專利名稱：一種巖土物理性質(zhì)快速測試法及儀器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種物理測式分析的方法及其設(shè)備，特別是對(duì)巖土的物理性能進(jìn)行全面分析的技術(shù)。
對(duì)巖土的測試與分析技術(shù)廣泛應(yīng)用于交通、礦山、建筑、水利建設(shè)、水保、建材、冶金、林業(yè)、農(nóng)業(yè)等各個(gè)部門，特別是對(duì)水庫大壩、江、河與湖泊的堤岸進(jìn)行觀測與監(jiān)控，不管是山區(qū)還是平原，凡是要在地面或巖土中進(jìn)行各種工程施工或工程設(shè)計(jì)，以及水利、公路、機(jī)場、鐵路、港口建設(shè)、水文地質(zhì)的勘察等，都必須在工程設(shè)計(jì)或?qū)嵤┣?，?duì)其巖土的物理性能通過測試和分析進(jìn)行了解，否則就會(huì)危害整個(gè)工程的實(shí)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(jì)算的方法非常繁瑣，如測含水量、比重試驗(yàn)、容重、液限、塑限、擊石試驗(yàn)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(jì)算出的結(jié)果，既費(fèi)力又費(fèi)時(shí)；或者依靠昂貴的進(jìn)口儀器，如有的單位采用核子密度儀(價(jià)格從幾萬到幾十萬)進(jìn)行測試和分析，雖然較快，但成本很高，而且有放射性，對(duì)人體有害，對(duì)環(huán)境有污染，一般不予采用。所有的老方法老設(shè)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(shè)備已遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足當(dāng)前上述各個(gè)行業(yè)的飛速發(fā)展。中國專利(專利號(hào)86202804)公布了一種名為《土壤特種自控吸液分析儀》的技術(shù)，雖然是目前比較先進(jìn)實(shí)用的一種儀器，但仍存在有如下不足點(diǎn)瓶水土中的空氣未能排盡，影響試驗(yàn)精度；二是工作范圍有限，該設(shè)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(jí)精確度和吸液的速度不夠理想，以及計(jì)算方法落后，整個(gè)測試周期很長，特別是在建筑部門，甚至發(fā)生整個(gè)工地停工等測試數(shù)據(jù)的現(xiàn)象。
本發(fā)明的目的在于向公眾提供一種不要用電，其計(jì)算方法科學(xué)便捷，使用方法簡單易學(xué)，工作效率更高更精，能夠?qū)r土的物理性能進(jìn)行全面快速測試的方法與設(shè)備。
由于巖土的物理性能指標(biāo)，主要表現(xiàn)在巖土的性質(zhì)及其堅(jiān)硬的程度。土是由空氣、水、土顆粒三相組成，水分多土質(zhì)松軟，水分少土質(zhì)堅(jiān)硬?？諝鉄o重量，土顆粒為恒量(不變)，關(guān)鍵在巖土顆粒的空隙及其空隙中所含水分多少能計(jì)算出來，其它相應(yīng)指標(biāo)也就可以得到解決了。
本發(fā)明所采用的技術(shù)措施是在方法上狠抓巖土的含水量為主，以水為“介質(zhì)”，以被測巖土為“溶質(zhì)”，用特制設(shè)備經(jīng)如下程序?qū)⒈粶y土樣制備成懸浮液；“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(chǔ)上改進(jìn)了的儀器中進(jìn)行測試后，將所得數(shù)據(jù)應(yīng)用如下公式進(jìn)行計(jì)算1,Ws=GG-rw(B-A);2,K=GG-1;]]>3，B-A＝Po4，Po×K＝Ws5,G=Po×KPo×K+G2-G3×rtro;]]>6,W%=(MPo×K-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＝干土重(克)，Wp＝塑限含水量(克)，G＝比重，WL＝液限含水量(克)，K＝比重系數(shù)，IP＝塑限指數(shù)，IL＝液限指數(shù)，Po＝懸浮土重(克)，M＝濕土重(克)，rt＝在溫度T℃時(shí)，瓶水土合重(克)，ro＝在溫度4℃時(shí)水的容重，G2＝在試驗(yàn)溫度T℃時(shí)，瓶水合重(克)，G3＝在試驗(yàn)溫度T℃時(shí)，瓶水土合重(克)。
rw＝水密度(克/厘米3)
