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濟南中研試驗機有限公司
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微機控制巖石直剪儀：直剪試驗數(shù)據(jù)如何自動采集？
點擊次數(shù)：15 更新時間：2026-06-26 返回
一、巖石直剪試驗與自動采集系統(tǒng)組成
巖石直剪試驗用于測定巖石結構面、巖體節(jié)理面的抗剪強度、粘聚力、內(nèi)摩擦角等巖土力學參數(shù)，是邊坡穩(wěn)定性分析、隧道圍巖設計、地基巖體評價的基礎試驗項目。微機控制巖石直剪儀依托硬件傳感模塊+測控軟件協(xié)同運行，擺脫人工讀數(shù)、人工記錄的傳統(tǒng)模式，實現(xiàn)荷載、位移、變形、時間四類試驗數(shù)據(jù)的自動采集、實時運算與曲線繪制。整套自動采集系統(tǒng)分為硬件采集單元、信號傳輸單元、微機數(shù)據(jù)處理單元三大部分。
二、核心硬件采集模塊及工作原理
（一）豎向壓力傳感器
安裝于設備豎向加載油缸端部，采用電阻應變式傳感結構。試驗過程中豎向油缸對巖石試樣施加法向壓力，傳感器內(nèi)部應變片隨受力產(chǎn)生微量形變，形變同步轉化為模擬電壓信號，信號大小與豎向荷載呈線性對應關系，用于實時采集試樣受到的法向正應力數(shù)據(jù)。
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布置在水平剪切加載端，監(jiān)測試樣剪切過程中受到的橫向剪切荷載。當水平油缸推動試樣發(fā)生剪切錯動時，傳感器捕捉實時剪切力變化，同步輸出連續(xù)電信號，記錄剪切全過程的力值變化規(guī)律。
?。ㄈ┪灰婆c變形傳感器
設備配備兩組高精度位移傳感器，分別采集豎向壓縮位移和水平剪切位移。豎向位移傳感器監(jiān)測試樣在法向壓力下的壓縮形變，水平位移傳感器記錄試樣剪切面的錯動位移；傳感器將機械位移量線性轉化為電信號，同步反饋至控制系統(tǒng)。
?。ㄋ模?shù)據(jù)采集變送器
各類傳感器輸出的原始模擬電信號存在信號微弱、易受干擾的特點，變送器負責將模擬信號統(tǒng)一轉化為標準數(shù)字信號，完成信號放大、濾波、降噪處理，剔除環(huán)境電磁干擾帶來的無效雜波信號，保證傳輸至電腦端的數(shù)據(jù)信號平穩(wěn)準確。
三、直剪試驗數(shù)據(jù)完整自動采集流程
第一步：設備聯(lián)機與通道校準
完成設備硬件與微機通訊接口連接，啟動測控軟件后，系統(tǒng)自動識別力值、位移四個采集通道。試驗開始前開展通道清零操作，消除設備夾具自重、傳感器初始形變帶來的初始數(shù)值偏差，完成傳感器標定核對，匹配標準力值與位移參數(shù)，保障采集基準統(tǒng)一。
第二步：法向加載階段數(shù)據(jù)采集
按照試驗方案設定目標法向壓力，設備豎向油缸緩慢加壓，系統(tǒng)按照預設采樣頻率（常規(guī)10-50Hz）不間斷采集豎向荷載、豎向壓縮位移數(shù)據(jù)。軟件實時記錄壓力隨時間、位移的變化曲線，待豎向壓力穩(wěn)定至設定值并保持恒定后，系統(tǒng)自動判定法向加載階段完成，進入剪切試驗待機狀態(tài)。
第三步：水平剪切階段動態(tài)數(shù)據(jù)采集
啟動水平剪切加載程序，設備以恒定位移速率推動試樣，剪切面開始發(fā)生緩慢錯動。此時系統(tǒng)同步并行采集三組數(shù)據(jù)：實時水平剪切力、水平剪切位移、實時豎向壓力變化。針對巖石剪切過程中出現(xiàn)的應力波動、峰值剪切應力、殘余剪切應力，系統(tǒng)均可逐點記錄，不會遺漏瞬時力學變化數(shù)據(jù)。
第四步：數(shù)據(jù)自動運算與報表生成
試驗結束后，軟件依托內(nèi)置巖土力學計算公式，自動代入采集的原始數(shù)據(jù)，計算試樣剪切峰值強度、殘余強度、剪切剛度等參數(shù)，同時自動繪制剪應力-剪切位移曲線、法向應力-豎向位移曲線。操作人員無需手動計算原始數(shù)據(jù)，可直接導出原始采集數(shù)據(jù)表與試驗曲線圖。
四、自動采集系統(tǒng)常見影響因素與優(yōu)化方式
1.采樣頻率匹配：硬質巖石剪切破壞速度快，可適當調高采樣頻率；軟巖剪切過程平緩，選用常規(guī)采樣頻率即可，適配不同巖樣的破壞特征。
2.信號干擾規(guī)避：設備通訊線路遠離液壓電機等動力線路，避免動力電流干擾傳感信號，減少數(shù)據(jù)跳點。
3.定期標定維護：每半年對力傳感器和位移傳感器進行計量標定，補償傳感器長期使用產(chǎn)生的微小零點漂移，維持采集數(shù)據(jù)的一致性。
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