CN104762944B - 黏性土可塑性现场判别仪及其现场判别方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及岩土勘探领域，尤其涉及黏性土可塑性现场判别仪及其现场判别方法，其特征在于：所述判别仪包括一护筒，所述护筒的空腔内设置有一气囊，所述气囊的顶部连接有与其内部连通的充气装置，所述气囊的底部设置有一探头，所述探头与所述气囊的底部外表面相连接固定，所述气囊上开设有出气孔，所述出气孔连通一U形管的一端，U形管的另一端设置有密封帽，且该端U形管的外壁表面划分有若干代表黏性土可塑性的分度线，所述U形管内灌注有一定溶液。本发明的优点是：可快速、准确地判别黏性土的可塑性；判别仪具有构造简单、可操作性强、功能齐全等特点。

Description

黏性土可塑性现场判别仪及其现场判别方法
技术领域
本发明涉及岩土勘探领域，尤其涉及黏性土可塑性现场判别仪及其现场判别方法。
背景技术
随着高铁、地铁、工民建、水利建设等市政、国铁建设的迅速发展，工程技术水平日渐提高。岩土工程勘察设计是各类工程得以进一步设计、施工的重要前提。此阶段设计人员会根据勘察资料，向结构设计方提供工能真实反应现场土体分层状况的工程地质纵断面，并提供各分层土体的物理力学性质以及工程特性。结构设计方根据岩土设计人员提供的土层力学参数，进行进一步的结构参数设计。
钻孔勘探是目前岩土工程勘察的主要形式，现场判别土体的可塑性状态，并进行土体分层也是目前各勘察领域常用的技术手段，目前现场判别土体可塑性状态的仪器并不存在，大都是编录人员现场用手按压土体，然后根据主观意识进行土体可塑性状态的判定。由于每个人的感觉各不相同，往往造成判别不准确，进而造成分层错误的现象存在。目前可采用测量土体力学性能的贯入试验来判断土体可塑性状态，但贯入试验的贯入孔根据技术规范需要间距3m以上，所以现场土体的真实情况并无法从各特定位置处的贯入孔体现出来。
发明内容
本发明的目的是根据上述现有技术的不足，提供了一种黏性土可塑性现场判别仪及其现场判别方法，通过将代表黏性土可塑性的液性指数可视化，从而便于现场技术人员快速、准确的判断黏性土的可塑性。
本发明目的实现由以下技术方案完成：
一种黏性土可塑性现场判别仪，其特征在于：所述判别仪包括一护筒，所述护筒的空腔内设置有一气囊，所述气囊的顶部连接有与其内部连通的充气装置，所述气囊的底部设置有一探头，所述探头与所述气囊的底部外表面相连接固定，所述气囊上开设有出气孔，所述出气孔连通一U形管的一端，U形管的另一端设置有密封帽，且该端U形管的外壁表面划分有若干代表黏性土可塑性的分度线，所述U形管内灌注有一定溶液。
所述气囊上开设有至少两个所述出气孔，两个或两个以上的所述出气孔分别连通有U形管的一端，两根或两根以上的所述U形管的另一端的外壁表面上分别划分有所述若干代表黏性土可塑性的分度线。
一根所述U形管上的所述分度线的划分范围选用水利规范的三分法、铁路规范的四分法以及岩土规范的五分法中的一种；两根或两种以上的所述U形管上的所述分度线的划分范围选用水利规范的三分法、铁路规范的四分法以及岩土规范的五分法中两种或两种以上的组合。
所述分度线是代表所述黏性土的液性指数。
所述气囊连通有一气压表。
一种涉及上述任一黏性土可塑性现场判别仪的黏性土可塑性现场判别方法，其特征在于：所述方法至少包括以下步骤：
打开所述U形管的所述密封帽，通过所述充气装置调节所述气囊的气压值，使所述U形管内的所述溶液的液面高度与最低处的所述分度线相平齐；
采用钻机在现场进行黏性土取样，将取出的黏性土试样横置；
沿所述黏性土试样的横置方向，依次将所述探头在所述黏性土试样上进行按压，通过所述溶液的液面高度在所述分度线间的位置判断所述黏性土试样的可塑性。
根据现场的工程特性及工程实施所依据的规范，选用适用的所述U形管；打开适用的所述U形管的所述密封帽；其余所述U形管的所述密封帽保持关闭。
本发明的优点是：可快速、准确地判别黏性土的可塑性；判别仪具有构造简单、可操作性强、功能齐全等特点。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明中U形管的结构示意图；
图3为本发明现场判别时的使用示意图。
具体实施方式
