CN110398439A - 一种土密度灌砂测试方法及灌砂器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及土体物理性能试验技术领域，具体涉及一种土密度灌砂测试方法；所采用的技术方案是：一种土密度灌砂测试方法，包括以下步骤，根据标准砂的自然休止角、标定试坑半径，计算标准砂的落砂高度；根据标定试坑半径、落砂高度进行灌砂测试，测定储砂桶内储砂高度和砂密度之间的关系；对不同半径的标定试坑进行灌砂测试，测定试坑半径、储砂高度、砂密度之间的关系；根据待测试坑半径计算测试落砂高度，并根据测试落砂高度在待测试坑正上方架设储砂桶，进行土密度测试；根据试坑半径、储砂高度、砂密度之间的关系，得出测试砂密度；计算待测土体的土密度。本发明能适用于粗粒土和不同内径的试坑进行土密度测试，具有适用范围广的特点。
Description
技术领域
本发明涉及土体物理性能试验技术领域，具体涉及一种土密度灌砂测试方法及灌砂器。
背景技术
土的密度是指单位体积土体的质量，工程常用容重(密度乘以重力加速度)来表征。测定土的单位容重可以了解土结构的松紧，对于挡土墙土压力的计算、人工和天然斜坡稳定性的设计与核算、基础承载力和沉降量的计算以及路基路面施工时压实程度的控制，皆不能脱离此项指标。
工程中主要采用环刀法、蜡封法、液体石蜡法、现场坑测法、放射性同位素法测定土体密度。而现场坑测法广泛用于水利水电、公路、铁路和市政工程，坑测法根据体积测量方法的不同又可以分为灌水法和灌砂法。灌砂法测定密度测量精度高、准确性好，在公路、铁路和民用建筑等工程中使用广泛，而灌砂法的试坑尺寸大小，根据被测土体的沙粒直径呈正比。
传统灌砂法只能用于同一内径(一般为100mm)的试坑，对试坑尺寸要求苛刻，适用细粒土和砂、砾等。而在水利水电工程中，河床地基、堆石料、过渡料、垫层和反滤料等基本都为粗粒土，试坑尺寸随着土料最大粒径，土料填筑厚度等变化，灌砂法的使用受到了限制，因此需要一种能够测试不同内径试坑的土密度灌砂测试方法。
发明内容
针对上述现有灌砂法不能对砂土粒径大的土体进行土密度测试的技术问题，本发明提供了一种土密度灌砂测试方法，能适用于粗粒土和不同内径的试坑进行土密度测试，具有适用范围广的特点。
本发明通过下述技术方案实现：
包括以下步骤：
根据标准砂的自然休止角、标定试坑半径，计算标准砂的落砂高度；
根据标定试坑半径、落砂高度进行灌砂测试，测定储砂桶内储砂高度和砂密度之间的关系；
对不同半径的标定试坑，采用相同的储砂桶、按照不同的储砂高度进行灌砂测试，测定试坑半径、储砂高度、砂密度之间的关系；
根据待测试坑半径计算测试落砂高度，并根据测试落砂高度在待测试坑正上方架设储砂桶，进行土密度测试；
根据试坑半径、储砂高度、砂密度之间的关系，得出测试砂密度；
称量待测试坑内测试砂的质量，并除以测试砂密度，得到待测试坑体积，以计算待测土体的土密度。
优选的，所述标定试坑为圆柱形金属标定罐。
所述储砂高度和砂密度之间的关系测定方法为：以固定高差梯级增加砂的高度进行试验，并按照所述落砂高度将砂分别漏入圆柱形金属标定罐计算砂密度。
所述试坑半径、储砂高度和砂密度之间的关系测定方法为：以固定高差梯级增加砂的高度进行试验，并按照所述落砂高度将砂分别漏入相应半径的圆柱形金属标定罐计算砂密度。
优选的，所述固定高差为5-10cm。
所述储砂桶内砂的最小高度根据下落的标准砂体积、储砂桶内的余砂计算获得。
本发明还提供了用于实现上述灌砂法的灌砂器，所述灌砂器包括灌砂桶，所述储砂桶底部设置有高度可调的支架。通过支架调节灌砂桶的高度，能够满足不同高度的灌砂测试。
本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：
1、利用标准砂自然休止角为定值这一规律，以保证下落的砂在刚好覆盖试坑表面、落入坑内的标准砂密度的稳定性，从而确保土样密度测试的准确性。
2、综合了储砂桶的储砂高度与落入试坑内砂密度的关系，进一步确保土样密度测试的准确性。
3、建立了试坑内径、储砂高度、砂密度的关系图，从而实现不同内径的试坑可利用同一套灌砂设备，进行灌砂土密度测试，方便快捷，节约资源和成本。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：
图1为本发明的测试方法流程示意图；
图2为本发明的试坑半径r、储砂高度Hs、砂密度ρsd的关系图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。
实施例
以对两河水电站建设中的土体为例进行说明，包括以下步骤：
根据标准砂的自然休止角α、标定试坑半径r，计算标准砂的落砂高度h；对于标准砂，其干燥状态下的自然休止角α为定值，则tanα＝h/r定值。故对于给定的r，可以确定对应的h，这样便确定了落砂高度h。
