CN108490157B - 土样液塑限测量方法及测量土样液塑限的设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种土样液塑限测量方法及测量土样液塑限的设备。本发明提供的土样液塑限测量方法，先制备待测量的相同土样不同含水率的三份样品；再分别测量三份样品的抗剪强度τ，并根据抗剪强度τ得到对应的圆锥下沉深度h，
Figure DDA0001606478280000011
其中
Figure DDA0001606478280000012
再分别测量三份样品的含水率w；根据三份样品的含水率w与相应的圆锥下沉深度h绘制双对数关系直线，确定待测量的土样的液限值和塑限值。

Description

土样液塑限测量方法及测量土样液塑限的设备
技术领域
本发明涉及土样的液塑限测量技术领域，具体地，涉及一种土样液塑限测量方法及测量土样液塑限的设备。
背景技术
细粒土由于含水率不同，分别处于流动状态，可塑状态、半固体状态和固体状态。液限是细粒土呈可塑状态的上限含水率，塑限是细粒土呈可塑状态的下限含水率。
现有的测量土样的液塑限的主要方法是采用液、塑限联合测定法是分别按液限、塑限以及二者中间状态的三个不同含水率制备三个土样，充分调均匀后，装入试样杯中，用电磁落锥法(重量为76g或100g，锥角为30度的圆锥)分别测定5s后的圆锥入土深度h(mm)，并同时测定含水率W(％)；然后根据这些测点，在双对数坐标上绘制圆锥入土深度h与含水率W关系直线；在直线上求得2mm时对相应含水率为塑限WP，10mm时对应含水率为10mm液限WL10，17mm时对应含水率为液限WLl7，两种液限配合相对应的塑性图和规范标准应用于对细粒土进行分类定名。
但是液、塑限联合测定法在实际操纵中受人为影响较大，其圆锥在测量前是否清洁、是否涂抹润滑剂(凡士林)、土样是否调制均匀以及土样是否在器皿被填实等因素都会对测量结果产生直接影响；同时土样的调制也是一个劳动强度较大的工作，随着劳动强度的增加试验人员的体力下降，往往很难保证土样的均匀性；另外依照国家《土工试验方法标准》规定，该试验中测定的三个点所采用的土样应为同一份样品，但事实上各试验单位为了方便基本都采用三份样品分别对应不同的三个点；所以做出来的三个点其实很难落在合理的区间。因此按照现有技术方法使整个试验过程不仅费时费力，而且测定结果的准确性和稳定性也很难控制。
发明内容
为了改善现有技术的不足，本发明的目的在于提供了一种土样液塑限测量方法及测量土样液塑限的设备，以解决现有技术中存在的液、塑限联合测定法在实际操纵中受人为影响较大，整个试验过程不仅费时费力，而且测定结果的准确性和稳定性也很难控制的技术问题。
在本发明的实施例中提供了一种土样液塑限测量方法，所述土样液塑限测量方法包括有以下步骤：
S1.制备待测量的相同土样不同含水率的三份样品；
S2.分别测量三份样品的抗剪强度τ，并根据抗剪强度τ得到对应的圆锥下沉深度h，
Figure BDA0001606478260000021
其中
Figure BDA0001606478260000022
其中τ为抗剪强度，α圆锥的顶角，P为圆锥重量，h为圆锥下沉深度；
S3.分别测量三份样品的含水率w；
S4.根据三份样品的含水率w与相应的圆锥下沉深度h绘制双对数关系直线，确定待测量的的土样的液限值和塑限值。
优选地，步骤S2包括以下步骤：
S20.将带测量的土样样品放入是样品杯中填实抹平；
S21.使用搅拌器对样品进行剪切，搅拌器包括有搅拌轴和搅拌叶片，所述搅拌叶片与水平面之间的倾斜角为θ；
S22.当叶片完全进入样品土体且静止时剪切力的垂直分量与样品杯所受到的压力F相平衡，测量样品杯受到的压力F；
S23.根据公式计算抗剪强度τ，
Figure BDA0001606478260000031
其中S为搅拌叶片表面积。
