一种土工轻型击实试验风干土样碾散筛分试验装置及方法与流程

本发明公开了一种土工轻型击实试验风干土样碾散筛分试验装置及方法。

背景技术：

击实试验为土工试验中劳动强度最大的试验项目之一。目前现行有效的中华人民共和国国家标准《土工试验方法标准》GB/T50123-1999中，对轻型击实试验土样制备的规定为：用四分法取代表性土样20Kg，风干碾碎，过5mm筛，并将筛下土样拌匀；但是具体如何风干碾碎并没有给出相关的设备以及方法；因此目前采用的方法是人工碾碎，这种人工碾碎存在以下缺点:

粘性土由天然含水率到风干的过程中，土壤的结块会非常密实。目前，试验室人员人工制备击实土样的常规模式为：在土壤风干过程中，用斧头逐一敲碎土壤结块，再用钢管或木碾碾压，将碾压后的土倒入5mm筛子过筛，筛下的土样拌匀后后洒水击实。该项试验土样制备试验周期长、劳动强度大、碾碎筛分过程中扬尘严重，造成了严重的空气污染和环境污染，同时对试验人员的身体健康也带来了较大的危害。

技术实现要素：

为了解决现有技术中存在的技术缺点，本发明公开了一种土工轻型击实试验风干土样碾散筛分试验装置及方法。

本发明采用的技术方案如下：

一种土工轻型击实试验风干土样碾散筛分试验装置，包括机架，在所述的机架上设有一个电机，所述的电机通过传动设备驱动一个罗拉辊旋转，罗拉辊的两端各自通过轴承固定在两个支撑板上，在所述的罗拉辊的底部设有一个与罗拉辊外表面存在间隙的圆弧状的筛板，所述筛板两侧与前、后两档板活动连接(活动连接的方式可以是螺栓连接)，所述的前、后两档板插接在两个支撑板上(插接的方式可以是滑槽或者滑轨)，所述的罗拉辊位于前、后两个挡板的中心位置，且在罗拉辊的顶部设有导向板；所述的导板也与所述的支撑板插接在一起(插接的方式可以是滑槽或者滑轨)，所述的前挡板、筛板、导向板以及两个支撑板形成了投料区；所述筛板的底部设有一个向地面倾斜的接料板，碾散筛分后的土料从出料口由接料板输出。

进一步的，所述的筛板可以卸下，用于清理余土或清理堵塞的筛孔。

进一步的，所述的罗拉辊最底端与筛板之间的距离为5mm。

进一步的，所述的筛板上设有若干圆孔，圆孔的直径为5mm。

进一步的，所述的电机通过一个减速机驱动一对啮合的齿轮，所述的齿轮驱动罗拉辊低速旋转。

进一步的，所述的罗拉辊向前挡板所在的方向旋转；所述的需要碾散的土料放置在投料区内。

进一步的，利用上述设备土工轻型击实试验的方法，如下：

步骤1将土样置于干燥清洁的平面上，晾晒风干；

步骤2将风干后的土样沿前挡板、导向板倒入投料区，打开风干土样碾散筛分试验装置的电源开关，将土料碾碎，小于5mm的土粒从筛孔中漏下，在重力作用下沿接料板输出；将筛下土样拌匀，并测定土样的风干含水率；

步骤3根据土的塑限预估最优含水率，按依次相差约2％的含水率制备多组不同含水率的试样；

其中2个含水率大于塑限，2个含水率小于塑限，1个含水率接近塑限；

步骤4取2.5Kg的土样平铺于不吸水的盛土容器内，按预定含水率用喷水设备往土样上均匀喷洒所需加水量，拌匀密封静置备用，静置时间分别为：高液限粘土不得少于24小时，低液限粘土可酌情缩短，但不应少于12小时；

