一种基于水压差的砂土级配现场测量设备及其使用方法

本发明涉及土木工程试验领域，尤其涉及一种基于水压差的砂土级配现场测量设备及其使用方法。

背景技术：

1、砂的颗粒级配是指砂中不同粒径颗粒的搭配情况，作为混凝土细骨料，使用良好级配的砂可以提高混凝土的和易性、密实度和强度，测定砂的级配在土木工程领域具有重大意义。

2、传统的测定砂的级配方法主要是筛分法，是让试样通过一系列不同筛孔的标准筛，将其分离成若干个粒级，分别称重，求得以质量百分数表示的粒径分布。然而该方法在筛分时的振荡会使部分颗粒破损并产生较多的粉尘，并且振荡筛分过程中产生的噪音较大、操作繁琐、费时费力、测定精度也较低。

技术实现思路

1、针对上述技术的不足，本发明的目的在于提供一种基于水压差的砂土级配现场测量设备及其使用方法，能够解决传统砂石筛分法噪音大、操作繁琐、费时费力且精度较低等问题，实现在施工现场快速精确地测定砂的级配，具有操作简便、精度高、成本低等优点。

2、为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

3、一种基于水压差的砂土级配现场测量设备，包括移动小车和移动小车上设置的检测机构，所述检测机构包括垂直设置于移动小车上的沉积柱和感应计算机构；所述沉积柱为上端开口的中空长柱体结构；所述感应计算机构包括流体压力传感器一、流体压力传感器二和设置于移动小车上端一侧的电脑；所述流体压力传感器一设置于沉积柱一侧下端的侧壁上，所述流体压力传感器二设置于流体压力传感器一正下方的沉积柱侧壁上，且所述流体压力传感器一和流体压力传感器二分别与计时器一和计时器二相连接，所述流体压力传感器一、流体压力传感器二、计时器一和计时器二均与电脑进行信号连接。

4、优选的，所述沉积柱位于流体压力传感器一上端的侧壁和与该侧壁相对的沉积柱侧壁上均设置有便于观察砂土沉积状态的透视窗。

5、优选的，所述移动小车上固定设置有四个呈阵列排布的固定角钢，所述四个固定角钢之间形成的空间与沉积柱相适配，所述沉积柱下端插接入四个固定角钢之间进行活动安装。

6、优选的，所述固定角钢均通过倾斜设置的支撑柱与移动小车之间进行加固，且相邻的两个支撑柱之间采用横向加强筋进行连接。

7、优选的，所述移动小车上端前侧的两个固定角钢上端设置有u型架，所述u型架两端分别与固定角钢顶部相固定，且移动小车上端后侧的两个固定角钢也对称设置有u型架。

8、优选的，所述移动小车上设置放置支架，所述电脑和计时器一、计时器二均设置于放置支架上，且所述移动小车上还设置有给电脑进行供电的供电机构。

9、基于水压差的砂土级配现场测量设备的使用方法包括以下步骤：

10、s1、将沉积柱安装于移动小车上，从上端开口处向沉积柱中注水，在注水后将需要检测的砂从上端引入沉积柱中，根据沉积原理，颗粒在水中的沉降速度跟粒径成正比，通过沉积柱实现对砂颗粒的大小分离；

11、s2、砂在沉积柱中沉积的过程中，由流体压力传感器一、流体压力传感器二和计时器一、计时器二测得两流体压力传感器高度处的实时水压并将测量数据传输至电脑；

12、s3、采用上述所测得的实时数据绘制两流体压力传感器高度处水压与时间的曲线关系图，通过预先测定的砂的比重gs计算砂的体积vs和砂的质量ws以及某一时刻两个流体压力传感器区间△z内砂的体积vs*(t)和某一时刻两个流体压力传感器区间△z内砂的质量ws*(t)；

13、s4、通过上述计算结果计算得到某一时刻两个流体压力传感器区间内砂的百分含量fs关于时间t的曲线关系图；

14、s5、计算流体压力传感器一处的颗粒到达流体压力传感器二处时流体压力传感器二处产生的水压差并根据步骤s3所绘制的水压与时间的曲线关系图得到该过程所需的时间△t；

