一种适用于全粒径范围的土颗粒比重测定设备、方法及系统

本发明属于土工试验测试，具体涉及一种适用于全粒径范围的土颗粒比重测定设备、方法及系统。

背景技术：

1、土颗粒的比重是土体的重要物理参数，通过准确测定土体的比重，可以准确评估土体的密实度和孔隙率，进而开展土体的承载能力、渗透性和稳定性分析，因此如何准确高效的测定土颗粒的比重是工程中重点关注的问题。现行试验规范针对不同尺寸的颗粒采用不同的比重测试方法进行测试，其中粒径小于5mm的土颗粒采用比重瓶法测定，粒径大于5mm的土，其中含粒径大于20mm颗粒小于10％时用浮称法进行测定，含粒径大于20mm颗粒大于10％时用虹吸筒法进行测定。对于既含有小粒径又含有大粒径的土则先分别采用不同方法测定，再根据加权平均值作为土粒比重。

2、工程上使用的土料大多数为大粒径土和小粒径土混合而成的宽级配土石混合料，按照现行规范需要根据不同的方法分别测定不同尺寸颗粒的比重，操作步骤繁琐。除此之外，不同的测定方法均存在一定的问题，例如比重瓶法为了排出土内空气需煮沸比重瓶，煮沸时土液极易溢出瓶外，导致测定结果偏高；浮称法仅通过浸泡的方式很难将土颗粒内部空气彻底排出，导致测定结果偏低；虹吸筒法同样存在无法将土颗粒内部空气彻底排出的问题，并且因为虹吸管的精度和液体粘度的影响，排水量容易出现偏差，总体上表现为测定结果不稳定；上述问题会造成土体比重测量出现误差，进而影响对土体性质的准确认识。考虑到现行测定方法的操作步骤繁琐、误差较大、适用范围窄的缺点，亟需研发一种适用于全粒径范围的土颗粒比重测定新方法。

技术实现思路

1、针对现有技术的不足，本发明提出了一种适用于全粒径范围的土颗粒比重测定设备、方法及系统，克服了现行测定方法操作步骤繁琐、误差较大、适用范围窄的缺点，降低工作量的同时保证比重测定的准确性。

2、为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

3、一种适用于全粒径范围的土颗粒比重测定设备，包括：盛土容器、真空桶、蒸馏水或中性溶液、压力表、密封盖、真空泵、吊绳、行架、电子称、托盘；

4、所述蒸馏水或中性溶液放置在所述盛土容器中，所述盛土容器放置在所述真空桶中，所述密封盖放置在所述真空桶口端，所述压力表安装在所述密封盖上端，所述真空泵通过管道与所述真空桶连接，所述吊绳分别与所述盛土容器、所述行架连接，所述电子称的上部放置所述托盘，所述托盘的上部放置所述真空桶。

5、优选的，所述盛土容器的尺寸为所述真空桶的尺寸为所述真空泵为旋转式真空泵；所述吊绳为玻璃纤维绳。

6、本发明还提供了一种适用于全粒径范围的土颗粒比重测定方法，所述测定方法是基于所述的适用于全粒径范围的土颗粒比重测定设备实现的，包括以下步骤：

7、s1：采用烘箱对设定质量的土颗粒烘干至恒重；

8、s2：将烘干至恒重的土颗粒放置于盛土容器中，向盛土容器中加蒸馏水或者中性溶液，使土颗粒完全浸泡在溶液内，将盛土容器放置于真空桶中，采用真空饱和法排除土颗粒中空气；

