本发明涉及一种岩土原位试验装置，特别是一种快速获取粗粒土密度的现场试验方法及其所用的装置。
背景技术：
目前在岩土密度检测方面，有环刀法、核子密湿度仪法、挖坑灌水、灌沙法、瑞利面波法。对于含超径颗粒的粗粒土而言，密度检测时无法采用细料土才适用的环刀法取样；瑞利面波法离散性较大，无法量化密度；核子密湿度仪法需打孔放置探测管，在粗粒土中难以打入放置孔；综合比较下来只有挖坑灌水、灌沙法适用于粗粒土密度检测，得出的参数也简单明了。
但是挖坑灌水、灌沙法在粗粒土中应用时工作量非常繁重，水利水电工程粗粒土试验规程（DLT5356-2006）12.1.4条中，标定采用粗粒土填料密度检测时的试坑直径与试样中最大颗粒直径之比不应小于5，深度与试坑直径之比宜为1.2-1.4，试坑直径大于20cm。公路工程和水利水电工程中的粗粒土填料颗粒较大，最大颗粒径通常为10-15cm左右，按照规程规定所挖试坑直径不得小于50-75cm，深度60cm-105cm，试坑体积0.94m3-1.86m3。导致试坑需要的填料较多，现场试验过程中需要大量的填料，搬远比较麻烦，倒是试验时间比较长。
而且粗粒土采用灌水、灌沙法进行密度检测一方面灌水、灌沙量较大，在试验场地上来回搬运较麻烦，现场操作步骤相对复杂。水、沙要分批灌入试坑，误差一直累积在试验结果中。
另一方面，灌水和灌沙法都要求试坑顶部平整，在开挖前要求进行细致的修正工作，对于粗粒土这种粒度成分和分布极度不均匀体很难保证试坑表面的平整度。
技术实现要素：
本发明的目的在于，提供一种快速获取粗粒土密度的现场试验方法及其所用的装置。使用本发明的装置进行试验，试验相对简单，试验精度较高，而且可以适应不同的试坑环境。
本发明的技术方案：一种快速获取粗粒土密度的现场试验方法，包括有以下步骤：
A、按试验检测规程选择试验点，清除试验点表面浮土；
B、将充气仓的打气筒压到最低状态，用抽气筒将充气仓中的气体排空至弹性测试膜紧贴充气仓顶盖为止，并记录充气仓内的气压记为；
C、将充气仓放置在试验点处，并使充气仓底部与试验点地面接触；
D、采用打气筒打气，直至充气仓压力大于外部大气压时停止打气，并记录下充气仓内此时的气压记为P1，以及此时充气仓上的流量计读数记为；
E、在充气仓触地外围做标记圈后，将充气仓取走；
F、重复步骤B的动作，直至充气仓内的气压降至为止；
G、用与灌水、灌沙法相同的开挖方法，开挖出试坑，试坑平面范围小于步骤E标记圈范围，开挖出粗料土的质量记为，并取部分代表性填料采用烘干法或酒精燃烧法测取试坑填料的含水量；
H、将充气仓放回标记圈，采用打气筒向充气仓内打气，直至充气仓内气压达到时，记录此时流量计的流量读数记为；
J、通过下式得到粗粒土的湿密度和干密度：
湿密度：；
干密度：。
前述的快速获取粗粒土密度的现场试验方法，所述步骤C中，当试验点表面凹凸不平时，在充气仓上环向设置1组限位小钢杆，将充气仓放置在试验点处以后，确保每根限位小钢杆均与地面接触后，通过钢杆松紧箍将所有限位小钢杆锁紧固定住，并保持其状态不变直至整个试验过程结束。
一种快速获取粗粒土密度的现场试验方法所用的装置，包括有U形结构的充气仓，充气仓的顶板下方设有弹性测试膜，弹性测试膜的头端固定在内侧壁上，在充气仓顶板上设有抽气筒、进气仓库和气压计，进气仓处设有流量计，进气仓上方设有打气筒。
前述的快速获取粗粒土密度的现场试验方法所用的装置，所述充气仓外侧壁环向设有2层以上的环形钢杆定位环，环形钢杆定位环上环向密布有小孔，小孔中设有限位小钢杆，限位小钢杆外侧的环形钢杆定位环之间设有钢杆松紧箍。
前述的快速获取粗粒土密度的现场试验方法所用的装置，所述钢杆松紧箍上设有松紧箍活动手柄，松紧箍活动手柄位于环形钢杆定位环的钢杆松紧箍手柄活动窗处。