步骤5从制备好的试样中称取一定量土料，分3层倒入击实仪的击实筒内并将土面整平，分层击实。每层土料的质量为600-800g，两层交接面的土面应刨毛，每层25击；

步骤6沿击实筒顶修平试样，拆除底板，擦净筒外壁，称量准确至1g。

步骤7将试样从击实筒中推出，从试样中心处取2个一定量土料平行测定试样的含水率，含水率的平行误差应不大于1％；

步骤8依据上述步骤对其他含水率的试样依次进行击实；

步骤9计算击实后试样的干密度和含水率，绘制关系曲线。

进一步的，以干密度为纵坐标，含水率为横坐标，绘制干密度与含水率的关系曲线；在干密度与含水率关系曲线上绘制饱和含水率曲线。

进一步的，步骤3中的试样最少制备5组，其中2个含水率大于塑限，2个含水率小于塑限，1个含水率接近塑限。

本发明有益效果如下：

能将击实试验中劳动强度最大的三个步骤(敲碎土壤结块、碾散和筛分)由机械替代人工，如果采用常规的人工制备击实土样，一人制备一种土样至少需要1小时以上，耗费大量人力资源。而研制的土工轻型击实试验风干土样碾散筛分试验装置，试样制备仅需几分钟，大大提高了工作效率，节省了人力资源等试验成本。同时，制样过程中避免了扬尘对空气的污染，保护了环境。因此，该仪器有着显著的经济和社会效益。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述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的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1本发明的侧视图；

图2本发明的剖面图；

图3-1、3-2为筛板的结构图；

图4-1、4-2支撑板的结构图；

图中：1机架，2电机底座，3电机，4齿轮副，5齿轮罩，6罗拉辊，7加强板，8支撑板，9轴承，10筛板，11导向板，12前挡板,13后档板，14接料板。

具体实施方式

如图1、2所示，土工轻型击实试验风干土样碾散筛分试验装置，包括机架1，在所述的机架1上设有一个电机3，所述的电机通过传动设备驱动一个罗拉辊6旋转，罗拉辊6的两端各自通过轴承9固定在两个支撑板8上，在所述的罗拉辊6的底部设有一个与罗拉辊外表面存在间隙的圆弧状的筛板10，所述筛板10两侧与前、后两档板12、13活动连接(活动连接的方式可以是螺栓连接)，前、后两档板12、13插接在两个支撑板8上(插接的方式可以是滑槽或者滑轨)，罗拉辊位于前、后两个挡板的中心位置，且在罗拉辊6的顶部设有导向板；所述的导板也与所述的支撑板插接在一起(插接的方式可以是滑槽或者滑轨)，所述的前挡板12、筛板10、导向板11以及两个支撑板8形成了投料区；筛板的底部设有一个向地面倾斜的接料板14，碾散筛分后的土料从出料口由接料板输出。

罗拉辊6位于前后两个挡板的中心位置，且在罗拉辊的顶部设有一个导向板，使需要碾散的土料只能放置在投料区。

进一步的，罗拉辊6最底端与筛板10之间的距离为5mm。

进一步的，筛板10上设有若干圆孔，孔的直径为5mm。

进一步的，电机3通过一个减速机驱动一对啮合的齿轮副4，所述的齿轮驱动罗拉辊低速旋转。

进一步的，罗拉辊6向前挡板所在的方向旋转；所述的需要碾散的土料放置在投料区。

进一步的，在两个支撑板上上设有加强板7。

具体的工作过程如下：

将需要碾散的土料投入到投料区，然后驱动电机，电机带动罗拉辊低速旋转，罗拉辊向前挡板的方向旋转，罗拉辊在旋转过程中不断碾压土壤结块，直到土壤结块被碾散，分散后的土料过5mm圆孔的筛板，从接料板送出；

在此过程中，两个支撑板与前、后两个挡板可拆卸的连接；筛板的两个侧面分别与前、后两个挡板可拆卸连接；所述的筛板可以卸下，用于清理筛板上的余土或清理堵塞的筛孔。

利用上述设备进行击实试验的方法如下：

1.仪器设备

1.1击实仪：由击实筒、击锤和护筒组成。其尺寸应符合下表之规定。

击实仪主要部件尺寸规格表

1.2击实仪的击锤应配导筒，击锤与导筒间应有足够的间隙使锤能自由下落。电动操作的击锤必须有控制落距的跟踪设备和锤击点按一定角度(轻型53.5°)均匀分布的设备。

1.3电子天平：称量200，分度值0.01g。

1.4台秤：称量10kg，分度值5g。

1.5试样推出器：宜用螺旋式千斤顶或液压式千斤顶。如无此类设备，亦可用刮刀和修土刀从击实筒中取出试样。

1.6其他：烘箱、喷水设备、碾土筛分试验设备、盛土器、修土刀等。

2.具体的试验方法：

2.1试样制备

2.1.1取代表性土样20kg，将土样置于干燥清洁的平面上，晾晒风干。将风干后的土样沿前挡板和导向板倒入投料区，打开风干土样碾散筛分试验装置的电源开关，将土料碾碎，小于5mm的土粒从筛孔中漏下，在重力作用下沿接料板输出；将筛下土样拌匀，并测定土样的风干含水率。

