CN102565305A - 一种测定土体湿化、崩解与分散的试验方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种测定土体湿化、崩解与分散的试验方法，该方法先制备一种即时测量土体质量变化的装置，装置包括：支架、烧杯、网板、电子天平、数显式推拉力计、电子计算机等。然后将土体放入水溶液中进行崩解，利用土体质量的变化来计算土体崩解量和崩解速度。装置的物理概念意义明确，自动即时采集数据，减少人为因素干扰，试验结果精确可靠，可反映不同介质环境条件下土体崩解量的大小，精确测定具有结构性的粘质土体在水中的崩解量、崩解速度，用于评价各类工程对土体的要求，特别是对于判别粘性土的分散性具有重要意义。可代替现有规范规程中的“湿化试验”，可应用于水电工程、道路工程和农业工程等评价土体的湿化、崩解与分散特性。

Description

一种测定土体湿化、崩解与分散的试验方法

技术领域

本发明属于土木工程测试技术领域，特别涉及一种测定土体湿化、崩解与分散的试验方法，该方法主要用于水电工程、道路工程、农业工程等设计及施工方面，可精确地测定土体湿化、崩解量与分散性能。

背景技术

用土作为建筑材料的水电工程、道路工程、农业工程、堤防工程等，其表层直接暴露于大气环境中，土体中的含水率经常遭受大气降水、水位交替等影响，表层土体易产生湿化、崩解与分散的现象，以至于破裂、剥落而降低土体的强度和稳定性。另外，在湿法筑坝的设计与施工中，需要了解土料湿化崩解的速度，作为取舍料场的依据。更为重要的是，判别分散性土的一个重要特征就在于土体的湿化崩解过程中粘土胶粒的分散情况。因此测定土的湿化、崩解与分散性能，具有重要意义。

现行的各类规范规程中关于粘性土的湿化试验(如《土工试验规程》(SL237-1999)、《铁路工程土工试验》(TB10102-2004)等)，其基本原理是测量土体崩解过程中体积的变化，即在试验过程中将试样放入湿化仪中的网板中央，迅速浸入水筒中，开动秒表，测记开始时浮筒齐水面处刻度的瞬间稳定读数，然后再按照不同的时间间隔来测记浮筒水面的读数，计算崩解量与崩解速度。由于在试验过程中体积的变化量测误差比较大，而且需凭借肉眼观察瞬间读数，因此人为因素比较多，计算结果不准确。因此，寻找一种新的测试方法一直是申请人研究的内容之一。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种测定土体湿化、崩解与分散的试验方法，该方法可精确测定具有结构性的粘质土体在水中的崩解量、崩解速度与分散性能，用于评价各类工程对土体的要求，特别是对于判别粘性土的分散性，具有重要的意义。

