一种黏土液塑限联合测定方法及测定系统与流程

1.本发明涉及土样检测技术领域，更具体地说，它涉及一种标准含水量的土样制备方法，还涉及一种黏土液塑限联合测定方法，以及液塑限联合测定系统。


背景技术：

2.土的含水率w与标准圆锥下沉深度d实验定律(w-d定律)表述为：土的含水率w(％)与标准圆锥下沉深度d(mm)在土的液塑限区间及其区间内呈线性关系。黏土的含水率w《w
p
时土体为固态，而w》w
l
时则为液态，仅在含水率区w
l
《w《w
p
间遵从w-d定律。地下黏土的液塑限是土建施工地下工程的重要特性指标，对于准确测定获得黏土的液塑限指标意义重大。
3.对土样的液限、塑限测定过程中，通常采用液塑限联合测定法测定，用光电式液限、塑限联合测定仪测定土样在三种不同含水率时的圆锥入土深度，在双对数坐标纸上绘成圆锥入土深度与含水率的关系直线。根据试验方法标准，在直线上查得圆锥入土深度的对应值，对应值处的含水率即为土样的液限、塑限。
4.测定试验过程中，一般采用天然含水率的土样进行，或风干土制备土样进行检测；试验前需要提前对土样进行润湿，对土样进行一定含水率的配置；而后才能够对土样进行后续的装填以及落锥试验；最后，需要再次对土样进行长时间的烘干，待充分干燥后再次对土样进行沉重，测算出土样的含水率。
5.在试验过程中，对土样的含水率的控制较为困难，并且在前期后续均需要人为对土样的含水率进行调配，试验步骤繁琐，耗时较长，影响试验效率，尤其是对于规模化试验而言，其耗时更甚；且操作过程中，人为因素的干扰度将增大，也将影响试验检测的准确性。
6.而且在对土样进行混合搅拌过程中，土样被持续暴露在空气环境当中，随着混合动作，土样当中的水分将蒸发，使得土样当中的含水率产生变化，对于所需含水率的测定将产生一定的误差，影响后续试验的精度和准确性。
7.尤其对于黏土土样而言，其含砂粒很少，具有较强的黏性，土样内部颗粒粘结紧密，在搅拌混合搅拌过程中，水分不容易从中通过，导致难以将黏土土样与水均匀混合。采用搅拌设备进行辅助混合过程中，由于黏土的特性，土样将粘附在搅拌设备的内周壁以及搅拌桨叶上，导致混合效率低下，而且无法达到有效均匀混合的效果。
8.因此需要提出一种新的方案来解决这个问题。


技术实现要素：

9.本发明的目的在于解决上述问题而提供一种黏土液塑限联合测定方法。
10.本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：一种标准含水量的土样制备方法，包括步骤如下：
11.s1前期干土准备：将待测土样烘干得到干土土样，将干土土样置于密闭容器内，粉碎过筛，获得的干土储存在密封防潮容器内；
12.s2土样定量兑水：将干土土样装填至柔性的混泥囊内，根据干土土样的装填的质
量以及所需制备土样的含水率，向混泥囊内注入适量的水；将混泥囊开口密封，得到密闭的混泥囊；
13.s3土样泥水均化：对混泥囊进行揉搓，将混泥囊内的泥水混合均匀，得到所需含水率的待测土样。
14.作为优选：在步骤s1的待测土样烘干过程中，先将采集的泥土分隔成为小块，置于烘干装置初步烘干；在土样完全失水硬化前，将土样取出，降温后粉碎，而后置于烘干设备继续烘干至完全失水，得到干土；粉碎过筛过程中，干土土样采用0.5mm孔径的筛网进行过筛处理。
15.作为优选：所述混泥囊为具有柔性的囊状结构，至少具有一个开口；在对混泥囊开口密封过程中，将混泥囊当中多余的气体排出，再采用封口装置对开口密封。
16.作为优选：在步骤s2的装填干土土样过程中，将混泥囊置于电子称上称重，根据电子秤称量的干土土样质量及含水率对兑水量进行定量。
