CN111521519B - 一种用于测量饱和土中水泥与土比例的探头及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于测量饱和土中水泥与土比例的探头及方法，包括导弹形壳体、含水率测试机构和伽马射线密度测试装置；所述的壳体上设有圆形缺口，所述的含水率测试机构设置在对准圆形缺口的位置，沿着壳体的径向方向设置，包括测试探头、推进装置、弹簧和圆形拨片，所述的含水率测试机构在所述壳体的内部能够做旋转动作，所述含水率测试机构和所述壳体的内壁上一组相互配合的挡板，当所述的挡板相互接触时，所述的测试探头对准圆形缺口。采用本发明的装置能够方便快捷的测量出土壤中水泥和土的比例，且本装置的体积小、安全易维护，且便于携带使用，测试的时候对周围土体的扰动小，可重复使用，操作简便连续性好。

Description

一种用于测量饱和土中水泥与土比例的探头及方法

技术领域

本发明属于领域，具体涉及一种用于测量饱和土中水泥与土比例的探头及方法。

背景技术

土体中水泥和土比例的测量在湿搅等工程领域是一项重要的工作，现有技术中，水泥含量的测定多采用室内试验的方法，但是在施工时能够及时获得数据对于施工的进度和遇到紧急情况下应急方案的确定具有重要的作用。因此需要一种能够进行现场测量的装置。

发明内容

针对上述问题，本发明提出一种用于测量饱和土中水泥与土比例的探头及方法。

实现上述技术目的，达到上述技术效果，本发明通过以下技术方案实现：

一种用于测量饱和土中水泥与土比例的探头，包括导弹形壳体，沿着壳体的长度方向顺次设置在内部的含水率测试机构和伽马射线密度测试装置；

所述的壳体上设有圆形缺口，所述的含水率测试机构设置在对准圆形缺口的位置，沿着壳体的径向方向设置，包括测试探头、推进装置、弹簧和圆形拨片，所述的测试探头和所的圆形拨片相对设置在两端，所述的推进装置与所述的测试探头相连，所述的圆形拨片与所述的弹簧相连，所述的含水率测试机构在所述壳体的内部能够做旋转动作，所述含水率测试机构和所述壳体的内壁上一组相互配合的挡板，当所述的挡板相互接触时，所述的测试探头对准圆形缺口。

作为本发明的进一步改进，所述的推进装置包括微型马达和驱动齿轮，所述测试探头通过连接杆与所述推进装置相连，在所述连接杆的下端设有所述驱动齿轮相配合的齿条，所述的连接杆和所述的推进装置上还包括相互配合的限位板。

作为本发明的进一步改进，所述圆形拨片的尺寸大于所述圆形缺口的尺寸。

作为本发明的进一步改进，还包括设置在所述测试探头前端端面的橡胶圈。

作为本发明的进一步改进，包括两个反向设置的所述的含水率测试机构，两个所述的含水率测试机构固定在支撑架中，所述的支撑架的外径尺寸等于所述壳体的内径；在所述支撑架中设有两个侧向开口且开口方向相反的容置框，所述的弹簧的一端与所述的圆形拨片连接，另一端与所述的支撑架连接。

作为本发明的进一步改进，所伽马射线密度测试装置包括伽马射线源、对称的设置在伽马射线源上下两端的光电倍增管，以及位于伽马射线源和光电倍增管之间的铅遮板。

作为本发明的进一步改进，所述壳体在对应伽马射线源的位置设置为透明矩形窗口，在对应光电倍增管的位置为不锈钢窗口。

作为本发明的进一步改进，还包括数据处理装置，所述的数据处理装置通过数据线与所述的含水率测试机构和所述的伽马射线密度测试装置相连。

本发明还提供了一种测量饱和土中水泥与土比例的方法，包括采用上述所述的探头同时获取土壤体积含水率值θ和土壤密度值ρ，之后基于所获知的水泥比重Gs_水泥和土壤颗粒的比重Gs_土值，根据以下公式计算土中水泥与土比例：

M_水泥：M_土＝Gs_水泥[ρ+ρ_水(θGs_土-θ-Gs_土)]/{Gs_土[-ρ-ρ_水(θGs_水泥-θ-Gs_水泥)]}。

本发明的有益效果：采用本发明的装置能够方便快捷的测量出土壤中水泥和土的比例，且本装置的体积小、易维护，且便于携带使用，测试的时候对周围土体的扰动小，可重复使用，操作简便连续性好。测试时基于本发明所采用的方法推断的公式，之后通过采用自制的装置快速的获取相关参数，能够准确快捷的得出饱和土中水泥和土的比例关系。