在本发明的实施例中提供了一种测量土样液塑限的设备，所述测量土样液塑限的设备包括有放置台、样品杯和搅拌装置；所述样品杯用于放置待测量的土样样品，所述放置台用于放置所述样品杯，所述放置台上设置有压力传感器，所述压力传感器用于测量所述样品杯所受到的压力；所述搅拌装置设置于所述放置台上方，所述搅拌装置用于进入土样样品中对其进行搅拌或者剪切，所述搅拌装置包括有搅拌轴和设置于所述搅拌轴一端的搅拌叶片，所述搅拌叶片的下表面与水平面呈倾斜角θ设置。
优选地，所述搅拌装置还包括有第一驱动单元和第二驱动单元，所述第一驱动单元用于驱动所述搅拌轴转动，所述第二驱动单元用于驱动所述搅拌装置沿竖直方向上下运动。
优选地，所述放置台包括有受力支架和固定托盘，所述受力支架固定于所述压力传感器的受力点上，所述受力支架上部放置固定托盘，所述固定托盘的中心与受力支架的轴线重合，所述固定托盘上放置所述样品杯，所述样品杯的底面的中心与支架轴线重合，同时又与所述搅拌装置的搅拌轴的轴线重合。
优选地，所述压力传感器的数量为多个，多个所述压力传感器沿圆的切线方向均匀排布，所述压力传感器的受力点分布在圆周上，且圆心与所述受力支架的轴线重合。
优选地，所述样品杯上设置有杯盖，所述杯盖用于将所述样品杯封闭，防止所述样品杯内的土样样品外泄，所述杯盖上设置有容纳所述搅拌轴通过的通孔。
优选地，所述测量土样液塑限的设备还包括有控制单元、数据采集单元和电脑端；所述控制单元与第一驱动单元、第二驱动单元相连接，用于控制所述第一驱动单元、第二驱动单元的开启和关闭；所述数据采集单元与搅拌轴、压力传感器相连接，用于采集所述搅拌轴沿竖直方向的运动数据和压力传感器所测量的压力值；所述电脑端与控制单元、数据采集单元相连接，用于控制所述控制单元的运行，以及接收所述数据采集单元所采集的数据，根据设置在电脑端中的运算程序得出样品的含水率w与相应的圆锥下沉深度h的双对数关系直线。
优选地，所述杯盖包括有两个半圆形的盖设部和第三驱动单元，所述盖设部上均设置有传感器，所述传感器用于感应两个所述盖设部是否闭合形成杯盖；所述传感器与所述控制单元相连接，用于向所述控制单元发送两个所述盖设部的状态信息，所述第三驱动单元用于驱动两个所述盖设部沿水平方向运动。
优选地，所述杯盖朝向所述样品杯的一侧设置有微流量液体控制装置，用于向所述样品杯内加水；微流量液体控制装置包括有泵头、软管和第四驱动机构，所述第四驱动机构与控制单元相连接，所述软管的一端与泵头相连通，所述软管的另一端设置于杯盖上的通孔处，使得所述软管的水沿所述搅拌轴进入所述样品杯中。
本发明提供的土样液塑限测量方法，先制备待测量的相同土样不同含水率的三份样品；再分别测量三份样品的抗剪强度τ，并根据抗剪强度τ得到对应的圆锥下沉深度h，
Figure BDA0001606478260000041
其中
Figure BDA0001606478260000042
再分别测量三份样品的含水率w；根据三份样品的含水率w与相应的圆锥下沉深度h绘制双对数关系直线，确定待测量的的土样的液限值和塑限值。现有的液、塑限联合测定法的理论依据是极限平衡理论，在对某含水率w的土样进行试验时，圆锥依靠自重P从土表面下沉，土体对圆锥向上的剪切分量随着剪切面A的增大而增大，当圆锥静止时剪切力的垂直分量与自重P相平衡，此时
Figure BDA0001606478260000051
Figure BDA0001606478260000052
其中τ为抗剪强度，α圆锥的顶角，P为圆锥重量，h为圆锥下沉深度，A为圆锥入土表面积。当细粒土在液限和塑限状态时，抗剪强度τ为固定值，即认为可以用抗剪强度描述土体可塑状态的上限和下限，此时，式(1－1)中的A和式(1－2)中h的也就成为定值，因此可以认定不管对于何种土，只要到达指定数值时，即认为土的抗剪强度达到液限或塑限时的抗剪强度，土体在该含水率状态下也就达到液限或塑限状态，这就是联合测定法的理论基础；将公式(1－1)和(1－2)合并，那么：τ＝B/h2(其中，B为由P、α等已知量构成的常数)，即得出圆锥下沉深度h与相应含水率w具有双对数直线关系；由于圆锥下沉深度h即为在该含水率w下土样的抗剪强度τ的一个指标反映，即用本发明通过测量土样的抗剪强度τ，可以推导出此时的圆锥下沉深度h，
