一種直觀觀測EPS淤泥混合輕量土變形特征的裝置的研究

■文/趙彥斌 馮永 趙瀟羽

一種直觀觀測EPS淤泥混合輕量土變形特征的裝置的研究

■文/趙彥斌 馮永 趙瀟羽

EPS淤泥混合輕量土作為一種超輕質(zhì)的地基填料，在國外有較為廣泛的應(yīng)用。實(shí)踐證明，EPS淤泥混合輕量土有著隔熱性好、自重輕、自立性強(qiáng)等優(yōu)良性能，對解決路基凍害、橋頭跳車、路基失穩(wěn)、新老路基拼接等問題有良好的處理效果。EPS作為一種新型輕質(zhì)工程材料正日益受到工程界重視。然而由于EPS淤泥混合輕量土有著密度小，高孔隙比、強(qiáng)度低、靈敏度高、滲透系數(shù)小等特點(diǎn)，受力后隨力大小時(shí)間作用變化復(fù)雜,使用傳統(tǒng)方式測量誤差較大。本研究針對這一現(xiàn)象設(shè)計(jì)了一種直觀觀測EPS淤泥混合輕量土變形特征的裝置。

巖土工程 EPS淤泥混合輕量土 變形特征

目前，巖土工程領(lǐng)域中用于測量材料外力作用下形變量的方法眾多，測量對象各異，缺乏一種單一有效的針對測量EPS淤泥混合輕量土變形特征的裝置。EPS淤泥混合輕量土作為一種新型材料在外力作用下隨力的大小，時(shí)間變化復(fù)雜運(yùn)用傳統(tǒng)方法進(jìn)行測量誤差大，不能作為實(shí)測參考,亟需一種專門針對測量EPS淤泥混合輕量土的裝置。

一、傳統(tǒng)測量方式的弊端

單杠桿式固結(jié)儀的缺點(diǎn)：（1）通過固定重量砝碼向試樣施加壓力，壓力施加穩(wěn)定但容易受外界因素影響。（2）人工讀數(shù)存在一定的人為誤差。（3）人工施加砝碼時(shí)有一定的沖擊力，對試樣有一定的擾動(dòng)。（4）所有操作均在人工下進(jìn)行，效率低下。（5）難以動(dòng)態(tài)顯示應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系

二、工作原理

利用“計(jì)算——傳感器—物理形變—傳感器—計(jì)算機(jī)”信號(hào)傳遞的原理，運(yùn)用計(jì)算機(jī)對施加的荷載進(jìn)行動(dòng)態(tài)控制，根據(jù)反饋的物理信號(hào)轉(zhuǎn)化成的電信號(hào)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，表示試樣發(fā)生的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系。計(jì)算機(jī)軟件系統(tǒng)可以對壓力控制器進(jìn)行控制，設(shè)定固結(jié)壓力、自動(dòng)糾正容器（包括土樣）及其他附件的重量、啟動(dòng)固結(jié)、停止固結(jié)、數(shù)據(jù)交換等功能，可以對臺(tái)固結(jié)儀的位移傳感器進(jìn)行標(biāo)定，實(shí)時(shí)顯示固結(jié)試驗(yàn)的數(shù)據(jù)和圖表曲線，計(jì)算機(jī)軟件系統(tǒng)可以聯(lián)接電子天平，對土樣盒稱重，含水量密度計(jì)算。氣壓控制器由MCS單片機(jī)控制，可對固結(jié)儀設(shè)定同一固結(jié)壓力，自動(dòng)采集通道數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)將通道數(shù)據(jù)傳遞給計(jì)算機(jī)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制。

三、技術(shù)指標(biāo)

1、固結(jié)儀：出力0～12.6kN，出力精度：荷重≤500kPa，絕對誤差≤±1.0kPa；荷重＞500kPa～3200kPa，相對誤差≤±1.0%。

2、土樣面積：30cm2，50cm2。

3、調(diào)制壓力控制范圍：0～0.65MP。

四、儀器的基本結(jié)構(gòu)