为了达到上述任务，本发明采用如下的两种技术解决方案予以实现：

第一种技术方案是：

一种测定土体湿化、崩解与分散的试验方法，其特征在于，具体按下列步骤进行：

1、首先制备一种即时测量土体质量变化的装置，该装置包括一个支架、网板、烧杯、数显式推拉力计和电子计算机；

支架一端通过挂线连接数显式推拉力计和网板，该网板用于放置试样，烧杯位于数显式推拉力计下方，数显式推拉力计通过数据线和电子计算机相连接；

2、试验步骤为：

(1)按需要取原状土或用扰动土制备成所需状态的土样，用切土刀切成边长为5cm的立方体试样；

(2)测定试样的含水率及密度；

(3)将试样放在网板中央，然后迅速地将试样浸入于盛有不同电解质的水溶液的烧杯中，开始采集数据；

(4)在试验开始后，按设定的时间间隔，记录各时间的试样崩解情况，根据试样崩解的快慢，适当缩短或增长记录的时间间隔；

(5)当试样完全通过网板落下后，试验结束，如果试样长时间未崩解，则记录试样在水中的情况；

(6)试样崩解量按下式计算：

$A_t=\frac{F_1-F_t}{F_1-F_0}\×100\%$

式中：A_t：试样在时间t时的崩解量，％；

F₁：试验开始时的拉力计读数，N；

F_t：时间t时的拉力计读数，N；

F₀：未放试样时网板浸水后的拉力计读数，N；

(7)评价试样分散性：

(a)分散性土：

严重反应。烧杯中网板以下充满大量的呈牛奶状的粘粒悬液，崩解速度快；悬液长时间不澄清，呈浑浊状；

(b)过渡性土：

中等反应。烧杯中网板以下分布有浑浊的粘粒悬液，但悬液浑浊程度较低，呈雾状，崩解速度较慢；

(c)非分散性土：

没有反应或轻微反应。试样未崩解，或崩解后水中没有出现浑浊，或稍浑浊后很快又变清，崩解延续时间较长，速度慢。

第二种技术方案是：

一种测定土体湿化、崩解与分散的试验方法，其特征在于，具体按下列步骤进行：

1、首先制备一种即时测量土体质量变化的装置，该装置包括一个支架、网板、烧杯、电子天平和电子计算机；

支架一端通过挂线连接网板，该网板用于放置试样，烧杯放置于电子天平上，电子天平通过数据线和电子计算机相连接；

2、试验步骤为：

(1)按需要取原状土或用扰动土制备成所需状态的土样，用切土刀切成边长为5cm的立方体试样；

(2)测定试样的含水率及密度；

(3)将试样放在网板中央，然后迅速地将试样浸入于盛有不同电解质的水溶液的烧杯中，开始采集数据；

(4)在试验开始后，按设定的时间间隔，记录各时间的试样崩解情况，根据试样崩解的快慢，可适当缩短或增长记录的时间间隔。

(5)当试样完全通过网板落下后，试验结束，如果试样长期未崩解，则记录试样在水中的情况；

(6)试样崩解量按下式计算：

$A_t=\frac{N_1-N_t}{N_1-N_0}\×100\%$

式中：A_t：试样在时间t时的崩解量，％；

N₁：试验开始时的电子天平读数，g；

N_t：时间t时的电子天平读数，g；

N₀：未放试样时网板浸水后的电子天平读数，g；

(7)评价土体分散性：

(a)分散性土：

严重反应。烧杯中网板以下充满大量的呈牛奶状的粘粒悬液，崩解速度快，悬液长时间不澄清，呈浑浊状；

(b)过渡性土：

中等反应。烧杯中网板以下分布有浑浊的粘粒悬液，但悬液浑浊程度较低，呈雾状，崩解速度较慢；

(c)非分散性土：

没有反应或轻微反应。试样不崩解，或崩解后水中没有出现浑浊，或稍浑浊后很快又变清；崩解延续时间较长，速度慢。

本发明的方法采用的两种实验装置，物理概念意义明确，自动即时采集数据，减少人为因素干扰，试验结果精确可靠，可以反映不同介质环境条件下土体崩解量的大小，精确测定具有结构性的粘质土体在水中的崩解量、崩解速度，用于评价各类工程对土体的要求，特别是对于判别粘性土的分散性，具有重要的意义。可代替现有规范规程中的“湿化试验”，可应用于水电工程、道路工程和农业工程等评价土体的湿化、崩解与分散特性。

附图说明

图1是实施例1的实验装置结构示意图；

图2是实施例2的实验装置结构示意图。

以下结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。

具体实施方式

按照本发明的技术方案，首先要制备一种可精确测定土体崩解量的湿化与分散实验装置，而且装置可以反映崩解量随着时间的变化，可应用于鉴定分散性土，并可以反映不同介质环境条件下土体崩解量的大小。可应用于水电工程、道路工程和农业工程中精确测定具有结构性的粘质土体在水中的崩解量与崩解速度，用于评价土体的崩解、湿化与分散性能，特别是对于鉴定分散性土，具有重要的意义。

申请人根据测量装置的位置不同，设计了以下两种实验装置，第一种实验装置的仪器设备主要包括：支架、烧杯、网板、试样、数显式推拉力计；第二种实验装置的仪器设备主要包括：支架、烧杯、网板、试样、电子天平。

上述实验装置的测定原理主要是基于牛顿第一定律的受力平衡原理和阿基米德的浮力原理，数显式推拉力计或电子天平所测得的数据与崩解的土体质量之间成正比，因此可以通过测量土体质量的变化来反映土体崩解量的变化。

