本發(fā)明公開(kāi)了一種土工輕型擊實(shí)試驗(yàn)?zāi)胪梁Y分試驗(yàn)設(shè)備及方法。

背景技術(shù)：

擊實(shí)試驗(yàn)為土工試驗(yàn)中勞動(dòng)強(qiáng)度最大的試驗(yàn)項(xiàng)目之一。目前現(xiàn)行有效的中華人民共和國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《土工試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》GB/T 50123-1999中，對(duì)輕型擊實(shí)試驗(yàn)土樣制備的規(guī)定為：用四分法取代表性土樣20Kg，風(fēng)干碾碎，過(guò)5mm篩，并將篩下土樣拌勻；但是具體如何風(fēng)干碾碎并沒(méi)有給出相關(guān)的設(shè)備以及方法；因此目前采用的方法是人工碾碎，這種人工碾碎存在以下缺點(diǎn):

粘性土由天然含水率到風(fēng)干的過(guò)程中，土壤的結(jié)塊會(huì)非常密實(shí)。目前，試驗(yàn)室人員人工制備擊實(shí)土樣的常規(guī)模式為：在土壤風(fēng)干過(guò)程中，用斧頭逐一敲碎土壤結(jié)塊，再用鋼管或木碾碾壓，將碾壓后的土倒入5mm篩子過(guò)篩，篩下的土樣拌勻后后灑水擊實(shí)。該項(xiàng)試驗(yàn)土樣制備試驗(yàn)周期長(zhǎng)、勞動(dòng)強(qiáng)度大、碾碎篩分過(guò)程中揚(yáng)塵嚴(yán)重，造成了嚴(yán)重的空氣污染和環(huán)境污染，同時(shí)對(duì)試驗(yàn)人員的身體健康也帶來(lái)了較大的危害。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的技術(shù)缺點(diǎn)，本發(fā)明公開(kāi)了一種土工輕型擊實(shí)試驗(yàn)?zāi)胪梁Y分試驗(yàn)設(shè)備及方法。

本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：

一種土工輕型擊實(shí)試驗(yàn)?zāi)胪梁Y分試驗(yàn)設(shè)備，包括機(jī)架，在所述的機(jī)架上設(shè)有一個(gè)電機(jī)，所述的電機(jī)通過(guò)傳動(dòng)裝置驅(qū)動(dòng)一個(gè)羅拉輥旋轉(zhuǎn)，羅拉輥的兩端各自通過(guò)軸承固定在兩個(gè)支撐板上，所述的兩個(gè)支撐板與前、后兩個(gè)擋板相連；在羅拉輥的底部設(shè)有一個(gè)與羅拉輥外表面存在間隙的圓弧狀的篩板，所述篩板一個(gè)側(cè)面通過(guò)連接板與前擋板固定連接，另一個(gè)側(cè)面直接與后擋板固定連接，前擋板、篩板、連接板以及兩個(gè)支撐板形成了投料區(qū)；所述篩板的底部設(shè)有一個(gè)向下傾斜的接料板，接料板與前擋板之間形成出料口，碾壓篩分后的土料從出料口由接料板輸出。

進(jìn)一步的，所述的羅拉輥相對(duì)于前后兩個(gè)擋板偏心設(shè)置，其軸線(xiàn)與后擋板的距離小于軸線(xiàn)與前擋板的距離。

進(jìn)一步的，所述的羅拉輥的軸線(xiàn)與后擋板的距離微大于羅拉輥半徑，一方面保證土塊不會(huì)從羅拉輥與后擋板之間的間隙中落入篩板，另一方面保證羅拉輥與后擋板之間不會(huì)產(chǎn)生摩擦。

進(jìn)一步的，所述的羅拉輥?zhàn)畹锥伺c篩板之間的距離為5mm。

進(jìn)一步的，所述的篩板上設(shè)有若干圓孔，孔的直徑為5mm。

進(jìn)一步的，所述的電機(jī)通過(guò)一個(gè)減速機(jī)驅(qū)動(dòng)一對(duì)嚙合的齒輪，所述的齒輪驅(qū)動(dòng)羅拉輥低速旋轉(zhuǎn)。

