CN111650085A - 一种便携式土体原位密度测试仪 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种便携式土体原位密度测试仪，包括动力设备、取土设备、推土结构、称重仪器和底座五部分；所述动力设备分为提升装置和下压装置；所述下压装置采用的是一种可倒置的千斤顶机构；所述提升装置选用一种小型齿轮结构，该结构由传动齿轮、传动齿条、手摇把手、传动齿条支架、支撑架五部分组成；本发明的优点在于对土体的原位密度进行测量，测试原理明确，结构简单，测试步骤少，可自由控制贯入土层取土及取样完成后上提的速度，取土效率高，减少检测时间；采用的仪器体积小、不需要外接电源、方便携带，直接测量出所取土样的平均天然密度，在测试完毕后再将所取土样推出，避免了测试的二次扰动，提高了密度测试结果的准确性。

Description

一种便携式土体原位密度测试仪

技术领域

本发明涉及土体密度测试领域，具体为一种便携式土体原位密度测试仪。

背景技术

土的密度是指单位体积土体的质量，作为岩土体的基本物理力学性质指标之一，体现了土体的紧密程度，在建筑、水利、道桥等工程中作为评价工程质量优劣的一项技术指标，同时对于土体类别的划分，为土体相关参数确定以及相关的设计提供必要的计算参数，因此，密度的准确测量对于相关物理力学参数具有十分重要的意义。

现有的许多密度测试方法很多，如灌砂法、灌水法、环刀法等传统的密度测试方法以及电动取土器法、附加质量法、体积置换法、快速贯入法以及核子密度湿度仪法和无核密度仪法等提出时间较晚的密度测试方法。其中，灌砂法测试时费时、费力、测试效率低、对标准砂的选择、误差大、影响因素多、常为质检部门和施工单位之间产生争议的环节；灌砂法主要适用于现场粗粒土的密度测定，该法虽然仪器简单、操作简便，但同时也存在费时、废力、检测过程繁琐、人为及客观环境影响因素多、测试效率及精度低等缺陷；环刀法虽然仪器简单,携带方便,操作简便，样品数量少，但其缺点是对结构层破坏性大、检测效率低、破坏土层结构、人为因素影响大、成果代表性差、适用的范围较小、受土体种类等因素的影响较大，在环刀进入土体内部之后，会产生一定的应力使周围的土体受到一定的影响，有时甚至会影响工程总体施工进度；核子密度仪法和无核密度仪法虽然属于一种快速的无损间接检测土体密度方法，但由于前者需要在仪器出厂前以及测试工作进行前进行复杂的标定过程，同时核子密度仪法具有一定的辐射危险，对于现场检测工作人员和检测场地的要求都较大，后者的无核密度仪法虽改变了核子密度仪法具有辐射危险的缺陷，但却同样进行比较复杂的仪器标定工作，这两种方法因引入国内时间较短，缺少相应的法律规程去规范其检测过程；附加质量法的使用，就目前来看，主要运用于堆石体原位密度的检测，对其他土体的密度检测尚需进一步验证；体积置换法、快速贯入法由于提出时间较短，缺乏大量的实际工程对其检测结果准确性的校验。

本发明在寻求一种适用于野外现场土体密度的一种测试方法，并力求达到仪器方便携带的特点。因此，本发明所需要解决的技术问题有：土体体积与质量的称量，进而计算土体原位密度；仪器贯入与提升所需的动力设备选择；动力设备与取样结构如何联结；如何选择取样结构使之快速切断土体；如何使整个检测仪器达到方便携带的目的等问题。

为此，发明人综合各类因素提出了一种便携式土体原位密度测试仪。

发明内容

本发明的目的在于提供一种便携式土体原位密度测试仪，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种便携式土体原位密度测试仪，包括动力设备、取土设备、推土结构、称重仪器和底座五部分；所述动力设备分为提升装置和下压装置；所述下压装置采用的是一种可倒置的千斤顶机构，千斤顶机构包括固定千斤顶的上承担钢板、下承担钢板、以及螺栓和千斤顶两部分。

作为本发明的进一步方案：千斤顶包括千斤顶底座、千斤顶主体、操作杆以及千斤顶顶体，千斤顶底座通过螺栓固定于上承担钢板上，所述千斤顶底座上安装有千斤顶操作机构；所述千斤顶主体固定于两承担板之间，千斤顶顶体通过下承担钢板中间的圆孔穿出。

