已完全由计算机接管，这期间需要通过程序窗口的沉降曲线跟踪观察试验过程，跟踪观察非常必要，有时由于环境条件较差，可能导致电子设备的控制失灵，或因计算机性能故障导致程序死锁。6）试验结束后，系统自动进行空闲状态，此时压力并未自动卸除，手工点击“卸压”按钮，卸去压力（伴随卸压的气流声）。7）拆卸样品，复原仪器，读出或导入固结试验
数据。
1.2 四联电动直剪仪操作需要注意的问题
在四联电动直剪仪的操作过程中需要注意以下几个问题：
1）饱和软土和砂土浸水的问题，尤其是粉土和砂性土，极易失水、密实，如果不浸水，测得的剪切强度可能会大到难以置信，粘聚力严重失实，内摩擦角也会明显偏大。所以，浸水不浸水不能一概而论，具体到个别样品如残积土、水位以上的松散砂土，需要通过讨论、分析计算后确定。2）不同的剪切压力下得到的结果差别会很大，所以在操作過程中尽量依据规范和经验，坚硬粘土可用100kPa、200kPa、300kPa、400kPa，中硬～硬塑的粘性土可用50kPa、100kPa、200kPa、300kPa，中塑粘性土及粉土、砂性土可采用50kPa、100kPa、150kPa、200kPa，软土可视情形采用更低的法向荷载。3）剪切应采用四块土样，只有当样品不均匀或样品不足以制成四块剪切土样时，允许用三块土样进行剪切，如果是严重扰动或严重不均匀的土样，建议放弃剪切试验。4）应尽量使四个剪切盒同步剪切。密切跟踪剪切试验进程（由于连续阴雨天气、灰尘或计算机性能不稳定等因素，数据控制系统长时间运行可能出现故障）。对样品进行描述，对异常值及时做出判断。5）加强仪器的清洁保养，尤其在批量剪切过程中应及时清洁仪器。保证不会因为仪器自身问题影响测试结果的精度。
1.3 三轴仪的操作要点
三轴仪从自动化程度上可分为全自动和半自动两种。全自动三轴仪与半自动的主要区别是指在实验过程中无需人工进行加压、测读排水体积、实验容器的升降。其具体操作流程基本相同。
1）样品的制备，应该尽量选取有代表性的样品，透过试验发现，选取三轴样品的质量往往都优于常规留样，导致三轴试验结果与其它数据吻合性较差，因此在条件允许的情况下尽可能取同一段样品，采用三分器制样。2）使用仪器前先要检查各个管路的通畅、各个调压筒中的水体积是否合适、橡皮垫是否完好、导杆是否充分润滑（导杆摩擦力也是影响结果的重要因素）等。3）装样和上水，这一过程的关键是如何有效驱除膜土间空气和压力室气泡，另外，还有一个样品饱和的步骤，饱和的方法有预先用真空泵抽气饱和和利用三轴仪器的反压装置进行饱和两个主要方法。4）数采的控制，该过程最重要的操作是样品速率的选择，适当的速率既可以加快试验进程又可以得到不错的结果。完成上述过程后，检测过程和结果可通过计算机输出。
2 自动化技术在土工试验中的应用发展趋势
土工试验自动化采集和控制系统的开发和研制是土工试验发展的必然趋势，通过自动化仪器和控制系统的使用，将加荷、记录、计算、曲线绘制等工作量大，持续时间长的工作交由仪器来处理，有效的减少了人工的投入，同时提高了计算的精度、效率，保证了试验结果的稳定、科学、准确性。但同时，土工试验自动化技术还处于发展阶段，自动化仪器和设备以及数据的后处理软件还在逐步的完善和调整。所以在应用中还存在一些问题：1）在试验开始前必须对土样进行详细编号，在每一项的试验中需要在仪器中认真输入土样对应的编号，否则土样编号就会杂乱无章无法重新排序，给工程报告带来很多麻烦，同时容易造成混淆，影响数据的准确性。2）试验中需要输入仪器的载荷、土样的浸水性等参数要根据经验和规范要求合理确定，同时针对不同的情况要进行多次实验和调整。3）在仪器试验和测验过程中要保证人员的值守，发现异常及时调整，同时对测试结果要认真分析，不能盲目相信，最终，通过人机协同保证结果的真实准确。
3 结束语
自动化技术在土工试验中的应用，极大地提高了土工试验的工作效率和试验数据的精确度。为提高工程设计和施工的安全、稳定和科学性提供了有力的保证。同时，自动化技术在土工试验中的应用还不够成熟，在实验中，操作人员在严格按照标准规范操作的同时，还有增强自主意识，加强人工的干预，从而使试验的结果能够真正为提高工程整体质量做出贡献。
参考文献
[1]张敏妮.浅析土工试验中常见的问题及解决方法[J].技术与市场,2011,02:22-24.
[2]GB/T50123土工试验方法标准[S].1999.
[3]胡建平.KTG土工试验自动化采集系统的数据格式转换[J].上海地,2001,04:10-15.