9、s3：称量盛土容器、溶液和土颗粒的总质量m，并向真空桶中注蒸馏水或者中性溶液使液面完全漫过盛土容器，称量盛土容器和土颗粒在悬浮状态的浮称质量m1；

10、s4：开展盛土容器的标定试验，称量盛土容器的质量，并向真空桶中注蒸馏水或者中性溶液使液面完全漫过盛土容器，称量盛土容器的浮称质量m2；

11、s5：基于总质量m、浮称质量m1和浮称质量m2的转换关系，获得土颗粒比重的计算公式；

12、s6：测量真空桶内溶液的温度，查阅温度与密度对照表确定溶液的密度ρ，基于土颗粒比重的计算公式和密度ρ，计算得到土颗粒的比重。

13、优选的，所述浮称质量m1的计算公式为：

14、m1＝ρ(vd+vr)+m-md-mv，

15、式中：vd为土颗粒体积，vr为盛土容器的体积，ρ为溶液的密度，md为质量，mv为盛土容器的质量。

16、优选的，所述浮称质量m2的计算公式为：

17、m2＝ρvr。

18、优选的，土颗粒比重的计算公式为：

19、

20、本发明还提供了一种适用于全粒径范围的土颗粒比重测定系统，包括：烘干称重模块、浸水饱和模块、第一质量浮称模块、第二质量浮称模块、推导模块和比重计算模块；

21、所述烘干称重模块用于采用烘箱对设定质量的土颗粒烘干至恒重；

22、所述浸水饱和模块用于将烘干至恒重的土颗粒放置于盛土容器中，向盛土容器中加蒸馏水或者中性溶液，使土颗粒完全浸泡在溶液内，将盛土容器放置于真空桶中，采用真空饱和法排除土颗粒中空气；

23、所述第一质量浮称模块用于称量盛土容器、溶液和土颗粒的总质量m，并向真空桶中注蒸馏水或者中性溶液使液面完全漫过盛土容器，称量盛土容器和土颗粒在悬浮状态的浮称质量m1；

24、所述第二质量浮称模块用于开展盛土容器的标定试验，称量盛土容器的质量，并向真空桶中注蒸馏水或者中性溶液使液面完全漫过盛土容器，称量盛土容器的浮称质量m2；

25、所述推导模块用于基于总质量m、浮称质量m1和浮称质量m2的转换关系，获得土颗粒比重的计算公式；

26、所述比重计算模块用于测量真空桶内溶液的温度，查阅温度与密度对照表确定溶液的密度ρ，基于土颗粒比重的计算公式和密度ρ，计算得到土颗粒的比重。

27、优选的，所述浮称质量m1的计算公式为：

28、m1＝ρ(vd+vr)+m-md-mv，

29、式中：vd为土颗粒体积，vr为盛土容器的体积，ρ为溶液的密度，md为质量，mv为盛土容器的质量。

30、优选的，所述浮称质量m2的计算公式为：

31、m2＝ρvr。

32、优选的，土颗粒比重的计算公式为：

33、

34、与现有技术相比，本发明的有益效果为：

35、1)工程上使用的土料大多数为不同粒径土颗粒混合而成的宽级配土石混合料，现行试验规范需将试验土料区分为不同大小的颗粒后分别测定比重，随后再加权平均得到混合料的比重，测定步骤比较繁琐。本发明提出的比重测定方法可通过一次测定直接得到混合料的比重。

36、2)现行试验方法采用比重瓶法、浮称法和虹吸筒法测定不同粒径土颗粒的比重，不同的测定方法均存在操作步骤繁琐的问题，且因试验方法存在缺陷易产生测量误差。本发明提出的比重测定方法操作简单，测量结果稳定且测量精度高。

37、3)本发明提出采用真空饱和法对土颗粒进行抽气饱和，有效避免了传统方法浸水后气泡排不净的问题；采用中性溶液替换蒸馏水的方法对有机质土进行比重测量，有效避免了有机质在水中溶解的问题，保证了测量的准确性。

38、附图说明

39、为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

40、图1是本发明实施例的土颗粒饱和过程的示意图；

41、图2是本发明实施列的悬浮称重示意图；

42、图3是本发明实施列的一种适用于全粒径范围的土颗粒比重测定方法示意图。