CN108709833A - 一种用于原位测试的颗粒分析装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种用于原位测试的颗粒分析装置，包括：用于筛分试样的筛分装置、用于烘干筛网上筛上物的加热装置、用于实时检测筛网上筛上物重量的传感装置和用于实时收集传感装置检测重量数据的采集装置。其中，筛分装置包括：振动装置、筛盖和至少一个筛网，筛盖和筛网固定于振动装置上；加热装置与筛网相连接，采集装置通过传感装置和筛网相连接。采用本发明的颗粒分析装置对地层进行颗粒分析，免于人工取样，避免了因人工取样对试验数据的影响，进一步的提高了试验数据的精度。同时，本发明的颗粒分析装置可以直接在现场实时进行颗粒分析，快速地取得试验数据，可及时修正工程的相关技术指标，提高了工程的进度。

Description

一种用于原位测试的颗粒分析装置及方法

技术领域

本发明涉及土工试验设备技术领域，特别涉及一种用于原位测试的颗粒分析装置及方法。

背景技术

岩土工程中，为了评价施工场所岩土的性能，往往需要通过物理性指标试验和力学性指标试验等土工试验来获取岩土的各项性能指标。其中颗粒分析试验是一项重要的试验。

在现有技术中，土工试验中颗粒分析试验主要为室内试验法，室内试验法是通过人工取一定数量的样品进行试验，中间的取样过程受取样人的主观影响较大，这对后续的试验数据有着不良的影响，同时，试样无法完全代表整个地质土壤的情况。

发明内容

(一)要解决的技术问题

为了解决传统土工试验中，颗粒分析只能在室内进行且试样代表性差的问题，本发明提供一种用于原位测试的颗粒分析装置及方法。

(二)技术方案

为了达到上述的目的，本发明采用的主要技术方案包括：

一种用于原位测试的颗粒分析装置，包括：筛分装置、加热装置、传感装置和采集装置；所述用于筛分试样的筛分装置包括：振动装置、筛盖、筛盘和至少一个筛网；所述筛盖和筛网固定于所述振动装置上；所述加热装置与所述筛网相连接，用于烘干所述筛网上的筛上物；所述传感装置用于实时检测所述筛网上筛上物的重量，所述采集装置通过所述传感装置和所述筛网相连接，所述采集装置实时获取所述筛网上筛上物的重量。

进一步的，所述若干筛网按筛孔孔径由大到小的顺序依次从上到下水平排列，所述筛盖置于所述筛网最上层，所述筛盘置于所述筛网的最下层。

进一步的，所述筛分装置还包括筛下物出口和筛下物收集设备；

所述筛下物出口位于所述筛盘的下部，所述筛下物出口和所述筛下物收集设备相连接。

进一步的，所述筛盖上设置有用于筛分试样进入的试样进口和进水口。

更进一步的，所述筛分装置还包括喷淋装置，所述喷淋装置用于提供水流冲击所述筛网的筛面；

所述喷淋装置通过所述进水口和所述筛盖相连接。

一种用于原位测试的颗粒分析装置的使用方法，包括如下步骤：

S01：在需要进行颗粒分析的土层上确定好取样位置及需要取样土层的厚度，将钻孔设备设置在取样位置，启动所述钻孔设备，当钻孔的深度达到所需取样土层的位置时，停止钻孔，并保持钻机泵继续运转，待钻孔内所有浆液排出钻孔和所述钻孔设备，停止所述钻机泵；

S02：通过管道将钻井侧壁上的出浆口与所述试样进口相连接，将所述筛下物收集设备与钻孔设备的钻杆相连接；

S03：启动所述钻孔设备、所述筛分装置、所述传感装置和所述采集装置，当钻孔的深度达到所需土层的厚度时，停止钻孔，并保持钻机泵继续运转，待钻孔内所有浆液都进入所述颗粒分析装置后，关闭钻机泵；

S04：待所述采集装置显示所述最下层筛网上的筛上物的连续两次的重量差小于第一阈值时，停止所述筛分装置；

S05：开启所述加热装置，待所述采集装置显示各个所述筛网上筛上物连续两次的重量差小于第二阈值时，关闭所述加热装置；

S06：采集装置根据各个筛网上的筛上物重量，绘制颗粒分配曲线。

(三)有益效果

本发明的有益效果是：

本发明提供一种用于原位测试的颗粒分析装置，包括：用于筛分试样的筛分装置、用于烘干筛网上筛上物的加热装置、用于实时检测筛网上筛上物重量的传感装置和用于实时收集传感装置检测重量数据的采集装置。其中，筛分装置包括：振动装置、筛盖、筛盘和至少一个筛网，筛盖和筛网固定于振动装置上；加热装置与筛网相连接，采集装置通过传感装置和筛网相连接。

采用本发明的颗粒分析装置对地层进行颗粒分析，免于人工取样，避免了因人工取样对试验数据的影响，进一步的提高了试验数据的精度。同时，本发明的颗粒分析装置可以直接在现场实时进行颗粒分析，快速地取得试验数据，可及时修正工程的相关技术指标，提高了工程的进度。