以下结合附图通过实施例对本发明特征及其它相关特征作进一步详细说明，以便于同行业技术人员的理解：
如图1-3所示，图中标记1-19分别为：护筒1、气囊2、压力表3、充气袋4、阀门5、探头6、丁片7、保护套8、提手9、出气孔10、U形管11、水12、密封螺帽13、密封螺帽14、密封螺帽15、分度线16、浮标17、量管18、黏性土试样19。
实施例：如图1所示，本实施例中的黏性土可塑性现场判别仪包括护筒1，护筒1的空腔内部设置有一气囊2，护筒1的内部空腔与气囊2在自然状态下大小相同。气囊2的上部分别贯通护筒1并与压力表3和充气袋4相连通，其中压力表3用于检测并显示气囊2内部的气压，充气袋4用于为气囊2充气同时调整气囊2内的气压。气囊2与充气袋4之间设置有用于控制气囊2与充气袋4之间连通状态的阀门5；当需要对气囊2进行充气时，开启阀门5，当使用判别仪时，关闭阀门5。气囊2的底部连接有探头6，探头6贯穿护筒1的底面并伸出护筒1的外部。气囊2和探头6的连接处设置有顶片7，顶片7用于传递探头6所受到的压力，即探头6受到的压力通过顶片7传递到气囊2上。探头6贯穿护筒1的位置上设置有保护套8，保护套8采用可自由收缩的弹性材料制成，在保证其可以与探头6共同受力并且发生收缩之外，还用于防止探头6按压入黏性土时所产生的泥浆或土样进行护筒1。护筒1的顶部设置有提手9，方便操作人员携带和施力。
气囊2的底部圆锥形空腔四周，分布有出气孔10，出气孔10分别连通U形管11。U形管11具有分别位于护筒1内、外部的两部分，U形管11内灌注有水12，其中位于护筒1内部的一部分体积较大。如图2所示，U形管11位于护筒1外部的另一部分为量管18，量管18的顶端螺纹配合连接固定有用于控制U形管11与外界大气连通状态的密封螺帽，且量管18与密封螺帽之间设置有橡胶垫层以提高两者之间的密封效果。量管18的外壁表面划分有若干分度线16，分度线16用于表示黏性土的可塑性，即相邻的两分度线16划分了黏性土的可塑性区间，例如沿管体方向最下方的一分度线16与其上方的分度线之间的区间代表黏性土为流塑。当使用本实施例的现场判别仪对黏性土试样进行按压时，探头6将其受压于黏性土试样的压力通过顶片7传递至气囊2，气囊2内的气体受压通过出气孔10进入U形管11位于护筒1内部的一部分，此时U形管11内的水12受到气压之后会自U形管11位于护筒1内部的一侧向量管18的一侧移动，从而使得量管18内水12的液面升高，操作人员随即可通过观察水12的液面处于由分度线16构成的某一可塑性区间来判别该黏性土试样的可塑性。而为了方便操作人员观察液面高度，在量管18的管体内设置有浮标17，浮标17浮于水12之上。一般而言，浮标17宜采用密封远小于水12、质量较轻且带颜色的材料制作，以保证其存在不影响判别精度。
本实施例在具体实施时：由于不同工程的工程特性及其实施所依据的规范不同，所以量管18上划分的可塑性区间也不同。一般而言，有适用于水利规范的三分法、铁路规范的四分法以及岩土规范的五分法。三者的区别详见下表1。也就是说判别仪若适用岩土规范时，则该量管18上划分有与液性指数相对应的五个区间；相同的，当判别仪适用铁路规范或水利规范时，量管18上划分有对应的四个区间或三个区间。
表1
而为了使本实施例中的现场判别仪可适应于各种规范，如图1所示，在气囊2的底部分布有三个出气孔10（图1为现场判别仪主视图，有一个出气孔10位于气囊2的后侧，所以图中并未示出），三个出气孔10可以呈中心对称分布设置。三个出气孔10分别对应连通三个结构相同的U形管11。三个U形管11位于护筒1外部的量管18顶端分别安装有密封螺帽13、密封螺帽14、密封螺帽15。三个量管18分别具有适用于上述三种规范的三种可塑性区间。但在使用时，三个U形管11无法同时使用，所以操作人员应仅打开适用某一规范的量管18上的密封螺帽，同时保持其余密封螺帽处于关闭状态。
相邻两个分度线16的区域划分是由试验室的标定数据所选择的，该标定数据是指表1内黏性土的液性指数所对应的压力，并将黏性土的压力通过现场判别仪中量管18的液面高度可视化，从而使得技术人员可快速、精确的通过液面高度来判别黏性土的可塑性。
