一种岩土最大干密度和承载比的联合测定装置及方法

本发明属于岩土工程，涉及一种岩土最大干密度和承载比的测定装置及方法。

背景技术：

1、岩土的最大干密度和承载比是施工质量控制中的关键参数。采用标准击实仪和材料强度测试仪是压密土料与获得土料承载比的一种可靠的方法，目前的测量方法是采用标准击实仪和路面材料强度测试仪测量，如果要同时获取这两个参数则需要分别做实验，导致一些相似的试验步骤需要重复进行，效率不高；不同试验需要的两套不同的试验器材也占据大量存放空间；标准击实仪在使用标准击实仪夯击土料时，存在试验岩土用量大、速度慢、击锤的锤迹分布不均、脱模困难、试件取芯及击实过程排水不当导致的含水率误差并破坏试件等问题；传统的贯入装置需要繁琐的操作步骤，存在贯入试验过程中贯入速度不方便控制，容易导致数据不规范的问题。同时，击实、承载比试验还需电量提供动力，在停电时无法进行击实试验。

技术实现思路

1、为了解决上述问题，本发明提供一种岩土最大干密度和承载比的联合测定装置，使空间分布上有明显冲突的两个不同试验装置集成在一台设备上，能获得岩土的最大干密度和承载比，在保证试验准确性的基础上节约了试验过程中切换仪器的时间，简化了试验步骤，提高了试验效率，具有造价低、体积小、稳定性高的优点。

2、本发明的另一目的是，一种岩土最大干密度和承载比的联合测定方法。

3、本发明所采用的技术方案是，提供一种岩土最大干密度和承载比的测定装置，包括击实系统和贯入系统；

4、所述击实系统包括击实筒，击实筒内的试样顶部放置有定位套筒，定位套筒的上方设有限位板，定位套筒内部设有相切的多个纵向的定位通道，定位套筒的上方设有转动盘，转动盘的底部通过击杆安装有多个击锤，击杆贯穿限位板，击锤与定位通道相匹配；转动盘的顶部通过钢丝绳与杠杆的受力端连接；

5、所述贯入系统包括贯入装置，贯入装置包括贯入杆，贯入杆的外部安装有外壳，外壳的内壁对侧设有两个纵向的卡槽，贯入杆的顶部设有沿径向延伸的横梁，横梁端部与卡槽滑动连接，贯入杆外壁设有螺纹，水平的锥齿轮与贯入杆螺纹连接，水平锥齿轮与竖向锥齿轮啮合，竖向锥齿轮与摇盘连接，外壳与击实系统的底座固定连接。

6、进一步的，所述定位通道有七个，一个位于中心，其余六个均匀分布于中心的定位通道周围；每个击锤通过对应的击杆与转动盘连接，击锤的数量为四个，中心一个，周围均匀分布三个；限位板与定位套筒的横截面形状匹配，限位板通过底部的可拆卸的连接柱与定位套筒固定连接，限位板的中心设有中心孔，中心的击杆贯穿中心孔；限位板上与外侧的击杆旋转运动的圆周对应的位置设有旋转孔，外侧的击杆贯穿旋转孔，转动盘每转动一次，外侧的击杆对应的定位通道随之变化。

7、进一步的，所述击锤有两套，一套为轻型击锤，另一套为重型击锤。

8、进一步的，所述击实筒包括多层，每层均为空心圆柱体，由两个具有s形接口的半月钢板拼接而成；击实筒的最下层内放置垫块，最上面的击实筒上表面对齐放置有余土筒。

9、进一步的，所述击实筒的最下层的顶面和底面均设置有凸起，底座的正中心处设置有用于放置垫块的凹槽，还设置有内高外低的环形斜面，与凸起相匹配；并在环形斜面外周设置出水沟，渗出水盘放置于底座的出水沟处，出水沟用于引导击实过程中渗出的水分流入渗出水盘。

10、进一步的，所述贯入杆的下端安装有探针，探针与压力表信号连接，用于探测贯入荷载并通过压力表显示，压力表安装于外壳上部。

11、进一步的，所述击实筒安装于铁架台上，铁架台包括稳定架，稳定架通过螺丝钉与每层击实筒连接固定；所述外壳的两侧设有竖杆，竖杆的下端通过连接套筒与稳定架连接；两个水平的固定杆通过弧形夹持部将外壳稳定夹持，固定杆远离外壳的一端为螺纹杆，螺纹杆穿过竖杆，伸出竖杆的螺纹杆上安装有调节螺母，调节两个固定杆的位置。

