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基于RS-485總線的土工膜水力性能測試系統(tǒng)
摘要：介紹了一種土工膜水力性能測試系統(tǒng)的設計原理和方法。該系統(tǒng)通過RS-485總線連接上位機與89C52單片機（下位機），實現(xiàn)了土工膜水力性能測試系統(tǒng)。下位機可完成自動加壓和對壓力、水量、時間的自動測定；上位機與多個下位機通信，對其采集的數(shù)據(jù)進行整理、制表打印、顯示存儲，提高了測量精度，減少了測試時間。關鍵詞：RS-485總線 土工膜 滲透系數(shù) 耐靜水壓 測試系統(tǒng)
土工膜主要應用于防滲工程中。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，因此在質量檢測中是國家標準要求的必測項目。在工程應用中，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，必須在實驗室中對所使用的土工膜進行測定。其測試裝置要求較高，測試過程復雜，國家標準要求每組試樣不得少于五塊。2001年作者等人承擔了河南省科技攻關項目“土工膜水力性能測試儀的研制”，實現(xiàn)了單臺手動/自動測試功能。但由于選取試樣多，測試時間長，每塊試樣需要數(shù)小時才能完成，每組實驗需要兩天，因此在原測試儀的基礎上，采用RS-485總線通訊方式，實現(xiàn)了對多臺測試裝置（五臺）進行控制，大大縮短了測試時間，提高了測量精度，并由上位機實現(xiàn)了測試參數(shù)的制表打印、曲線繪制等功能，滿足了實際要求。
1 測試原理
土工膜在一定水力壓差作用下將產生微小滲流。在規(guī)定水力壓差（一般為100kPa）下，測定一定時間內通過試樣的滲變量，然后即可根據(jù)試樣厚度計算出滲透系數(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為時間t內的滲流量，單位為cm3；T為試樣厚度（實驗壓力Δp下），單位為cm；t為測定時間，單位為s；A為有效流流面積，單位為cm2；Δp為試樣兩側的水力壓差，單位為cm。
在測試裝置的高壓倉中注滿水，放上經過充分浸泡濕潤的土工膜試樣，并利用網(wǎng)絡使試樣保持一定形狀，連接低壓倉，注入一定量的水。在高壓倉中有一個和加壓氣源相通的氣囊，通過調節(jié)氣源的壓力，使氣囊膨脹，在高壓倉產生壓力，使試樣兩側建立起一定的壓差。
試樣測試直徑為φ=16cm，有效測試面積為201cm2，壓力在0～1.6MPa之間連續(xù)可調。上述加壓裝置在試樣兩側建立一定的壓差，通過高壓倉上安裝的壓力傳感器檢測出壓力信號送入下位機。在一定壓差情況下，用標準的細計量管及光柵位移傳感器測量出時間t內的滲流量V，求出滲透系數(shù)。通過改變壓差來測定不同水力壓差條件下的滲透系統(tǒng)。在土工膜兩側的壓差達到一定值后，土工膜就會破裂。耐水靜壓的測定是通過逐級增加試樣兩側的水力壓差并保持一定時間實現(xiàn)的，當滲透急速增加時，表明試樣受到破壞，通過下位機采助記歌到這時的壓差值，那么前一級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。如果土工膜沒發(fā)生破裂，就判定試樣符號此耐靜水壓值的要求。
根據(jù)國標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)絡的
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