本發(fā)明測天然含水量Ws，用公式1、4；測比重系數(shù)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(shù)Ip運(yùn)用公式8，測液限指IL數(shù)運(yùn)用公式9。
設(shè)備上在自控吸液儀的基礎(chǔ)上進(jìn)行了改進(jìn)的玻璃儀器其儀器是由攪拌裝置與改進(jìn)型自控吸液儀構(gòu)成。
攪拌裝置是由大口比重瓶、帶孔瓶塞、大管漏斗、微型攪拌器組成。
攪拌裝置的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是瓶塞外徑與大口比重瓶內(nèi)徑配和，瓶塞從上到下有小孔貫通；漏斗下部外徑亦與大口比重瓶內(nèi)徑配和；攪拌器的攪桿可以通過漏斗下部內(nèi)徑伸入到比重瓶內(nèi)進(jìn)行攪拌。
本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)1，本發(fā)明最大特點(diǎn)作比重及其它試驗(yàn)不再用烘乾的乾土，而用任何狀態(tài)的土即可作比重和含水量兩種試驗(yàn)，只需10分鐘得出兩種結(jié)果。巖土的任何物理試驗(yàn)都離不開比重指標(biāo)，否則就算不出任何試驗(yàn)結(jié)果。而原來測比重必需要乾土，得花好幾天時(shí)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后再稱重，才算出比重結(jié)果。
2，由于采用了新的計(jì)算方法和設(shè)備，大大縮短了測試周期，比現(xiàn)有的各種測試方法分別提高工效11至144倍，其經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益特別顯著。
3，不依賴市電即可工作，極大地方便了現(xiàn)場作業(yè)，特別是野外、礦山的作業(yè)，得到了極大的解放，很適和我國國情，如缺電的農(nóng)村、林業(yè)、公路、水利、水文、水保、建材、工程勘察和建筑施工等，甚至大專院校、生產(chǎn)和科研部門非常實(shí)用。
4，本發(fā)明比原來的“土壤特種自控吸液分析儀”工作范圍大大地?cái)U(kuò)大了，不僅可作各種直徑土壤顆粒的測試，還可以對(duì)巖土作全面的各種物理性能進(jìn)行測試和分析。
5，本發(fā)明與原來的顆粒分析法工作情況相比一不制備乾樣，二不預(yù)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濕土制備試液。
7，本發(fā)明在水文和水土保持上應(yīng)用，采取小流域、江河、水庫、湖泊的懸移質(zhì)水樣，可不經(jīng)過靜置、沉淀、濃縮、烘乾等繁瑣程序，直接用本發(fā)明儀器20分鐘至1小時(shí)即可獲得測試結(jié)果，用原方發(fā)要72小時(shí)才能獲得。
8，本發(fā)明測試其它數(shù)據(jù)與現(xiàn)有方法比較；a.作含水量試驗(yàn)，試樣不烘乾。作比重試驗(yàn)，試樣不煮沸，不抽氣。10分鐘可獲上述兩種試驗(yàn)結(jié)果，而現(xiàn)有方法要72小時(shí)；b.作最佳含水量、液限、塑限4小時(shí)可獲結(jié)果，現(xiàn)有方法要48小時(shí)；c.利用環(huán)力可解決不同樣品的容重，在不同試驗(yàn)中與常規(guī)儀器比較分別提高12至144倍。
本發(fā)明所作出的結(jié)果可通過各種傳統(tǒng)的方法進(jìn)行驗(yàn)證，保證基本無誤，快速準(zhǔn)確，收立桿見影之效。
9，有的單位采用進(jìn)口核子密度儀來測土樣的容重和含水量，要電不說，其價(jià)格就貴得驚人，達(dá)幾十萬之巨！而且對(duì)人體有放射性危害，對(duì)環(huán)境有污染，不在迫不得以的情況下，一般是不采用此法的。相反，本發(fā)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(zhì)，二花錢不多，三無放射性，四無環(huán)境污染，五方法簡單、快速、科學(xué)，六設(shè)計(jì)精巧易于制作。
10，過去作土樣測試，必需用烘箱將樣品烘乾，才能算出結(jié)果，既費(fèi)電能又費(fèi)時(shí)間，而且受市電的環(huán)境限制，而本發(fā)明可在無市電的任何地方使用，不僅攜帶和搬運(yùn)方便而且既快又準(zhǔn)確。
11，由于方法科學(xué)，設(shè)備更新，向工程設(shè)計(jì)和施工所提供的數(shù)據(jù)更加精確。