作为本发明的再进一步方案：所述提升装置选用一种小型齿轮结构，该结构由传动齿轮、传动齿条、手摇把手、传动齿条支架、支撑架五部分组成；所述的传动齿轮安装在台身上，传动齿轮与手摇把手固定连接，传动齿条安装在传动齿条支架上，传动齿条与传动齿轮结合，在对土体取样完成后，提升装置通过摇动手摇把手，转动传动齿轮，通过结合在传动齿条支架上的齿条，进而带动结构上移，方便将试样提出土层。

作为本发明的再进一步方案：所述推土结构包括推土杆位置控制螺杆、推土活塞、推土杆、刻度线、推土手柄几部分组成。

作为本发明的再进一步方案：所述推土杆控制螺杆在试验前插入螺栓并固定，以防止千斤顶压动仪器进入土层过程中，推动推土活塞向下移动，压缩土体，破坏土层的结构的作用，此外，在通过该装置固定推土活塞位置后，可通过刻度线读出取土筒结构的体积；所述推土手柄在完成土体原位密度测试后，取下与上部千斤顶顶体之间的卡扣，推动推土杆进而带动推土活塞将土体推出。

作为本发明的再进一步方案：所述取土设备采用一种快速提取原状土样的取土器，主要包括取土筒结构、环刀结构以及弧形割刀、连接杆、螺母以及连接在螺母上的手柄；所述取土筒结构包括外筒体、内筒体、销子三部分，内筒体的外壁与外筒体的内壁相贴合，通过外筒体表面的销孔，利用销子固定在一起，推土时可将销子拔出，使两结构分离。

作为本发明的再进一步方案：所述取土筒结构下端设置有弧形割刀结构，弧形割刀放置于弧形槽中，弧形槽分为内外两部分，割刀刀刃不凸出所述的取土筒内壁，以此割刀达到切断土体的效果。

作为本发明的再进一步方案：所述连接杆放置于贯通所述外筒体顶端的导向孔中，下端与弧形割刀固接，上端通过一螺母固定住，便于使其不至于跳出导向孔。

作为本发明的再进一步方案：所述螺母上套设一手柄，在取土器贯入到预定深度时，通过扳动手柄，带动连接在连接杆上的弧形割刀以切断土体，弧形割刀在切断土体后在将土样提出土层的过程中，可起到对取土筒内土体的顶托作用，直接避免了由于上述内容中取土器结构影响而产生的掉样问题。

作为本发明的再进一步方案：所述称重仪器包括工作平台、底座、支撑小型齿轮及千斤顶的台身、底座旋转轴；所述称重仪器采用具有精度高、机电一体化、能快速测定质量并通过信号转换显示出来等众多优点的电子天平，所述电子天平设置于与底座相连的工作平台中部。

测试步骤：

第一步：选择需检测原位密度地点，将场地四周平整，方便仪器的摆放及测量操作人员的工作，检查测试场地周围有无影响电子天平工作的电磁设备并进行齿轮润滑和取土筒内部涂抹凡士林等减小贯入土体过程中阻力的材料。

第二步：称量取土筒及其附属设备质量并记录，检查弧形割刀、推土活塞等的工作状况、固定活塞位置，确定体积。

第三步：将取土筒置于千斤顶底部，通过联结结构固定取土筒，旋转底座至待测点。通过按压千斤顶带动取土筒缓慢贯入土层中，到达取土深度后，利用弧形割刀切断土体。

第四步：转动手摇把手，带动传动齿条，进而将仪器从土体中缓慢提出，转动底座转轴，调整仪器将取土筒移至电子天平上部，缓慢顺时针旋转把手下移千斤顶至取土筒放置于电子天平，打开联结装置称取土体及仪器重量。

第五步：记录数据汇总入计算机中。

第六步：取下推土杆位置控制螺杆，利用推土杆推动活塞将取土筒中土体取出，重复上述步骤对测试地再次取土试验，直至测试深度达到相应的要求，记录相应数据填入表格。

第七步：计算分析试验数据，剔除不可用的资料，综合确定土体原位密度。

与现有技术相比，本发明具有以下几个方面的有益效果：

1、本发明提供一种便携式土体原位密度测试仪，结构设置巧妙且布置合理，本发明的优点在于可对土体的原位密度进行测量，测试原理明确，结构简单，测试步骤少，可自由控制贯入土层取土及取样完成后上提的速度，取土效率高，所采用的快速取土装置的取土筒结构可提高取样的效率，减少检测时间。

2、本发明进一步采用的仪器体积小、不需要外接电源、方便携带，直接测量出所取土样的平均天然密度，在测试完毕后再将所取土样推出，避免了测试的二次扰动，提高了密度测试结果的准确性。