Figure BDA0001606478260000053
其中
Figure BDA0001606478260000054
因此，可以最终得到圆锥下沉深度h与相应含水率w的双对数关系直线，并根据此关系直线求得2mm时对相应含水率为塑限WP，10mm时对应含水率为10mm液限WL10，17mm时对应含水率为液限WLl7。
使用本发明提供的测量土样液塑限的设备时，将土样样品放入样品杯中，再将样品杯放在放置台上，使用搅拌装置对土样样品进行剪切，搅拌叶片下表面平滑、表面积一定且与水平面有一定的倾斜角θ，当搅拌叶片剪切样品土体时，土体对搅拌叶片向上的剪切分量随着接触面积的增大而增大，当搅拌叶片完全进入土体且静止时剪切力的垂直分量与压力F相平衡，因此其抗剪强度为：
Figure BDA0001606478260000055
其中S为搅拌叶片下表面积，而压力F通过压力传感器测得，尤其可以计算出对应的圆锥下沉深度h：
Figure BDA0001606478260000056
其中
Figure BDA0001606478260000057
通过对h的等效测量，得出圆锥下沉深度h与相应含水率w的双对数关系直线。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明提供的土样液塑限测量方法的流程图；
图2为本发明提供的土样液塑限测量方法中的测量样品的抗剪强度的流程图；
图3为本发明提供的测量土样液塑限的设备的结构示意图；
图4为本发明提供的测量土样液塑限的设备的主视图。
图标：1－测量土样液塑限的设备；10－放置台；20－样品杯；30－搅拌装置；300－搅拌轴；310－搅拌叶片。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语如出现“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等，其所指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，如出现术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“连通”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
本发明提供一种土样液塑限测量方法及测量土样液塑限的设备，并给出其实施方式。
如图1所示，本发明提供的土样液塑限测量方法，先制备待测量的相同土样不同含水率的三份样品；再分别测量三份样品的抗剪强度τ，并根据抗剪强度τ得到对应的圆锥下沉深度h，
Figure BDA0001606478260000071
其中
Figure BDA0001606478260000072
再分别测量三份样品的含水率w；根据三份样品的含水率w与相应的圆锥下沉深度h绘制双对数关系直线，确定待测量的的土样的液限值和塑限值。现有的液、塑限联合测定法的理论依据是极限平衡理论，在对某含水率w的土样进行试验时，圆锥依靠自重P从土表面下沉，土体对圆锥向上的剪切分量随着剪切面A的增大而增大，当圆锥静止时剪切力的垂直分量与自重P相平衡，此时
Figure BDA0001606478260000073
(1－1)，
Figure BDA0001606478260000074