進(jìn)一步的，所述的羅拉輥向前擋板所在的方向旋轉(zhuǎn)；所述的需要碾壓的土料放置在投料區(qū)內(nèi)。

利用上述裝置土工輕型擊實(shí)試驗(yàn)的方法，如下：

步驟1將土樣置于干燥清潔的平面上，晾曬風(fēng)干；

步驟2將風(fēng)干后的土樣沿連接板倒入投料區(qū)，打開(kāi)碾土篩分試驗(yàn)設(shè)備電源開(kāi)關(guān)，將土料碾碎，小于5mm的土粒從篩孔中漏下，在重力作用下沿接料板輸出；將篩下土樣拌勻，并測(cè)定土樣的風(fēng)干含水率；

步驟3根據(jù)土的塑限預(yù)估最優(yōu)含水率，按依次相差約2％的含水率制備多組不同含水率的試樣；

步驟4取2.5Kg的土樣平鋪于不吸水的盛土容器內(nèi)，按預(yù)定含水率用噴水設(shè)備往土樣上均勻噴灑所需加水量，拌勻密封靜置備用，靜置時(shí)間分別為：高液限粘土不得少于24小時(shí)，低液限粘土可酌情縮短，但不應(yīng)少于12小時(shí)；

步驟5從制備好的試樣中稱(chēng)取一定量土料，分3層倒入擊實(shí)儀的擊實(shí)筒內(nèi)并將土面整平，分層擊實(shí)。每層土料的質(zhì)量為600-800g，兩層交接面的土面應(yīng)刨毛，每層25擊；

步驟6沿?fù)魧?shí)筒頂修平試樣，拆除底板，擦凈筒外壁，稱(chēng)量準(zhǔn)確至1g。

步驟7將試樣從擊實(shí)筒中推出，從試樣中心處取2個(gè)一定量土料平行測(cè)定試樣的含水率，含水率的平行誤差應(yīng)不大于1％；

步驟8依據(jù)上述步驟對(duì)其他含水率的試樣依次進(jìn)行擊實(shí)；

步驟9計(jì)算擊實(shí)后試樣的干密度和含水率，繪制關(guān)系曲線(xiàn)。

進(jìn)一步的，以干密度為縱坐標(biāo)，含水率為橫坐標(biāo)，繪制干密度與含水率的關(guān)系曲線(xiàn)；在干密度與含水率關(guān)系曲線(xiàn)上繪制飽和含水率曲線(xiàn)。

進(jìn)一步的，步驟3中的試樣最少制備5組，其中2個(gè)含水率大于塑限，2個(gè)含水率小于塑限，1個(gè)含水率接近塑限。

本發(fā)明有益效果如下：

能將擊實(shí)試驗(yàn)中勞動(dòng)強(qiáng)度最大的三個(gè)步驟(敲碎土壤結(jié)塊、碾壓和篩分)由機(jī)械替代人工，如果采用常規(guī)的人工制備輕型擊實(shí)土樣，一人制備一種土樣至少需要1小時(shí)以上，耗費(fèi)大量人力資源。而研制的土工輕型擊實(shí)試驗(yàn)?zāi)胪?、篩分試驗(yàn)設(shè)備，試樣制備僅需幾分鐘，大大提高了工作效率，節(jié)省了人力資源等試驗(yàn)成本。同時(shí)，制樣過(guò)程中避免了揚(yáng)塵對(duì)空氣的污染，保護(hù)了環(huán)境。因此，該儀器有著顯著的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。

附圖說(shuō)明

為了更清楚地說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見(jiàn)地，下面描述中的附圖是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1本發(fā)明的側(cè)視圖；

