一種巖土物理性質快速測試法及儀器的製作方法
2023-05-01 22:58:31 1
專利名稱：一種巖土物理性質快速測試法及儀器的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種物理測式分析的方法及其設備，特別是對巖土的物理性能進行全面分析的技術。
對巖土的測試與分析技術廣泛應用於交通、礦山、建築、水利建設、水保、建材、冶金、林業、農業等各個部門，特別是對水庫大壩、江、河與湖泊的堤岸進行觀測與監控，不管是山區還是平原，凡是要在地面或巖土中進行各種工程施工或工程設計，以及水利、公路、機場、鐵路、港口建設、水文地質的勘察等，都必須在工程設計或實施前，對其巖土的物理性能通過測試和分析進行了解，否則就會危害整個工程的實施或帶來不可估量的損失！目前常用的測試手段和方法不是誤差很大，就是計算的方法非常繁瑣，如測含水量、比重試驗、容重、液限、塑限、擊石試驗等都需要用烘箱將土烘乾再拿到需電的儀器上去測試，這樣計算出的結果，既費力又費時；或者依靠昂貴的進口儀器，如有的單位採用核子密度儀(價格從幾萬到幾十萬)進行測試和分析，雖然較快，但成本很高，而且有放射性，對人體有害，對環境有汙染，一般不予採用。所有的老方法老設備，都離不開市電，都必需消耗能源。所以，原來的老方法和老設備已遠遠不能滿足當前上述各個行業的飛速發展。中國專利(專利號86202804)公布了一種名為《土壤特種自控吸液分析儀》的技術，雖然是目前比較先進實用的一種儀器，但仍存在有如下不足點瓶水土中的空氣未能排盡，影響試驗精度；二是工作範圍有限，該設備只能作巖土的顆粒分析，不能作巖土的全都物理性能的測試和分析。
總之，所有的老方法都存在分級精確度和吸液的速度不夠理想，以及計算方法落後，整個測試周期很長，特別是在建築部門，甚至發生整個工地停工等測試數據的現象。
本發明的目的在於向公眾提供一種不要用電，其計算方法科學便捷，使用方法簡單易學，工作效率更高更精，能夠對巖土的物理性能進行全面快速測試的方法與設備。
由於巖土的物理性能指標，主要表現在巖土的性質及其堅硬的程度。土是由空氣、水、土顆粒三相組成，水分多土質鬆軟，水分少土質堅硬。空氣無重量，土顆粒為恆量(不變)，關鍵在巖土顆粒的空隙及其空隙中所含水分多少能計算出來，其它相應指標也就可以得到解決了。
本發明所採用的技術措施是在方法上狠抓巖土的含水量為主，以水為「介質」，以被測巖土為「溶質」，用特製設備經如下程序將被測土樣製備成懸浮液；「取土→稱重→加水→攪拌→稱重」在《土壤特種自控吸液分析儀》的基礎上改進了的儀器中進行測試後，將所得數據應用如下公式進行計算1,Ws=GG-rw(B-A);2,K=GG-1;]]>3，B-A＝Po4，Po×K＝Ws5,G=PoKPoK+G2-G3rtro;]]>6,W%=(MPoK-1)100;]]>7,W%=[M(B-A)K-1]100;]]>8，WL-Wp＝Ip；9,W-WpIp=IL;]]>式中W＝天然含水量， W％＝含水量，B＝瓶水土合重(克)，A＝瓶水重(克)，Ws＝幹土重(克)，Wp＝塑限含水量(克)，G＝比重，WL＝液限含水量(克)，K＝比重係數，IP＝塑限指數，IL＝液限指數，Po＝懸浮土重(克)，M＝溼土重(克)，rt＝在溫度T℃時，瓶水土合重(克)，ro＝在溫度4℃時水的容重，G2＝在試驗溫度T℃時，瓶水合重(克)，G3＝在試驗溫度T℃時，瓶水土合重(克)。
rw＝水密度(克/釐米3)
