本實(shí)用新型涉及巖土工程技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種多通道巖土膨脹力自動化測試系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

膨脹巖土是自然地質(zhì)過程中形成的一類與水發(fā)生物理化學(xué)反應(yīng)而引起自身體積變化的地質(zhì)體，主要由強(qiáng)親水性粘土礦物蒙脫石、伊利石、高嶺石等組成，具有吸水膨脹軟化、失水收縮干裂的特性。我國膨脹巖土分布比較廣泛，涉及全國多個省市、自治區(qū)，近年來國家經(jīng)濟(jì)建設(shè)迅猛發(fā)展，水利水電建設(shè)、公路鐵路交通、礦產(chǎn)資源開發(fā)等工程建設(shè)越來越多地向膨脹巖土地區(qū)發(fā)展，由膨脹巖土引起的巖土工程問題日益嚴(yán)重，其中膨脹力是膨脹巖土重要的力學(xué)特性指標(biāo)之一，它對膨脹巖土地基及膨脹巖土地區(qū)的工程的設(shè)計、施工具有重要指導(dǎo)意義，某些膨脹巖土地區(qū)的工程事故多與巖土的膨脹力有關(guān)。

國際巖石力學(xué)學(xué)會及國家標(biāo)準(zhǔn)中對膨脹力指標(biāo)的建議測試方法為平衡加壓法，即在一定直徑的金屬環(huán)內(nèi)，放置與內(nèi)徑接近的試樣，試樣通過透水板可以透水，通過加壓裝置進(jìn)行預(yù)壓，改變壓力大小使整個試驗過程軸向變形保持不變，測得的穩(wěn)定壓力即為膨脹力。目前行業(yè)內(nèi)普遍采用上述推薦方法，其實(shí)施過程需人工不斷加壓和頻繁記數(shù)，操作過程復(fù)雜且加荷值難以預(yù)估，易導(dǎo)致測試結(jié)果產(chǎn)生偏差，自動化程度亟待提高。部分科研院所在自動化方面進(jìn)行了有益探索，推動了膨脹力研究的發(fā)展，但目前仍未出現(xiàn)可直接用于巖土膨脹力自動化測試的設(shè)備，一般采用在現(xiàn)有測試設(shè)備上加配測試系統(tǒng)、軟件后進(jìn)行巖土膨脹力試驗，但存在性價比過低、且普及率不高的問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型提供一種多通道巖土膨脹力自動化測試系統(tǒng)，目的在于解決目前膨脹力試驗自動化程度低、需要耗費(fèi)較多人力和時間、以及測試結(jié)果不夠精準(zhǔn)等問題。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型可采取下述技術(shù)方案：

本實(shí)用新型所述的多通道巖土膨脹力自動化測試系統(tǒng)，包括與中央控制系統(tǒng)電連接的一組結(jié)構(gòu)相同的膨脹力測試儀，所述膨脹力測試儀包括由底座、頂板和兩根連接兩者的立柱構(gòu)成的抗變形框架，所述頂板下方設(shè)置有S型測力傳感器，所述底座上設(shè)置有絲杠升降裝置，所述絲杠升降裝置頂桿端部設(shè)置有托盤，所述S型測力傳感器和所述托盤之間卡接有樣品容器；所述S型測力傳感器的信號輸出端與模數(shù)轉(zhuǎn)換器輸入端電連接，所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器輸出端與PLC控制器的信號輸入端電連接，所述PLC控制器的信號輸出端與所述中央控制系統(tǒng)信號輸入端電連接。

所述膨脹力測試儀為1-64臺。

本實(shí)用新型提供的多通道巖土膨脹力自動化測試系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)簡單，測試精準(zhǔn)，使用方便，減少了人力物力的投入。通過恒定體積結(jié)構(gòu)、高精度檢測和自動化技術(shù)三項技術(shù)的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了試驗過程的精準(zhǔn)控制和自動運(yùn)轉(zhuǎn)，能夠提供實(shí)時顯示數(shù)據(jù)/分析曲線、歷史數(shù)據(jù)查詢等多種數(shù)據(jù)，提高了膨脹力試驗的效率，能夠在短時間內(nèi)完成大批量的膨脹力試驗。

附圖說明

圖1是本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是本實(shí)用新型中膨脹力測試儀的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3是圖1的電路原理框圖。

