一种硬质岩填石路堤空隙率试验试洞体积测试装置的制作方法

本实用新型涉及一种填石路堤空隙率试验中，测试路堤内所挖试坑或试洞体积的装置。

背景技术：

填石路堤的填筑质量一般用压实度或空隙率指标控制。例如：我国《公路路基设计规范》D30-2015要求压实后的填石路堤的空隙率小于24％。因此，在填石路堤体施工中，需对填筑体空隙率进行测试。

对填筑体空隙率测试的基本原理是：

1)在室内，测试填料岩石固体颗粒的毛体积密度ρ_s，测试方法见《公路工程岩石试验规程(JTG E41-2005)》的T0204-2005方法。

2)在填石路堤表面挖试坑或试洞，测得试坑/试洞中所挖取材料的质量m；

3)用灌水、灌砂的方法，测试得到所挖试坑/试洞的体积V。

4)按下式计算得到孔隙体积率n:

在这个测试中，测试试坑的体积V是比较困难的，尤其是颗粒粗大的填石路堤。对于填料颗粒最大粒径小于31.5mm的路基，我国已经有了标准的测试仪器和方法，如《公路路基路面现场试验检测规程 (JTGE60-2008)》的T0921-2008规定的仪器和方法。

对于填料颗粒更大的粗粒土和巨粒土填石路堤，现有体积测试方法为《公路土工试验规范》T0110-1993规定的方法，基本设备和步骤如下：

1)设备：带圆孔和圆形套环的座板；聚乙烯塑料薄膜；储水筒；

2)试验步骤：

a)在需要测试的填石路堤表面，放一个钢环9，内铺塑料薄膜 91，灌水至套环上边缘齐平。根据灌水量，得到灌入水的体积V₃；

b)座板孔内挖试坑；

c)试洞/试坑挖好后在坑内铺塑料薄膜；

d)灌水，灌水至套环上边缘齐平，根据灌水量，得到灌入水的体积V₄

e)挖出的填料所占的体积V＝V₄-V₃；

这种方法的测试原理如图1所示。这种方法的缺陷是：

1)V₃和V₄测试中，钢环的水位高度可能并不相同，因为一方面两次钢环放置位置有微小差异，导致钢环顶面倾斜度不同；另一方面，因水的表面张力作用，有时水面会略微高出钢环。水位高度误差可能并不大，但是乘以钢环所围面积后，误差会放大。以直径 800mm钢环测试为例，水位误差1mm，体积变化502ml。

2)一般的聚乙烯塑料薄膜，铺展性差，与试洞/试坑内壁密贴程度差，聚乙烯塑料薄膜铺在试洞/试坑中褶皱很多，导致试洞/试坑体积测试误差增大。因此，为了改善聚乙烯塑料薄膜与试洞/试坑的密贴性，规范规定：一方面，在试验中，需要对试洞/试坑内部进行修整；另一方面，在灌水时，需要边灌水，边整理塑料薄膜，以便排除空气。这种两种做法，费时费力，而且薄膜与试洞/试坑内壁密贴和排气并效果不好。而且，对于硬质岩填石路堤，根本无法把试洞/ 试坑内壁修整平整，因此不适用这种方法。

现有方法测试误差大且无法估计，导致硬质岩填石路堤质量控制很难。本实用新型就是为了解决硬质岩填石路堤空隙率检测中试洞体积测试的技术难点。

技术实现要素：

本实用新型所要解决的技术问题开发一套测试填筑体内挖试坑或试洞体积的仪器。本实用新型同时使用乳胶水袋，大大提高了水袋与路面或试验试洞的贴合程度，且上部开口很小，大大降低了灌水量的误差，大大提高了试验试洞体积测量的精确度。

根据灌水法测试方法的基本原理，做了以下改进工作：

1)设计上下开后的盖体，取代开口面积很大的钢套环；

2)用延展性好的乳胶材料取代常用的聚乙烯薄膜；研究发现市场上有销售的一种乳胶气象气球非常适用。

改进后测试方法的原理见图4。

然后进行测试，发现以下问题：

1)如果盖体的几何形状不合理，会导致乳胶水袋不能充填到尺寸较小的缝隙中，水袋中的气泡也不能有效排除，会带来新的测量误差。

2)将乳胶水袋放在试洞中，水袋外壁会与试坑底部、侧壁形成摩擦，不能有效铺展。随着灌水，水压力增大，而水袋不能铺展时，局部过度延展会导致水袋破裂；

如果不解决这个问题，这个设想就不能实现。因此，实用新型人研究了以下几个问题：

1)通过试验研究，了解乳胶气象气球的填充孔隙的能力：乳胶气象气球灌水后的孔隙填充能力；研究发现：所选乳胶气球灌水后，在0.2m水压下，条形孔隙宽度小于20mm时候，无法进入；圆形孔隙直径超过40mm时，可无限进入；据此，可以确定盖体的最小边缘高度。