采用圆柱形的金属标定罐作为标定试坑，根据标定试坑半径r、落砂高度h进行灌砂测试，测定储砂桶内储砂高度Hs和砂密度ρsd之间的关系。对于规则的金属标定罐(圆柱体)，在给定的h下，下落的标准砂体积(可视为圆柱+圆锥)，以通过计算确定；再考虑到储砂桶内的余砂，便可通过试验求得储砂桶内砂的最小体积Vsm，从而求得储砂桶内砂的最小高度Hsm。以最小高度Hsm为基准，以固定高差δH梯级增加砂的高度进行试验(直到满储砂桶)，按照所述落砂高度h将砂分别漏入金属标定罐。称量下落至金属标定罐内的标准砂质量和计算体积，确定砂的密度ρsd。这样便建立起了给定r下，储砂桶内储砂高度Hs、砂密度ρsd的关系曲线。
对不同半径的标定试坑，采用相同的储砂桶、按照不同的储砂高度Hs进行灌砂测试，即采用一系列不同内径的金属标定罐进行灌砂测试。测定试坑半径r、储砂高度Hs、砂密度ρsd之间的关系。同样的，对于规则的金属标定罐(圆柱体)，在给定的h下，下落的标准砂体积(可视为圆柱+圆锥)，以通过计算确定；再考虑到储砂桶内的余砂，便可通过试验求得储砂桶内砂的最小体积Vsm，从而求得储砂桶内砂的最小高度Hsm。以最小高度Hsm为基准，以固定高差δH梯级增加砂的高度进行试验(直到满储砂桶)，按照所述落砂高度h将砂分别漏入金属标定罐。称量下落至金属标定罐内的标准砂质量和计算体积，确定砂的密度ρsd。这样便建立起了给定r下，试坑半径r、储砂高度Hs、砂密度ρsd的关系曲线。本实施例分别采用直径为的金属标定罐进行试验，试验结果如表1所示：
表1
表1中：试验所使用的标准砂自然休止角α为31°，tanα＝h/r＝0.6；则标定试坑内径 所对应落砂高度分别为9cm，12cm和15cm。得出的试坑半径r、储砂高度Hs、砂密度ρsd的关系曲线如图2所示。为确保测试结果的准确性，固定高差δH取值应≤10cm，在本实施例中固定高差δH取值为5cm。
对两河水电站建设中的土体分别钻取多个待测试坑，并称量所挖出的土体质量；根据待测试坑半径计算测试落砂高度，并根据测试落砂高度在待测试坑正上方架设储砂桶，进行土密度测试；根据所述试坑半径、储砂高度、砂密度之间的关系，拟合得出测试砂密度；称量待测试坑内测试砂的质量，并除以测试砂密度，得到待测试坑体积；再使用从待测试坑挖出的土体质量除以输送待测试坑提交，以计算得出待测土体的土密度。并采用灌水法进行校核，试验结果如表2所示：
表2
由表2可以看出，采用本发明所提供的方法测试得到的土体密度与灌水法测试得到的土密度差异在-0.01g/cm3～0.02g/cm3，满足DL/T 5356-2007《水电水利土工试验规程》对粗粒土现场密度测试精度的要求。
本发明还提供了用于实现上述灌砂法的灌砂器，所述灌砂器包括灌砂桶，所述储砂桶底部设置有高度可调的支架。也就是将传统的灌砂器的储砂桶上部连带开关，一起固定在高度可以调节的支架上，而所述高度可调的支架，可以是通过气压缸、丝杠、伸缩杆等高度调节机构调节高度的支架。通过支架调节灌砂桶的高度，能够满足不同高度的灌砂测试。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种土密度灌砂测试方法，其特征在于，包括以下步骤：
根据标准砂的自然休止角、标定试坑半径，计算标准砂的落砂高度；
根据标定试坑半径、落砂高度进行灌砂测试，测定储砂桶内储砂高度和砂密度之间的关系；
对不同半径的标定试坑，采用相同的储砂桶、按照不同的储砂高度进行灌砂测试，测定试坑半径、储砂高度、砂密度之间的关系；
根据待测试坑半径计算测试落砂高度，并根据测试落砂高度在待测试坑正上方架设储砂桶，进行土密度测试；
根据试坑半径、储砂高度、砂密度之间的关系，得出测试砂密度；
称量待测试坑内测试砂的质量，并除以测试砂密度，得到待测试坑体积，以计算待测土体的土密度。
2.根据权利要求1所述的土密度灌砂测试方法，其特征在于，所述标定试坑为圆柱形金属标定罐。
3.根据权利要求2所述的土密度灌砂测试方法，其特征在于，所述储砂高度和砂密度之间的关系测定方法为：以固定高差梯级增加砂的高度进行试验，并按照所述落砂高度将砂分别漏入圆柱形金属标定罐计算砂密度。
4.根据权利要求2所述的土密度灌砂测试方法，其特征在于，所述试坑半径、储砂高度和砂密度之间的关系测定方法为：以固定高差梯级增加砂的高度进行试验，并按照所述落砂高度将砂分别漏入相应半径的圆柱形金属标定罐计算砂密度。
5.根据权利要求3、4任意一项所述的土密度灌砂测试方法，其特征在于，所述固定高差为5-10cm。
6.根据权利要求5所述的土密度灌砂测试方法，其特征在于：所述储砂桶内砂的最小高度根据下落的标准砂体积、储砂桶内的余砂计算获得。
7.一种土密度灌砂测试用灌砂器，其特征在于：用于实施权利要求1～6任意一项所述的土密度灌砂测试方法，所述灌砂器包括储砂桶，所述储砂桶底部设置有高度可调的支架。
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