一種土工輕型擊實試驗碾土篩分試驗設備的制作方法

本實用新型公開了一種土工輕型擊實試驗碾土篩分試驗設備。

背景技術：

擊實試驗為土工試驗中勞動強度最大的試驗項目之一。目前現行有效的中華人民共和國國家標準《土工試驗方法標準》GB/T 50123-1999中，對輕型擊實試驗土樣制備的規定為：用四分法取代表性土樣20Kg，風干碾碎，過5mm篩，并將篩下土樣拌勻；但是具體如何風干碾碎并沒有給出相關的設備以及方法；因此目前采用的方法是人工碾碎，這種人工碾碎存在以下缺點:

粘性土由天然含水率到風干的過程中，土壤的結塊會非常密實。目前，試驗室人員人工制備擊實土樣的常規模式為：在土壤風干過程中，用斧頭逐一敲碎土壤結塊，再用鋼管或木碾碾壓，將碾壓后的土倒入5mm篩子過篩，篩下的土樣拌勻后后灑水擊實。該項試驗土樣制備試驗周期長、勞動強度大、碾碎篩分過程中揚塵嚴重，造成了嚴重的空氣污染和環境污染，同時對試驗人員的身體健康也帶來了較大的危害。

技術實現要素：

為了解決現有技術中存在的技術缺點，本實用新型公開了一種土工輕型擊實試驗碾土篩分試驗設備。

本實用新型采用的技術方案如下：

一種土工輕型擊實試驗碾土篩分試驗設備，包括機架，在所述的機架上設有一個電機，所述的電機通過傳動裝置驅動一個羅拉輥旋轉，羅拉輥的兩端各自通過軸承固定在兩個支撐板上，所述的兩個支撐板與前、后兩個擋板相連；在羅拉輥的底部設有一個與羅拉輥外表面存在間隙的圓弧狀的篩板，所述篩板一個側面通過連接板與前擋板固定連接，另一個側面直接與后擋板固定連接，前擋板、篩板、連接板以及兩個支撐板形成了投料區；所述篩板的底部設有一個向下傾斜的接料板，接料板與前擋板之間形成出料口，碾壓篩分后的土料從出料口由接料板輸出。

進一步的，所述的羅拉輥相對于前后兩個擋板偏心設置，其軸線與后擋板的距離小于軸線與前擋板的距離。

進一步的，所述的羅拉輥的軸線與后擋板的距離微大于羅拉輥半徑，一方面保證土塊不會從羅拉輥與后擋板之間的間隙中落入篩板，另一方面保證羅拉輥與后擋板之間不會產生摩擦。

進一步的，所述的羅拉輥最底端與篩板之間的距離為5mm。

進一步的，所述的篩板上設有若干圓孔，孔的直徑為5mm。

進一步的，所述的電機通過一個減速機驅動一對嚙合的齒輪，所述的齒輪驅動羅拉輥低速旋轉。

進一步的，所述的羅拉輥向前擋板所在的方向旋轉；所述的需要碾壓的土料放置在投料區內。

利用上述裝置土工輕型擊實試驗的方法，如下：

步驟1將土樣置于干燥清潔的平面上，晾曬風干；

步驟2將風干后的土樣沿連接板倒入投料區，打開碾土篩分試驗設備電源開關，將土料碾碎，小于5mm的土粒從篩孔中漏下，在重力作用下沿接料板輸出；將篩下土樣拌勻，并測定土樣的風干含水率；

步驟3根據土的塑限預估最優含水率，按依次相差約2％的含水率制備多組不同含水率的試樣；

步驟4取2.5Kg的土樣平鋪于不吸水的盛土容器內，按預定含水率用噴水設備往土樣上均勻噴灑所需加水量，拌勻密封靜置備用，靜置時間分別為：高液限粘土不得少于24小時，低液限粘土可酌情縮短，但不應少于12小時；