附图说明

图1为本发明实施例一种用于原位测试的颗粒分析装置的结构示意图；

图2为本发明实施例一种用于原位测试的颗粒分析装置的系统示意图。

【附图标记说明】

1：振动机；2：筛网；3：电加热器；4：重量传感器；5：采集仪；6：筛盖；7：筛盘；8：钻杆；9：导流管；

61：试样进口；62：进水口。

具体实施方式

为了更好地解释本发明，以便于理解，下面结合附图，通过具体实施方式，对本发明作详细描述。

实施例1

如图1所示为本发明实施例一种用于原位测试的颗粒分析装置的结构示意图，颗粒分析装置包括：用于筛分试样的筛分装置、用于烘干筛网上的筛上物的加热装置、用于实时检测筛网上筛上物重量的传感装置和用于实时收集传感装置检测重量数据的采集装置；本实施例中，筛分装置为振筛机、加热装置为电加热器3、传感装置为重量传感器4、采集装置为采集仪5，即内置数据处理软件的处理器。

其中，振动筛包括：振动机1、筛盖6、筛盘7和至少一个筛网2；筛盖6、筛盘7和筛网2固定于振动机1上。电加热器3分别与每个筛网2相连接，采集仪5通过重量传感器4和每个筛网2相连接，采集仪5实时获取每个筛网2上筛上物的重量。本实施例中，电加热器3设置在每个筛网2的筛框上，通过加热筛框达到烘干筛网2上筛上物的目的。

本实施例中，有五个圆形筛网2，筛网2的筛面为聚氨酯材质，具有良好的耐磨性，筛网2的孔径分别为20mm、2mm、0.5mm、0.25mm和0.075mm。筛网2的筛面直径可为0.5m-2.5m之间，筛面直径越大，振动筛的单位处理能力越大；本实施例中，筛网2的筛面直径为0.8m，五个筛网2按筛孔孔径由大到小的顺序依次从上到下水平叠放排列，筛盖6置于20mm筛网2上面；筛盘7位于0.075mm筛网2下面，用于承接筛分试样中小于0.075mm的部分。

本实施例的振动筛还包括筛下物出口和筛下物收集设备(图1中未示出)；筛下物出口位于筛盘7的下部，筛下物出口和筛下物收集设备相连接。本实施例中，筛下物收集设备用于收集粒度小于0.075mm级别的筛下物。筛下物出口可根据实际情况使用，如果最下层筛网2的筛下物不用收集，则可直接将最下层筛网2的筛下物排放掉。

本实施例振动筛的筛盖6上还设置有用于筛分试样进入的试样进口61和用于喷淋装置喷射水流进入的进水口62。用于提供水流冲击筛网2的筛面的喷淋装置(图1中未示出)包括喷水嘴和进水管，喷淋装置通过喷水嘴和筛盖6相连接，喷淋装置的进水管和自来水管相连接。

实施例2

如图2所示，为本发明实施例一种用于原位测试的颗粒分析装置的系统示意图，其中，本实施例需要取样的土层厚度为从确定好取样位置起，厚度为1m的土层；颗粒分析装置的使用方法具体包括如下步骤：

S01：在需要进行颗粒分析的土层上确定好取样位置，将钻孔设备的钻杆8安置在取样位置处，启动钻孔设备，待钻杆8钻到需要取样的土层位置时，关闭钻杆8电源，并保持钻机泵继续运转，待钻孔产生的所有泥浆均排除钻孔和钻孔设备后，停止钻机泵；本实施例中，筛网2按20mm、2mm、0.5mm、0.25mm和0.075mm顺序依次从上到下水平排列，筛盖6置于20mm筛网2的最上层；

需要说明的是，实际应用中，为了让筛分试样均匀地铺展于筛网2的筛面上，从而降低筛分试样由于过快的流动速度对筛网2的冲击，在试样进口61和筛网2之间还安装有用于分流筛分试样分矿器；将筛下物收集设备与钻孔设备的钻杆相连接，是为了将钻井设备和颗粒分析装置之间的泥浆形成循环，这样便于充分筛分所需土层的颗粒，同时，也节约了水资源。

S02：通过导流管9将设置在钻井侧壁上的出浆口与振筛机上的试样进口61相连接，将筛下物收集设备与钻孔设备的钻杆8相连接；

S03：待钻孔设备和颗粒分析装置调试好之后，启动钻孔设备、振筛机、重量传感器4、喷淋装置和采集仪5，钻孔过程中，钻孔内的泥浆通过导流管9进入振筛机，处于工作状态的振筛机对泥浆进行筛分；同时，0.075mm筛的筛下泥浆会在泥浆泵的作用下返回到钻杆8中，从而泥浆形成循环，当继续钻杆8继续钻进1m时，关闭钻杆8电源，并保持钻机泵继续运转，待钻孔产生的所有泥浆都进入振筛机后，关闭钻机泵；