前述的快速获取粗粒土密度的现场试验方法所用的装置，所述充气仓内侧壁环向设有置膜凹槽，弹性测试膜头端卡入置膜凹槽后，在置膜凹槽中放入压膜环条。
前述的快速获取粗粒土密度的现场试验方法所用的装置，所述压膜环条上方的充气仓内侧壁上设有紧固压块，紧固压块盖住压膜环条。
前述的快速获取粗粒土密度的现场试验方法所用的装置，所述紧固压块通过螺钉固定在充气仓的内侧壁上。
前述的快速获取粗粒土密度的现场试验方法所用的装置，所述压膜环条设置数量为4条，每条压膜环条弧度为89度。
前述的快速获取粗粒土密度的现场试验方法所用的装置，所述充气仓与抽气筒和进气仓之间为螺纹连接，进气仓与打气筒之间为螺纹连接。
本发明的有益效果：与现有技术相比，本发明具有如下几个方面的优点：
1、本发明采用充气代替灌水、灌沙，解决了大量水、沙搬运难的问题。同时充气是连续进行的，解决灌水、灌沙对试验结果造成的累积误差。
2、本发明充气时采用流量计自动计量注入的气体体积，节省了灌水、灌水法的水、沙称量工作，节省了试验时间。
3、采用侧限位小钢杆、开挖前后两次体积量测法消除试坑表面不平整对试验结量的影响，节省了试验时间，提高了现场试验的效率。
4、在构造上将原来灌水、灌沙法的隔离膜、称、量筒、漏斗合并为一个整体装置，设置集成性更好，更轻便，且各部分都是可组装式的，组装和拆卸都非常方便，特别适用于野外作业。
附图说明
附图1为本发明的结构示意图；
附图2为附图1的俯视结构示意图；
附图3为附图1的局部放大示意图；
附图4为充气仓的结构示意图；
附图5为附图4的俯视结构示意图；
附图6为钢杆松紧箍的结构示意图；
附图7为压膜环条的结构示意图；
附图标记：1-充气仓，101-置膜凹槽，102-钢杆定位环，103-进气仓预留孔，104-气压表预留孔，105-抽气筒预留孔，106-钢杆松紧箍手柄活动窗，2-限位小钢杆，3-钢杆松紧箍，301-松紧箍活动手柄，4-打气筒，5-抽气筒，6-进气仓，7-流量计，8-气压计，9-弹性测试膜，10-压膜环条，11-紧固压块。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明，但并不作为对本发明限制的依据。
本发明的实施例：一种快速获取粗粒土密度的现场试验方法，包括有以下步骤：
A、按试验检测规程选择具有代表性的试验点，并清除试验点表面的浮土；
B、开挖前将充气仓1清空：将充气仓1的打气筒4压到最低状态，用抽气筒5将充气仓1中的气体排空至弹性测试膜9紧贴充气仓1顶盖为止，并通过充气仓1上的气压计8记录充气仓1内的气压记为；
接着进行开挖试坑前的检测步骤：
C、将充气仓1放置在试验点处，并使充气仓1底部与试验点地面接触；
D、采用打气筒4打气，直至充气仓1压力大于外部大气压时停止打气，通常为1.1atm，约为110kPa，并记录下充气仓1内此时的气压记为P1，以及此时充气仓1上的流量计7读数记为。也可试具体情况而定此充分终止压力，但是应保证不能使试验装置上抬。
E、在充气仓1触地外围做标记圈后，将充气仓1取走；
F、重复步骤B的动作，将充气仓1内部气体清空，将打气筒4压到最低状态，用抽气筒5将充气仓1中的气体排空，直至气压计8检测到气压为为止；
接着进行试坑开挖步骤：
G、用与灌水、灌沙法相同的开挖方法，开挖出试坑，试坑平面范围应略小于步骤E标记圈的范围，试坑尺寸严格按照规范规程执行，开挖出粗料土的质量记为，并取部分代表性填料采用烘干法或酒精燃烧法测取试坑填料的含水量；
最后进行开挖后的检测步骤：
H、将充气仓1放回标记圈，并使充气仓1底面与地面接触，采用打气筒4向充气仓1内打气，直至充气仓1内气压达到时，记录此时流量计7的流量读数记为，打气过程中当气压接近时，放慢打气速度，将气压提高至标准值时，记录流量计的读数；