以下是发明人给出的实施例，需要说明的是，本发明不限于这些实施例。随着仪器设备的发展，可采用不同的量测质量的仪器，并可以附加其它如光、电等测量装置。

实施例1：

仪器设备：

1、支架：由滴定台和十字架组成的试验支架，可以悬挂数显式推拉力计。

2、烧杯：2000ml烧杯。

3、网板：10cm×10cm，金属方网格，孔眼1cm2，可挂在数显式推拉力计下。

4、试样：边长5cm×5cm×5cm的立方体。

5、数显式推拉力计：使用量程为10N或20N、精度为0.005N或0.01N的数显式推拉力计，可连接电子计算机，同步显示试验力曲线图及记录试验过程。

6、电子计算机：常用电子计算机，与数显式推拉力计连接，记录保存测试数据。

组装方式(见图1)：

1、将数显式推拉力计用数据线与电子计算机相连。

2、稳定支架，把数显式推拉力计挂在支架上，然后将网板挂在数显式推拉力计下方。

3、将盛有水溶液的烧杯放在网板下方，将网板小心放入水溶液中，记录数显式推拉力计的读数(F₀)。

试验步骤：

1、按需要取原状土或用扰动土制备成所需状态的土样，用切土刀切成边长为5cm的立方体试样。

2、测定试样的含水率及密度。

3、将试样放在网板中央，然后迅速地将试样浸入于盛有水溶液的烧杯中，开始采集数据。

4、在试验开始后按1min、3min、10min、30min、60min，2h、3h、4h，...，的间隔记录各间隔时刻试样的崩解情况，根据试样崩解的快慢，可适当缩短或增长记录的时间间隔。

5、当试样完全通过网板落下后，试验即告结束。如果试样长期未崩解，则记录试样在水中的情况。

6、崩解量按下式计算：

$A_t=\frac{F_1-F_t}{F_1-F_0}\×100\%$

式中：A_t-试样在时间t时的崩解量，％；

F₁-试验开始时的拉力计读数，N；

F_t-时间t时的拉力计读数，N；

F₀-未放试样时网板浸水后的拉力计读数，N；

7、评价土体分散性：

(1)分散性土：

严重反应。烧杯中网板以下充满大量的呈牛奶状的粘粒悬液，崩解速度快。悬液长时间不澄清，呈浑浊状。

(2)过渡性土：

中等反应。烧杯中网板以下分布有浑浊的粘粒悬液，但悬液浑浊程度较低，呈雾状，崩解速度较慢。

(3)非分散性土：

没有反应或轻微反应。土块不崩解，或崩解后水中没有出现浑浊，或稍浑浊后很快又变清。崩解延续时间较长，速度慢。

实施例2：

仪器设备：

1、支架：由滴定台和十字架组成试验支架，可以悬挂网板。

2、烧杯：2000ml烧杯。

3、网板：10cm×10cm，金属方网格，孔眼1cm2，可挂在支架下。

4、试样：边长5cm×5cm×5cm的立方体。

5、电子天平：使用量程为1kg或2kg、精度为0.01g或0.05g的电子天平，可通过数据线与电脑连接，同步显示与记录质量的变化。

6、电子计算机：常用电子计算机，与电子天平连接，记录保存测试数据。

组装方式(见图2)：

1、将电子天平与电子计算机通过数据线相连。

2、稳定支架，把网板用挂线挂在支架上。

3、将盛有水溶液的烧杯放在电子天平上，烧杯与电子天平垂直放置于网板之下。

4、将网板小心放入烧杯的溶液中，由电子计算机记录电子天平的读数(N0)。

试验步骤：

1、按需要取原状土或用扰动土制备成所需状态的土样，用切土刀切成边长为5cm的立方体试样。

2、测定试样的含水率及密度。

3、将试样放在网板中央，然后迅速地将试样浸入于盛有水溶液的烧杯中，开始采集数据。

4、在试验开始后按1min、3min、10min、30min、60min，2h、3h、4h，...，描述各间隔时间试样的崩解情况，根据试样崩解的快慢，可适当缩短或增长记录的时间间隔。

5、当试样完全通过网板落下后，试验即告结束。如果试样长期未崩解，则记录试样在水中的情况。

6、崩解量按下式计算：

$A_t=\frac{N_1-\mathrm{Nt}}{N_1-N_0}\×100\%$

式中：A_t-试样在时间t时的崩解量，％；

N₁-试验开始时的电子天平读数，g；

N_t-时间t时的电子天平读数，g；

N₀-未放试样时网板浸水后的电子天平读数，g；

7、评价土体分散性：

(1)分散性土：

严重反应。烧杯中网板以下充满大量的呈牛奶状的粘粒悬液，崩解速度快。悬液长时间不澄清，呈浑浊状。

(2)过渡性土：

中等反应。烧杯中网板以下分布有浑浊的粘粒悬液，但悬液浑浊程度较低，呈雾状，崩解速度较慢。

(3)非分散性土：

没有反应或轻微反应。土块不崩解，或崩解后水中没有出现浑浊，或稍浑浊后很快又变清。崩解延续时间较长，速度慢。

当然，上述的水溶液是含有各种不同电解质(溶质)的溶液。

Claims (3)