圖2本發(fā)明的后視圖；

圖3-1、3-2為篩板的結(jié)構(gòu)圖；

圖4-1、4-2支撐板的結(jié)構(gòu)圖；

圖中：1機(jī)架，2電機(jī)底座，3電機(jī)，4齒輪副，5齒輪罩，6羅拉輥，7加強(qiáng)板，8支撐板，9軸承，10篩板，11連接板，12前擋板,13后檔板，14接料板。

具體實(shí)施方式

如圖1、2所示，土工輕型擊實(shí)試驗(yàn)?zāi)胪梁Y分試驗(yàn)設(shè)備，包括機(jī)架1，在機(jī)架1上設(shè)有一個(gè)電機(jī)底座2，在電機(jī)底座2上設(shè)置一個(gè)電機(jī)3，電機(jī)3通過(guò)齒輪副4驅(qū)動(dòng)一個(gè)羅拉輥6旋轉(zhuǎn)，齒輪副4的外側(cè)有齒輪罩5，齒輪罩5安裝有開(kāi)關(guān)電源，羅拉輥6的兩端各自通過(guò)軸承9固定在兩個(gè)支撐板8上，所述的兩個(gè)支撐板8與前、后擋板12、13相連；在羅拉輥6底部設(shè)有一個(gè)與羅拉輥外表面存在間隙的圓弧狀的篩板10，所述篩板10的底部設(shè)有一個(gè)向地面傾斜的接料板14；所述篩板10的一個(gè)側(cè)面通過(guò)連接板11與前擋板固定連接，另一個(gè)側(cè)面直接與后擋板13固定連接；前擋板、篩板、連接板以及兩個(gè)支撐板形成了投料區(qū)；所述篩板的底部設(shè)有一個(gè)向下傾斜的接料板，接料板與前擋板之間形成出料口，碾碎篩分后的土料從出料口由接料板輸出。

進(jìn)一步的，羅拉輥6相對(duì)于前后兩個(gè)擋板偏心設(shè)置，其軸線(xiàn)與后擋板的距離小于軸線(xiàn)與前擋板的距離。

進(jìn)一步的，羅拉輥6的軸線(xiàn)與后擋板的距離微大于羅拉輥半徑，一方面保證土壤結(jié)塊不會(huì)從羅拉輥與后擋板之間的間隙中落入篩板，另一方面保證羅拉輥與后擋板之間不會(huì)產(chǎn)生摩擦。

進(jìn)一步的，羅拉輥6最底端與篩板10之間的距離為5mm。

進(jìn)一步的，篩板10上設(shè)有若干圓孔，圓孔的直徑為5mm。

進(jìn)一步的，電機(jī)3通過(guò)一個(gè)減速機(jī)驅(qū)動(dòng)一對(duì)嚙合的齒輪，所述的齒輪驅(qū)動(dòng)羅拉輥低速旋轉(zhuǎn)。

進(jìn)一步的，羅拉輥6向前擋板所在的方向旋轉(zhuǎn)；所述的需要碾碎的土料放置在投料區(qū)內(nèi)。

進(jìn)一步的，在兩個(gè)支撐板上設(shè)有加強(qiáng)板7。

具體的工作過(guò)程如下：

將需要碾碎的土料投入到投料區(qū)，然后驅(qū)動(dòng)電機(jī)，電機(jī)帶動(dòng)羅拉輥低速旋轉(zhuǎn)，羅拉輥向前擋板的方向旋轉(zhuǎn)，羅拉輥在旋轉(zhuǎn)過(guò)程中不斷碾壓土壤結(jié)塊，直到土壤結(jié)塊被碾散，分散后的土料過(guò)5mm圓孔的篩板，從接料板送出；

利用上述設(shè)備進(jìn)行擊實(shí)試驗(yàn)的方法如下：

1.儀器設(shè)備

1.1擊實(shí)儀：由擊實(shí)筒、擊錘和護(hù)筒組成。其尺寸應(yīng)符合下表之規(guī)定。

擊實(shí)儀主要部件尺寸規(guī)格表

1.2擊實(shí)儀的擊錘應(yīng)配導(dǎo)筒，擊錘與導(dǎo)筒間應(yīng)有足夠的間隙使錘能自由下落。電動(dòng)操作的擊錘必須有控制落距的跟蹤設(shè)備和錘擊點(diǎn)按一定角度(輕型53.5°)均勻分布的設(shè)備。

