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基于RS-485總線的土工膜水力性能測(cè)試系統(tǒng)
摘要：介紹了一種土工膜水力性能測(cè)試系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原理和方法。該系統(tǒng)通過RS-485總線連接上位機(jī)與89C52單片機(jī)（下位機(jī)），實(shí)現(xiàn)了土工膜水力性能測(cè)試系統(tǒng)。下位機(jī)可完成自動(dòng)加壓和對(duì)壓力、水量、時(shí)間的自動(dòng)測(cè)定；上位機(jī)與多個(gè)下位機(jī)通信，對(duì)其采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行整理、制表打印、顯示存儲(chǔ)，提高了測(cè)量精度，減少了測(cè)試時(shí)間。關(guān)鍵詞：RS-485總線 土工膜 滲透系數(shù) 耐靜水壓 測(cè)試系統(tǒng)
土工膜主要應(yīng)用于防滲工程中。它的滲透系數(shù)和耐靜水壓是土工膜水力性能的主要指標(biāo)，因此在質(zhì)量檢測(cè)中是國家標(biāo)準(zhǔn)要求的必測(cè)項(xiàng)目。在工程應(yīng)用中，土工膜在一定水壓下不能破裂，還要保證最小的滲透率，防止水的流失。為了在施工前就能確定某一種土工膜是否符合工程需要，必須在實(shí)驗(yàn)室中對(duì)所使用的土工膜進(jìn)行測(cè)定。其測(cè)試裝置要求較高，測(cè)試過程復(fù)雜，國家標(biāo)準(zhǔn)要求每組試樣不得少于五塊。2001年作者等人承擔(dān)了河南省科技攻關(guān)項(xiàng)目“土工膜水力性能測(cè)試儀的研制”，實(shí)現(xiàn)了單臺(tái)手動(dòng)/自動(dòng)測(cè)試功能。但由于選取試樣多，測(cè)試時(shí)間長，每塊試樣需要數(shù)小時(shí)才能完成，每組實(shí)驗(yàn)需要兩天，因此在原測(cè)試儀的基礎(chǔ)上，采用RS-485總線通訊方式，實(shí)現(xiàn)了對(duì)多臺(tái)測(cè)試裝置（五臺(tái)）進(jìn)行控制，大大縮短了測(cè)試時(shí)間，提高了測(cè)量精度，并由上位機(jī)實(shí)現(xiàn)了測(cè)試參數(shù)的制表打印、曲線繪制等功能，滿足了實(shí)際要求。
1 測(cè)試原理
土工膜在一定水力壓差作用下將產(chǎn)生微小滲流。在規(guī)定水力壓差（一般為100kPa）下，測(cè)定一定時(shí)間內(nèi)通過試樣的滲變量，然后即可根據(jù)試樣厚度計(jì)算出滲透系數(shù)及透水率。滲透系數(shù)和透水率可按（1）式、（2）式分別計(jì)算。
K=v·T/(t·A·Δp)
ψ=v/(t·A·Δp)
式中，K為滲透系數(shù)；ψ為透水率，單位為m2/s；v為時(shí)間t內(nèi)的滲流量，單位為cm3；T為試樣厚度（實(shí)驗(yàn)壓力Δp下），單位為cm；t為測(cè)定時(shí)間，單位為s；A為有效流流面積，單位為cm2；Δp為試樣兩側(cè)的水力壓差，單位為cm。
在測(cè)試裝置的高壓倉中注滿水，放上經(jīng)過充分浸泡濕潤的土工膜試樣，并利用網(wǎng)絡(luò)使試樣保持一定形狀，連接低壓倉，注入一定量的水。在高壓倉中有一個(gè)和加壓氣源相通的氣囊，通過調(diào)節(jié)氣源的壓力，使氣囊膨脹，在高壓倉產(chǎn)生壓力，使試樣兩側(cè)建立起一定的壓差。
試樣測(cè)試直徑為φ=16cm，有效測(cè)試面積為201cm2，壓力在0～1.6MPa之間連續(xù)可調(diào)。上述加壓裝置在試樣兩側(cè)建立一定的壓差，通過高壓倉上安裝的壓力傳感器檢測(cè)出壓力信號(hào)送入下位機(jī)。在一定壓差情況下，用標(biāo)準(zhǔn)的細(xì)計(jì)量管及光柵位移傳感器測(cè)量出時(shí)間t內(nèi)的滲流量V，求出滲透系數(shù)。通過改變壓差來測(cè)定不同水力壓差條件下的滲透系統(tǒng)。在土工膜兩側(cè)的壓差達(dá)到一定值后，土工膜就會(huì)破裂。耐水靜壓的測(cè)定是通過逐級(jí)增加試樣兩側(cè)的水力壓差并保持一定時(shí)間實(shí)現(xiàn)的，當(dāng)滲透急速增加時(shí)，表明試樣受到破壞，通過下位機(jī)采助記歌到這時(shí)的壓差值，那么前一級(jí)壓差值就是試樣的耐水靜壓值。如果只需判定試樣是否能達(dá)到某一規(guī)定耐靜水壓值，則可直接加壓到此壓差值，并保持兩小時(shí)。如果土工膜沒發(fā)生破裂，就判定試樣符號(hào)此耐靜水壓值的要求。
根據(jù)國標(biāo)GB/T17642-1998規(guī)定，有效滲流面積A≥200cm2。把高低壓倉的口徑及網(wǎng)絡(luò)的
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