附图说明

附图1为本发明的外壳外观图；

附图2为本发明的外壳剖面图；

附图3为本发明的外壳隔层俯视图；

附图4为本发明的含水率测量部分剖面图；

附图5为本发明的含水率测量部分外观图；

附图6为本发明的含水率测量部分仰视图；

附图7为本发明的推进装置详图；

附图8为本发明的伽马射线密度测量部分剖面图；

其中：1-壳体，2-圆形缺口，3-测试探头，4-推进装置，5-弹簧，6-圆形拨片，7-挡板，8-驱动齿轮，9-微型马达，10-连接杆，11-齿条，12-支撑架，13-数据线孔，14-橡胶圈，15-伽马射线源，16-光电倍增管，17-铅遮板，18-数据处理装置，19-透明矩形窗口，20-不锈钢窗口，21-限位板。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

下面结合附图对本发明的应用原理作详细的描述。

本发明通过以下公式求出饱和图中水泥和土的比例：

对于饱和土体而言，土的体积由水泥、土、水三相组成，设单位体积饱和土体中水泥、土、水的质量分别为M_水泥、M_土、M_水，则有以下等式成立：

由上述方程组可以解得：

M_水泥：M_土＝Gs_水泥[ρ+ρ_水(θGs_土-θ-Gs_水泥)]/{Gs_土[-ρ-ρ_水(θGs_水泥-θ-Gs_水泥)]}

其中Gs_水泥为水泥比重，Gs_土为土的比重，ρ为土壤土体密度，θ为土壤体积含水率值，ρ土壤密度值，ρ_水为水的密度值。

Gs_水泥和Gs_土可以由测量现场采样获得，ρ_水取1g/cm³。

为了同时获得土壤体积含水率值θ和土壤密度值ρ，本发明设计了能同时用于饱和土壤这两个参数测量的探头。该探头的结构如图1-8所示，包括上端开口的导弹形壳体1，沿着壳体1的长度方向顺次设置在内部的含水率测试机构和伽马射线密度测试装置，分别对应测量土壤体积含水率θ和土壤密度ρ。所述的含水率测试机构和所述的伽马射线密度测试装置安装在两个分隔的腔室中。

其中所述的伽马射线密度测试装置对土壤密度的测量为非接触式测量，将其安装在下方密封的腔室中。所述的含水率测试机构对土壤含水率的测量是接触式测量，故在测量的过程中还设有需注意对测试的探头进行保护。

本发明采用的是在所述的壳体1上设有圆形缺口2，所述的含水率测试机构设置在对准圆形缺口2的位置，沿着壳体1的径向方向设置。所述的含水率测试机构除了包括测试探头3之外，还包括与测试探头3在同径向方向上顺次推进装置4、弹簧5和圆形拨片6，所述的测试探头3和所的圆形拨片6相对设置在两端，所述的推进装置4与所述的测试探头3相连，所述的圆形拨片6与所述的弹簧5相连。所述的含水率测试机构在所述壳体1的内部能够做旋转动作，使得所述测试探头3和所述的圆形拨片6依次对应所述圆形缺口2的位置，测试时通过旋转使得测试探头3对准圆形缺口2，非测试状态时使用圆形拨片6封堵缺口保护位于内部的测试探头3。为了保证能够通过旋转使得测试探头3准确的对准圆形缺口2，所述含水率测试机构和所述壳体1的内壁上一组相互配合的挡板7，当所述的挡板7相互接触时，所述的测试探头3对准圆形缺口2。

所述的推进装置4包括微型马达9和驱动齿轮8，所述测试探头3通过连接杆10与所述推进装置4相连，在所述连接杆10的下端设有所述驱动齿轮8相配合的齿条11，所述的连接杆10和所述的推进装置4上还包括相互配合的限位板21。所述的推进装置4用于在径向方向上推动测试探头3前进或后退，保证测试探头3在测试时接触土壤，在非测试状态下位于壳体1的内部，并避免转动过程中测试探头3端部与壳体1内壁的摩擦。

为了保证测试的准确性，本发明包括两个反向设置的所述的含水率测试机构，可用于测量两个值，之后取两者的平均值以减小误差。两个所述的含水率测试机构固定在圆柱形支撑架12中，所述的支撑架12的外径尺寸等于所述壳体1的内径；在所述支撑架12中设有两个侧向开口且开口方向相反的容置框，可通过转动支撑架12带动两个含水率测试机构整体旋转，且所的挡板7设置在所述支撑架12的底端。

所述的弹簧5的一端与所述的圆形拨片6连接，另一端与所述的支撑架12连接。所述圆形拨片6的尺寸大于所述圆形缺口2的尺寸。在旋转过程中，当圆形拨片6与壳体1的内部接触时，弹簧5处于压缩状态，当移动到正对圆形缺口2的位置，在弹簧5的反弹力的作用下向外弹出，封堵圆形缺口2。

