(19)中华人民共和国国家知识产权局
(12)发明专利申请
(10)申请公布号 CN 105352874 A (43)申请公布日 2016.02.24
(21)申请号 201510926506.X(22)申请日 2015.12.14
(71)申请人山西省交通科学研究院
地址030006 山西省太原市小店区学府街
79号(72)发明人隋来才 董立山 藉延青(74)专利代理机构北京同恒源知识产权代理有
限公司 11275
代理人张水俤(51)Int.Cl.
G01N 15/08(2006.01)
权利要求书1页 说明书3页 附图1页
(54)发明名称
一种室内测量土体孔隙率的试验方法与装置(57)摘要
本发明属于岩土工程技术领域，具体来说，涉及到一种室内测量土体孔隙率的试验方法与装置。本发明所述试验装置包括土体试样、烘箱与干燥盒、砂浴与土粒比重瓶、电子天平、橡胶膜、橡胶膜封口带、单向抽气阀门、抽气筒、数显式拉力计、凹形容器、细丝和筒状容器。与现有技术相比，本发明所述的室内测量土体孔隙率的试验方法根据土样在试验中得到的参数含水量、土粒比重和两次拉力计数据之差，得出土样的孔隙率；该方法与装置避免进行土的密度测量，直接从最容易测量的质量和密度入手，直接计算孔隙率结果更准确，弥补目前方法误差大的缺点，实用性很高。
C N 1 0 5 3 5 2 8 7 4 A CN 105352874 A
权 利 要 求 书
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1.一种室内测量土体孔隙率的试验方法，其特征在于，所述试验方法具体步骤为：采集土体试样(1)，在取样过程中土样不得受压、受挤和受扭，在运输过程避免振动破坏土体结构；在土体试样(1)上切取土，使用烘箱与干燥盒(2)按照烘干法操作规程测定土的含水率ω，使用砂浴与土粒比重瓶(3)按照比重瓶法操作规程测定土粒比重Gs；使用电子天平(4)称量橡胶膜(5)和橡胶膜封口带(6)两者重量m1；将土体试样(1)装入橡胶膜(5)，称量土体试样(1)、橡胶膜(5)和橡胶膜封口带(6)三者质量m2，在移动土样过程中轻拿轻放，严禁损坏土体试样(1)的完整性；使用橡胶膜封口带(6)将带抽气孔(7)的橡胶膜(5)封闭，使用抽气筒(8)从抽气孔(7)将橡胶膜(5)的空气抽出，当橡胶膜(5)贴在土体试样(1)壁上时停止抽气；将装有土体试样(1)的橡胶膜(5)和橡胶膜封口带(6)置于凹形容器(10)内；凹形容器(10)被完全浸没于密度为ρ溶液的溶液中，其上端通过细丝(11)与数显式拉力计(9)连接，读取数据F1；松开橡胶膜封口带(6)，将土体试样(1)放入凹形容器(10)，反复用清水缓慢冲洗橡胶膜(5)，并将所得水溶液缓慢倒入凹形容器(10)；将凹形容器(10)缓慢放入装满溶液的筒状容器(12)，至筒状容器(12)溶液面没过凹形容器(10)顶面，静置1-3h，待土体试样完全分散成颗粒状，将细丝(11)悬挂于数显式拉力计(9)，读取数据F2；根据如下公式计算土体孔隙率n：
2.一种用于权利要求1所述试验方法的室内测量土体孔隙率的试验装置，其特征在于，所述试验装置包括土体试样(1)、烘箱与干燥盒(2)、砂浴与土粒比重瓶(3)、电子天平(4)、橡胶膜(5)、橡胶膜封口带(6)、单向抽气阀门(7)、抽气筒(8)、数显式拉力计(9)、凹形容器(10)、细丝(11)和筒状容器(12)。
3.根据权利要求2所述的一种室内测量土体孔隙率的试验装置，其特征在于，所述电子天平(4)的精度为0.01g。
4.根据权利要求2所述的一种室内测量土体孔隙率的试验装置，其特征在于，所述橡胶膜(5)为仅有一面敞开的能放进土样的空心圆柱、立方体或长方体，其由不透气材质制成，且膜面方向上有一个单向抽气阀门(7)，供抽气筒(8)将空气排出。
5.根据权利要求2所述的一种室内测量土体孔隙率的试验装置，其特征在于，所述数显式拉力计(9)的精度为0.098gf。
6.根据权利要求2所述的一种室内测量土体孔隙率的试验装置，其特征在于，所述凹形容器(10)的直径大于20cm，深度大于15cm。
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CN 105352874 A