3、本发明进一步所述的螺母上套设一手柄，在取土器贯入到预定深度时，通过扳动手柄，带动连接在连接杆上的弧形割刀以切断土体，弧形割刀在切断土体后在将土样提出土层的过程中，可起到对取土筒内土体的顶托作用，直接避免了由于上述内容中取土器结构影响而产生的掉样问题。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明中图1中A-A处的断面剖视图；

图3为本发明中图1中B-B处的断面剖视图；

图4为本发明中上承担钢板的俯视图。

图中标记：1、传动齿轮；2、传动齿条；3、手摇把手；4、传动齿条支架；5、支撑架；6、上承担钢板；7、下承担钢板；8、千斤顶主体；9、千斤顶操作机构；10、千斤顶底座；11、千斤顶顶体；12、螺栓；13、台身；14、推土手柄；15、推土杆位置控制螺杆；16、推土活塞；17、推土杆；18、刻度线；19、卡扣；20、外筒体；21、内筒体；22、环刀机构；23、弧形割刀；24、螺母；25、手柄；26、连接杆；27、销子；28、工作平台；29、底座；30、电子天平；31、底座旋转轴；32、弧形槽。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本专利的技术方案作进一步详细地说明。

请参阅图1-4，一种便携式土体原位密度测试仪，包括动力设备、取土设备、推土结构、称重仪器和底座29五部分；所述动力设备分为提升装置和下压装置；所述下压装置采用的是一种可倒置的千斤顶机构，所述千斤顶机构包括固定千斤顶的上承担钢板6、下承担钢板7和螺栓12以及千斤顶两部分；所述千斤顶包括千斤顶底座10、千斤顶主体8、操作杆以及千斤顶顶体11，千斤顶底座10通过螺栓12固定于上承担钢板6上，所述千斤顶底座10上安装有千斤顶操作机构9；所述千斤顶主体8固定于两承担板之间，千斤顶顶体11通过下承担钢板7中间的圆孔穿出；所述提升装置选用一种小型齿轮结构，该结构由传动齿轮1、传动齿条2、手摇把手3、传动齿条支架4、支撑架5五部分组成；所述的传动齿轮1安装在台身13上，传动齿轮1与手摇把手3固定连接，传动齿条2安装在传动齿条支架4上，传动齿条2与传动齿轮1结合，在对土体取样完成后，提升装置通过摇动手摇把手3，转动传动齿轮1，通过结合在传动齿条支架4上的齿条，进而带动结构上移，方便将试样提出土层；所述推土结构包括推土杆位置控制螺杆15、推土活塞16、推土杆17、刻度线18、推土手柄14几部分组成；所述推土杆17控制螺杆在试验前插入螺栓12并固定，以防止千斤顶压动仪器进入土层过程中，推动推土活塞16向下移动，压缩土体，破坏土层的结构的作用，此外，在通过该装置固定推土活塞16位置后，可通过刻度线18读出取土筒结构的体积；所述推土手柄14在完成土体原位密度测试后，取下与上部千斤顶顶体11之间的卡扣19，推动推土杆17进而带动推土活塞16将土体推出；所述取土设备采用一种快速提取原状土样的取土器，主要包括取土筒结构、环刀机构22以及弧形割刀23、连接杆26、螺母24以及连接在螺母24上的手柄25；所述取土筒结构包括外筒体20、内筒体21、销子27三部分，内筒体21的外壁与外筒体20的内壁相贴合，通过外筒体20表面的销孔，利用销子27固定在一起，推土时可将销子27拔出，使两结构分离；所述取土筒结构下端设置有弧形割刀23结构，所述弧形割刀23放置于弧形槽32中，弧形槽32分为内外两部分，割刀刀刃不凸出所述的取土筒内壁，以此割刀达到切断土体的效果。所述连接杆26放置于贯通所述外筒体20顶端的导向孔中，下端与弧形割刀23固接，上端通过一螺母24固定住，便于使其不至于跳出导向孔，所述螺母24上套设一手柄25，在取土器贯入到预定深度时，通过扳动手柄25，带动连接在连接杆26上的弧形割刀23以切断土体，弧形割刀23在切断土体后在将土样提出土层的过程中，可起到对取土筒内土体的顶托作用，直接避免了由于上述内容中取土器结构影响而产生的掉样问题；所述称重仪器包括工作平台28、底座29、支撑小型齿轮及千斤顶的台身13、底座旋转轴31；所述称重仪器采用具有精度高、机电一体化、能快速测定质量并通过信号转换显示出来等众多优点的电子天平30，所述电子天平30设置于与底座29相连的工作平台28中部。