12、一种岩土最大干密度和承载比的联合测定方法，包括以下步骤：

13、s1：取若干岩土试料风干至恒重，测试风干后岩土试料的含水率；随后将风干后的岩土试料分别喷洒不同含量的水分，包括高于、低于塑限含水率岩土试料；

14、s2：在杠杆的施力端施加相应重量砝码，将击锤提升至限位板限制的高度位置；将s2中处理好的岩土试料装入击实筒内，再将定位套筒放入至未压实的岩土试料上表面；卸下砝码，击锤沿着定位通道同时落下，完成一次击实；

15、s3：将相应重量的砝码再施加至杠杆的施力端，将击锤提升至限位板限制的初始高度位置，旋转转动盘，调整击锤的位置，位于另外的定位通道正上方，重复完成上述击锤下落过程；

16、s4：将岩土试料击实至与第二层的击实筒顶面水平，即完成第一层岩土试料的击实；重复上述击实过程，完成多层岩土试料击实；

17、s5：在一定击实功下完成岩土试料击实后，从装置内将击实筒及成型试件取出，脱模，量取试样高度h、直径d和质量m，称取渗水盘中水的质量m渗出水，采用探针式含水率传感器测量试件的含水率；计算干密度；

18、s6：重复上述击实和计算步骤，得到多组岩土试料的含水率和干密度；以含水率w为横坐标、干密度ρd为纵坐标，绘制干密度-含水率关系曲线图，曲线中的最高点的横纵坐标即为该岩土试料的最佳含水率和最大干密度；

19、s7：按最佳含水率配置试料，在一定击实功下完成岩土试料击实，将击实筒及成型试件取出，修平试件顶部，称试件的质量m2；

20、s8：取下试件顶部的破残滤纸，换一张完整滤纸，并在上安有调节多孔板，在多孔板上加几块荷载砝码，使试件在泡水膨胀过程中表面尽量平整；测定泡水前试件体积；

21、s9：将试件放入容器中，注水，使水面漫过试件顶部，泡水，倒出顶面的水，静置排水；测定试件膨胀后的体积，计算膨胀量；称量泡水后试件的重量m3，计算试件的湿度和密度的变化；

22、s10：将贯入装置固定在试件上方，对准探针与试件顶面全面接触；旋转摇盘，将测力的压力表指针均调整至整数，并记录起始读数；旋转摇盘使贯入杆以1～1.25mm/min的速度压入试件，同时测记压力表的读数；记录压力表为整读数时的摇盘旋转量，通过摇盘旋转的圈数计算贯入量：l＝lr×r；其中，l为贯入量；lr为摇盘旋转一圈贯入杆的伸缩量，r为摇盘旋转圈数；

23、s11：以单位压力p为横坐标，即贯入荷载；贯入量l为纵坐标，绘制p-l关系曲线；若曲线开始段是凹曲线，则需要修正；修正时在变曲率点引一切线，与纵坐标交于o′点，即为修正后的原点；

24、s12：基于单位压力与标准压力计算材料的承载比cbr。

25、进一步的，所述干密度根据下式计算：

26、

27、其中，ρd为试样的干密度；m为试样的质量；m渗出水为击实过程排出水的质量；w为试样含水率；h为试样高度；d为试样直径。

28、进一步的，所述s5或s7中的击实过程中，包括1-2次的部分击锤下落，即中心的击锤不落，仅外侧三个击锤下落完成击实；或者仅中心的击锤下落完成击实，外侧三个击锤不落。

29、本发明的有益效果是：

30、1.本发明对贯入装置的结构进行改进，与击实的杠杆结构配合形成联合测定装置，使得原本需要用两套不同装置的岩土样最大干密度和承载比的测定试验能在同一台仪器上完成，在保证试验准确性的基础上简化了试验步骤，节约了试验过程中切换仪器的时间、人力成本和试验结束后仪器存放的空间，提高了试验效率。

31、2.本发明通过杠杆方式，仅通过重力击实，无其他作用力干扰，快速下落；再结合定位通道、转动盘及击锤的特定位置、组合，准确导向击锤的路径，让击实功更准确、更均匀的施加在试料击实面上，提高了击实均匀性的同时能控制仅部分击锤下落，准确达到规程要求的击实次数，从而更精准的按照规程要求的击实功进行试验，极大程度上提高了试验数据的准确性和击实效率。

32、3.本发明通过称取渗出水盘中的水的质量，后采用干密度计算公式使干密度计算结果更精确，解决了现有方法考虑击实排水过程所带来的陷，更接近实际情况。采用探针式含水率传感器对成型试件的不同高度、不同深度进行测试，最后取平均值作为该试件的含水率，对最佳含水率、最大干密度试件还能进行回弹模量等其它试验，避免取芯造成试件破坏，成本高等问题。

33、4.本发明的试验装置体积小巧，方便携带，操作简单，不需要通电即可进行试验，降低了试验对操作环境的要求。