本發明測天然含水量Ws，用公式1、4；測比重係數K，用公式2；測懸浮土重Po，用公式3；測比重G，用公式5；測含水量W，用公式6、7；測塑限指數Ip運用公式8，測液限指IL數運用公式9。
設備上在自控吸液儀的基礎上進行了改進的玻璃儀器其儀器是由攪拌裝置與改進型自控吸液儀構成。
攪拌裝置是由大口比重瓶、帶孔瓶塞、大管漏鬥、微型攪拌器組成。
攪拌裝置的結構特點是瓶塞外徑與大口比重瓶內徑配和，瓶塞從上到下有小孔貫通；漏鬥下部外徑亦與大口比重瓶內徑配和；攪拌器的攪杆可以通過漏鬥下部內徑伸入到比重瓶內進行攪拌。
本發明具有如下優點1，本發明最大特點作比重及其它試驗不再用烘乾的乾土，而用任何狀態的土即可作比重和含水量兩種試驗，只需10分鐘得出兩種結果。巖土的任何物理試驗都離不開比重指標，否則就算不出任何試驗結果。而原來測比重必需要乾土，得花好幾天時間作烘乾、粉碎、過篩、稱重、抽氣或煮沸法排去水中空氣和冷卻後再稱重，才算出比重結果。
2，由於採用了新的計算方法和設備，大大縮短了測試周期，比現有的各種測試方法分別提高工效11至144倍，其經濟效益和社會效益特別顯著。
3，不依賴市電即可工作，極大地方便了現場作業，特別是野外、礦山的作業，得到了極大的解放，很適和我國國情，如缺電的農村、林業、公路、水利、水文、水保、建材、工程勘察和建築施工等，甚至大專院校、生產和科研部門非常實用。
4，本發明比原來的「土壤特種自控吸液分析儀」工作範圍大大地擴大了，不僅可作各種直徑土壤顆粒的測試，還可以對巖土作全面的各種物理性能進行測試和分析。
5，本發明與原來的顆粒分析法工作情況相比一不製備乾樣，二不預算已知試樣乾重，三不烘乾，不侵泡，不煮沸，在工程上可直接取用有代表性的天然溼土製備試液。
7，本發明在水文和水土保持上應用，採取小流域、江河、水庫、湖泊的懸移質水樣，可不經過靜置、沉澱、濃縮、烘乾等繁瑣程序，直接用本發明儀器20分鐘至1小時即可獲得測試結果，用原方發要72小時才能獲得。
8，本發明測試其它數據與現有方法比較；a.作含水量試驗，試樣不烘乾。作比重試驗，試樣不煮沸，不抽氣。10分鐘可獲上述兩種試驗結果，而現有方法要72小時；b.作最佳含水量、液限、塑限4小時可獲結果，現有方法要48小時；c.利用環力可解決不同樣品的容重，在不同試驗中與常規儀器比較分別提高12至144倍。
本發明所作出的結果可通過各種傳統的方法進行驗證，保證基本無誤，快速準確，收立杆見影之效。
9，有的單位採用進口核子密度儀來測土樣的容重和含水量，要電不說，其價格就貴得驚人，達幾十萬之巨！而且對人體有放射性危害，對環境有汙染，不在迫不得以的情況下，一般是不採用此法的。相反，本發明雖然看起來比洋儀器「土」，但非常適用，一不要電，以水為介質，二花錢不多，三無放射性，四無環境汙染，五方法簡單、快速、科學，六設計精巧易於製作。
10，過去作土樣測試，必需用烘箱將樣品烘乾，才能算出結果，既費電能又費時間，而且受市電的環境限制，而本發明可在無市電的任何地方使用，不僅攜帶和搬運方便而且既快又準確。
11，由於方法科學，設備更新，向工程設計和施工所提供的數據更加精確。
附圖1是整個工作連接示意圖，其中1，錐體；2，眼孔；3，深度線；4，吸液儀；5，體積線；6，三通閥；7，支管；8，膠管；9，大肚吸官；10，管夾；11，滑塊；12，壓緊螺釘；13，升降旋鈕；14，鎖緊螺釘；15，支承杆，16，支承杆螺釘；17、18上、下立柱；19，膠管；20，立柱套；21，金屬環；22，底座；25，液壓器；24，液壓器；25，頂杆套；26，螺紋頂杆；27，攪拌器；28，帶孔瓶塞；29，大口比重瓶；30，大口漏鬥。
