張建衛(wèi)

（河南省交通規(guī)劃設計研究院股份有限公司，河南鄭州450000）

粒徑分布及特征是土工環(huán)境的代表屬性，其顆粒的物理性能不僅對土質力學具有直接聯(lián)系，同時也影響整體土層的性質[1]。分析顆粒是土工試驗中最基本的環(huán)節(jié)，盡管如此，現(xiàn)下試驗中實施中仍存在試驗過程與周期長、試驗結果重復性差等問題，這些問題出現(xiàn)后，不僅嚴重影響了試驗結果，同時也無法準確地識別或定位土層顆粒分布情況，因此土工試驗中相關顆粒分析的環(huán)節(jié)一直是實驗室操作工作者最為關注的問題?；诖?，引入激光粒度分布儀，這種設備是一種集合多種現(xiàn)代化計算機技術為一體的高性能產(chǎn)品，設備中使用進口半導體激光芯片作為其關鍵構件，因此該設備具有綜合性能強、使用周期與壽命長等優(yōu)勢。同時其中集成電路使用微晶體設計而成，整體電路的集成度較高，加工工藝較先進。此設備在應用中，將計算機性能應用到光學信息采集工作中，儀器整體操作相對簡單，但由于該儀器在測試使用中受到的外界影響因素較多，并且目前行業(yè)內(nèi)尚缺少可參照的依據(jù)與標準。為了提高土木試驗顆粒分析的標準性，本文基于激光粒度分布儀的應用，開展土工試驗顆粒分析參數(shù)控制方法的設計與深入研究。

1 基于激光粒度分布儀土工試驗顆粒分析參數(shù)控制方法

1.1 基于激光粒度分布儀確定試驗參數(shù)

參數(shù)是影響土工試驗顆粒分析的重要因素，參數(shù)值的變化不僅可以反映試驗過程樣本的成分，適宜的參數(shù)也可提高試驗結果的可靠性[2]。為此應嚴格控制土木試驗顆粒分析試驗中的相關參數(shù)，以此確保試驗結果的標準?？刂浦胁捎盟狞c取樣法獲取樣本，將樣本在純凈燒杯中溶解，提取懸濁液滴入激光粒度分布儀中。手動設定裝置內(nèi)離心泵的旋轉轉速為1900r/min，再在懸濁液中摻入濃度為3.5%的偏磷酸鈉試劑。打開儀器內(nèi)的超聲波分散開關，將樣本顆粒緩緩加入樣本池中，調(diào)整儀器內(nèi)溶液的遮光率[3]。同步啟動測試程序，使用計算機進行粒度直徑長度的識別，根據(jù)顆粒直徑，分析顆粒分析中的參數(shù)。確定參數(shù)的過程如表1所示。

表1 基于顆粒直徑確定試驗參數(shù)表

根據(jù)激光粒度分布儀的測試結果，明確土工試驗顆粒分析中的多種參數(shù)。在此基礎上，不斷增加樣本懸濁液的濃度，使用儀器檢測其中顆粒直徑的變化情況。此過程應注意保持配制的懸濁液較均勻[4]。此外，為了確保參數(shù)的準確識別，可將相同容量的蒸餾水同樣滴入儀器中進行比對分析[5]。通常情況下，由于土工試驗顆粒分析中的粉土、粘土等土質的顆粒直徑均在激光粒度分布儀的檢測范圍內(nèi)，因此可直接將檢測后顆粒中的中值粒徑作為判定參數(shù)的依據(jù)，從而掌握試驗中待控制的參數(shù)類型。

1.2 控制土工顆粒分析試驗中離散參數(shù)

由于土工試驗顆粒分析中，為了確保試驗結果的可靠性，可采用調(diào)控參數(shù)理想值的方式，降低邊緣參數(shù)對試驗過程的影響。控制中，可根據(jù)土體的性質，控制離心泵的轉速[6]。此過程中根據(jù)儀器響應粒徑的時間，將循環(huán)泵作為參數(shù)控制的開關，依照控制中懸濁液濃度的變化，進行土工顆粒分析試驗中值參數(shù)的控制。上述提出步驟可用如下公式表示：

式中：l——為激光粒度分布儀內(nèi)懸濁液濃度的變化；

m——為相關參數(shù)；

R——為離心泵循環(huán)轉速，通常情況下為常數(shù)；

T——為一個控制周期。

利用上述計算公式，假定在一定時間內(nèi)儀器檢測的濃度不發(fā)生變化，此時，便可基于光路一體化理論，進行邊緣參數(shù)或離散參數(shù)控制的計算[7]。計算公式如下：

式中：S——為參數(shù)理想控制值；

λ——為懸濁液周期濃度參數(shù)；

k——為儀器內(nèi)分散劑濃度；

n——為控制周期數(shù)量，通常為正整數(shù)。

根據(jù)上述計算公式，結合參數(shù)的動態(tài)化特性，從而掌握在一個相對理想狀態(tài)下的參數(shù)控制方法。

2 對比實驗

提出對比實驗，檢驗本文設計的基于激光粒度分布儀的土工試驗顆粒分析參數(shù)控制方法的可靠性。實驗中模擬土工試驗的環(huán)境，將儀器終端的計算機設備與通訊網(wǎng)絡進行連接。以一個控制周期為實驗時長，分別使用本文的控制方法與傳統(tǒng)的控制方法進行顆粒直徑分析實驗中相關參數(shù)的控制。同時，使用傳感裝置進行實驗中數(shù)據(jù)的采集與處理。

按照上文進行的實驗準備工作，整理兩個實驗組別的相關數(shù)據(jù)，隨著時間的推移不斷增加顆粒懸濁液濃度，并將其作為繪制實驗圖的縱坐標，以參數(shù)分布對實驗結果的影響作為評價方法適用性的依據(jù)。如圖1所示。

圖1 對比實驗結果圖

如圖1所示，隨著樣本濃度的增加，試驗中相關參數(shù)變量隨之均勻增加，對整體試驗結果的影響相對較小，表明此種控制方法較為有效。在傳統(tǒng)控制方法中，試驗相關參數(shù)的分布無規(guī)律，且經(jīng)過一個周期的控制后，效果并不顯著，表明此種方法的控制能力較差。為此得出本文對比實驗的結論：相比傳統(tǒng)的參數(shù)控制方法，本文設計的控制方法效果更為顯著，可有效地降低試驗中參數(shù)變化對顆粒分析結果的影響，提升了顆粒分析試驗結果的可靠性。

3 結束語

本文使用激光粒度分布儀，開展了土木試驗顆粒分析參數(shù)控制方法的設計，為了檢驗方法的有效性，采用設計對比實驗的方式，對比本文控制方法與傳統(tǒng)控制方法，經(jīng)實驗后發(fā)現(xiàn)本文設計的參數(shù)控制方法在實際應用中更具備有效性，且實驗結果可靠性更強，屬于一種相對理想的顆粒分析參數(shù)控制方法，可滿足土工實驗的所有需求，值得后期在實驗中廣泛推廣。