说 明 书
一种室内测量土体孔隙率的试验方法与装置
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技术领域
本发明属于岩土工程技术领域，具体来说，涉及到一种室内测量土体孔隙率的试验方法与装置。
[0001]
背景技术
土体孔隙率是土的基本物理参数，是目前室内试验分析土的特性的一个重要参
数。目前分析土体孔隙率的方法极少，一般均采用换算法进行分析，具体步骤为：首先，测量土体的干密度和土粒比重，然后利用公式n＝1-[ρd/(Gs·ρw)]进行计算。其中，n为土体孔隙率；ρd为土体试样的干密度；Gs为土粒比重；ρw为纯水在4℃时的密度，一般为1g/cm3。在公式中，纯水密度为固定值，土粒密度在实验室测量中精度准效率高。目前的土体试样的干密度室内试验测量方法以环刀法为主，但是环刀法不够准确，主要存在如下问题：1)对于非均质的土体存在制样困难的问题，对于非常不均质的试样无法进行试验；2)环刀法制样过程中对土体试样进行压缩，影响测试指标；3)在削除两端余土时很难确保土样面与环刀口面完全齐平；4)往复抹平土样影响试样质量。这四个问题严重影响密度的真实性与精确性，从而间接导致土的孔隙率失真。
[0002]
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供了一种仪器简便、方法准确的室内测量土体孔隙率的试验方法与装置。
[0004] 本发明所述的一种室内测量土体孔隙率的试验方法，所述试验方法具体步骤为：(1)采集土体试样1，在取样过程中土样不得受压、受挤和受扭，在运输过程避免振动破坏土体结构；(2)在土体试样1上切取土，使用烘箱与干燥盒2按照烘干法操作规程测定土的含水率ω，使用砂浴与土粒比重瓶3按照比重瓶法操作规程测定土粒比重Gs；(3)使用电子天平4称量橡胶膜5和橡胶膜封口带6两者重量m1；将土体试样1装入橡胶膜5，称量土体试样1、橡胶膜5和橡胶膜封口带6三者质量m2，在移动土样过程中轻拿轻放，严禁损坏土体试样1的完整性；(4)使用橡胶膜封口带6将带抽气孔7的橡胶膜5封闭，使用抽气筒8从抽气孔7将橡胶膜5的空气抽出，当橡胶膜5紧紧贴在土体试样1壁上时停止抽气；(5)将装有土体试样1的橡胶膜5和橡胶膜封口带6置于凹形容器10内；凹形容器10被完全浸没于密度为ρ溶液的溶液中，其上端通过细丝11与数显式拉力计9连接，读取数据F1；(6)松开橡胶膜封口带6，将土体试样1放入凹形容器10，反复用清水缓慢冲洗橡胶膜5，并将所得水溶液缓慢倒入凹形容器10；(7)将凹形容器10缓慢放入装满溶液的筒状容器12，至筒状容器12溶液面没过凹形容器10顶面，静置1-3h，待土体试样完全分散成颗粒状，将细丝11悬挂于数显式拉力计9，读取数据F2；(8)根据如下公式计算土体孔隙率n：
[0003] [0005]
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说 明 书
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式中，m1为土体试样质量，ω为土的含水率，ρ水为4℃时纯水的密度，一般取1g/cm3，F1、F2为数显式拉力计前后两次的读数，ρ溶液为溶液的密度，g为重力加速度，一般取9.8m/s2，Gs为土粒比重。计算时应将单位统一为国际单位进行分析。[0007] 本发明所述的一种室内测量土体孔隙率的试验装置，所述试验装置包括土体试样1、烘箱与干燥盒2、砂浴与土粒比重瓶3、电子天平4、橡胶膜5、橡胶膜封口带6、单向抽气阀门7、抽气筒8、数显式拉力计9、凹形容器10、细丝11和筒状容器12。[0008] 本发明所述的一种室内测量土体孔隙率的试验装置，所述电子天平4的精度为0.01g。
[0009] 本发明所述的一种室内测量土体孔隙率的试验装置，所述橡胶膜5为仅有一面敞开的能放进土样的空心圆柱、立方体或长方体，其由不透气材质制成，且膜面方向上有一个单向抽气阀门7，供抽气筒8将空气排出。
[0010] 本发明所述的一种室内测量土体孔隙率的试验装置，所述数显式拉力计9的精度为0.098gf。