其中τ为抗剪强度，α圆锥的顶角，P为圆锥重量，h为圆锥下沉深度，A为圆锥入土表面积。当细粒土在液限和塑限状态时，抗剪强度τ为固定值，即认为可以用抗剪强度描述土体可塑状态的上限和下限，此时，式(1－1)中的A和式(1－2)中h的也就成为定值，因此可以认定不管对于何种土，只要到达指定数值时，即认为土的抗剪强度达到液限或塑限时的抗剪强度，土体在该含水率状态下也就达到液限或塑限状态，这就是联合测定法的理论基础；将公式(1－1)和(1－2)合并，那么：τ＝B/h2(其中，B为由P、α等已知量构成的常数)，即得出圆锥下沉深度h与相应含水率w具有双对数直线关系；由于圆锥下沉深度h即为在该含水率W下土样的抗剪强度τ的一个指标反映，即用本发明通过测量土样的抗剪强度τ，可以推导出此时的圆锥下沉深度h，
Figure BDA0001606478260000081
其中
Figure BDA0001606478260000082
因此，可以最终得到圆锥下沉深度h与相应含水率w的双对数关系直线，并根据此关系直线求得2mm时对相应含水率为塑限WP，10mm时对应含水率为10mm液限WL10，17mm时对应含水率为液限WLl7。
如图2所示，测量样品的抗剪强度τ可以先将待测量的土样样品放入是样品杯中填实抹平；再使用搅拌器对样品进行剪切，搅拌器包括有搅拌轴和搅拌叶片，搅拌叶片与水平面之间的倾斜角为θ；当叶片完全进入样品土体且静止时剪切力的垂直分量与样品杯所受到的压力F相平衡，测量样品杯受到的压力F；根据公式计算抗剪强度τ，
Figure BDA0001606478260000083
其中S为搅拌叶片表面积。
如图3和图4所示，本发明提供的测量土样液塑限的设备1，测量土样液塑限的设备1包括有放置台10、样品杯20和搅拌装置30；样品杯20用于放置待测量的土样样品，放置台10用于放置样品杯20，放置台10上设置有压力传感器，压力传感器用于测量样品杯20所受到的压力；搅拌装置30设置于放置台10上方，搅拌装置30用于进入土样样品中对其进行搅拌或者剪切，搅拌装置30包括有搅拌轴300和设置于搅拌轴300一端的搅拌叶片310，搅拌叶片310的下表面与水平面呈倾斜角θ设置。
使用本发明提供的测量土样液塑限的设备1时，将土样样品放入样品杯20中，再将样品杯20放在放置台10上，使用搅拌装置30对土样样品进行剪切，搅拌叶片310下表面平滑、表面积一定且与水平面有一定的倾斜角θ，当搅拌叶片310剪切样品土体时，土体对搅拌叶片310向上的剪切分量随着接触面积的增大而增大，当搅拌叶片310完全进入土体且静止时剪切力的垂直分量与压力F相平衡，因此其抗剪强度为：
Figure BDA0001606478260000091
其中S为搅拌叶片310下表面积，而压力F通过压力传感器测得，尤其可以计算出对应的圆锥下沉深度h：
Figure BDA0001606478260000092
其中
Figure BDA0001606478260000093
通过对h的等效测量，得出圆锥下沉深度h与相应含水率w的双对数关系直线。
搅拌装置30还包括有第一驱动单元和第二驱动单元，第一驱动单元用于驱动搅拌轴300转动，第二驱动单元用于驱动搅拌装置30沿竖直方向上下运动。第一驱动单元和第二驱动单元可以为伺服电机，由一台伺服电机驱动搅拌装置30顺时针或逆时针旋转，再由另一台伺服电机驱动一个丝杆，带动整个搅拌装置30上下运行；从而实现对土样全方位的搅拌和填压。
放置台10包括有受力支架和固定托盘，受力支架固定于压力传感器的受力点上，受力支架上部放置固定托盘，固定托盘的中心与受力支架的轴线重合，固定托盘上放置样品杯20，样品杯20的底面的中心与支架轴线重合，同时又与搅拌装置30的搅拌轴300的轴线重合。压力传感器的数量为多个，多个压力传感器沿圆的切线方向均匀排布，压力传感器的受力点分布在圆周上，且圆心与受力支架的轴线重合。这样的设置可以使得压力传感器的受力点到搅拌装置30都处于同一条垂直轴线上，减小了测量误差。