附圖1是整個(gè)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，支承桿，16，支承桿螺釘；17、18上、下立柱；19，膠管；20，立柱套；21，金屬環(huán)；22，底座；25，液壓器；24，液壓器；25，頂桿套；26，螺紋頂桿；27，攪拌器；28，帶孔瓶塞；29，大口比重瓶；30，大口漏斗。
現(xiàn)結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的工作原理進(jìn)行說明方法上狠抓巖土中的含水量為主，創(chuàng)立以水為“介質(zhì)”以被測巖土為“溶質(zhì)”，利用巖土的共同性質(zhì)，將被測巖土樣品放入特制比重瓶(29)中，加入二分之一的蒸餾水，將土樣打散攪拌均勻，用特制攪拌器(27)在瓶中進(jìn)行攪拌，目的是使水土中的空氣趕至瓶口。然后將瓶中氣泡排出瓶外，塞上瓶塞。使瓶中多余的水從瓶塞孔排出瓶外，然后放在天枰上稱重。這時(shí)的瓶水土重為B，瓶水重為A，則B-A＝懸浮土重(Po)。此時(shí)用土的比重系數(shù)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(shù)據(jù)，就將液限或塑限放入特制的比重瓶中，其操作步驟與上述方法相同，測出液限或塑限的含水量。液限與塑限之差等于塑限指數(shù)，這就是對(duì)土進(jìn)行分類定名的依據(jù)。
如果作擊石試驗(yàn)，同樣樣品土放入特制的比重瓶中，其操作步驟與上述方法相同，就可測出擊石試驗(yàn)的最佳含水量。
實(shí)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、瓶塞的磨制用玻璃冷加工工藝。
權(quán)利要求
1，一種由新方法及其特制設(shè)備所組成的對(duì)巖土物理性能進(jìn)行全面測試的TJH巖土快速測試法及其儀器，其特征在于新方法是以水為“介質(zhì)”，以被測巖土為“溶質(zhì)”，用特制設(shè)備經(jīng)“取土→稱重→加水→攪拌→稱重”程序?qū)⒈粶y土樣制備成懸浮液。
2，根據(jù)權(quán)利要求1所述的TJH巖土快速測試法及其儀器，其特征在于將權(quán)利要求1所述的方法制備成的懸浮液在改進(jìn)了的土壤特種自控吸液分析儀的儀器中進(jìn)行測試并將所測數(shù)據(jù)應(yīng)用如下公式進(jìn)行計(jì)算A,Ws=GG-rw(B-A);B,K=GG-1;]]>C，B-A＝Po；D，PoxK＝Ws；E,G=Po×KPo×K+G2-G3×rtro;]]>F,W%=(MPo×K-1)×100;]]>C,W%=[M(B-A)×K-1]×100;]]>H，WL-Wp＝Ip；I,W-WpIp=IL;]]>
3，根據(jù)權(quán)利要求1所述的TJH巖土快速測試法及其儀器，其特征在于特制設(shè)備是由攪拌裝置與改進(jìn)型自控吸液儀構(gòu)成，攪拌裝置是由大口比重瓶、帶孔瓶塞、大管漏斗、攪拌器組成。
4，根據(jù)權(quán)利要求1所速的TJH巖土快速測試法及其儀器，其特征在于測乾土重Ws，用公式A、D；測比重系數(shù)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(shù)Ip用公式H，測液限指數(shù)IL運(yùn)用公式I。
5，根據(jù)權(quán)利要求3所述的TJH巖土快速測試法及其儀器，其特征在于攪拌裝置的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是瓶塞外徑與大口比重瓶內(nèi)徑配和，瓶塞從上到下有小孔貫通；漏斗下部外徑亦與大口比重瓶內(nèi)徑配和；攪拌器的攪桿可以通過漏斗下部內(nèi)徑伸入到比重瓶內(nèi)進(jìn)行攪拌。
全文摘要
本發(fā)明向公眾公開了一種對(duì)巖土物理性能進(jìn)行全面測試的TJH巖土快速測試法及其儀器。它包括一套制備懸浮液的工藝；一套計(jì)算公式；一套測試儀器。從而使廣泛用于交通、礦山、建筑、水保、建材、冶金、林業(yè)、農(nóng)業(yè)等各個(gè)部門，特別是對(duì)水庫大壩、江、河與湖泊的堤岸進(jìn)行觀測與監(jiān)控，以及水利、公路、機(jī)場、鐵路、港口建設(shè)、水文地質(zhì)勘察等等，凡是要在地面或巖土中進(jìn)行物理測試的均分別比現(xiàn)有方法提高工效12至144倍。
文檔編號(hào)G01N5/04GK1158988SQ95111379
公開日1997年9月10日 申請(qǐng)日期1995年5月29日 優(yōu)先權(quán)日1995年5月29日
發(fā)明者唐家洪 申請(qǐng)人:唐家洪