步驟5從制備好的試樣中稱取一定量土料，分3層倒入擊實儀的擊實筒內并將土面整平，分層擊實。每層土料的質量為600-800g，兩層交接面的土面應刨毛，每層25擊；

步驟6沿擊實筒頂修平試樣，拆除底板，擦凈筒外壁，稱量準確至1g。

步驟7將試樣從擊實筒中推出，從試樣中心處取2個一定量土料平行測定試樣的含水率，含水率的平行誤差應不大于1％；

步驟8依據上述步驟對其他含水率的試樣依次進行擊實；

步驟9計算擊實后試樣的干密度和含水率，繪制關系曲線。

進一步的，以干密度為縱坐標，含水率為橫坐標，繪制干密度與含水率的關系曲線；在干密度與含水率關系曲線上繪制飽和含水率曲線。

進一步的，步驟3中的試樣最少制備5組，其中2個含水率大于塑限，2個含水率小于塑限，1個含水率接近塑限。

本實用新型有益效果如下：

能將擊實試驗中勞動強度最大的三個步驟(敲碎土壤結塊、碾壓和篩分)由機械替代人工，如果采用常規的人工制備輕型擊實土樣，一人制備一種土樣至少需要1小時以上，耗費大量人力資源。而研制的土工輕型擊實試驗碾土、篩分試驗設備，試樣制備僅需幾分鐘，大大提高了工作效率，節省了人力資源等試驗成本。同時，制樣過程中避免了揚塵對空氣的污染，保護了環境。因此，該儀器有著顯著的經濟和社會效益。

附圖說明

為了更清楚地說明本實用新型實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖是本實用新型的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。

圖1本實用新型的側視圖；

圖2本實用新型的后視圖；

圖3-1、3-2為篩板的結構圖；

圖4-1、4-2支撐板的結構圖；

圖中：1機架，2電機底座，3電機，4齒輪副，5齒輪罩，6羅拉輥，7加強板，8支撐板，9軸承，10篩板，11連接板，12前擋板,13后檔板，14接料板。

具體實施方式

如圖1、2所示，土工輕型擊實試驗碾土篩分試驗設備，包括機架1，在機架1上設有一個電機底座2，在電機底座2上設置一個電機3，電機3通過齒輪副4驅動一個羅拉輥6旋轉，齒輪副4的外側有齒輪罩5，齒輪罩5安裝有開關電源，羅拉輥6的兩端各自通過軸承9固定在兩個支撐板8上，所述的兩個支撐板8與前、后擋板12、13相連；在羅拉輥6底部設有一個與羅拉輥外表面存在間隙的圓弧狀的篩板10，篩板10的底部設有一個向地面傾斜的接料板14；篩板10的一個側面通過連接板11與前擋板固定連接，另一個側面直接與后擋板13固定連接；前擋板、篩板、連接板以及兩個支撐板形成了投料區；所述篩板的底部設有一個向下傾斜的接料板，接料板與前擋板之間形成出料口，碾碎篩分后的土料從出料口由接料板輸出。

進一步的，羅拉輥6相對于前后兩個擋板偏心設置，其軸線與后擋板的距離小于軸線與前擋板的距離。

進一步的，羅拉輥6的軸線與后擋板的距離微大于羅拉輥半徑，一方面保證土壤結塊不會從羅拉輥與后擋板之間的間隙中落入篩板，另一方面保證羅拉輥與后擋板之間不會產生摩擦。

進一步的，羅拉輥6最底端與篩板10之間的距離為5mm。

進一步的，篩板10上設有若干圓孔，圓孔的直徑為5mm。

進一步的，電機3通過一個減速機驅動一對嚙合的齒輪，所述的齒輪驅動羅拉輥低速旋轉。

進一步的，羅拉輥6向前擋板所在的方向旋轉；所述的需要碾碎的土料放置在投料區內。

進一步的，在兩個支撐板上設有加強板7。

具體的工作過程如下：

將需要碾碎的土料投入到投料區，然后驅動電機，電機帶動羅拉輥低速旋轉，羅拉輥向前擋板的方向旋轉，羅拉輥在旋轉過程中不斷碾壓土壤結塊，直到土壤結塊被碾散，分散后的土料過5mm圓孔的篩板，從接料板送出；

利用上述設備進行擊實試驗的方法如下：

1.儀器設備

1.1擊實儀：由擊實筒、擊錘和護筒組成。其尺寸應符合下表之規定。

擊實儀主要部件尺寸規格表

1.2擊實儀的擊錘應配導筒，擊錘與導筒間應有足夠的間隙使錘能自由下落。電動操作的擊錘必須有控制落距的跟蹤設備和錘擊點按一定角度(輕型53.5°)均勻分布的設備。

1.3電子天平：稱量200g，最小分度值0.01g。

1.4臺秤：稱量10kg，最小分度值5g。

1.5試樣推出器：宜用螺旋式千斤頂或液壓式千斤頂。如無此類設備，亦可用刮刀和修土刀從擊實筒中取出試樣。

1.6其他：烘箱、噴水設備、碾土篩分試驗設備、盛土器、修土刀等。

2.具體的試驗方法：

2.1制備試樣

2.1.1取代表性土樣20kg，將土樣置于干燥清潔的平面上，晾曬風干。將風干后的土樣沿連接板倒入投料區，打開碾土篩分試驗設備電源開關，將土料碾碎，小于5mm的土粒從篩孔中漏下，在重力作用下沿接料板輸出；將篩下土樣拌勻，并測定土樣的風干含水率。