1.一种测定土体湿化、崩解与分散的试验方法，其特征在于，具体按下列步骤进行：

(1)首先制备一种即时测量土体质量变化的装置，该装置包括一个支架、网板、烧杯、数显式推拉力计和电子计算机；支架一端通过挂线连接数显式推拉力计和网板，该网板用于放置试样，烧杯位于数显式推拉力计下方，数显式推拉力计通过数据线和电子计算机相连接；

(2)试验步骤为：

1)按需要取原状土或用扰动土制备成所需状态的土样，用切土刀切成边长为5cm的立方体试样；

2)测定试样的含水率及密度；

3)将试样放在网板中央，然后迅速地将试样浸入于盛有不同电解质的水溶液的烧杯中，开始采集数据；

4)在试验开始后，按设定的时间间隔，记录各时间的试样崩解情况，根据试样崩解的快慢，适当缩短或增长记录的时间间隔；

5)当试样完全通过网板落下后，试验结束，如果试样长时间未崩解，则记录试样在水中的情况；

6)试样崩解量按下式计算：

$A_t=\frac{F_1-F_t}{F_1-F_0}\×100\%$

式中：A_t：试样在时间t时的崩解量，％；

F₁：试验开始时的拉力计读数，N；

F_t：时间t时的拉力计读数，N；

F₀：未放试样时网板浸水后的拉力计读数，N；

7)评价试样分散性：

(a)分散性土：

严重反应。烧杯中网板以下充满大量的呈牛奶状的粘粒悬液，崩解速度快；悬液长时间不澄清，呈浑浊状；

(b)过渡性土：

中等反应。烧杯中网板以下分布有浑浊的粘粒悬液，但悬液浑浊程度较低，呈雾状，崩解速度较慢；

(c)非分散性土：

没有反应或轻微反应。试样未崩解，或崩解后水中没有出现浑浊，或稍浑浊后很快又变清，崩解延续时间较长，速度慢。

2.一种测定土体湿化、崩解与分散的试验方法，其特征在于，具体按下列步骤进行：

(1)首先制备一种即时测量土体质量变化的装置，该装置包括一个支架、网板、烧杯、电子天平和电子计算机；支架一端通过挂线连接网板，该网板用于放置试样，烧杯放置于电子天平上，电子天平通过数据线和电子计算机相连接；

(2)试验步骤为：

1)按需要取原状土或用扰动土制备成所需状态的土样，用切土刀切成边长为5cm的立方体试样；

2)测定试样的含水率及密度；

3)将试样放在网板中央，然后迅速地将试样浸入于盛有不同电解质的水溶液的烧杯中，开始采集数据；

4)在试验开始后，按设定的时间间隔，记录各时间的试样崩解情况，根据试样崩解的快慢，可适当缩短或增长记录的时间间隔。

5)当试样完全通过网板落下后，试验结束，如果试样长期未崩解，则记录试样在水中的情况；

6)试样崩解量按下式计算：

$A_t=\frac{N_1-N_t}{N_1-N_0}\×100\%$

式中：A_t：试样在时间t时的崩解量，％；

N₁：试验开始时的电子天平读数，g；

N_t：时间t时的电子天平读数，g；

N₀：未放试样时网板浸水后的电子天平读数，g；

7)评价土体分散性：

(a)分散性土：

严重反应。烧杯中网板以下充满大量的呈牛奶状的粘粒悬液，崩解速度快，悬液长时间不澄清，呈浑浊状；

(b)过渡性土：

中等反应。烧杯中网板以下分布有浑浊的粘粒悬液，但悬液浑浊程度较低，呈雾状，崩解速度较慢；

(c)非分散性土：

没有反应或轻微反应。试样不崩解，或崩解后水中没有出现浑浊，或稍浑浊后很快又变清；崩解延续时间较长，速度慢。

3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述的水溶液是含有各种不同电解质的溶液。

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