样品杯20上设置有杯盖，杯盖用于将样品杯20封闭，防止样品杯20内的土样样品外泄，杯盖上设置有容纳搅拌轴300通过的通孔。设置杯盖的目的在于，在搅拌装置30对样品进行搅拌或者剪切时，搅拌装置30在样品杯20形成的封闭空间中运行时，不会造成样品泄露。
测量土样液塑限的设备1还包括有控制单元、数据采集单元和电脑端；控制单元与第一驱动单元、第二驱动单元相连接，用于控制第一驱动单元、第二驱动单元的开启和关闭；数据采集单元与搅拌轴300、压力传感器相连接，用于采集搅拌轴300沿竖直方向的运动数据和压力传感器所测量的压力值；电脑端与控制单元、数据采集单元相连接，用于控制控制单元的运行，以及接收数据采集单元所采集的数据，根据设置在电脑端中的运算程序得出样品的含水率w与相应的圆锥下沉深度h的双对数关系直线。每台设备都有其固定且唯一的地址码；通过通信线连接到数据采集器上，数据采集器再与电脑端连接，这样一台电脑就可以同时与多台设备进行通信；每台设备的运行状态、数据可以自动上传到电脑端，不需要操作人员再重复的抄写数据，当一组试验数据完整后，可以通过各自的要求简单设置后，自动生成试验报告并打印，历史数据也可以很方便的在数据库中查询。
杯盖包括有两个半圆形的盖设部和第三驱动单元，盖设部上均设置有传感器，传感器用于感应两个盖设部是否闭合形成杯盖；传感器与控制单元相连接，用于向控制单元发送两个盖设部的状态信息，第三驱动单元用于驱动两个盖设部沿水平方向运动。通过传感器与控制单元的设置可以自动控制杯盖的打开或关闭，当搅拌装置30进入样品杯20后，控制单元控制杯盖关闭，这样搅拌装置30在样品杯20中运行时，不会造成样品泄露，当一个试验周期完成后，控制单元控制杯盖打开，搅拌装置30升起，操作人员只需将样品杯20取下，采集少量样品并清理残余即可；通过传感器将杯盖的状态信息发送给控制单元，保障了操作过程的可控性。
杯盖朝向样品杯20的一侧设置有微流量液体控制装置，用于向样品杯20内加水；微流量液体控制装置包括有泵头、软管和第四驱动机构，第四驱动机构与控制单元相连接，软管的一端与泵头相连通，软管的另一端设置于杯盖上的通孔处，使得软管的水沿搅拌轴300进入样品杯20中。在现有的液、塑限联合测定法中，需要获取同一样品的不同下沉深度的三个点的含水率，该含水率的数据是通过对每个点进行取样称重，然后在烘箱中放置一段时间进行烘干除水，再称其重量，根据公式：W＝(湿土重量－干土重量)/(干土重量)，计算出各自的含水率；一般为了减小误差，每个点同时要采集两个样最后取其平均值，每组试验3个点总共就是6个样，而且每个样前后分别需要称重两次，并记录，该方法操作起来不仅繁琐，而且容易出错，另外对于低含水率的样品在测量与取样中很容易造成水分的蒸发，这样就影响了测量结果；本发明提供的测量土样液塑限的设备1采用微流量液体控制装置对土样样品定时定量加水，加水量一般可以精确到0.1克，按照200克的样品量，其精度为0.05％，从低含水率开始通过不断加水直到高含水率的第三点做完，每个点增加的水量都会有详细记录，当试验做完时，只需要在高含水率上的第三点采集两个样进行烘干操作，然后根据获取的含水率和每个点上的加水量的值，就可以准确的计算出其他两个点的含水率，整个计算过程由电脑端自动生成，操作人员只需将两个样品的称重数据输入既可，由于整个过程都是在封闭的样品杯20中进行，所以不存在样品及水分泄露的问题；这样的设置不仅将原有的工作量降低了60％以上，而且准确度也得到提高。
