一种土的分散性针孔试验成孔装置的制作方法

本发明涉及一种试验仪器装置，主要用于改进土的分散性针孔试验中针孔成型方法，以使得进行分散性针孔试验时，针孔中心位于土样中心，保证针孔孔径(1mm)符合要求，从而提高鉴别分散性土的的可靠性。

背景技术：

分散性土被水冲蚀破坏是复杂的物理化学和力学过程，具有快速、隐蔽的特点，常造成坝(堤)基、坝(堤)身等失稳，现有规程规范均对分散性土的使用进行限制，《DL/T 5388-2007水电水利工程天然建筑材料勘察规程》要求作为心墙防渗的土料不应具有分散性，因此，对土的分散性鉴定是非常有必要的。

根据渗流理论，当水流流经土壤孔隙时，能将其动能传输给土壤颗粒，从而使土壤颗粒发生分散。针孔试验通过模拟在一定的水压力作用下，测定流经土壤孔隙的水流流量、颜色和孔隙尺寸的变化，反映土壤颗粒所具有承受水流的冲蚀能力。针孔试验直观模拟了土体中的孔隙在渗透水流作用下所具有的冲蚀能力，在土的分散性鉴定试验中，被《DL/T 5388-2007水电水利工程天然建筑材料勘察规程》认为“以针孔试验鉴定土的抗冲蚀能力的直接方法较为可靠”，同时也是分散性土其他鉴定方法最直接和可靠的验证。

针孔试验是在特制的试验装置中，将呈圆柱形的试样中心穿一直径为1.0mm的轴向细孔(针孔)，然后用水进行渗流试验，在不同水压力(水头)下观察针孔受水流冲蚀的情况、水流流量和颜色，据此来判断土的分散性，其试验装置见附图1所示。

现有的针孔试验按如下步骤实施：

①将土样过2mm筛，去掉砾石和粗砂，按试验要求配制土样的含水率；

②将针孔试验的圆筒放在制样底座上，用击锤分5次将土样均匀击实至试验要求密度，击实后试样总高度为38.1mm；

③用拇指把小椎体压入试样顶部，用1.0mm钢丝或皮下注射针头小心通过小椎体穿孔，直到穿透为止；

④拨掉硬钢丝或皮下注射针头。拨掉过程中，应当旋转4～5次。使针孔干净、畅通；

⑤按图1装配仪器并放在水平稳定的操作台上，连接进水管，在50mm、180mm、380mm、1020mm水头下，用秒表和量筒连续测量通过针孔的流量和时间，通过测试和顶视观察量筒中水的颜色；

⑥试验结束后，拆卸仪器，取出土样，切开试验检查针孔大小，与穿孔所用的钢丝或皮下注射针头比较，大致测定孔洞尺寸；

⑦试验成果整理，做出土的针孔试验分散性判定。

对步骤②、③、④，在将小椎体压入试样顶部后，硬钢丝或皮下注射针头不易通过椎体穿透试样，造成人为的试验误差甚至对土的分散性的误判，体现在：

a.孔的中心线偏离，实际水头与试验水头不一致；

b.硬钢丝或皮下注射针头在拨掉过程中旋转4～5次，初始孔径不易准确确定；

c.针孔试验圆筒尺寸小，使用硬钢丝或注射针头穿透试样时操作困难。

公告号为CN103398931B的中国专利(公告日2016.02.10)公开了一种粘土分散性测试装置和粘土分散性测试方法，其中提到了采用可拆卸式土样筒，在试验结束后可拆下筒箍，土样筒容易打开，能够完整取出试件，可准确测定试件通孔的直径。该专利是从土样筒的取样方式上改进实验技术，但没能解决上述提到的a，b，c三个问题。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是：提供一种土分散性针孔试验成孔装置，改进针孔试验的试样制备方法，使得穿孔容易、针孔试验试样的穿孔中心线与试验中心线一致、针孔孔径测量准确可靠，从而提高针孔试验的准确度及分散性土判定的可靠性。