現結合附圖對本發明的工作原理進行說明方法上狠抓巖土中的含水量為主，創立以水為「介質」以被測巖土為「溶質」，利用巖土的共同性質，將被測巖土樣品放入特製比重瓶(29)中，加入二分之一的蒸餾水，將土樣打散攪拌均勻，用特製攪拌器(27)在瓶中進行攪拌，目的是使水土中的空氣趕至瓶口。然後將瓶中氣泡排出瓶外，塞上瓶塞。使瓶中多餘的水從瓶塞孔排出瓶外，然後放在天枰上稱重。這時的瓶水土重為B，瓶水重為A，則B-A＝懸浮土重(Po)。此時用土的比重係數K×Po＝乾土重。用公式6、7即可算出含水量。如要作液限、塑限的數據，就將液限或塑限放入特製的比重瓶中，其操作步驟與上述方法相同，測出液限或塑限的含水量。液限與塑限之差等於塑限指數，這就是對土進行分類定名的依據。
如果作擊石試驗，同樣樣品土放入特製的比重瓶中，其操作步驟與上述方法相同，就可測出擊石試驗的最佳含水量。
實施例玻璃儀器(包括攪拌裝置)的成型使用玻璃熱加工工藝，玻璃儀器的瓶口、瓶塞的磨製用玻璃冷加工工藝。
權利要求
1，一種由新方法及其特製設備所組成的對巖土物理性能進行全面測試的TJH巖土快速測試法及其儀器，其特徵在於新方法是以水為「介質」，以被測巖土為「溶質」，用特製設備經「取土→稱重→加水→攪拌→稱重」程序將被測土樣製備成懸浮液。
2，根據權利要求1所述的TJH巖土快速測試法及其儀器，其特徵在於將權利要求1所述的方法製備成的懸浮液在改進了的土壤特種自控吸液分析儀的儀器中進行測試並將所測數據應用如下公式進行計算A,Ws=GG-rw(B-A);B,K=GG-1;]]>C，B-A＝Po；D，PoxK＝Ws；E,G=PoKPoK+G2-G3rtro;]]>F,W%=(MPoK-1)100;]]>C,W%=[M(B-A)K-1]100;]]>H，WL-Wp＝Ip；I,W-WpIp=IL;]]>
3，根據權利要求1所述的TJH巖土快速測試法及其儀器，其特徵在於特製設備是由攪拌裝置與改進型自控吸液儀構成，攪拌裝置是由大口比重瓶、帶孔瓶塞、大管漏鬥、攪拌器組成。
4，根據權利要求1所速的TJH巖土快速測試法及其儀器，其特徵在於測乾土重Ws，用公式A、D；測比重係數K，用公式B；測懸浮土重Po，用公式C；測比重G，用公式E；測含水量W，用公式F、G；測塑限指數Ip用公式H，測液限指數IL運用公式I。
5，根據權利要求3所述的TJH巖土快速測試法及其儀器，其特徵在於攪拌裝置的結構特點是瓶塞外徑與大口比重瓶內徑配和，瓶塞從上到下有小孔貫通；漏鬥下部外徑亦與大口比重瓶內徑配和；攪拌器的攪杆可以通過漏鬥下部內徑伸入到比重瓶內進行攪拌。
全文摘要
本發明向公眾公開了一種對巖土物理性能進行全面測試的TJH巖土快速測試法及其儀器。它包括一套製備懸浮液的工藝；一套計算公式；一套測試儀器。從而使廣泛用於交通、礦山、建築、水保、建材、冶金、林業、農業等各個部門，特別是對水庫大壩、江、河與湖泊的堤岸進行觀測與監控，以及水利、公路、機場、鐵路、港口建設、水文地質勘察等等，凡是要在地面或巖土中進行物理測試的均分別比現有方法提高工效12至144倍。
文檔編號G01N5/04GK1158988SQ95111379
公開日1997年9月10日 申請日期1995年5月29日 優先權日1995年5月29日
發明者唐家洪 申請人:唐家洪