其次，还包括设置在所述测试探头3前端端面的橡胶圈14。

另外本发明采用将含水率测试机构设置在上方也是为了便于其旋转操作和维护。

本探头中用于测量土壤密度的所伽马射线密度测试装置包括伽马射线源15、对称的设置在伽马射线源15上下两端的光电倍增管，以较少测量误差。以及位于伽马射线源15和光电倍增管16之间的铅遮板17。所述壳体1在对应伽马射线源15的位置设置为透明矩形窗口19，在对应光电倍增管16的位置为不锈钢窗口20。

还包括数据处理装置18，所述的数据处理装置18通过数据线与所述的含水率测试机构和所述的伽马射线密度测试装置相连进行信息传递，探头内部的横向分隔板上设有数据线孔13。所述数据处理装置18包括接收测量数据和向装置发送控制信号进行数据测量。本发明探头测量的启动以数据处理装置18接收到含水率测试机构旋转到位为起始点。同时根据输入数据处理装置18的计算方法将结果信息显示出来。在本发明中采用的是将数据处理装置18放置在与安装含水率测试机构同一个支撑架12中。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (9)

1.一种用于测量饱和土中水泥与土比例的探头，其特征在于：包括导弹形壳体，沿着壳体的长度方向顺次设置在内部的含水率测试机构和伽马射线密度测试装置；

所述的壳体上设有圆形缺口，所述的含水率测试机构设置在对准圆形缺口的位置，沿着壳体的径向方向设置，包括测试探头、推进装置、弹簧和圆形拨片，所述的测试探头和所的圆形拨片相对设置在两端，所述的推进装置与所述的测试探头相连，所述的圆形拨片与所述的弹簧相连，所述的含水率测试机构在所述壳体的内部能够做旋转动作，所述含水率测试机构和所述壳体的内壁上设有一组相互配合的挡板，当所述的挡板相互接触时，所述的测试探头对准圆形缺口。

2.根据权利要求1所述的一种用于测量饱和土中水泥与土比例的探头，其特征在于：所述的推进装置包括微型马达和驱动齿轮，所述测试探头通过连接杆与所述推进装置相连，在所述连接杆的下端设有所述驱动齿轮相配合的齿条，所述的连接杆和所述的推进装置上还包括相互配合的限位板。

3.根据权利要求1所述的一种用于测量饱和土中水泥与土比例的探头，其特征在于：所述圆形拨片的尺寸大于所述圆形缺口的尺寸。

4.根据权利要求1所述的一种用于测量饱和土中水泥与土比例的探头，其特征在于：还包括设置在所述测试探头前端端面的橡胶圈。

5.根据权利要求1-4任一项所述的一种用于测量饱和土中水泥与土比例的探头，其特征在于：包括两个反向设置的所述的含水率测试机构，两个所述的含水率测试机构固定在支撑架中，所述的支撑架的外径尺寸等于所述壳体的内径；在所述支撑架中设有两个侧向开口且开口方向相反的容置框，所述的弹簧的一端与所述的圆形拨片连接，另一端与所述的支撑架连接。

6.根据权利要求1所述的一种用于测量饱和土中水泥与土比例的探头，其特征在于：所伽马射线密度测试装置包括伽马射线源、对称的设置在伽马射线源上下两端的光电倍增管，以及位于伽马射线源和光电倍增管之间的铅遮板。

7.根据权利要求6所述的一种用于测量饱和土中水泥与土比例的探头，其特征在于：所述壳体在对应伽马射线源的位置设置为透明矩形窗口，在对应光电倍增管的位置为不锈钢窗口。

8.根据权利要求1所述的一种用于测量饱和土中水泥与土比例的探头，其特征在于：还包括数据处理装置，所述的数据处理装置数据线与所述的含水率测试机构和所述的伽马射线密度测试装置相连。

9.一种测量饱和土中水泥与土比例的方法，其特征在于：包括采用权利要求1-8任一项所述的探头同时获取土壤体积含水率值θ和土壤密度值ρ，之后基于所获知的水泥比重Gs_水泥和土壤颗粒的比重Gs_土值，根据以下公式计算土中水泥与土比例：

M_水泥：M_土＝Gs_水泥[ρ+ρ_水(θGs_土-θ-Gs_土)]/{Gs_土[-ρ-ρ_水(θGs_水泥-θ-Gs_水泥)]}；

式中：M_水泥、M_土、M_水分别对应于水泥、土、和水的质量，

Gs_水泥为水泥比重、Gs_土为土的比重，

θ为土壤体积含水率值，

ρ土壤密度值，ρ_水为水的密度值。

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