2)通过试验研究，探索乳胶气象气球灌水过程中顺利铺展的方法。研究发现，灌水中，将乳胶气象气球提起一定高度，然后灌水，在提起的过程逐渐放下，保持一定水位，可以使乳胶气象气球水压下顺利沿底面铺展，一些小的孔隙，在水压作用下乳胶膜自动充满，同时排除空气。经研究，确定了最小的水位高度。

为实现上述目的，本实用新型的技术方案为：

一种硬质岩填石路堤空隙率试验试洞体积测试装置，包括盖体和乳胶水袋，盖体上设置有上部开口和下部开口；上部开口的面积小于下部开口；乳胶水袋穿过上部开口；下部开口的边缘直立高度h≥4cm。

进一步的改进，所述乳胶水袋为为壁厚小于1mm的气象气球。

进一步的改进，所述下部开口的宽度大于试验试洞顶部开口宽度的10～20cm；上部开口为圆形或方形，上部开口宽度为5～10cm。

一种硬质岩填石路堤空隙率试验试洞体积测试方法，包括如下步骤：

步骤一)将盖体的下部开口完全罩住要开试验试洞处的路表面；下部开口的边缘直立高度h≥4cm，盖体上部开口的面积小于下部开口；

步骤二)将乳胶水袋穿过上部开口进入盖体内，然后向乳胶水袋内注水，灌水时，按以下动作执行：提起乳胶水袋口，保持乳胶水袋处于拉升状态，不与路表面接触，水袋中的水位不低于5cm；然后逐步将乳胶水袋放下，随着乳胶水袋以接触点为中心逐步铺展开，直到乳胶水袋灌满，水位达到上部开口上边缘高度；乳胶水袋内的注水的体积即为盖体与路表面之间的体积V1；乳胶水袋为壁厚小于1mm的气象气球；

步骤三)在路表面开挖试验试洞，然后使用盖体在步骤二中的位置罩住试验试洞；乳胶水袋穿过上部开口和下部开口进入试验试洞内；在测试灌水前，乳胶水袋不与填石路堤试洞底面接触；灌水时，按以下动作执行：提起乳胶水袋口，保持乳胶水袋处于拉升状态，水袋中的水位不低于5cm；然后逐步将乳胶水袋放下，随着乳胶水袋以接触点为中心逐步铺展开，直到乳胶水袋灌满，水位达到上部开口上边缘高度；乳胶水袋内的注水的体积为V2；试验试洞的体积V＝V2-V1。

进一步的改进，所述下部开口的宽度大于试验试洞顶部开口宽度的10～20cm；上部开口为圆形或方形，上部开口宽度为5～10cm。

进一步的改进，上部开口底部边缘与下部开口边缘之间形成斜面，斜面为平面或弧形面。

进一步的改进，所述斜面的倾斜角度大于15°。

进一步的改进，所述气象气球的规格为如下规则之一：

。

附图说明

图1为现有方法测试原理；

图2为本实用新型测量试验试洞体积的步骤之一示意图；

图3为本实用新型测量试验试洞体积的步骤之二示意图；

图4为计算试验试洞体积的原理示意图。

图5A为盖体、下部开口和下部开口均为方形的剖面结构示意图；

图5B为盖体、下部开口和下部开口均为方形的俯视结构图；

图5C为盖体、下部开口和下部开口均为圆形的剖面结构示意图；

图5D为盖体、下部开口和下部开口均为圆形的俯视结构示意图；

其中，1.盖体；2.乳胶水袋；3.上部开口；4.下部开口；41.边缘； 5.斜面；6.水位；7.试验试洞。

具体实施方式

下面结合附图说明具体实施方式。

一定技术特征盖体1。一定技术规格的乳胶水袋2；设备的操作按一定方法进行。

盖体1的特征是：

1)如图5A-5D所示，平面形状为矩形或圆形；剖面为梯形或圆弧形；

2)上下开口，下部开口形状与试洞平面形状相似，比试洞大 10～20cm；上部开口为圆形或方形，尺寸为5～10cm；

乳胶水袋2的特征是：

1)乳胶材料，厚度小于0.5mm；

2)尺寸与所测试洞尺寸协调。具体实施可采用商业生产的气象气球，规格和所测试洞尺寸关系如下：

表4.1探空气象气球技术参数

操作方法3的特征是：

1)灌水测试时候，将乳胶水袋2提起，下端穿过盖体上部开口；

2)水袋底部距离试洞底面小于2cm，不接触；

3)灌水；随着灌水量增加，水袋底面接触试洞底面；

4)继续灌水，慢慢将水袋放下，但要保持水袋中水位高度不低于5cm，水袋逐渐在试洞底面铺展开来(如图2所示)；

5)灌水，逐步放下水袋口，水袋逐渐在试洞侧壁铺展开来，(如图3所示)，继续，直到把水袋灌满至上开口高度。

6)记录灌水质量,灌水质量除以水的密度，当测试填石路堤表面时，可以得到水的体积V1(如图4所示)。

7)当测试填石路堤上挖的试洞/试坑时，可以得到水的体积V2 (如图4所示)。

8)试验试洞的体积V＝V2-V1。