多通道岩土膨胀力自动化测试系统的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种多通道岩土膨胀力自动化测试系统，包括与中央控制系统电连接的一组结构相同的膨胀力测试仪，膨胀力测试仪包括由底座、顶板和两根连接两者的立柱构成的抗变形框架，顶板下方设置有S型测力传感器，底座上设置有丝杠升降装置，丝杠升降装置顶杆端部设置有托盘，S型测力传感器和托盘之间卡接有样品容器；S型测力传感器的信号输出端与模数转换器输入端电连接，模数转换器输出端与PLC控制器的信号输入端电连接，PLC控制器的信号输出端与中央控制系统信号输入端电连接。本发明结构简单，测试精准，使用方便，减少了人力物力的投入。提高了膨胀力试验的效率，能够在短时间内完成大批量的膨胀力试验。
【专利说明】
多通道岩土膨胀力自动化测试系统
技术领域
[0001 ]本发明涉及岩土工程技术领域，尤其是涉及一种多通道岩土膨胀力自动化测试系统。【背景技术】
[0002]膨胀岩土是自然地质过程中形成的一类与水发生物理化学反应而引起自身体积变化的地质体，主要由强亲水性粘土矿物蒙脱石、伊利石、高岭石等组成，具有吸水膨胀软化、失水收缩干裂的特性。我国膨胀岩土分布比较广泛，涉及全国多个省市、自治区，近年来国家经济建设迅猛发展，水利水电建设、公路铁路交通、矿产资源开发等工程建设越来越多地向膨胀岩土地区发展，由膨胀岩土引起的岩土工程问题日益严重，其中膨胀力是膨胀岩土重要的力学特性指标之一，它对膨胀岩土地基及膨胀岩土地区的工程的设计、施工具有重要指导意义，某些膨胀岩土地区的工程事故多与岩土的膨胀力有关。
[0003]国际岩石力学学会及国家标准中对膨胀力指标的建议测试方法为平衡加压法，即在一定直径的金属环内，放置与内径接近的试样，试样通过透水板可以透水，通过加压装置进行预压，改变压力大小使整个试验过程轴向变形保持不变，测得的稳定压力即为膨胀力。 目前行业内普遍采用上述推荐方法，其实施过程需人工不断加压和频繁记数，操作过程复杂且加荷值难以预估，易导致测试结果产生偏差，自动化程度亟待提高。部分科研院所在自动化方面进行了有益探索，推动了膨胀力研究的发展，但目前仍未出现可直接用于岩土膨胀力自动化测试的设备，一般采用在现有测试设备上加配测试系统、软件后进行岩土膨胀力试验，但存在性价比过低、且普及率不高的问题。
【发明内容】
[0004]本发明提供一种多通道岩土膨胀力自动化测试系统，目的在于解决目前膨胀力试验自动化程度低、需要耗费较多人力和时间、以及测试结果不够精准等问题。
[0005]为实现上述目的，本发明可采取下述技术方案:本发明所述的多通道岩土膨胀力自动化测试系统，包括与中央控制系统电连接的一组结构相同的膨胀力测试仪，所述膨胀力测试仪包括由底座、顶板和两根连接两者的立柱构成的抗变形框架，所述顶板下方设置有S型测力传感器，所述底座上设置有丝杠升降装置， 所述丝杠升降装置顶杆端部设置有托盘，所述S型测力传感器和所述托盘之间卡接有样品容器;所述S型测力传感器的信号输出端与模数转换器输入端电连接，所述模数转换器输出端与PLC控制器的信号输入端电连接，所述PLC控制器的信号输出端与所述中央控制系统信号输入端电连接。
[0006]所述膨胀力测试仪为1-64台。
[0007]本发明提供的多通道岩土膨胀力自动化测试系统，结构简单，测试精准，使用方便，减少了人力物力的投入。通过恒定体积结构、高精度检测和自动化技术三项技术的应用，实现了试验过程的精准控制和自动运转，能够提供实时显示数据/分析曲线、历史数据查询等多种数据，提高了膨胀力试验的效率，能够在短时间内完成大批量的膨胀力试验。【附图说明】
[0008]图1是本发明的结构示意图。
[0009]图2是本发明中膨胀力测试仪的结构示意图。
[0010]图3是图1的电路原理框图。【具体实施方式】
[0011]如图1-3所示，本发明所述的多通道岩土膨胀力自动化测试系统，包括与中央控制系统1电连接的一组结构相同的膨胀力测试仪2&、213、2(3，本实施例中膨胀力测试仪为3台， 实际使用中，可根据需要选择单台或者多台，最大可扩展至64台膨胀力测试仪实现多组实验同时开展，提高成果比对度和工作效率。
