一种土壤基本物理性质指标试验装置及其试验方法与流程

本发明涉及一种基于烘干法的适用于实验室土壤基本物理性质指标计算的试验装置。

背景技术：

随着我国土建行业的发展，需要针对现场采集的土壤试样的物理性质指标进行快速的测定以指导现场施工，传统实验室土壤基本物理性质指标的测定涉及烘箱、天平等多种实验器材，需要进行不同的实验分别测定，试验程序繁杂，试验周期长，因此有必要对土壤基本物理性质指标测定实验仪器进行改进，以简化实验程序，提高实验效率。

通过分析和总结传统土壤基本物理性质指标测定试验试验方法，发现其在实验室中测量时仍存在如下的一些缺点：

1、实验仪器较多且比较分散；

2、实验步骤较多；

3、分别测定单个土壤试样基本物理指标，试验次数多，试验周期较长；

4、天平称量土壤质量时存在一定误差；

如何简化繁琐的实验过程，实现不同实验仪器的组合，减少试验时间成本，对于提高实验室内的试验效率具有重要的意义。

通过分析研究发现造成以上缺点的原因如下：

1、器材过于分散，不够集成化；

2、专业仪器不易上手；

3、测量仪器不够智能。

技术实现要素：

本发明为了弥补传统土壤基本物理性质指标的缺点，提供了一种基于烘干法的相对方便快捷的土壤密度，相对密度，含水率以及饱和度的测定装置，基于可视化技术，快速获取不同阶段土壤试样质量。

为了实现上述技术目的，本发明是通过如下技术方案实现的：

一种土壤基本物理性质指标试验装置，包括；圆盘状金属平台，其下部分为烘干部分；

一底座，连接于烘干部分的下方，其内部设有连接到圆盘状金属板的温度传感器和压力传感器，底座表面上设有显示器；

控制器，设置于底座内，所述温度传感器、压力传感器以及显示器分别与所述控制器连接；

盛土容器，连接于圆盘状金属加热平台的平台表面，用于盛放待测土壤，盛土容器的器壁上设有刻度。

所述烘干部分包括加热电阻丝、以及包覆设置于所述加热电阻丝外部的密闭圆柱状隔热材料。

所述盛土容器为量筒。

所述控制器为单片机。

一种基于所述土壤基本物理性质指标试验装置的试验方法，包括以下几个步骤：

s1、将试验装置放置在实验室内平整的实验台上，插上电源，待显示器显示质量值恒定时，记录未装土壤时盛土容器的质量m0；

s2、取适量未扰动体积为v0的原始土壤放入盛土容器中，待显示器显示质量恒定时，记录装有土壤后盛土容器的质量m1；

s3、打开烘干部分以加热盛土容器内土壤试样；

s4、盛土容器内土壤温度不断升高，通过显示器监控盛土容器温度在105°-110°，使盛土容器内土壤中的水分蒸发；

s5、待显示器显示的质量值达到恒定时，记录盛土容器以及烘干后土壤的总体质量m2；

s6、关闭烘干部分，待盛土容器以及内部土壤试样的温度冷却至室温；

s7、待盛土容器冷却至室温后，用带有刻度的胶头滴管向盛土容器中加入纯水，直至盛土容器内水位高度超过土壤，记录此时盛土容器内的水位高度并换算成体积v1，由加水次数得出加入纯水体积v2，通过v1和v2计算出烘干后土壤的体积v3＝v1-v2；

s8、整理相关实验器材；

s9、根据常温25℃下水的密度，由v＝(m1-m2)/ρ水计算出土壤中水的体积v4；

s10、根据土壤基本物理性质指标计算公式由试验装置得到的已知参数计算出土壤的基本物理性质指标。

本发明的有益效果是：

将测定土壤基本物理性质指标的诸多称量部分和加热烘干部分集成，避免烘干和称重两部分试验操作分离造成的效率低下，试验周期长等问题。

通过利用高精度压力传感器和温度传感器将质量和温度参数可视化，通过单片机控制的软件补偿技术使补偿精度高，稳定性好，调节方便，提高了实验过程的效率，降低了试验操作的操作难度，可同时测量出多种土壤基本物理性质指标，本发明为土壤基本物理性质指标测定提供了一种新型的高效率的试验方法。