15、s6、根据斯托克斯定律导出两个流体压力传感器区间内砂的平均粒径ds关于△t的公式；

16、s7、将步骤s4所得某一时刻两个流体压力传感器区间内砂的百分含量fs关于时间t的曲线图的横坐标时间t转换为步骤s6所得流体压力传感器区间内砂的平均粒径ds，所得fs与ds的曲线关系图即为不同粒径砂的含量占比图，将其转换为砂的级配曲线从而得到砂的级配。

17、与现有技术相比，本发明提供了一种基于水压差的砂土级配现场测量设备及其使用方法，具备以下有益效果：

18、通过沉积柱的设置能够根据沉积原理使砂按大小分离，并且整个设备便于移动，能够根据现场环境进行安装和移动，提升测定的便捷性，相较于传统的筛分法能有效减少测定时的噪音产生，并且可以避免产生粉尘，提升测定过程中操作的简便性和安全性，同时通过传感器和计时器检测实时水压，电脑计算绘图提升整个测定的精度，提升实际使用的精确性。

技术特征：

1.一种基于水压差的砂土级配现场测量设备，包括移动小车(4)和移动小车(4)上设置的检测机构，其特征在于：所述检测机构包括垂直设置于移动小车(4)上的沉积柱(1)和感应计算机构；

2.根据权利要求1所述的一种基于水压差的砂土级配现场测量设备，其特征在于：所述沉积柱(1)位于流体压力传感器一(2)上端的侧壁和与该侧壁相对的沉积柱(1)侧壁上均设置有便于观察砂土沉积状态的透视窗(101)。

3.根据权利要求1所述的一种基于水压差的砂土级配现场测量设备，其特征在于：所述移动小车(4)上固定设置有四个呈阵列排布的固定角钢(401)，所述四个固定角钢(401)之间形成的空间与沉积柱(1)相适配，所述沉积柱(1)下端插接入四个固定角钢(401)之间进行活动安装。

4.根据权利要求3所述的一种基于水压差的砂土级配现场测量设备，其特征在于：所述固定角钢(401)均通过倾斜设置的支撑柱(403)与移动小车(4)之间进行加固，且相邻的两个支撑柱(403)之间采用横向加强筋进行连接。

5.根据权利要求3所述的一种基于水压差的砂土级配现场测量设备，其特征在于：所述移动小车(4)上端前侧的两个固定角钢(401)上端设置有u型架(402)，所述u型架(402)两端分别与固定角钢(401)顶部相固定，且移动小车(4)上端后侧的两个固定角钢(401)也对称设置有u型架(402)。

6.根据权利要求1所述的一种基于水压差的砂土级配现场测量设备，其特征在于：所述移动小车(4)上设置放置支架，所述电脑(7)和计时器一(5)、计时器二(6)均设置于放置支架上，且所述移动小车(4)上还设置有给电脑(7)进行供电的供电机构(8)。

7.一种如权利要求1-6任一所述的基于水压差的砂土级配现场测量设备的使用方法，其特征在于，所述使用方法包括以下步骤：

技术总结
本发明公开了一种基于水压差的砂土级配现场测量设备及其使用方法，涉及土木工程试验领域。包括移动小车和移动小车上设置的检测机构，所述检测机构包括垂直设置于移动小车上的沉积柱和感应计算机构；所述感应计算机构包括流体压力传感器一、流体压力传感器二和设置于移动小车上端一侧的电脑；所述流体压力传感器一和流体压力传感器二分别与计时器一和计时器二相连接，并与电脑进行信号连接。本发明克服了现有技术的不足，采用本发明装置能够在施工现场快速精确地测定砂的级配，具有操作简便、精度高、成本低等优点。

技术研发人员：高琳,向珂良,苗雨,刘华北,王栋
受保护的技术使用者：华中科技大学
技术研发日：
技术公布日：2024/3/24