1.3電子天平：稱(chēng)量200g，最小分度值0.01g。

1.4臺(tái)秤：稱(chēng)量10kg，最小分度值5g。

1.5試樣推出器：宜用螺旋式千斤頂或液壓式千斤頂。如無(wú)此類(lèi)設(shè)備，亦可用刮刀和修土刀從擊實(shí)筒中取出試樣。

1.6其他：烘箱、噴水設(shè)備、碾土篩分試驗(yàn)設(shè)備、盛土器、修土刀等。

2.具體的試驗(yàn)方法：

2.1制備試樣

2.1.1取代表性土樣20kg，將土樣置于干燥清潔的平面上，晾曬風(fēng)干。將風(fēng)干后的土樣沿連接板倒入投料區(qū)，打開(kāi)碾土篩分試驗(yàn)設(shè)備電源開(kāi)關(guān)，將土料碾碎，小于5mm的土粒從篩孔中漏下，在重力作用下沿接料板輸出；將篩下土樣拌勻，并測(cè)定土樣的風(fēng)干含水率。

2.1.2根據(jù)土的塑限預(yù)估最優(yōu)含水率，按依次相差約2％的含水率應(yīng)制備不少于五組的不同含水率的試樣，其中應(yīng)有2個(gè)含水率大于塑限，2個(gè)含水率小于塑限，1個(gè)含水率接近塑限。按公式(1)計(jì)算應(yīng)加水量：

$m_w=\frac{m}{1+0.01{\mathrm{\ω}}_0}\×0.01(\mathrm{\ω}-{\mathrm{\ω}}_0)---\left(1\right)$

式中：m_ω-土樣所需加水質(zhì)量，g；

m-風(fēng)干含水率時(shí)的土樣質(zhì)量，g；

ω₀-風(fēng)干含水率，％；

ω-土樣所要求的含水率，％。

2.1.3取2.5Kg的土樣平鋪于不吸水的盛土容器內(nèi)，按預(yù)定含水率用噴水設(shè)備往土樣上均勻噴灑所需加水量，拌勻密封靜置備用。靜置時(shí)間分別為：高液限粘土不得少于24小時(shí)，低液限粘土可酌情縮短，但不應(yīng)少于12小時(shí)。

2.2試樣擊實(shí)

2.2.1將擊實(shí)儀放在堅(jiān)實(shí)的地面上，擊實(shí)筒與底座聯(lián)接好，安裝好護(hù)筒，檢查儀器各部件及配套設(shè)備的性能是否正常，在擊實(shí)筒內(nèi)壁均勻涂一薄層潤(rùn)滑油。

2.2.2從制備好的一份試件中稱(chēng)取一定量土料，分3層倒入擊實(shí)筒內(nèi)并將土面整平，分層擊實(shí)。輕型擊實(shí)法分3層擊實(shí)，每層土料的質(zhì)量為600-800g(其量應(yīng)使擊實(shí)后試樣的高度略高于擊實(shí)筒的1/3)，每層25擊。擊實(shí)后的每層試樣高度宜大致相等，兩層交接面的土面應(yīng)刨毛。擊實(shí)完成后，超出擊實(shí)筒頂?shù)脑嚇痈叨葢?yīng)小于6mm。

2.2.3用修土刀沿護(hù)筒內(nèi)壁削挖后，扭動(dòng)并取下護(hù)筒。沿?fù)魧?shí)筒頂細(xì)心修平試樣，拆除底板，如試樣底面超出筒外，亦應(yīng)修平。擦凈筒外壁，稱(chēng)量，準(zhǔn)確至1g。

