河北中核岩土工程有限责任公司 河北石家庄 050021
摘要：土木试验数据采集与数字化处理技术可以有效的解决土工试验过程中的数据自动采集，其具有数据处理和绘图的功能，这是土工试验的辅助测试系统，通过这一系统可以实现不同试验项目之间数据传输，进而实现数据共享，加强土工试验技术管理，提高其检测工作效率。本文就对土工试验数据采集和数字化处理技术进行简单的介绍。
关键词：土工；试验；数据；处理
地质勘测工作是一切工程设计工作的基础工作，土工试验为地质勘测工作提供了科学的依据。随着科技的发展，自动化的试验仪器被广泛的应用于土工试验中来，自动化试验仪器应用的优势就是能够最大限度地排除人为因素对试验结果的影响，使试验数据更加准确，为后续的设计工作打基础。土工试验是对岩土样进行测试，并获得岩土的物理性、力学性、渗透性以及动力性等指标。在试验及试验资料的分析整理的过程中，需记录大量的数据并进行相应的计算，杠杆仪器对相应的试验所需要的时间相当复杂，试验后数据整理、计算和曲线绘制等工作量也很大，为此我们试验室引进了土工试验数据及处理系统。
1、土木试验期间自动化的实际状况和改造方案
1.1土木试验期间自动化的实际状况
现阶段，在土工试验期间，主要有3台三轴剪力仪，1台三联高压固结仪，13台三联中压固结仪。在这之中，把3台三轴剪力仪介入到TSW-3这个采集系统之中，余下的固结仪全部采用人工读数这种试验方法。
1.2土木试验期间自动化的改造方案
按照如今试验室当中土工试验有关仪器的具体分布情况，先是在试验当中对微机形式数据采集及处理技术这个系统加以运用，以此来实现对数据的自动采集。在三联高压这个固结仪之中，拥有4个自动测点，其把土样变形当作检测项目。中压形式的固结仪拥有5个自动测点，而三轴剪力仪拥有51个自动测点。在这之中，能够使土样在轴向方面的应力和应变检测的自动采集。
2、土木采集系统配置和选型
2.1选型原则
一般来说，土样采集相关处理系统需符合下面三个原则：第一，对国内标准以及行业标准加以满足。第二，设计必须合理安全，并且易于操作。第三，经久耐用，同时仪器设备必须具有良好稳定性能。
2.2系统配置
第一，系统构成。当前土木系统是分布控制形式的数据采集及处理系统，其中PC机是该系统具有的上位机，而采集器是其下位机。通信接口是RS-485，使用这12位的A/D转换，同时数字量具体输出范围是0-4095。第二，上位机具有的软件功能。一般来说，压缩试验具有的功能是对土样具体变形量这一参数加以采集。具体试验方式是标准试验和快速法。而三轴试验具有的功能是对轴向具体变形量、荷载及空隙压力有关参数加以采集。具体试验方法是不排水剪不固结，固结但不排水剪、排水剪等。系统进行自动化能够减少误差，保证数据具有的稳定性以及准确性。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆而且，传感器和百分表间的连接设计可让传感器进行人工读数，也可进行自动读数，进而使二者进行相互对照。
3、数据采集和人工比对相关试验研究
在室内对试验土样进行制备，开展相应含水量、三轴剪切以及固结试验，并且通过人工读数和自动采集两种方式进行比对研究。
3.1固结试验相关比对分析
通过对45组土样实施固结试验最终结果比较分析，进行试验期间，分别采用自动采集以及人工读数两种方式来对各组土样有关试验数据加以记录、计算处理，之后选择试验数据最终处理结果相应孔隙比具体参数加以对比分析，能够获得孔隙比这个参数对比偏差结果。通过人工形式比测数据和固结试验当中自动采集这个系统对空隙比有关参数加以实测的对比偏差分析得到：|孔隙比平均偏差值|e=0.0015|孔隙比平均相对偏差值|e=0.24%由此可得，以上对比实验当中数据偏差很小，而且偏差范围也比较稳定，不存在趋势性的漂移，能够对试验期间精度要求加以满足。
3.2三轴压缩这一试验的对比分析
通过把24个土样分成8组进行三轴压缩相关试验数据对比分析。进行试验期间，分别采用自动采集以及人工读数两种方式来对各组土样有关试验数据加以记录、计算处理，之后选择两组单重抗剪强度有关参数实施对比分析，最终获得抗剪强度有关参数对比偏差。经过人工形式比测数据和三轴压缩有关试验对抗剪强度有关参数实施自动采集的对比偏差分析得到：
|黏聚力平均偏差值| =2.18
|黏擦角平均偏差值| =0.36
|黏聚力平均相对偏差值| =14.66%
|黏擦角平均相对偏差值| =1.78%
由此可得，以上对比实验单重抗剪强度方面摩擦角这一数值偏差比较小，而且偏差范围也比较稳定，不存在趋势性的漂移。但黏聚力方面的对比偏差比较大，通过分析可知，因为在对变形量进行人工采集以及机器采集期间处在一些微小偏差，无法实现完全同步，致使最终结果出现一定偏差。通过对比分析可以得到，自动采集这一系统可以对试验精度相关要求加以满足，同时其结果比人工读数这种方式好很多，所得数据更加精确。
3.3人工读数和电子天平进行采集的对比分析
经过比对80个土样当中40组的含水率相关试验所得数据，对比通过人工形式来对电子天平具体读数加以读取的最终结果和机采读数具体数据和计算结果是完全一致的，没有任何偏差。借助机采读数可以对人工读数和输入期间出现的随机误差加以消除，进而提升试验所得数据具有的准确率。
4、使用土工试验全自动数据采集及处理系统过程中发现的问题
虽然土工试验全自动采集及处理系统有很多优点，但就目前的水平在使用过程中感觉到还有许多需要进一步改进的地方。
4.1软件自身的不足
在固结试验开始前必须在物理试验数据处理中输入该工程编号和土样编号，否则土样编号就会杂乱无章无法重新排序，给工程报告带来很多麻烦，如果软件可以进一步改进，试验和数据处理不相互制约就避免了这样的麻烦。
4.2试验中加压的问题
试验过程中，所有的土样同时进行同级压力，如果其中有一个土样出现异常一级压力下不稳定，则其他通道都不会继续施加压力，整个试验都处于停滞状态，既浪费时间又影响试验的准确性
4.3电源
在使用过程中必须保证电源不会中断，如果中断，采集的数据就会丢失，如果自动采集器和控制器里面采用加入蓄电池，在工作时自动蓄电，如果短时间断电还可以持续一定的时间，采集的数据就不会丢失，电源恢复后可恢复试验。
5、结 语
土工试验系统实现自动化数据采集及处理后，试验精度得到提高，缩小了相对误差，减少了随机误差，对数据的准确性，稳定性有更好的保证。2）土工试验软件使各种试验的读数、计算、制表、绘图等大量工作完全由计算机完成，提高了土工试验的自动化程度，大大提高了工作效率，同时减轻了试验人员的劳动强度，人工试验成本降低了近 1/3。3）应用这套系统后，提高了土工试验的自动化程度，如若采用自动加载伺服系统，采集加载一体化控制，能够进一步提高试验工作效率。
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论文作者:王景宏
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2019年1期
论文发表时间:2019/5/7
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