CN113607918A - 一种可实现土体参数实时调控的实验装置与方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种可实现土体参数实时调控的实验装置，包括土体实验容器和处理器，所述土体实验容器内设有应力传感器和含水率检测仪，所述应力传感器和含水率检测仪分别与所述处理器连接。本发明还提供了一种可实现土体参数实时调控的实验方法。本发明的有益效果是：减少了试验次数和所耗时间；不需要对土体进行取样；可以对土体的基本物理参数进行实时的测量。
Description
技术领域
本发明涉及土工试验装置，尤其涉及一种可实现土体参数实时调控的实验装置与方法。
背景技术
目前，对于地基-基础和上部结构的相互作用的概念有着非常重要的意义。按照以往的常规设计的方法，是将地基、基础和上部结构分别设计，不考虑各自之间的相互作用，按照这样的设计会使得整个设计流程简单很多，但是对于建筑规模较大、建筑体型较为复杂的结构会使得内力的计算偏小，从而造成不安全。而现今将地基、基础和上部结构视为一个整体，一起考虑，则需要满足三者的变形协调条件，从而达到静力平衡。这样的设计方法考虑到了三者之间的相互作用关系，在结构的设计过程中被广为采纳。
在对地基、基础和上部结构三者之一进行调整时，势必会影响到地基土壤，土壤的相关参数会因此发生变化。
土体的物理参数可由三个基本物理参数推出，它们分别是土颗粒比重，土体密度，含水率。其余的物理参数与这三者的关系见表1；其中，土颗粒比重可由比重瓶法测得，其数值只跟土的类型土的性质有关，一般不会发生变化。土的含水率一般可由烘干法测得。
表1：土的三项比例指标换算公式
传统的土工试验存在以下缺陷：
1.传统的土工试验只是对某个单一的物理参数进行测量，试验次数较多，所耗时间较长；
2.传统的土工试验需要在土体上进行取样，会影响土体原有的结构性，对土体造成扰动，从而对土体的物理参数的测量产生影响；
3.传统的土工实验没有考虑土体的动力特性，不能实现对土体参数的实时监测。
发明内容
为了解决现有技术中的问题，本发明提供了一种可实现土体参数实时调控的实验装置与方法。
本发明提供了一种可实现土体参数实时调控的实验装置，包括土体实验容器和处理器，所述土体实验容器内设有应力传感器和含水率检测仪，所述应力传感器和含水率检测仪分别与所述处理器连接。
作为本发明的进一步改进，所述应力传感器至少有两个并等高布置在所述土体实验容器的内侧面。
作为本发明的进一步改进，所述含水率检测仪为触探式含水率检测仪。
作为本发明的进一步改进，所述触探式含水率检测仪至少有四个并布置在所述土体实验容器的四周的内侧面上。
作为本发明的进一步改进，所述土体实验容器上设有补水装置和排水装置，所述补水装置和排水装置分别与所述处理器连接。
本发明还提供了一种可实现土体参数实时调控的实验方法，基于上述中任一项所述的可实现土体参数实时调控的实验装置进行以下步骤：
S1、测量实验土体的颗粒重度，并输入至处理器；
S2、将实验土体均匀倒入土体实验容器内，并压实；
S3、所述应力传感器和含水率检测仪分别向处理器输出模拟信号，从而将传感数据反馈给处理器；
S4、所述处理器将模拟信号转换为数字信号，获得传感数据，并判断传感数据是否达到期望值，如果是，则结束，如果否，则根据传感数据进行排水或者注水，并返回步骤S3。
本发明的有益效果是：
1、摒弃了传统土工实验的方法，可以较为方便的得出更多的土体参数，包括土粒重度、含水率和土的密度，并可对土体的相应参数进行实时调控，减少了试验次数和所耗时间，应用前景广泛；
2、采用一定的先期操作，不需要对土体进行取样，可以有效避免每次实验的土体初始状态不一致的情况，有助于减小实验中的人为误差；
3、可以对土体的基本物理参数进行实时的测量，可以研究土体的动力特性。
附图说明
图1是本发明一种可实现土体参数实时调控的实验装置的示意图。
图2是本发明一种可实现土体参数实时调控的实验方法的流程图。
具体实施方式
下面结合附图说明及具体实施方式对本发明作进一步说明。
如图1至图2所示，一种可实现土体参数实时调控的实验装置，包括土体实验容器1和处理器，处理器优选为单片机或者计算机5，所述土体实验容器1内设有应力传感器2和含水率检测仪3，所述应力传感器2和含水率检测仪3分别通过传感导线4与所述计算机5连接。
所述应力传感器2至少有两个并等高布置在所述土体实验容器1的内侧面。