2.2.4用推土器將試樣從擊實(shí)筒中推出，從試樣中心處取2個(gè)一定量土料平行測(cè)定試樣的含水率，含水率的平行誤差應(yīng)不大于1％。

2.2.5按步驟2.2.1～2.2.4規(guī)定對(duì)其他含水率的試樣依次進(jìn)行擊實(shí)。一般不重復(fù)使用土樣。

3試驗(yàn)成果整理

3.1計(jì)算公式

3.1.1按公式(2)計(jì)算擊實(shí)后試樣的干密度：

${\mathrm{\ρ}}_d=\frac{\mathrm{\ρ}}{1+0.01\mathrm{\ω}}---\left(2\right)$

式中：ρ_d-干密度，g/cm³；

ρ-濕密度，g/cm³；

ω-含水率，％。

計(jì)算至0.01g/cm³。

3.1.2按公式(3)計(jì)算數(shù)個(gè)干密度下土的飽和含水率：

${\mathrm{\ω}}_{sat}=(\frac{{\mathrm{\ρ}}_w}{{\mathrm{\ρ}}_d}-\frac{1}{G_s})\×100---\left(3\right)$

式中：ω_sat-試樣的飽和含水率，％；

ρ_w-溫度4℃時(shí)水的密度，g/cm³；

ρ_d-試樣的干密度，g/cm³；

G_s-土顆粒比重。

3.2繪制關(guān)系曲線(xiàn)

3.2.1以干密度為縱坐標(biāo)，含水率為橫坐標(biāo)，繪制干密度與含水率的關(guān)系曲線(xiàn)。曲線(xiàn)上峰值點(diǎn)的縱坐標(biāo)代表?yè)魧?shí)試樣的最大干密度，相應(yīng)的橫坐標(biāo)為擊實(shí)試樣的最優(yōu)含水率。當(dāng)曲線(xiàn)不能繪出峰值點(diǎn)時(shí)，應(yīng)進(jìn)行補(bǔ)點(diǎn)。土樣不宜重復(fù)使用。

3.2.2在干密度與含水率關(guān)系曲線(xiàn)上繪制飽和含水率曲線(xiàn)。

3.3成果校正

3.3.1輕型擊實(shí)試驗(yàn)中，當(dāng)試樣中粒徑大于5mm的顆粒質(zhì)量小于試樣總質(zhì)量的30％時(shí)，應(yīng)對(duì)最大干密度進(jìn)行校正，校正公式見(jiàn)式(4)。

${\mathrm{\ρ}}_{d\max }^{\′}=\frac{1}{\frac{1-P}{{\mathrm{\ρ}}_{d\max }}+\frac{P}{{\mathrm{\ρ}}_w\·G_{s2}}}---\left(4\right)$

式中：ρ′_dmax-校正后的最大干密度，g/cm³；

P-粒徑大于5mm顆粒的含量(用小數(shù)表示)；

G_S2-粒徑大于5mm顆粒的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)，(％)；

ρ_ω-水的密度，g/cm³；

ρ_dmax—粒徑小于5mm試樣的最大干密度，g/cm³。

計(jì)算至0.01g/cm³。

3.3.2在輕型擊實(shí)試驗(yàn)中，當(dāng)試樣中粒徑大于5mm的顆粒質(zhì)量小于試樣總質(zhì)量的30％時(shí)，亦需對(duì)最優(yōu)含水率進(jìn)行校正，校正公式見(jiàn)式(5)。

ω′_op＝ω_op(1-P)+P·ω₂ (5)

式中：ω_op^’-校正后的最優(yōu)含水率，％；

ω_op-擊實(shí)試樣的最優(yōu)含水率，％；

ω₂-粒徑大于5mm土粒的吸著含水率，％。

其余符號(hào)同上。計(jì)算至0.01％。

上述雖然結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式進(jìn)行了描述，但并非對(duì)本發(fā)明保護(hù)范圍的限制，所屬領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該明白，在本發(fā)明的技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，本領(lǐng)域技術(shù)人員不需要付出創(chuàng)造性勞動(dòng)即可做出的各種修改或變形仍在本發(fā)明的保護(hù)范圍以?xún)?nèi)。