□張 峰 李慧斌 趙夢(mèng)浩

（河南大學(xué)土木建筑學(xué)院 河南 開封 475000）

路基毛細(xì)水影響及含水率檢測(cè)裝置設(shè)計(jì)

□張 峰 李慧斌 趙夢(mèng)浩

（河南大學(xué)土木建筑學(xué)院 河南 開封 475000）

土壤本身是一個(gè)復(fù)雜的毛細(xì)系統(tǒng)，其中的毛細(xì)水豎直或水平運(yùn)移會(huì)對(duì)土壤結(jié)構(gòu)產(chǎn)生重要影響。道路路基也存在著這種毛細(xì)水運(yùn)移現(xiàn)象，其運(yùn)移規(guī)律對(duì)路基的影響不可忽視。路基的邊坡坡度、邊坡形式、邊坡植物根系均會(huì)對(duì)毛細(xì)水運(yùn)移特性產(chǎn)生影響。借助自制含水率檢測(cè)裝置對(duì)路基毛細(xì)水進(jìn)行時(shí)時(shí)檢測(cè)，研究其運(yùn)移規(guī)律，減少毛細(xì)水對(duì)路基的影響。該裝置具有收發(fā)短信遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)功能，實(shí)現(xiàn)高度信息化。

路基毛細(xì)水；干濕度的采集與顯示；LCD；GSM

1 路基毛細(xì)水上升原理

路基邊坡的土體是一個(gè)很復(fù)雜的毛細(xì)系統(tǒng)，其中的毛細(xì)水對(duì)路基具有嚴(yán)重影響，可能會(huì)引起各種道路病害，因此對(duì)其研究具有重要價(jià)值與意義。毛細(xì)水的上升是通過(guò)其自身的毛細(xì)作用引起的。其形成過(guò)程可以用物理學(xué)中的毛細(xì)管現(xiàn)象解釋。土壤這個(gè)毛細(xì)系統(tǒng)中存在很多的毛細(xì)管，因此對(duì)于提升地下水具有強(qiáng)烈的作用。

2 路基影響毛細(xì)水上升的因素

路基的邊坡坡度、壓實(shí)度、植物均會(huì)對(duì)毛細(xì)水上升產(chǎn)生影響。邊坡坡度會(huì)影響毛細(xì)水的豎直或者水平運(yùn)移規(guī)律，當(dāng)毛細(xì)水豎直上升到邊坡表面無(wú)法繼續(xù)上升后便會(huì)水平運(yùn)移，或者沿坡面運(yùn)移。壓實(shí)度會(huì)影響邊坡毛細(xì)水的上升高度，因壓實(shí)度不同，邊坡土體的顆粒間狹小空隙的多少不同，從而產(chǎn)生的毛細(xì)作用不同，最終影響毛細(xì)水的上升高度。邊坡土壤中的植物通過(guò)根系吸水以及蒸騰作用，帶動(dòng)土體中的水分上升，影響毛細(xì)水的上升速度與高度。

3 毛細(xì)水對(duì)路基的影響

毛細(xì)水上升會(huì)改變路基土體的濕度，從而影響其強(qiáng)度和穩(wěn)定性。當(dāng)土體達(dá)到一定濕度，可能會(huì)產(chǎn)生液化，使土體松軟，在車輛等荷載的頻繁作用下會(huì)產(chǎn)生路基下沉。毛細(xì)水不斷上升也會(huì)影響路面結(jié)構(gòu)。

4 含水率檢測(cè)裝置設(shè)計(jì)的基本方法思路

本設(shè)計(jì)主要的內(nèi)容是土壤含水率檢測(cè)裝置的設(shè)計(jì)與制作。該電路的工作原理是由STC89C52單片機(jī)和ADC0832組成系統(tǒng)的核心部分，濕度傳感器將采集到的數(shù)據(jù)直接傳送到ADC0832的IN端作為輸入的模擬信號(hào)。獲得的一些含水率數(shù)據(jù)作為模擬信號(hào)被傳送到ADC0832的IN端電路內(nèi)部包含有濕度采集、AD轉(zhuǎn)換、單片機(jī)譯碼顯示、GSM短信收發(fā)等功能。單片機(jī)需要采集數(shù)據(jù)時(shí)，發(fā)出指令啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換器工作，ADC0832根據(jù)送來(lái)的地址信號(hào)選通IN1通道，然后對(duì)輸入的模擬信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換結(jié)束時(shí)，EOC輸出高電平，通知單片機(jī)可以讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果，單片機(jī)通過(guò)調(diào)用中斷程序，讀取轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)。最后，單片機(jī)把采集到的濕度數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)軟件程序處理后送到LCD1602進(jìn)行顯示。同時(shí)當(dāng)管理人員需要遠(yuǎn)程進(jìn)行當(dāng)前濕度的查詢時(shí)，只需向該裝置發(fā)送相應(yīng)指令的短信，該裝置即可將當(dāng)前測(cè)得的濕度值以短信的形式發(fā)送給管理人員。

5 土壤含水率采集與顯示

土壤含水率采集與顯示部分主要選用STC89C52單片機(jī)作為核心控制，運(yùn)用軟件實(shí)現(xiàn)預(yù)期的指令。單片機(jī)中的土壤含水率是通過(guò)ADC0832和點(diǎn)位器模擬傳來(lái)的，再經(jīng)由I/O口將檢測(cè)到的含水率數(shù)值顯示在LCD上，以達(dá)到對(duì)土壤溫濕度實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的目的。

6 硬件電路設(shè)計(jì)

土壤含水率檢測(cè)與系統(tǒng)由ADC0832、STC89C52單片機(jī)、電位器、LCD顯示屏、電阻等組成。

7 GSM模塊數(shù)據(jù)的接受及發(fā)送

主要用到的指令如表1所示：

表1 短信的讀取與發(fā)送指令

8 原理圖

9 本研究的應(yīng)用價(jià)值

該研究為路基毛細(xì)水病害的防治理論成果，可提高路基使用的年限。同時(shí)該裝置為土壤含水率的快速檢測(cè)提供了極大方便。與傳統(tǒng)含水率測(cè)量裝置相比，該裝置具有遠(yuǎn)程檢測(cè)功能，可將土壤中的水分情況及時(shí)反饋給個(gè)人，極大的節(jié)省了人力物力財(cái)力，使得檢測(cè)具有時(shí)時(shí)性。實(shí)現(xiàn)了檢測(cè)的高度信息化，具有廣泛的應(yīng)用前景。

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1004-7026（2016）18-0110-02

TU416

A

DOI：10.16675/j.cnki.cn14-1065/f.2016.18.081

張峰（1995.9-），男，漢族，山東蓬萊人，河南大學(xué)土木建筑學(xué)院，2014級(jí)本科生，土木工程專業(yè)。