17.作为优选：在步骤s3中，采用和泥装置对混泥囊进行揉搓，所述和泥装置包括可相对上下调节的上压板和下压板，所述上压板和下压板之间形成用于装夹混泥囊的间隙；上压板和下压板之间可相对移动，对混泥囊揉搓。
18.作为优选：在步骤s3中，先采用和泥装置对混泥囊进行揉搓，在揉搓间隙取出混泥囊，在摔打桶内进行摔打，对泥水混匀。
19.本发明还提供一种黏土液塑限联合测定方法，包括步骤如下：
20.1)准备待测土样：采用如权利要求1-6的所述标准含水量的土样制备方法，制备若干份不同含水率的待测土样，且土样的含水率在塑限和液限区间范围内；
21.2)装填待测土样：将待测土样从混泥囊当中挤出，直接置于测量用的盛土杯中，得到泥土样品；
22.3)土样测试：采用液塑限联合测定仪器对泥土样品进行测定，得到不同含水率的土样的w-d数据，绘制黏土的w-d图。
23.作为优选：在步骤2)中，盛土杯内的装填的土样稍凸起于盛土杯上端口平面，在装填完成后，将泥土样品置于振动器上，对土样振实；去除多余泥土，将盛土杯的上表面刮平。
24.本发明还提供一种黏土液塑限联合测定系统，包括：混泥囊，呈用于容纳泥、水的柔性的囊状结构，设置可封闭的开口；封口装置，用于密封混泥囊的开口；计量装置，包括用于称量混泥囊总重量的电子称；和泥装置，用于对混泥囊进行揉搓和泥，包括可相对上下调节的上压板和下压板，所述上压板和下压板之间形成用于装夹混泥囊的间隙；上压板和下压板之间可相对移动，对混泥囊揉搓；以及，液塑限联合测定仪，用于检测泥土样品的w-d点数据。
25.作为优选：所述计量装置还包括液泵，所述液泵用于通过管路向混泥囊当中注水；还包括控制单元，用于根据各泥土样品的w-d点数据绘制泥土样品的w-d图。
26.作为优选：所述控制单元与液塑限联合测定仪耦接，用于记录液塑限联合测定仪，并根据干土质量和含水率控制注水量；所述控制单元与液泵耦接，用于控制液泵定量注水。
27.综上所述，本发明具有以下有益效果：
28.本发明中，干土混水方法通过在密闭空间中完成，采用柔性的混泥囊对混合过程中的土样和水进行密封包覆，混合均化过程处于密闭状态进行，泥水暴露在空气环境中的
时间少，降低了泥、水混合过程中，避免了水分蒸发导致土样含水率不确定的误差问题，避免了混合过程中受环境温湿度影响。
29.采用混泥囊密封包覆的混合方式，能够将土和水限制的一个较小的空间范围之间，通过揉搓的方式，能够使得泥、水充分混合，并且混合过程中混泥囊对于内部的混合物能够产生弹性挤压，进一步对泥、水混合效果的提升。
30.在对干土混水过程中，通过采用称重的方式对干土和兑水的重量能够进行控制，配合后续的混泥囊，能够直接配比混合出准确含水率的土样，提高了土样的检测和配制的准确性。
31.在对黏土液塑限联合测定中，土样仅需采用前期的一次性烘干，并且能够在土样配制过程中，直接准确控制土样的含水率，对于不同点位的含水率的区分效果较好；而且在落锥试验后，无需采用二次烘干的步骤，不同含水率的图样制作周期短，在每一次有效的圆锥下沉深度检测过程中都能迅速获得w-d图线的二维点坐标，能够为及时判断测试结果的可信度提供实时数据，大大提高了工作效率。
32.可通过采用自动的机械设备对土样的揉捻、振动等步骤，进行自动辅助，并通过控制单元的微电脑控制设备运行，能够控制动作过程的幅度、速度以及时间的一致性，克服了由于个人差异、手法差异、力度差异所造成的土样自身泥水均化度和压实度的误差问题。
附图说明
33.图1为本发明一种黏土液塑限联合测定系统的结构示意图；