[0012]所述膨胀力测试仪均包括由底座201、顶板202和两根连接两者的立柱203a、203b 构成的抗变形框架，顶板202下方设置有S型测力传感器204,底座201上设置有丝杠升降装置205,丝杠升降装置205顶杆端部设置有托盘206, S型测力传感器204和托盘206之间卡接有样品容器207。[〇〇13]通过力学计算选取适当规格的不锈钢型材组成上述抗变形框架，使其具有一定范围内的抗拉和承压性能，实现实验要求的恒体积条件。选用S型测力传感器，结合采集控制系统，实现了膨胀力数据全程实时采集跟踪，能够高效、智能、精准的检测岩土膨胀力。通过多次对比试验，发现采用丝杠升降装置进行由下向上的抬升，力传感器的示值平稳逐步增加，对试样的扰动较低，对测力传感器的影响最小。上述在恒体积框架结构内设置抬升式预压装置，并结合精密压力表进行变形测试的方式，克服了人工加压平衡误差，避免了试样结构的扰动，传感器处于固定状态测力，避免了传感器的波动误差，其结构稳定且体积小巧， 非常适用于室内试验和现场试验。
[0014] S型测力传感器204的信号输出端与模数转换器205输入端电连接，模数转换器208 输出端与PLC控制器209的信号输入端电连接，PLC控制器209的信号输出端与中央控制系统1信号输入端电连接。中央控制系统1包括485通讯接收系统101和PC机控制器102。[〇〇15] 上述自动化检测系统的性能，满足《土工试验方法标准》GB/T50123-1999、《土工试验规程》(SL237-1999)和《水利水电工程岩石试验规程》SL264-2001中对岩土等膨胀力性能测试的主要设备性能要求。根据规范中对膨胀力记录的频次要求，选取编程简单、使用方便，设计、安装工作量少的PLC方案。可采用T型语言编程，PC机组态软件采用MCGS进行组态， 从而实时记录力的变化情况，显示变形曲线，并自动判定试验结束时间，自动生成试验成果报表，填补了国内岩土膨胀力自动化测试的空白。[〇〇16]与原有膨胀力实验设备相比，本发明具有以下优势:1)本发明的测试结果平均值误差较小，标准差大幅度减小，平行度较好，所得测试数据稳定，基本不受测试人员的影响。
[0017]2)对于相同试样，如果制样过程不同，即使最终稳定后的膨胀力相同，其膨胀发展的过程也可能不一样。原膨胀力试验设备使用平衡加压法，只能提供膨胀稳定后的膨胀力数据;本发明可记录试样膨胀发展的全过程，并显示、记录实时数据。因此，本发明更加有利于试样膨胀性方面的科学试验研究。
[0018]3)原膨胀力试验设备在试验过程中需要2名试验人员48小时以上轮流值守，而使用本发明进行测试时，可实现全程自动化，减少了人力物力的投入，大大减轻了试验工作量。
【主权项】
1.一种多通道岩土膨胀力自动化测试系统，其特征在于:包括与中央控制系统电连接 的一组结构相同的膨胀力测试仪，所述膨胀力测试仪包括由底座、顶板和两根连接两者的 立柱构成的抗变形框架，所述顶板下方设置有S型测力传感器，所述底座上设置有丝杠升降 装置，所述丝杠升降装置顶杆端部设置有托盘，所述S型测力传感器和所述托盘之间卡接有 样品容器;所述S型测力传感器的信号输出端与模数转换器输入端电连接，所述模数转换器 输出端与PLC控制器的信号输入端电连接，所述PLC控制器的信号输出端与所述中央控制系 统信号输入端电连接。2.根据权利要求1所述的多通道岩土膨胀力自动化测试系统，其特征在于:所述膨胀力 测试仪为1-64台。
【文档编号】G01L5/00GK106017766SQ201610510171
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2016年7月1日
【发明人】习晓红, 吴中伟, 李振灵, 金义德, 陈书丽, 李国超, 张晓英, 高慧民, 巩立亮, 薄清元
【申请人】黄河勘测规划设计有限公司