本发明的技术方案如下：一种土的分散性针孔试验成孔装置，包括阶梯形圆柱制样底座，制样底座中心竖直连接有一根钢丝，制样底座的台阶上放置有制样筒，带中孔击锤穿过钢丝并置于制样筒中。由于钢丝与制样底座的连接为固定连接，因此只要钢丝还保持竖直(或者说垂直于制样底座的端面)，那么穿孔的中心线就不会发生偏离，从而能够确保实际水头与设计水头一致。由于制样完成后是直接拔出，无需多次旋转，容易确定初始孔径。由于钢丝与制样底座固定连接，整个操作过程只是击打击锤，改变了用力方式，无需像使用硬钢丝或注射针头那样旋转推进，省力省时。

所述带中孔击锤为分体可拆卸结构，包括被过中孔轴线的平面等分的左侧部和右侧部，左侧部和右侧部的结合面上分别设置有对应的凸起和凹槽。这样一来，带中孔的击锤为可拆卸为两部分，在制样完成后用常规铅丝穿插清洗即可防止堵塞中孔。

左侧部和右侧部通过对应的凸起和凹槽组合在一起，拆开时，又可以利用凸起和凹槽与矫正板配合，逐步矫正发生变形弯曲的钢丝。

所述钢丝的长度长于制样筒和带中孔击锤。

所述带中孔击锤的中孔孔径大于钢丝的外径。

本发明在制样底座中心部位预制一根高强钢丝，直径与针孔直径相同，长度比试验制样筒及带中孔击锤略长；在击锤的中心部位穿一比钢丝直径略大的孔；将制样筒套上底座，倒入土料，将击锤套入高强钢丝，沿着钢丝重复提升击锤并让其自由下落，即可将土料击实。土样需试验完成后才从制样筒(即试验筒)中推出，因此附着在筒壁的土对试验无影响。

本发明在制样底座上设置了一根高强钢丝，该钢丝的直径即等于试验中土料需要穿孔的直径，并在击锤中间穿比钢丝直径略大的孔。在制样过程中即完成了穿孔过程，制样完毕后拔出底座，成孔完成，这就不需要传统的注射器针头穿孔，避免了传统穿孔过程中水流不畅或孔径不一致、孔的中心线偏移等弊端。应用该装置穿出的孔直接通过试样中心，成孔方便，孔壁平滑，且避免了注射器穿孔对试样的扰动。

附图说明

图1为针孔试验装置示意图；

图2为本发明的试验制样示意图；

图3为本发明的试样击锤；

图4为本发明的制样底座；

图5为本发明的分体式带中孔击锤结构示意图；

图6为带中孔击锤和矫正板的组合示意图；

图7为带中孔击锤的右侧部和矫正板的工作状态图。

具体实施方式

如图2～4所示，一种土的分散性针孔试验成孔装置，包括阶梯形圆柱制样底座1，制样底座1中心竖直连接有一根高强度钢丝2，制样底座1的台阶上放置有制样筒3，带中孔击锤4穿过钢丝2并置于制样筒3中。钢丝2的长度长于制样筒3和带中孔击锤4。带中孔击锤4的中孔6孔径大于钢丝2的外径。制样时，将制样筒3套上制样底座1，倒入土料5，将带中孔击锤4套入高强钢丝2，沿着钢丝2提升带中孔击锤4并让其自由下落，即可将土料5击实。

如图5所示，带中孔击锤4为分体可拆卸结构，包括被过中孔轴线的平面等分的左侧部4-1和右侧部4-2，左侧部4-1和右侧部4-2的结合面上分别设置有对应的凸起和凹槽。

如图6和图7所示，为防止多次制样后钢丝2偏心或弯曲，增加一套钢丝2的矫直装置，见附图6，矫直装置为一表面带槽且具有与左侧部4-1或右侧部4-2结合面凸起及凹槽匹配的凸起及凹槽的钢板，槽的直径大于等于钢丝2直径，钢板长度长于左侧部4-1或右侧部4-2，如图7，制样开始前(后)，将矫正钢板与左侧部4-1或右侧部4-2沿凸起和凹槽拼合，将制样底座1的钢丝2沿矫正钢板长出右侧部4-2的一端穿入孔中，再用铁锤慢慢调直，使其通过开有中孔的右侧部。