34.图2为本发明的混泥囊的结构示意图。
35.1、混泥囊；2、开口；3、计量装置；31、电子称；32、液泵；33、漏斗；4、和泥装置；41、上压板；42、下压板；43、间隙；44、电机；45、升降杆；5、液塑限联合测定仪；6、控制单元。
具体实施方式
36.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
37.本实施例公开一种标准含水量的土样制备方法，包括步骤如下：
38.s1前期干土准备：采集待测的泥土，将泥土分隔成小块，而后对泥土烘干；土样烘干过程中，先将土样置入烘干装置初步烘干，在土样完全失水硬化前，将土样取出，降温后粉碎，而后再置于烘干设备继续烘干至完全失水，得到粉碎的干土；
39.将烘干所得的干土土样置于密闭容器内，粉碎，并采用0.5mm孔径的筛网进行过筛处理，获得所需的干土土样；将准备好的干土土样储存在密封防潮容器内备用。
40.s2土样定量兑水：采用混泥囊1对土样进行混合，该混泥囊1为具有柔性的囊状结构，一般具有一个开口2，例如可采用类似气球的橡胶囊结构，具有较好的柔性、韧性，能够便于后续的封口以及揉捻动作。
41.通过漏斗33对混泥囊1内进行填装干土，干土的装填量一般按照试验所需的两倍的量；根据干土土样的装填的质量以及所需制备土样的含水率，向混泥囊1内注入适量的
水；将混泥囊1当中多余的气体排出，再采用封口装置对开口2密封，能够得到密封的混泥囊1。
42.在装填干土土样过程中，将混泥囊1置于计量装置3上进行计量，计量装置3包括具有数显的电子称31以及液泵32；电子称31的数据接口与控制单元6的微电脑连接，能够根据预先存储的记录确定，试验测定的序号以及所需含水率；液泵32则与控制单元6耦接，通过微电脑能够控制液泵32向混泥囊1当中定量注水。
43.混泥囊1置于电子称31上称重，根据电子秤称量的干土土样质量及含水率对兑水量进行定量。微电脑控制自动启动液泵32对混泥囊1内缓慢注水，电子称31实时监测混泥囊1的重量，达到预设值所需水量后系统控制液泵32停止注水，得到准确的含水率配制。
44.s3土样泥水均化：对混泥囊1进行揉搓，将混泥囊1内的泥水混合均匀，得到所需含水率的待测土样。先采用和泥装置4对混泥囊1进行揉搓，在揉搓间隙43取出混泥囊1，在摔打桶内进行摔打，对泥水进一步混匀。
45.该和泥装置4包括可相对上下调节的上压板41和下压板42，所述上压板41和下压板42之间形成用于装夹混泥囊1的间隙43；上压板41和下压板42之间可相对移动，对混泥囊1揉搓。具体地，上压板41通过升降杆45能够进行升降调节，而下压板42的高度确定，能够通过电机44驱动旋转，从而能够在上压板41和下压板42对混泥囊1装夹后，再通过旋转揉搓对混泥囊1内的土样进行揉搓混合。通过采用机械化附着的揉搓，克服了由于个人差异、手法差异、力度差异所造成的土样自身压实度的误差问题。该和泥装置4可采用旋转或者平移等方式进行，能够对混泥囊1进行充分揉捻即可。
46.干土混水方法通过在密闭空间中完成，采用柔性的混泥囊1对混合过程中的土样和水进行密封包覆，混合均化过程处于密闭状态进行，泥水暴露在空气环境中的时间少，降低了泥、水混合过程中，避免了水分蒸发导致土样含水率不确定的误差问题，避免了混合过程中受环境温湿度影响。
47.采用混泥囊1密封包覆的混合方式，能够将土和水限制的一个较小的空间范围之间，通过揉搓的方式，能够使得泥、水充分混合，并且混合过程中混泥囊1对于内部的混合物能够产生弹性挤压，进一步对泥、水混合效果的提升。
48.本实施例公开一种黏土液塑限联合测定方法，包括步骤如下：