例如对于铁路规范四分法而言，假设场地内有两组黏性土试样A和B，室内试验做出试样A的液限IL=0.5、试样B的液限IL=1.0，此时用本实施例的对两组土体分别压入，探头6压入试样A的规定距离时，量管内水头位置为h1、探头6压入B规定距离时，量管内水头位置为h2、此时h1、h2即为软塑状态的区间，即若水头h1＜h≤h2，则试验土体为软塑，同理，可用此方法在量管中标定流塑、软塑、硬塑和坚硬的范围。
将本实施例中的现场判别仪应用于现场实际操作中，具有如下步骤：
（1）根据工程特性及工程实施所依据的规范，从上述三种规范中选取适用于该工程的分法范围。下述步骤均以铁路规范的四分法为例。
（2）打开与铁路规范的四分法相对应的U形管11的量管18的密封螺帽，通过充气袋4调节气囊2内的气压，使量管18内的水12的液面高度与最低处的分度线16相平齐，完成后关闭充气袋4与气囊2之间的阀门5。在打开与四分法对应的U形管11的密封螺帽时，保持其余密封螺帽的关闭。
（3）采用钻机在现场进行黏性土取样，将取出的黏性土试样横置。
（4）如图3所示，沿所述黏性土试样的横置方向，依次将探头6在黏性土试样19上进行按压并按入特定深度。此时，由于压力顶进，探头6所受的压力通过顶片7传递至气囊2上，气囊2内的气体通过出气孔10进行U形管11内，进而使量管18中水12的液面带着浮标17同时上升。之后，技术人员可依据水12的液面高度处于分度线16所划分的可塑性区间的位置来判断黏性土试样的可塑性。图3所示的黏性土试样19包括有四个不同的黏性土，一般而言，操作人员可根据试样的分层、颜色或其它一些特性来粪便黏性土试样19具有几种可塑性不同的黏性土。
（5）工程特性及工程实施所依据的规范适用于岩土规范或水利规范时，则打开对应的U形管11量管18顶部的密封螺帽，并保持其余密封螺帽的关闭，并按照上述步骤（2）至（4）进行操作即可。
虽然以上述实施例已经参照附图对本发明目的的构思和实施例做了详细说明，但本领域普通技术人员可以认识到，本发明的实质是将判别黏性土可塑性的液性指数通过判别仪可视化，在没有脱离权利要求限定范围的前提条件下，仍然可以对本发明作出各种改进和变换，如：除了按照上述三种规范之外的其它规范划分量管18上的可塑性区间、增减出气孔10以及相应的增减U形管11等，故在此不一一赘述。

Claims (7)

1.一种黏性土可塑性现场判别仪，其特征在于：所述判别仪包括一护筒，所述护筒的空腔内设置有一气囊，所述气囊的顶部连接有与其内部连通的充气装置，所述气囊的底部设置有一探头，所述探头与所述气囊的底部外表面相连接固定，所述气囊上开设有出气孔，所述出气孔连通一U形管的一端，U形管的另一端设置有密封帽，且该端U形管的外壁表面划分有若干代表黏性土可塑性的分度线，所述U形管内灌注有一定溶液。
2.根据权利要求1所述的一种黏性土可塑性现场判别仪，其特征在于：所述气囊上开设有至少两个所述出气孔，两个以上的所述出气孔分别连通有U形管的一端，两根以上的所述U形管的另一端的外壁表面上分别划分有所述若干代表黏性土可塑性的分度线。
3.根据权利要求1或2所述的一种黏性土可塑性现场判别仪，其特征在于：所述U形管上的所述分度线的划分范围选用水利规范的三分法、铁路规范的四分法以及岩土规范的五分法中的一种。
4.根据权利要求1所述的一种黏性土可塑性现场判别仪，其特征在于：所述分度线代表所述黏性土的液性指数。
5.根据权利要求1所述的一种黏性土可塑性现场判别仪，其特征在于：所述气囊连通有一气压表。
6.涉及权利要求1-5中任一种黏性土可塑性现场判别仪的黏性土可塑性现场判别方法，其特征在于：所述方法至少包括以下步骤：
打开所述U形管的所述密封帽，通过所述充气装置调节所述气囊的气压值，使所述U形管内的所述溶液的液面高度与最低处的所述分度线相平齐；
采用钻机在现场进行黏性土取样，将取出的黏性土试样横置；
沿所述黏性土试样的横置方向，依次将所述探头在所述黏性土试样上进行按压，通过所述溶液的液面高度在所述分度线间的位置判断所述黏性土试样的可塑性。
7.根据权利要求6所述的一种黏性土可塑性现场判别方法，其特征在于：根据现场的工程特性及工程实施所依据的规范，选用适用的所述U形管；当所述U形管二根以上时，打开适用的所述U形管的所述密封帽；其余U形管的密封帽保持关闭。
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