附图说明

图1为本发明一种土壤基本物理性质指标试验装置的立体图；

图2为本发明一种土壤基本物理性质指标试验装置的主视图；

图3为本发明一种土壤基本物理性质指标试验装置电路原理控制图；

图中：1-底座，2-隔热板，3-加热电阻丝，4-圆盘状金属加热平台，5-量筒，6-显示器。

具体实施方式

结合说明书附图和具体实施例对本发明一种土壤基本物理性质指标试验装置作进一步详细说明。

如图1所示，一种土壤基本物理性质指标试验装置，包括：量筒5，内部放置土壤试样；

加热电阻丝3，通电可加热土壤；

底座1，位于烘干部分下部，内部有连接到圆盘状金属板的温度传感器和位于烘干部分下部的压力传感器，并通过单片机将测量值显示在位于底座的显示器上，实时监测量筒的温度、以及实时称量量筒及其内部土壤的质量。

利用本发明一种土壤基本物理性质指标试验装置的实验方法：包括以下几个步骤：

s1、将试验装置放置在实验室内平整的实验台上，插上电源，待显示器显示质量值恒定时，记录未盛放土壤时，量筒的总体质量m0；

s2、取适量未扰动体积为v0的原始土壤放入量筒中，待显示器显示质量恒定时，记录量筒以及土壤的的总体质量m1；

s3、打开加热开关按钮，使线圈内通电以加热量筒内土壤试样；

s4、量筒内土壤温度不断升高，通过显示器监控量筒温度在105°-110°，使量筒内土壤试样中的水分蒸发；

s5、待显示器的质量显示值达到恒定时，记录量筒以及烘干后土壤的总体质量m2；

s6、关闭加热电阻丝，待量筒以及土壤试样的温度冷却至室温；

s7、待量筒冷却至室温后，用带有刻度的胶头滴管向量筒中加入纯水直至水位高度超过土壤后至量筒内某一刻度v1，由加水次数得出加入纯水体积v2，并计算出烘干后土壤的体积v3＝v1-v2；

s8、整理相关实验器材；

s9、根据常温25℃下水的密度，由v＝(m1-m2)/ρ水计算出土壤中水的体积v4；

s10、根据土壤基本物理性质指标计算公式由试验装置得到的已知参数计算出土壤的基本物理性质指标。

本发明土壤基本物理性质指标的计算原理是：

1)烘干装置与空量筒的总体质量m0，烘干装置与量筒以及土壤的的总体质量m1，烘干装置与量筒以及干燥土壤的的总体质量m2。

2)土壤密度ρ计算公式：

式中：ρ为土壤密度，烘干装置与空量筒的总体质量m0，烘干装置与量筒以及土壤的的总体质量m1，原始土壤的体积为v0。

3)土粒相对密度gs计算公式：

式中：空量筒的质量m0，量筒以及干燥土壤的的总体质量m2，烘干后土壤的体积v3，ρω(4℃)表示4℃下的水的密度。

4)土壤含水率计算公式：

式中ω——土壤试样的含水率(％)，空量筒的质量m0，量筒以及土壤的总体质量m1，量筒以及干燥土壤的总体质量m2。(质量精确到0.01g)

5)土的饱和度sr

式中：量筒以及土壤的的总体质量m1，量筒以及干燥土壤的总体质量m2，原始土壤的体积为v0，烘干后土壤的体积v3，ρω(25℃)表示实验室常温下25℃下的水的密度。

以上所述，仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何细微修改、等同替换和改进，均应包含在本发明技术方案的保护范围之内。