本发明提供的测量土样液塑限的设备的使用流程为：(1)制备第一个(低含水率)的土样，调制均匀并测量土样在该状态下的抗剪强度，再根据抗剪强度得到对应的圆锥下沉深度；(2)使用微流量液体控制装置向土样中加水，制备第二个(中间含水率)的土样，调制均匀并测量土样该状态时的抗剪强度，再根据抗剪强度得到对应的圆锥下沉深度；(3)使用微流量液体控制装置再次向土样中加水，加水制备第三个(高含水率)的土样，调制均匀并测量土样该状态时的抗剪强度，再根据抗剪强度得到对应的圆锥下沉深度；(4)采用烘干法测量第三个点的含水率；(5)再根据(4)测量的含水率和(1)(2)(3)步骤中的加水量计算第一个点和第二个点的含水率值；(6)根据三个不同含水率与相应的圆锥下沉深度绘制双对数关系直线，确定待测量土样的液限值和塑限值。
综上所述，本发明提供的土样液塑限测量方法，先制备待测量的相同土样不同含水率的三份样品；再分别测量三份样品的抗剪强度τ，并根据抗剪强度τ得到对应的圆锥下沉深度h，
Figure BDA0001606478260000121
其中
Figure BDA0001606478260000122
再分别测量三份样品的含水率w；根据三份样品的含水率w与相应的圆锥下沉深度h绘制双对数关系直线，确定待测量的的土样的液限值和塑限值。现有的液、塑限联合测定法的理论依据是极限平衡理论，在对某含水率w的土样进行试验时，圆锥依靠自重P从土表面下沉，土体对圆锥向上的剪切分量随着剪切面A的增大而增大，当圆锥静止时剪切力的垂直分量与自重P相平衡，此时
Figure BDA0001606478260000123
Figure BDA0001606478260000124
其中τ为抗剪强度，α圆锥的顶角，P为圆锥重量，h为圆锥下沉深度，A为圆锥入土表面积。当细粒土在液限和塑限状态时，抗剪强度τ为固定值，即认为可以用抗剪强度描述土体可塑状态的上限和下限，此时，式(1－1)中的A和式(1－2)中h的也就成为定值，因此可以认定不管对于何种土，只要到达指定数值时，即认为土的抗剪强度达到液限或塑限时的抗剪强度，土体在该含水率状态下也就达到液限或塑限状态，这就是联合测定法的理论基础；将公式(1－1)和(1－2)合并，那么：τ＝B/h2(其中，B为由P、α等已知量构成的常数)，即得出圆锥下沉深度h与相应含水率w具有双对数直线关系；由于圆锥下沉深度h即为在该含水率W下土样的抗剪强度τ的一个指标反映，即用本发明通过测量土样的抗剪强度τ，可以推导出此时的圆锥下沉深度h，
Figure BDA0001606478260000131
其中
Figure BDA0001606478260000132
因此，可以最终得到圆锥下沉深度h与相应含水率w的双对数关系直线，并根据此关系直线求得2mm时对相应含水率为塑限WP，10mm时对应含水率为10mm液限WL10，17mm时对应含水率为液限WLl7。
使用本发明提供的测量土样液塑限的设备1时，将土样样品放入样品杯20中，再将样品杯20放在放置台10上，使用搅拌装置30对土样样品进行剪切，搅拌叶片310下表面平滑、表面积一定且与水平面有一定的倾斜角θ，当搅拌叶片310剪切样品土体时，土体对搅拌叶片310向上的剪切分量随着接触面积的增大而增大，当搅拌叶片310完全进入土体且静止时剪切力的垂直分量与压力F相平衡，因此其抗剪强度为：
Figure BDA0001606478260000133
其中S为搅拌叶片310下表面积，而压力F通过压力传感器测得，尤其可以计算出对应的圆锥下沉深度h：
Figure BDA0001606478260000134
其中
Figure BDA0001606478260000135
通过对h的等效测量，得出圆锥下沉深度h与相应含水率w的双对数关系直线。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (8)

1.一种土样液塑限测量方法，其特征在于，所述土样液塑限测量方法包括有以下步骤：
S1.制备待测量的相同土样不同含水率的三份样品；
S2.分别测量三份样品的抗剪强度τ，并根据抗剪强度τ得到对应的圆锥下沉深度h，
Figure FDA0002694269080000011