2.1.2根據土的塑限預估最優含水率，按依次相差約2％的含水率應制備不少于五組的不同含水率的試樣，其中應有2個含水率大于塑限，2個含水率小于塑限，1個含水率接近塑限。按公式(1)計算應加水量：

式中：m_ω-土樣所需加水質量，g；

m-風干含水率時的土樣質量，g；

ω₀-風干含水率，％；

ω-土樣所要求的含水率，％。

2.1.3取2.5Kg的土樣平鋪于不吸水的盛土容器內，按預定含水率用噴水設備往土樣上均勻噴灑所需加水量，拌勻密封靜置備用。靜置時間分別為：高液限粘土不得少于24小時，低液限粘土可酌情縮短，但不應少于12小時。

2.2試樣擊實

2.2.1將擊實儀放在堅實的地面上，擊實筒與底座聯接好，安裝好護筒，檢查儀器各部件及配套設備的性能是否正常，在擊實筒內壁均勻涂一薄層潤滑油。

2.2.2從制備好的一份試件中稱取一定量土料，分3層倒入擊實筒內并將土面整平，分層擊實。輕型擊實法分3層擊實，每層土料的質量為600-800g(其量應使擊實后試樣的高度略高于擊實筒的1/3)，每層25擊。擊實后的每層試樣高度宜大致相等，兩層交接面的土面應刨毛。擊實完成后，超出擊實筒頂的試樣高度應小于6mm。

2.2.3用修土刀沿護筒內壁削挖后，扭動并取下護筒。沿擊實筒頂細心修平試樣，拆除底板，如試樣底面超出筒外，亦應修平。擦凈筒外壁，稱量，準確至1g。

2.2.4用推土器將試樣從擊實筒中推出，從試樣中心處取2個一定量土料平行測定試樣的含水率，含水率的平行誤差應不大于1％。

2.2.5按步驟2.2.1～2.2.4規定對其他含水率的試樣依次進行擊實。一般不重復使用土樣。

3試驗成果整理

3.1計算公式

3.1.1按公式(2)計算擊實后試樣的干密度：

式中：ρ_d-干密度，g/cm³；

ρ-濕密度，g/cm³；

ω-含水率，％。

計算至0.01g/cm³。

3.1.2按公式(3)計算數個干密度下土的飽和含水率：

式中：ω_sat-試樣的飽和含水率，％；

ρ_w-溫度4℃時水的密度，g/cm³；

ρ_d-試樣的干密度，g/cm³；

G_s-土顆粒比重。

3.2繪制關系曲線

3.2.1以干密度為縱坐標，含水率為橫坐標，繪制干密度與含水率的關系曲線。曲線上峰值點的縱坐標代表擊實試樣的最大干密度，相應的橫坐標為擊實試樣的最優含水率。當曲線不能繪出峰值點時，應進行補點。土樣不宜重復使用。

3.2.2在干密度與含水率關系曲線上繪制飽和含水率曲線。

3.3成果校正

3.3.1輕型擊實試驗中，當試樣中粒徑大于5mm的顆粒質量小于試樣總質量的30％時，應對最大干密度進行校正，校正公式見式(4)。

式中：ρ′_dmax-校正后的最大干密度，g/cm³；

P-粒徑大于5mm顆粒的含量(用小數表示)；

G_S2-粒徑大于5mm顆粒的質量百分數，(％)；

ρ_ω-水的密度，g/cm³；

ρ_dmax—粒徑小于5mm試樣的最大干密度，g/cm³。

計算至0.01g/cm³。

3.3.2在輕型擊實試驗中，當試樣中粒徑大于5mm的顆粒質量小于試樣總質量的30％時，亦需對最優含水率進行校正，校正公式見式(5)。

ω′_op＝ω_op(1-P)+P·ω₂ (5)

式中：ω_op’-校正后的最優含水率，％；

ω_op-擊實試樣的最優含水率，％；

ω₂-粒徑大于5mm土粒的吸著含水率，％。

其余符號同上。計算至0.01％。

上述雖然結合附圖對本實用新型的具體實施方式進行了描述，但并非對本實用新型保護范圍的限制，所屬領域技術人員應該明白，在本實用新型的技術方案的基礎上，本領域技術人員不需要付出創造性勞動即可做出的各種修改或變形仍在本實用新型的保護范圍以內。