J、然后通过下式即可得到粗粒土的湿密度和干密度：
湿密度：；
干密度：。
步骤C中，当试验点表面凹凸不平时，在充气仓1上环向设置720根限位小钢杆2，并保证限位小钢杆2可以自由滑动，将充气仓1放置在试验点处以后，确保每根限位小钢杆2均与地面接触后，再通过钢杆松紧箍3将所有限位小钢杆2锁紧固定住，并保持其状态不变直至整个试验过程结束。 通过限位小钢杆2可以确保不管地面是否平整，充气仓1的底部都能够与地面保持接触。这样就降低了试验过程中对试坑的要求。
一种快速获取粗粒土密度的现场试验方法所用的装置，如附图1-7所示，包括有1个U形结构的充气仓1，充气仓1的顶板下方设有弹性测试膜9，弹性测试膜9的头端固定在内侧壁上，这样弹性测试膜9与充气仓1的顶板以及侧壁之间就形成了1个封闭的腔体。该弹性测试膜9采用特制橡皮制成，作为隔离体，弹性测试膜9弹性较好，具备一定韧性，可以防止被填料坑中的块石刺破。在充气仓1的顶板上设有进气仓预留孔103、气压表预留孔104以及抽气筒预留孔105，其中进气仓预留孔103用于安装进气仓6，气压表预留孔104用于安装气压计8，抽气筒预留孔105用于安装抽气筒5。进气仓6处设有流量计7，进气仓6上方设有打气筒4。
使用过程中，采用气体取代传统灌水、灌沙法中的水、沙作为灌注物质，避免来回搬运。通过打气筒4可将气体注入进气仓6中，然后再进入到弹性测试膜9与充气仓1之间形成的储气空间中，当充气仓1下方为试坑时，在气体作用下，弹性测试膜9由于储气空间充气向外膨胀逐渐与试坑的表面接触并贴合。而气体的注入量通过流量计7即可精确计量。在充气仓1的顶部设置气压计8，适时记录充气仓1压力，当充气仓1压力达到外面大气压+弹性测试膜9标定内压后停止，若气压超标，可通过抽气筒5抽气。
外侧壁环向设有2层以上的环形钢杆定位环102，环形钢杆定位环102上环向密布有720个小孔，上下两个环向钢杆定位环102的小孔必须上下对齐，孔径比限位小钢杆2的直径略大即可。每个小孔中设有1根限位小钢杆2，限位小钢杆2外侧的环形钢杆定位环102之间设有钢杆松紧箍3。设有2层以上的环形钢杆定位环102可以保证限位小钢杆2不论何时都能够处于竖直状态，即便是弹性测试膜9向外膨胀与限位小钢杆2接触，也不会使得限位小钢杆2向外偏转。当试坑表面凹凸不平的时候，若不设置有限位小钢杆2，则充气仓1的底面与地面之间就无法完全贴合，试验过程中就难以观察充气仓1是否有上抬。而设置有限位小钢杆2，由于每根限位小钢杆2都可以自由移动，故可以保证其均能够与地面接触。限位小钢杆2与试坑的地面接触后，通过钢杆松紧箍3将限位小钢杆2状态锁紧固定。试验过程中采用开挖前后两次测定的体积相减即可得到试坑的净体积。
所述钢杆松紧箍3上设有松紧箍活动手柄301，松紧箍活动手柄301位于环形钢杆定位环102的钢杆松紧箍手柄活动窗106处。通过扳动松紧箍活动手柄301即可使得钢杆松紧箍3锁紧或松开。
所述充气仓1内侧壁环向设有置膜凹槽101，弹性测试膜9头端卡入置膜凹槽101后，在置膜凹槽101中压入压膜环条10。对弹性测试膜9进行固定，充气过程中可以防止弹性测试膜9受内压作用被拉出。
所述压膜环条10上方的充气仓1内侧壁上设有紧固压块11，紧固压块11盖住压膜环条10。可以进一步固定住弹性测试膜9。紧固压块11设置数量为12块，每30弧度设置有1块。
每块紧固压块11通过上下两个螺钉固定在充气仓1的内侧壁上。
所述压膜环条10设置数量为4条，每条压膜环条10弧度为89度。相邻2条压膜环条10之间相差1度，方便插入工具将压膜环条10撬出。
所述充气仓1与抽气筒5和进气仓6之间为螺纹连接，进气仓6与打气筒4之间为螺纹连接。相互螺纹连接时用防水胶带密封后再进行连接，避免漏气。