工作原理：土体的密度即单位体积土体的质量，我们在设计过程中需要解决两个问题，一是土体体积的测量，另一项重要内容是如何确定试样土的质量，通过质量与体积的比值即可知道土体的天然密度；通过将千斤顶及传动齿轮1作为施力结构，并分别设置在台身13及支撑架5上，将千斤顶倒置并与下部取土结构联结，在下部取土器上将对土体进行切割的割刀从一个导向孔通过一根连接杆26固接，在连接杆26的上部设有螺纹，并在螺母24上焊接手柄25以扳动连接杆26带动下部割刀切割土体。通过直接测量土体的质量与体积，进而确定原位密度。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等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，术语“第一”、“第二”、“第三”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“安装”、“相连”、“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，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

上面对本专利的较佳实施方式作了详细说明，但是本专利并不限于上述实施方式，在本领域的普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本专利宗旨的前提下作出各种变化。

Claims (10)

1.一种便携式土体原位密度测试仪，包括包括动力设备、取土设备、推土结构、称重仪器和底座(29)五部分，其特征在于：所述动力设备分为提升装置和下压装置；所述下压装置采用的是一种倒置的千斤顶机构，所述千斤顶机构包括固定千斤顶的上承担钢板(6)、下承担钢板(7)和螺栓(12)以及千斤顶两部分。

2.根据权利要求1所述的一种便携式土体原位密度测试仪，其特征在于，所述千斤顶包括千斤顶底座(10)、千斤顶主体(8)、操作杆以及千斤顶顶体(11)，千斤顶底座(10)通过螺栓(12)固定于上承担钢板(6)上，所述千斤顶底座(10)上安装有千斤顶操作机构(9)；所述千斤顶主体(8)固定于两承担板之间，千斤顶顶体(11)通过下承担钢板(7)中间的圆孔穿出。

3.根据权利要求2所述的一种便携式土体原位密度测试仪，其特征在于，所述提升装置选用一种小型齿轮结构，该结构由传动齿轮(1)、传动齿条(2)、手摇把手(3)、传动齿条支架(4)、支撑架(5)五部分组成；所述传动齿轮(1)安装在台身(13)上，传动齿轮(1)与手摇把手(3)固定连接，所述传动齿条(2)安装在传动齿条支架(4)上，传动齿条(2)与传动齿轮(1)结合。

4.根据权利要求1所述的一种便携式土体原位密度测试仪，其特征在于，所述推土结构包括推土杆位置控制螺杆(15)、推土活塞(16)、推土杆(17)、刻度线(18)和推土手柄(14)组成。

5.根据权利要求4所述的一种便携式土体原位密度测试仪，其特征在于，所述推土杆(17)控制螺杆在试验前插入螺栓(12)并固定。

6.根据权利要求5所述的一种便携式土体原位密度测试仪，其特征在于，所述取土设备采用一种能够快速提取原状土样的取土器，包括取土筒结构、环刀机构(22)以及弧形割刀(23)、连接杆(26)、螺母(24)以及连接在螺母(24)上的手柄(25)；所述取土筒结构包括外筒体(20)、内筒体(21)、销子(27)三部分，内筒体(21)的外壁与外筒体(20)的内壁相贴合，通过外筒体(20)表面的销孔，利用销子(27)固定在一起。

7.根据权利要求6所述的一种便携式土体原位密度测试仪，其特征在于，所述取土筒结构下端设置有弧形割刀(23)结构，所述弧形割刀(23)放置于弧形槽(32)中，弧形槽(32)分为内外两部分，割刀刀刃不凸出所述的取土筒内壁。

8.根据权利要求7所述的一种便携式土体原位密度测试仪，其特征在于，所述连接杆(26)放置于贯通所述外筒体(20)顶端的导向孔中，下端与弧形割刀(23)固接，上端通过一螺母(24)固定住。

9.根据权利要求8任一所述的一种便携式土体原位密度测试仪，其特征在于，所述螺母(24)上套设一手柄(25)。

10.根据权利要求1-8任一所述的一种便携式土体原位密度测试仪，其特征在于，所述称重仪器包括工作平台(28)、底座(29)、支撑小型齿轮及千斤顶的台身(13)、底座旋转轴(31)；所述称重仪器采用具有精度高、机电一体化、能快速测定质量并通过信号转换显示出来等众多优点的电子天平(30)，所述电子天平(30)设置于与底座(29)相连的工作平台(28)中部。

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