具體實(shí)施方式

如圖1-3所示，本實(shí)用新型所述的多通道巖土膨脹力自動化測試系統(tǒng)，包括與中央控制系統(tǒng)1電連接的一組結(jié)構(gòu)相同的膨脹力測試儀2a、2b、2c，本實(shí)施例中膨脹力測試儀為3臺，實(shí)際使用中，可根據(jù)需要選擇單臺或者多臺，最大可擴(kuò)展至64臺膨脹力測試儀實(shí)現(xiàn)多組實(shí)驗同時開展，提高成果比對度和工作效率。

所述膨脹力測試儀均包括由底座201、頂板202和兩根連接兩者的立柱203a、203b構(gòu)成的抗變形框架，頂板202下方設(shè)置有S型測力傳感器204，底座201上設(shè)置有絲杠升降裝置205，絲杠升降裝置205頂桿端部設(shè)置有托盤206， S型測力傳感器204和托盤206之間卡接有樣品容器207。

通過力學(xué)計算選取適當(dāng)規(guī)格的不銹鋼型材組成上述抗變形框架，使其具有一定范圍內(nèi)的抗拉和承壓性能，實(shí)現(xiàn)實(shí)驗要求的恒體積條件。選用S型測力傳感器，結(jié)合采集控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了膨脹力數(shù)據(jù)全程實(shí)時采集跟蹤，能夠高效、智能、精準(zhǔn)的檢測巖土膨脹力。通過多次對比試驗，發(fā)現(xiàn)采用絲杠升降裝置進(jìn)行由下向上的抬升，力傳感器的示值平穩(wěn)逐步增加，對試樣的擾動較低，對測力傳感器的影響最小。上述在恒體積框架結(jié)構(gòu)內(nèi)設(shè)置抬升式預(yù)壓裝置，并結(jié)合精密壓力表進(jìn)行變形測試的方式，克服了人工加壓平衡誤差，避免了試樣結(jié)構(gòu)的擾動，傳感器處于固定狀態(tài)測力，避免了傳感器的波動誤差，其結(jié)構(gòu)穩(wěn)定且體積小巧，非常適用于室內(nèi)試驗和現(xiàn)場試驗。

S型測力傳感器204的信號輸出端與模數(shù)轉(zhuǎn)換器205輸入端電連接，模數(shù)轉(zhuǎn)換器208輸出端與PLC控制器209的信號輸入端電連接， PLC控制器209的信號輸出端與中央控制系統(tǒng)1信號輸入端電連接。中央控制系統(tǒng)1包括485通訊接收系統(tǒng)101和PC機(jī)控制器102。

上述自動化檢測系統(tǒng)的性能，滿足《土工試驗方法標(biāo)準(zhǔn)》GB/T50123-1999、《土工試驗規(guī)程》（SL237-1999）和《水利水電工程巖石試驗規(guī)程》SL264-2001中對巖土等膨脹力性能測試的主要設(shè)備性能要求。根據(jù)規(guī)范中對膨脹力記錄的頻次要求，選取編程簡單、使用方便，設(shè)計、安裝工作量少的PLC方案。可采用T型語言編程，PC機(jī)組態(tài)軟件采用MCGS進(jìn)行組態(tài)，從而實(shí)時記錄力的變化情況，顯示變形曲線，并自動判定試驗結(jié)束時間，自動生成試驗成果報表，填補(bǔ)了國內(nèi)巖土膨脹力自動化測試的空白。

與原有膨脹力實(shí)驗設(shè)備相比，本實(shí)用新型具有以下優(yōu)勢：

1）本實(shí)用新型的測試結(jié)果平均值誤差較小，標(biāo)準(zhǔn)差大幅度減小，平行度較好，所得測試數(shù)據(jù)穩(wěn)定，基本不受測試人員的影響。

2）對于相同試樣，如果制樣過程不同，即使最終穩(wěn)定后的膨脹力相同，其膨脹發(fā)展的過程也可能不一樣。原膨脹力試驗設(shè)備使用平衡加壓法，只能提供膨脹穩(wěn)定后的膨脹力數(shù)據(jù)；本實(shí)用新型可記錄試樣膨脹發(fā)展的全過程，并顯示、記錄實(shí)時數(shù)據(jù)。因此，本實(shí)用新型更加有利于試樣膨脹性方面的科學(xué)試驗研究。

3）原膨脹力試驗設(shè)備在試驗過程中需要2名試驗人員48小時以上輪流值守，而使用本實(shí)用新型進(jìn)行測試時，可實(shí)現(xiàn)全程自動化，減少了人力物力的投入，大大減輕了試驗工作量。