2.1.2根据土的塑限预估最优含水率，按依次相差约2％的含水率应制备不少于五组的不同含水率的试样，其中应有2个含水率大于塑限，2个含水率小于塑限，1个含水率接近塑限。按公式(1)计算应加水量：

$m_w=\frac{m}{1+0.01{\mathrm{\ω}}_0}\×0.01(\mathrm{\ω}-{\mathrm{\ω}}_0)---\left(1\right)$

式中：m_ω-土样所需加水质量，g；

m-风干含水率时的土样质量，g；

ω₀-风干含水率，％；

ω-土样所要求的含水率，％。

2.1.3取2.5Kg的土样平铺于不吸水的盛土容器内，按预定含水率用喷水设备往土样上均匀喷洒所需加水量，拌匀密封静置备用。静置时间分别为：高液限粘土不得少于24小时，低液限粘土可酌情缩短，但不应少于12小时。

2.2试样击实

2.2.1将击实仪放在坚实的地面上，击实筒与底座联接好，安装好护筒，检查仪器各部件及配套设备的性能是否正常，在击实筒内壁均匀涂一薄层润滑油。

2.2.2从制备好的一份试件中称取一定量土料，分3层倒入击实筒内并将土面整平，分层击实。轻型击实法分3层击实，每层土料的质量为600-800g(其量应使击实后试样的高度略高于击实筒的1/3)，每层25击。击实后的每层试样高度宜大致相等，两层交接面的土面应刨毛。击实完成后，超出击实筒顶的试样高度应小于6mm。

2.2.3用修土刀沿护筒内壁削挖后，扭动并取下护筒。沿击实筒顶细心修平试样，拆除底板，如试样底面超出筒外，亦应修平。擦净筒外壁，称量，准确至1g。

2.2.4用推土器将试样从击实筒中推出，从试样中心处取2个一定量土料平行测定试样的含水率，含水率的平行误差应不大于1％。

2.2.5按步骤2.2.1～2.2.4规定对其他含水率的试样依次进行击实。一般不重复使用土样。

3试验成果整理

3.1计算公式

3.1.1按公式(2)计算击实后试样的干密度：

${\mathrm{\ρ}}_d=\frac{\mathrm{\ρ}}{1+0.01\mathrm{\ω}}---\left(2\right)$

式中：ρ_d-干密度，g/cm³；

ρ-湿密度，g/cm³；

ω-含水率，％。

计算至0.01g/cm³。

3.1.2按公式(3)计算数个干密度下土的饱和含水率：

${\mathrm{\ω}}_{sat}=(\frac{{\mathrm{\ρ}}_w}{{\mathrm{\ρ}}_d}-\frac{1}{G_s})\×100---\left(3\right)$

式中：ω_sat-试样的饱和含水率，％；

ρ_w-温度4℃时水的密度，g/cm³；

ρ_d-试样的干密度，g/cm³；

G_s-土颗粒比重。

3.2绘制关系曲线

3.2.1以干密度为纵坐标，含水率为横坐标，绘制干密度与含水率的关系曲线。曲线上峰值点的纵坐标代表击实试样的最大干密度，相应的横坐标为击实试样的最优含水率。当曲线不能绘出峰值点时，应进行补点。土样不宜重复使用。

3.2.2在干密度与含水率关系曲线上绘制饱和含水率曲线。

3.3成果校正

3.3.1土工轻型击实试验中，当试样中粒径大于5mm的颗粒质量小于试样总质量的30％时，应对最大干密度进行校正，校正公式见式(4)。

${\mathrm{\ρ}}_{d\max }^{\′}=\frac{1}{\frac{1-P}{{\mathrm{\ρ}}_{d\max }}+\frac{P}{{\mathrm{\ρ}}_w\·G_{s2}}}---\left(4\right)$

式中：ρ′_dmax-校正后的最大干密度，g/cm³；

P-粒径大于5mm土的质量百分数(％)；

G_S2-粒径大于5mm土粒的饱和面干比重；

ρ_ω-水的密度，g/cm³；

ρ_dmax—粒径小于5mm试样的最大干密度，g/cm³。

计算至0.01g/cm³。

3.3.2在土工轻型击实试验中，当试样中粒径大于5mm的颗粒质量小于试样总质量的30％时，亦需对最优含水率进行校正，校正公式见式(5)。

ω′_op＝ω_op(1-P)+P·ω₂ (5)

式中：ω_op’-校正后的最优含水率，％；

ω_op-击实试样的最优含水率，％；

ω₂-粒径大于5mm土粒的吸着含水率，％。

其余符号同上。计算至0.01％。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。