所述含水率检测仪3为触探式含水率检测仪。
所述触探式含水率检测仪至少有四个并布置在所述土体实验容器1的四周的内侧面上。
所述土体实验容器1上设有补水装置和排水装置，所述补水装置和排水装置分别与所述计算机5连接。
所述土体实验容器1采用一个足够大的长方体铁盒构成，长为1m，宽为1m，高为0.5m,也可根据用户需求，自行确定尺寸。
建筑物、构筑物与地基之间通过基础相连接，研究地基部分土体的各项土体参数的变化可以为研究地基-基础-上部结构的相互作用提供必要的数据支撑，并能通过地基土体的各项参数的变化进行大量的应用研究。本装置通过在土体中加设传感器的方法，能够实时掌控土体的各项参数的变化，便于对土体的研究；同时在装置中设计反馈系统，将各种传感器上的模拟信号转换为数字信号传入单片机，在单片机上设立相应的程序，对土体的各项参数进行判断，利用反馈系统调整土体的各项参数达到设定的目标值，以达到对土体参数的实时调控的需求。
一种可实现土体参数实时调控的实验方法，由于土体的颗粒重度Gs一般不会随着外界条件的变化而发生变化，故可在实验开始前对实验土体进行实验，从而取得土体的颗粒重度Gs。在实验的过程中，将土体均匀得倒入实验装置中并压实，从而保证触探式含水率检测仪与土体的充分接触。随着装入装置中的土体变多，土体会随其深度的升高而对周围产生一定的自重应力，根据压强公式σv＝ρgh，由此便可根据应力传感器的数值计算得出测点上方土体的加权密度；同时，触探式含水率检测仪也可将所处测点的含水率实时反馈给控制系统。这样一来，实验中的土粒重度、含水率和土的密度就有了，便可根据这三个基本指标进行换算。
将传感器接入单片机，通过上述的相关代码将传感器的模拟信号转化为数字信号，通过相应程序带入，实现对土体中的含水率进行调控。由程序识别装置中的土体是否达到想要的含水率，再通过补水(高电位)排水(低电位)输出，输出的数字信号再通过相应程序转换为模拟信号，转入控制反馈系统中，对土体实施排水和加水的相应操作，从而实现对土体的实时调控。
本发明针对土体的主要参数进行监测，通过布置一系列的传感器对土体进行监测，并能够得出实时数据，通过这些实时数据传入电脑端进行处理，运用反馈系统对土体实施一系列的操作，使得土体的各项参数能够被我们实时调控，以达到做各项试验的目的。
本发明提供的一种可实现土体参数实时调控的实验装置与方法，具有以下优点：
1.可以对土体的基本物理参数进行实时的测量，可以研究土体的动力特性；
2.采用一定的先期操作，可以有效避免每次实验的土体初始状态不一致的情况，有助于减小实验中的人为误差；
3.摒弃了传统土工实验的方法，可以较为方便的得出更多的土体参数，并可对土体的相应参数进行实时调控，应用前景广泛。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。
Claims (6)
1.一种可实现土体参数实时调控的实验装置，其特征在于：包括土体实验容器和处理器，所述土体实验容器内设有应力传感器和含水率检测仪，所述应力传感器和含水率检测仪分别与所述处理器连接。
2.根据权利要求1所述的可实现土体参数实时调控的实验装置，其特征在于：所述应力传感器至少有两个并等高布置在所述土体实验容器的内侧面。
3.根据权利要求1所述的可实现土体参数实时调控的实验装置，其特征在于：所述含水率检测仪为触探式含水率检测仪。
4.根据权利要求3所述的可实现土体参数实时调控的实验装置，其特征在于：所述触探式含水率检测仪至少有四个并布置在所述土体实验容器的四周的内侧面上。
5.根据权利要求1所述的可实现土体参数实时调控的实验装置，其特征在于：所述土体实验容器上设有补水装置和排水装置，所述补水装置和排水装置分别与所述处理器连接。
6.一种可实现土体参数实时调控的实验方法，其特征在于：基于权利要求1至5中任一项所述的可实现土体参数实时调控的实验装置进行以下步骤：
S1、测量实验土体的颗粒重度，并输入至处理器；
S2、将实验土体均匀倒入土体实验容器内，并压实；
S3、所述应力传感器和含水率检测仪分别向处理器输出模拟信号，从而将传感数据反馈给处理器；
S4、所述处理器将模拟信号转换为数字信号，获得传感数据，并判断传感数据是否达到期望值，如果是，则结束，如果否，则根据传感数据进行排水或者注水，并返回步骤S3。
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