隨著時代的變遷，在客觀需求的促使下，土工試驗技術(shù)越來越成熟和細致，土工試驗也是解決工程問題的一個基本的手段。對土性和力學(xué)反映的量化描述是通過必不可少的試驗來得到的。固結(jié)實驗又是土工試驗里基本的試驗方法。智能一維固結(jié)試驗儀與常規(guī)的扛桿式固結(jié)儀，氣壓式固結(jié)儀，同一個目的用以測定土的各種壓縮性指標(biāo)，但因考慮到建筑物構(gòu)筑的施工應(yīng)力狀態(tài)與常規(guī)試驗的應(yīng)力狀態(tài)有所不同，因此研發(fā)等應(yīng)變控制的固結(jié)試驗法更符合工程實際。這在國外的巖土工程試驗儀器中也有所介紹。
等應(yīng)變連續(xù)加荷試驗可適用飽和土和非飽和土的砂土，粉土，粘性土以及人工填土和環(huán)境土。
1 儀器主要特點與主要技術(shù)參數(shù)
1. 組成部分
1.1.1 固結(jié)容器除了常規(guī)的結(jié)構(gòu)外，底部增添孔隙水壓力傳感器和密封器件；
1.1.2 荷重傳感器與機電閉環(huán)控制系統(tǒng)加荷裝置；
1.1.3 不同加荷速率條件下試樣位移量自動檢測系統(tǒng)；
1.1.4 無線通訊技術(shù)的傳輸模塊；
1.1.5 等應(yīng)變控制和應(yīng)力分級加荷控制的固結(jié)試驗軟件
1.2儀器的主要技術(shù)參數(shù)
1.2.1 土樣面積30Cm2，高20mm
1.2.2. 固結(jié)壓力 0~3200Kpα F.S. 0.3%
1.2.3. 位移量 0~15mm，分辨率0.001mm
1.2.4. 加荷速率0.001~3mm/min
1.2.5 孔隙壓力 0~1Mpa 分辨率1Kpa
1.2.6 加載量程：0-20mm
2 基本原理
本儀器的控制系統(tǒng)采用高速32位ARM處理器+高速高精度24位AD采集芯片（圖4）。通過AD7176-2快速建立、高度精確、高分辨率、多路復(fù)用的Σ-Δ 型模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC) ，適合低帶寬輸入信號?？梢詫崿F(xiàn)通道掃描數(shù)據(jù)速率為50 kSPS( 建立時間為20 μs)，得到17 個無噪聲位的完全建立數(shù)據(jù)。其數(shù)據(jù)采集頻率為每秒200次，采集精度在傳感器滿量程范圍內(nèi)小于千分之一。本系統(tǒng)在控制軟件中設(shè)置步進電機速度的調(diào)整周期為10毫秒。系統(tǒng)設(shè)置軟件定時10毫秒中斷一次，對采集的當(dāng)前壓力與目標(biāo)壓力進行比較，執(zhí)行PD算法，對電機速度進行控制。經(jīng)過實際調(diào)試驗證，能在2秒內(nèi)加載到目標(biāo)壓力，控制精度誤差在1%以內(nèi)，完全達到固結(jié)實驗規(guī)范要求。
加載應(yīng)力控制實現(xiàn)，系統(tǒng)通過快速實時采集壓力傳感器當(dāng)前壓力，與實驗前預(yù)設(shè)的壓力值進行比較，計算出壓力偏差，再根據(jù)壓力偏差計算出合適的電機加載速度，然后驅(qū)動電機進行加載控制，能實現(xiàn)越接近目標(biāo)壓力，速度運行越慢，防止壓力過沖，在應(yīng)力控制范圍內(nèi)形成閉環(huán)控制。
在應(yīng)變實驗過程中，控制步進電機旋轉(zhuǎn)角度，根據(jù)齒輪減速比與渦桿螺距計算出電機加載的剛性位移量，通過根據(jù)傳感器當(dāng)前壓力值計算出壓力傳感器本身的變形量，然后得出土樣實際變形量。用千分表進行標(biāo)定檢測，實際測量值精度誤差小于0.001mm，從而更好的控制實驗。
為了使操作更方便，本系統(tǒng)使用了480*270點陣的觸摸屏進行顯示數(shù)據(jù)和觸控操作，讓操作人員操控設(shè)備時象使用手機一樣簡便。系統(tǒng)內(nèi)置零點限位接近開關(guān)，在實驗完成后，儀器能自動將土樣容器下降至零位位置，方便進行實驗后的清理工作及下次實驗的準(zhǔn)備工作。還有8G容量SD存儲單元，可幫助我們實現(xiàn)脫離電腦完成固結(jié)實驗。只需實驗完成后數(shù)據(jù)傳輸至電腦進行數(shù)據(jù)處理，而后完成實驗報告結(jié)果，在使用上位機軟件對設(shè)備上傳的實驗數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)處理，曲線顯示，生成實驗報表并進行記錄歸檔。
3 試驗操作步驟
①將固結(jié)容器底部連接孔隙水壓力傳感器的閥門打開，用無氣泡排除底部滯留的氣泡。并將透水板用無氣泡水飽和，使水蓋底部透水板，透水板上放薄濾紙。
?、谠诠探Y(jié)容器內(nèi)放置護環(huán)、透水板和薄型濾紙，將帶有試樣 的環(huán)刀裝入護環(huán)內(nèi)，底部安裝O型圈和密封壓板，與底座密封，放上導(dǎo)環(huán)、試樣上依次放上薄型濾紙、透水板和加壓上蓋，并將固結(jié)容器置于加壓框架正中，使加壓上蓋與加壓框架中心對準(zhǔn)壓力傳感器。
?、凼┘?kPa的預(yù)壓力使試樣與儀器上下各部件之間接觸。
④向水槽中注水浸沒試樣。
?、葑龇旨墤?yīng)力加載試驗時需確定要施加的各級壓力，壓力等級為25、50、100、200、400、800、1600、3200kPa。
?、拮鰬?yīng)變連續(xù)加荷時需要選擇適宜的應(yīng)變速率。其標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)使在試驗時的任何時間試樣底部產(chǎn)生的孔隙水壓力為施加垂直應(yīng)力的3%-20%。試驗時，可以按照需求調(diào)整應(yīng)變速率。
?、呓油刂葡到y(tǒng)、采集系統(tǒng)和加壓設(shè)備的電源，預(yù)熱30 min,采集初始讀數(shù)，施加軸向荷載，使產(chǎn)生軸應(yīng)變。
?、鄶?shù)據(jù)采集時間間隔，根據(jù)需要設(shè)施時間間隔，也可以選擇系統(tǒng)設(shè)定的時間間隔，采集豎向壓力，孔隙壓力和變形值。
?、徇B續(xù)加荷一直到預(yù)期盈力或應(yīng)變?yōu)橹?。?dāng)軸向荷載加荷完成后，在軸向荷載不變或變形不變的條件下使孔隙水壓力消散。
?、庠囼灲Y(jié)束后吸取容器中的水，迅速拆除儀器各部件，取出整塊試樣，清洗容器。