49.1)准备待测土样：采用上述实施例中的标准含水量的土样制备方法，制备若干份不同含水率的待测土样，且土样的含水率在塑限和液限区间范围内；
50.2)装填待测土样：将待测土样从混泥囊1当中挤出，直接置于测量用的盛土杯中，得到泥土样品；盛土杯内的装填的土样稍凸起于盛土杯上端口平面，去除多余泥土，将盛土杯的上表面刮平。
51.在装填完成后，将泥土样品置于振动器上，对土样振实；振动器与控制单元6的微电脑耦接，通过微电脑对振动器的针对强度和时间进行控制，从而能够进一步控制土样的一致性，提高试验测定的精度。
52.3)土样测试：采用液塑限联合测定仪5器对泥土样品进行测定，将盛土杯置放于检测仪的凸台上，杯口中心区域对着锥形落锤的锥尖，手动粗调凸台高度后，按下凸台微量自动升降启动按钮，系统检测到锥尖部与样土表面接触后，停止凸台上升，系统自动记忆落锤轴向初始位置。
53.按下落锤释放按钮，控制单元6的微电脑系统自动记录当前含水率(w)土样的针入度(d)，显示屏生成(w-d)线的第一个点；重复测定不同含水率的泥样(w-d)点数据，直至绘制完成该黏土的(w-d)图，完成液塑限联合测定试验；控制单元6的微电脑系统还可以与网络连接，从而能够将检测数据上传，方便信息的查看和传递。
54.在对黏土液塑限联合测定中，土样仅需采用前期的一次性烘干，并且能够在土样配制过程中，直接准确控制土样的含水率，对于不同点位的含水率的区分效果较好；而且在落锥试验后，无需采用二次烘干的步骤，不同含水率的图样制作周期短，在每一次有效的圆锥下沉深度检测过程中都能迅速获得w-d图线的二维点坐标，能够为及时判断测试结果的可信度提供实时数据，大大提高了工作效率。
55.本实施例公开一种黏土液塑限联合测定系统，如图1、2所示，该系统适用于上述实施例中的黏土液塑限联合测定方法，包括混泥囊1，封口装置，计量装置3，和泥装置4以及液塑限联合测定仪5；
56.其中，混泥囊1为具有开口2的囊状物，其类似于气球状，可采用具有柔性的橡胶材料支撑，具有良好的弹性和柔性，能够容纳泥、水混合物，并能够在封口后进行揉搓，对土样进行均匀混合。
57.封口装置则可采用热压封口设备，能够对混泥囊1的开口2进行密封，将混泥囊1形成密闭的空间。
58.计量装置3包括用于称量混泥囊1总重量的电子称31，从而对混泥囊1装填过程中的总重量进行检测，以测算土样的含水率；计量装置3还可包括液泵32，液泵32能够通过管路向混泥囊1当中注水。
59.和泥装置4能够对混泥囊1进行揉搓和泥，包括可相对上下调节的上压板41和下压板42，所述上压板41和下压板42之间形成用于装夹混泥囊1的间隙43；上压板41和下压板42之间可相对移动，对混泥囊1揉搓。具体地，上压板41通过升降杆45能够进行升降调节，而下压板42的高度确定，能够通过电机44驱动旋转，从而能够在上压板41和下压板42对混泥囊1装夹后，再通过旋转揉搓对混泥囊1内的土样进行揉搓混合。通过采用机械化附着的揉搓，克服了由于个人差异、手法差异、力度差异所造成的土样自身压实度的误差问题。
60.液塑限联合测定仪5能够对土样进行测定，测定处泥土样品的w-d点数据；控制单元6能够对各装置耦接控制，控制单元6的微电脑系统与液泵32耦接，能够控制液泵32定量注水，从而对泥水配置过程中的泥、水比例进行配比；并且能够记录液塑限联合测定仪5测定的各各泥土样品的w-d点数据，根据各组数据自动绘制泥土样品的w-d图。
61.以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。