儀器主要由（1）加壓傳感器、（2）剛性玻璃護(hù)罩、（3）應(yīng)變片組成。測量裝置通過加壓裝置（1）加壓傳感器對（2）剛性玻璃護(hù)罩中放入的土樣施壓，（5）土樣內(nèi)部的（3）應(yīng)變片會(huì)在土樣變化的過程中也發(fā)生相應(yīng)的變化。（3）應(yīng)變片這一變化信號(hào)將會(huì)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娮有盘?hào)在電子裝置顯示屏中顯示出來，進(jìn)而對巖土內(nèi)部的應(yīng)變，應(yīng)力情況作出了解。通過加入土樣中應(yīng)變片的變化情況所轉(zhuǎn)化成的電信號(hào)對土樣內(nèi)部的應(yīng)力，應(yīng)變情況作出了解。該裝置結(jié)構(gòu)簡易，而且有很強(qiáng)的操作性，由所制作的機(jī)械結(jié)構(gòu)通過應(yīng)變片和電子裝置聯(lián)系起來，簡單的信號(hào)轉(zhuǎn)變即可得出所需的信息。

五、操作步驟

（1）根據(jù)工程需要切取原狀土或制備所需濕度密度的擾動(dòng)土樣，制樣要求按照GB/T50123-1999《土工試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》進(jìn)行。（2）擦凈環(huán)刀外壁、稱環(huán)刀與土合重，精確至0.1g，并取環(huán)刀兩面修下的土樣測定其含水量。（3）取下固結(jié)容器套件，在固結(jié)容器內(nèi)裝上切土環(huán)刀（刀口向下），土樣兩端應(yīng)貼上潔凈而濕潤的濾紙，再將導(dǎo)環(huán)置于固結(jié)容器中，然后放上透水石和傳壓板。安裝好后，手拉傳感器的測桿，將容器置于工作臺(tái)正中。（4）檢查壓力是否在0.65～0.8MPa之間。（5）檢查控制器和計(jì)算機(jī)之間的通信是否正常。（6）啟動(dòng)計(jì)算機(jī)軟件，按計(jì)算機(jī)軟件的要求操作。在采集（S）菜單中選擇固結(jié)試驗(yàn)。（7）在使用的固結(jié)儀上點(diǎn)擊開始試驗(yàn)鍵（不能在不使用的固結(jié)儀上點(diǎn)擊開始試驗(yàn)），計(jì)算機(jī)語音提示固結(jié)試驗(yàn)開始。（8）固結(jié)試驗(yàn)自動(dòng)按時(shí)間方法所規(guī)定的時(shí)間和荷重序列逐級(jí)加載，并按固結(jié)試驗(yàn)的要求記錄數(shù)據(jù)，顯示時(shí)間平方根曲線、時(shí)間對數(shù)曲線。

六、結(jié)論及建議

隨著國家對于海洋權(quán)利的日益重視，海港以及填海工程的日益增加，解決軟土地基中的一些突出問題也隨之變得越來越迫切。EPS淤泥混合輕量土除在對開挖出的淤泥再利用的優(yōu)點(diǎn)外，對解決軟土地基中沉降不均勻等問題也有著突出效果。由此EPS淤泥混合輕量土的實(shí)用價(jià)值和應(yīng)用范圍逾顯突出，加強(qiáng)對EPS淤泥混合輕量土的研究已經(jīng)迫不及待。

本文涉及一種直觀觀測EPS淤泥混合輕量土土體變形情況裝置。一種EPS淤泥混合輕量土試驗(yàn)專用壓縮器。該裝置結(jié)構(gòu)簡易，而且有很強(qiáng)的操作性，對于研究EPS淤泥混合輕量土變形特征有著較好的應(yīng)用效果，能夠解決在傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)的問題。

[1]馮永.黃河沖積平原鄭州段EPS淤泥混合輕量土的抗壓特性研究[J].

[2]土工試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)(GB／50123－1999)[S].中國計(jì)劃出版社，1999.

[3]盧廷浩.土力學(xué)[M].北京：高等教育出版社，2010.

（作者單位：河南工業(yè)大學(xué)土木建筑學(xué)院）