[0011] 本发明所述的一种室内测量土体孔隙率的试验装置，所述凹形容器10的直径大于20cm，深度大于15cm。[0012] 与现有技术相比，本发明所述的室内测量土体孔隙率的试验方法根据土样在试验中得到的参数含水量、土粒比重和两次拉力计数据之差，得出土样的孔隙率；该方法与装置避免进行土的密度测量，直接从最容易测量的质量和密度入手，直接计算孔隙率结果更准确，弥补目前方法误差大的缺点，实用性很高。
[0006]
附图说明
图1：室内测量土体孔隙率的试验装置各组件图；土体试样-1、烘箱与干燥盒-2、砂浴与土粒比重瓶-3、电子天平-4、橡胶膜-5、橡胶膜封口带-6、单向抽气阀门-7、抽气筒-8、数显式拉力计-9、凹形容器-10、细丝-1、筒状容器-12。
[0013]
具体实施方式
[0014] 下面结合具体的实施例对本发明所述的室内测量土体孔隙率的试验方法与装置做进一步说明，但是本发明的保护范围并不限于此。[0015] 实施例1
[0016] 在某高度公路建设中，建设单位检测实验室需检测一批路基土的孔隙率，进而评价路基的模量和CBR值是否满足要求。因此采用了一种室内测量土体孔隙率的试验方法与装置，其装置参见图1。
[0017] 具体测试流程如下：(1)利用采集圆柱体的土体试样，在取样过程中土样不得受压、受挤和受扭，在运输过程避免振动破坏土体结构；(2)在土体试样上切取土，使用烘箱与干燥盒2按照烘干法操作规程测定土的含水率ω为12％，使用砂浴与土粒比重瓶3按
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说 明 书
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照比重瓶法操作规程测定土粒比重Gs为2.718；(3)使用电子天平4称量橡胶膜5和橡胶膜封口带6两者重量m1为12.52g；将土体试样1装入橡胶膜5，称量土体试样1、橡胶膜5和橡胶膜封口带6三者质量m2为197.65g；(4)使用橡胶膜封口带6将带抽气孔7的橡胶膜5封闭，使用抽气筒8从抽气孔7将橡胶膜5的空气抽出，当橡胶膜5紧紧贴在土体试样1壁上时停止抽气；(5)将装有土体试样1的橡胶膜5和橡胶膜封口带6置于凹形容器10内；凹形容器10被完全浸没于水溶液中，其上端通过细丝11与数显式拉力计9连接，读取数据F1为1530.15gf；(6)松开橡胶膜封口带6，将土体试样1放入凹形容器10，反复用清水缓慢冲洗橡胶膜5，并将所得水溶液缓慢倒入凹形容器10；(7)将凹形容器10缓慢放入装满溶液的筒状容器12，至筒状容器12溶液面没过凹形容器10顶面，静置1-3h，待土体试样完全分散成颗粒状，将细丝11悬挂于数显式拉力计9，读取数据F2为1405.65gf；(8)根据公式计算土体孔隙率n为0.2442。[0018] 由于在抽气时，既要保证土体试样的完整性，又要尽可保证空气抽取完全，对橡胶膜材质的弹性及不透气性要求比较高。因此，本发明对橡胶膜材质作了处理，具体步骤如下：取15质量份的天然橡胶胶乳，添加60质量份的过氧乙酸和10质量的24-氢过氧基-24-乙烯基胆甾醇，同时添加7质量份的叔丁醇进行搅拌混合，在室温下静置24小时，然后加入氨水进行中和，用蒸馏水的离心洗涤3次，然后在真空下使其干燥，得处理后的橡胶膜材质。与仅不加24-氢过氧基-24-乙烯基胆甾醇的处理相比，该橡胶膜材质经过24-氢过氧基-24-乙烯基胆甾醇氧化处理后，其气体透过系数为2.91×104(cm3·μm/m2·天·大气压)，降低了23％；其拉伸模量为12MPa，提高了17％。[0019] 与现有技术相比，本发明所述的室内测量土体孔隙率的试验方法根据土样在试验中得到的参数含水量、土粒比重和两次拉力计数据之差，得出土样的孔隙率；该方法与装置避免进行土的密度测量，直接从最容易测量的质量和密度入手，直接计算孔隙率结果更准确，弥补目前方法误差大的缺点，实用性很高。
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说 明 书 附 图
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图1
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