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随着我国社会主义建设进程的迅速发展,建设规模不断加大,建筑类型日益增多。与此同时,对工程勘察资料可靠性和定量化程度的要求也愈来愈高。为使工程建设做到安全可靠、经济合理,在工程勘察中原位测试方法的使用也越来越多,静力触探作为一种原位测试技术,由于它的种种优点而被广泛采用。
静力触探的基本原理是将装有传感器的探头接上探杆在土层中以一定的速率静压贯入,随地层的软硬变化由地面的记录系统记录探头沿土层深度的贯入阻力,然后整理出贯入深度和阻力的变化曲线,从而进行土层的划分,确定土层的承载能力,判别饱和粉细砂的液化势,以及提供桩的承载力等对工程有用的设计参数。
由于静力触探探头中的传感器非常灵敏,可以测出土的0.1kpa的阻力值变化,当它在土层中以1m/min的速率贯入时,阻力值变化的幅度是相当大的,如何将这些变化完整地记录下来,人们一直在探讨和研究之中。
本文所研究的静力触探数据自动采集系统是在原有的人工记录仪表的基础上。针对静力触探的特点,运用数据采集理论和成熟的计算机汇编语言,进行设计和改造而形成的自动测量系统。克服了人工记录仪的数据精度不高,随意性大,室内资料整理工作繁琐等缺点。该系统具有抗干扰性强,整体性好,节省人力,提高了数据的可靠性和科学性,极大的提高了岩土工程勘察的效率。
静力触探探头亦称地层阻力传感器是该数据自动采集系统的一个重要硬件,它是实现数据采集的第一步,是量测地基土贯入阻力的关键部件,在贯入过程中直接感受土的阻力。由于地层中各种土的软硬不同,探头所受到的阻力也自然不一样,传感器将这种大小不同的贯入阻力转变成电信号,该电信号是一种连续变化的物理量,属于模拟信号。传感器是该数据采集系统研究中的重要组成部分,在本系统的试验过程中,选用了武汉派尔科技有限公司生产的锥底面积为10cm2的单桥静力触探探头进行试验和研究。
由于传感器传出的变电压信号是一种电脑不能识别的模拟信号,要获取传感器的这种变电压信号,需要设计将模拟信号转换成数字信号的数据采集卡。本文运用静力触探的机理和数据采集的原理结合电子电路知识,设计出触探数据采集原理图。并按该原理图加工制作电路板。电路板加工成功后,检查是否存在短路或者断路现象,然后在电路板上焊接电子元器件,并检测电路板的各个芯片以及元器件的管脚是否焊接无误,是否有短路、虚焊现象发生,电源是否能正常提供,各元器件是否正常工作,从而制作出本系统的关键硬件--数据采集卡。
要采集到传感器的电信号,并使其可视化,就需要配套的软件支持。本系统的软件部分是利用Visual Basic 6.0作为开发工具,采用面向对象程序设计方法在Windows XP下进行设计,对静力触探现场数据进行采集、保存和处理。本系统通过对软件功能和工作流程的全面规划,实现了灵活的系统设置和科学的界面设计,达到了操作方便,真实可靠,实时显示的效果,同时节省人力达到人机交互的最大和谐。完成了系统硬件制作和软件的设计后,在湖北省地质勘察基础工程公司的江夏区纸坊街齐心新社区工地现场,运用该系统进行了现场试验,通过试验验证该系统的可行性与准确性。试验时,从该单位技术人员所布置的技术性鉴别孔中,选择了其中的Z(C)K9和Z(C)K43两个勘探孔进行了自动采集现场原位试验,与现场施工人员采用人工记录所得的曲线进行了对比,两者最终所得剑的比贯入阻力随深度变化的Ps-h曲线基本吻合,说明该系统数据自动采集是成功的。
最后论文对静力触探数据自动采集系统的设计研究和试验工作进行了详细的总结,并提出了以后需要解决和完善的问题。
总之,该数据采集系统硬件部分精巧简单,制作方便,价格便宜,软件部分采用面向对象的可视化设计工具Visual Basic 6.0进行设计,界面清晰,操作方便。现场对比试验证明该系统可以用于现场静力触探试验以及对所采集的数据进行储存和实时显示,提高了静探数据的精度和可靠性,节省了人力,降低了成本,提高了勘察工作效率,有一定的实用价值。
该静力触探数据自动采集系统主要具有以下一些特征:
(1)提高了静力触探数据测量的可靠性和科学性;
(2)实现了静力触探数据的实时自动采集;
(3)利用硬盘作为数据的存储介质保存长时间和大容量的数据;
(4)实现了比贯入阻力随深度变化曲线的实时显示,使现场技术人员能及时了解地下土质状况;
(5)节省了人力,提高了岩土工程勘察的效率;
(6)减少了室内资料整理工作,方便了工程地质技术人员;
(7)费用低廉,经济实惠。