一般来说，钻孔产出泥浆的量并不会超过振筛机的处理能力，所以可以直接将钻孔产生的泥浆输送至振筛机，如果钻孔产出泥浆的量超过振筛机的处理能力则需要设置缓冲池，先将泥浆输送至缓冲池内，再由泥浆泵将缓冲池内的泥浆输送至振筛机，这样钻井和颗粒分析装置之间的泥浆形成循环。

S04：待采集仪上显示0.075mm筛网2上的筛上物的连续两次的重量差小于第一阈值时，关闭振筛机和喷淋装置；

需要说明的是，由于粒度越小的试样需要筛分的时间越长，所以当0.075mm筛网2上的筛上物完成筛分时，则大于该孔径筛网2上的筛上物早已完成筛分，所以这里以0.075mm筛网2上的筛上物完成筛分的停止标准，作为振筛机停止工作的标准；这里的第一阈值为0.1g。

S05：开启电加热器3，待采集仪5上显示各个筛网2上筛上物连续两次的重量差小于第二阈值时，关闭电加热器3；

需要说明的是，这里的第二阈值为0.1g。

S06：采集仪5根据各个筛网上的筛上物重量，绘制出取样土层的颗粒分配曲线；

工作人员根据颗粒分配曲线，获取取样土层的相关性质，继而为工程提供数据支持。比如，本行业中，用M_0.075表示0.075mm筛的筛上物占总筛分物料的百分含量，以下类同；当M_0.075>50％为粉砂；当M_0.075>85％为细砂；当M_0.25>50％为中砂；当M_0.5>50％为粗砂；当50％>M₂>25％为砾砂；当M₂₀>50％为卵石(细分为漂石、块石、卵石、碎石)。通过颗粒分配曲线即可确认取样土层的类型。

需要特别说明的是，当取样的地层的厚度是从地表算起时，上述步骤S01和S02可合并为一步，即：

在需要进行颗粒分析的土层上确定好取样位置，将钻孔设备的钻杆8安置在取样位置处，并通过导流管9将设置在钻井侧壁上的出浆口与振筛机上的试样进口61相连接，将筛下物收集设备与钻孔设备的钻杆8相连接。

需要理解的是，以上对本发明的具体实施例进行的描述只是为了说明本发明的技术路线和特点，其目的在于让本领域内的技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，但本发明并不限于上述特定实施方式。凡是在本发明权利要求的范围内做出的各种变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (6)

1.一种用于原位测试的颗粒分析装置，其特征在于，包括：筛分装置、加热装置、传感装置和采集装置；

所述用于筛分试样的筛分装置包括：振动装置、筛盖、筛盘和至少一个筛网；所述筛盖和筛网固定于所述振动装置上；

所述加热装置与所述筛网相连接，用于烘干所述筛网上的筛上物；所述传感装置用于实时检测所述筛网上筛上物的重量，所述采集装置通过所述传感装置和所述筛网相连接，所述采集装置实时获取所述筛网上筛上物的重量。

2.根据权利要求1所述的颗粒分析装置，其特征在于，所述若干筛网按筛孔孔径由大到小的顺序依次从上到下水平排列，所述筛盖置于所述筛网最上层，所述筛盘置于所述筛网的最下层。

3.根据权利要求1所述的颗粒分析装置，其特征在于，所述筛分装置还包括筛下物出口和筛下物收集设备；

所述筛下物出口位于所述筛盘的下部，所述筛下物出口和所述筛下物收集设备相连接。

4.根据权利要求1所述的颗粒分析装置，其特征在于，所述筛盖上设置有用于筛分试样进入的试样进口和进水口。

5.根据权利要求4所述的颗粒分析装置，其特征在于，所述筛分装置还包括喷淋装置，所述喷淋装置用于提供水流冲击所述筛网的筛面；

所述喷淋装置通过所述进水口和所述筛盖相连接。

6.一种如权利要求1-5任一项所述的一种用于原位测试的颗粒分析装置的使用方法，其特征在于，包括如下步骤：

S01：在需要进行颗粒分析的土层上确定好取样位置及需要取样土层的厚度，将钻孔设备设置在取样位置，启动所述钻孔设备，当钻孔的深度达到所需取样土层的位置时，停止钻孔，并保持钻机泵继续运转，待钻孔内所有浆液排出钻孔和所述钻孔设备，停止所述钻机泵；

S02：通过管道将钻井侧壁上的出浆口与所述试样进口相连接，将所述筛下物收集设备与钻孔设备的钻杆相连接；

S03：启动所述钻孔设备、所述筛分装置、所述传感装置和所述采集装置，当钻孔的深度达到所需土层的厚度时，停止钻孔，并保持钻机泵继续运转，待钻孔内所有浆液都进入所述颗粒分析装置后，关闭钻机泵；

S04：待所述采集装置显示所述最下层筛网上的筛上物的连续两次的重量差小于第一阈值时，停止所述筛分装置；

S05：开启所述加热装置，待所述采集装置显示各个所述筛网上筛上物连续两次的重量差小于第二阈值时，关闭所述加热装置；

S06：采集装置根据各个筛网上的筛上物重量，绘制颗粒分配曲线。