其中
Figure FDA0002694269080000012
其中τ为抗剪强度，α圆锥的顶角，P为圆锥重量，h为圆锥下沉深度；
S3.分别测量三份样品的含水率w；
S4.根据三份样品的含水率w与相应的圆锥下沉深度h绘制双对数关系直线，确定待测量的的土样的液限值和塑限值；
步骤S2包括以下步骤：
S20.将待测量的土样样品放入样品杯中填实抹平；
S21.使用搅拌器对样品进行剪切，搅拌器包括有搅拌轴和搅拌叶片，所述搅拌叶片与水平面之间的倾斜角为θ；
S22.当叶片完全进入样品土体且静止时剪切力的垂直分量与样品杯所受到的压力F相平衡，测量样品杯受到的压力F；
S23.根据公式计算抗剪强度τ，
Figure FDA0002694269080000013
其中S为搅拌叶片表面积。
2.一种测量土样液塑限的设备，其特征在于，所述测量土样液塑限的设备包括有放置台、样品杯和搅拌装置；
所述样品杯用于放置待测量的土样样品，所述放置台用于放置所述样品杯，所述放置台上设置有压力传感器，所述压力传感器用于测量所述样品杯所受到的压力；
所述搅拌装置设置于所述放置台上方，所述搅拌装置用于进入土样样品中对其进行搅拌或者剪切，所述搅拌装置包括有搅拌轴和设置于所述搅拌轴一端的搅拌叶片，所述搅拌叶片的下表面与水平面呈倾斜角θ设置；
所述放置台包括有受力支架和固定托盘，所述受力支架固定于所述压力传感器的受力点上，所述受力支架上部放置固定托盘，所述固定托盘的中心与受力支架的轴线重合，所述固定托盘上放置所述样品杯，所述样品杯的底面的中心与支架轴线重合，同时又与所述搅拌装置的搅拌轴的轴线重合。
3.根据权利要求2所述的测量土样液塑限的设备，其特征在于，所述搅拌装置还包括有第一驱动单元和第二驱动单元，所述第一驱动单元用于驱动所述搅拌轴转动，所述第二驱动单元用于驱动所述搅拌装置沿竖直方向上下运动。
4.根据权利要求2所述的测量土样液塑限的设备，其特征在于，所述压力传感器的数量为多个，多个所述压力传感器沿圆的切线方向均匀排布，所述压力传感器的受力点分布在圆周上，且圆心与所述受力支架的轴线重合。
5.根据权利要求3所述的测量土样液塑限的设备，其特征在于，所述样品杯上设置有杯盖，所述杯盖用于将所述样品杯封闭，防止所述样品杯内的土样样品外泄，所述杯盖上设置有容纳所述搅拌轴通过的通孔。
6.根据权利要求5所述的测量土样液塑限的设备，其特征在于，所述测量土样液塑限的设备还包括有控制单元、数据采集单元和电脑端；
所述控制单元与第一驱动单元、第二驱动单元相连接，用于控制所述第一驱动单元、第二驱动单元的开启和关闭；
所述数据采集单元与搅拌轴、压力传感器相连接，用于采集所述搅拌轴沿竖直方向的运动数据和压力传感器所测量的压力值；
所述电脑端与控制单元、数据采集单元相连接，用于控制所述控制单元的运行，以及接收所述数据采集单元所采集的数据，根据设置在电脑端中的运算程序得出样品的含水率w与相应的圆锥下沉深度h的双对数关系直线。
7.根据权利要求6所述的测量土样液塑限的设备，其特征在于，所述杯盖包括有两个半圆形的盖设部和第三驱动单元，所述盖设部上均设置有传感器，所述传感器用于感应两个所述盖设部是否闭合形成杯盖；
所述传感器与所述控制单元相连接，用于向所述控制单元发送两个所述盖设部的状态信息，所述第三驱动单元用于驱动两个所述盖设部沿水平方向运动。
8.根据权利要求6所述的测量土样液塑限的设备，其特征在于，所述杯盖朝向所述样品杯的一侧设置有微流量液体控制装置，用于向所述样品杯内加水；
微流量液体控制装置包括有泵头、软管和第四驱动机构，所述第四驱动机构与控制单元相连接，所述软管的一端与泵头相连通，所述软管的另一端设置于杯盖上的通孔处，使得所述软管的水沿所述搅拌轴进入所述样品杯中。
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