[发明专利]裂隙土体的体积测量方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及岩土工程测量技术领域，尤其涉及一种测量裂隙土体积的测量方法，同时还涉及一种测量裂隙土体积的测量装置。

背景技术

土的试样密度的测定可以了解土体结构的密实程度，同时也是计算挡土墙土压力，人工和天然斜坡稳定的设计与核算，基础承载力和沉降量的计算以及路基路面施工时压实程度控制的必不可少的指标。密度试验测定方法的核心是土样的体积测定。

最初的体积测量方法是对试样尺寸利用游标卡尺或是千分尺直接测量，该方法虽然简单，但受测量装置精度以及人工操作影响，试验结果精度较差，而且土样的形状结构不同，该方法无法测量不规则土样的体积。土工试验中多是采用环刀法或是直接将土样加工成固定尺寸，即预先设定土样的体积。土工试验方法标准（GBT50123-1999）提到对于不规则的硬土可以采用蜡封法测量土样的体积，它是将土样称重后放入刚过熔点的蜡液中，当土样完全被包裹，取出称其在空气及水中的质量，从而计算试样体积。该方法可以测量不规则土样，但当需要批量称取多个土样体积时，需重复加热蜡液，同时，为了避免蜡封试样内气泡产生，需一次徐徐涂蜡方法，过程繁琐。中国专利申请号：201120408775.4，发明名称：非规则物体体积测量装置。该实用新型运用阿基米德原理，利用排液法测量不规则物体的体积，以及浮在水面上物体的体积。该装置结构简单，操作便捷，测量精度高，但利用该法测量时需将土样浸于水中，不适用于土样体积的测量。

土在天然沉积环境、气候以及人工作用影响下，容易形成具有不同程度的孔隙、裂隙、虫孔的土体结构，从材料学上讲土是一种多孔介质，而现有方法无法对土体的真实体积量测，必然导致土的物理力学指标的失真。鉴于利用阿基米德原理，利用浮力法测量物体体积的成功经验，一些研究者尝试采用不同液体用来测量具有微裂隙土样，如水银，甲苯，芳香族化合物Kerdane等，但这些液体物质均有一定的毒性，试验过程中必须采取严格的安全措施。

发明内容

本发明的目的是在于提出一种测量裂隙土体积的测量方法，方法易行，操作简便,测量裂隙土样体积测量精确度较高。

本发明的另一个目的是在于提供了一种测量裂隙土体积的测量装置，实验材料造价低，便于制作，可多次使用。

为了实现上述的目的,本发明采用以下技术措施:

本发明的基本原理是：根据阿基米德定律，物体侵没在液体中的体积与其所受浮力成正比，通过所受浮力作用的质量的测量转化为体积的测量。本发明采用的液体为非侵润性的液体石蜡。

本发明中使用的装置有精度为0.001g的电子天平、400ml的烧杯、液体石蜡、铁丝网、铜丝以及一个辅助装置。其中，辅助装置由固定支座、水平支杆、竖直支杆、水平伸缩阀、竖直伸缩阀构成，水平支杆一端绑接铜丝，水平支杆与竖直支杆带伸缩功能，可通过水平伸缩阀与竖直伸缩阀调节辅助装置的水平伸缩距离与高度。

一种测量裂隙土体积的测量方法，其步骤是:

（1）取圆形面积为150cm²的铁丝网，在其边缘对称绑接四根等长度铜丝，铜丝长度10cm。取容量为400ml的烧杯，倒入约300ml的液体石蜡，将装有液体石蜡的烧杯放在天平托盘上。将四根铜丝绑接在水平支杆上。

（2）用精度0.001的天平称取试验土样质量m₂。

（3）调节水平伸缩阀与竖直伸缩阀使铁丝网完全浸没液体石蜡中，读取天平度数，记录此时烧杯、液体石蜡、铁丝网以及铜丝的整体质量m₄。

（4）调节竖直伸缩阀使辅助装置提升，将土样放在铁丝网上，调节竖直伸缩阀使辅助装置下降，使土样与铁丝网完全浸没液体石蜡中，待土样表面无气泡产生时，读取天平度数，记录此时烧杯、液体石蜡、铁丝网、铜丝以及土样的整体质量m₅。

采用本方法时，所述的测量的控制室温为20℃~25℃。当测量较大土样时，可适当增大烧杯容量以及液体石蜡用量，或是将其切割成多个小土样分别测量求和的方法。当利用本发明方法测量多个土样体积时，每次试验完毕用吸水纸擦干铁丝网与铜丝，进行下一个土样体积测量时，应重复上述步骤（2）、（3）、（4）各一次。

测试土样的体积根据下式计算：