一种快速检测非黏性土含水率的方法技术

本发明专利技术公开了一种快速检测非黏性土含水率的方法，包括以下步骤：步骤1：确定工程中使用的细料的虚拟比重；步骤2：根据虚拟比重法测定细料的含水率；步骤3：根据饱和面干含水率替代法测定粗料的饱和面干含水率；步骤4：根据细料的含水率、粗料的饱和面干含水率、干燥的粗料占全料的质量百分比计算全料的含水率。本发明专利技术加权法检测非黏性土(全料)的含水率在满足精度要求的前提下，多次平行测定的时间约为20min，检测时间较短，具有快速检测的优点。且测量操作简单，易于在工程施工现场应用。

A Rapid Method for Detecting Water Content of Non-cohesive Soil

【技术实现步骤摘要】
一种快速检测非黏性土含水率的方法
本专利技术涉及非黏性土含水率检测领域，特别是一种快速检测非黏性土含水率的方法。
技术介绍
非黏性土在水利、公路、市政等基础设施建设领域有广泛应用，而含水率是非黏性土的一个重要参数指标，在土石坝填筑、混凝土拌合、基坑回填等过程中，必须准确而较快地检测非黏性土的含水率。含水率离线检测法主要有烘干法、炒干法、比重法、酒精燃烧法，在线检测法主要有中子法、电阻法、电容法、近红外法、微波法、TDR法等。烘干法检测精度高，是其他方法检测精度的判断标准，但是检测至少需要6h，速度慢，时间长。工程实际中较多情况下需要快速检测土料的含水率，而这种方法难以满足快速检测的要求。在线检测法的检测速度快，现场可直接测定土料的含水率，但是检测精度较差，不同检测方法之间的差异较大，有些方法难以满足精度要求，如基于电阻法、电容法等方法的原理而设计的含水率检测仪器检测精度通常较差，难以用于工程实际中，近红外法受被测土料的表面状态影响严重，精度时高时低。所以为了实现非黏性土含水率的快速检测，需要提出合适的含水率检测方法，以满足实际工程需要。非黏性土在水利、交通、市政等基础设施建设领域有十分广泛的应用。在土石坝填筑和路基填筑过程中，虽然非黏性土的压实度受含水率的影响没有黏性土敏感，但在碾压前适当加水可以显著增加颗粒间滑动，一定程度上可以减少填料分离，可以显著改善非黏性土的压实效果。对于粒径小于20mm的非黏性土，含水率是压实度检测中的重要参数。根据相关规范中介绍的土石坝和路基填筑中压实度的检测方法，目前压实度检测普遍采用的方法是挖坑检测法，在计算压实度时，需要对挖坑料的含水率进行准确快速检测。在混凝土拌合过程中，粗、细骨料的含水率对拌合过程中需人工添加的水量有重要影响，如果没有准确检测粗、细骨料的含水率，将导致拌和的混凝土不满足和易性要求，甚至影响强度和耐久性等指标。所以需要对非黏性土的含水率进行准确检测，检测精度必须满足规定的要求。但是目前普遍认为最准确的检测方法是烘干法，该方法检测精度高，通常将其他方法的检测结果和烘干法的结果进行对比，以验证其他方法是否准确。众所周知，烘干法的检测速度慢，无法实现快速检测的要求，在实际应用中具有滞后性，对施工进度造成一定影响。目前也有较多的在线检测方法，虽然检测速度快，但是精度通常无法满足规定的要求，而且不同的检测方法之间差异较大。现有检测非黏性土含水率的方法主要有烘干法、炒干法、酒精燃烧法、中子法、电阻法、电容法、近红外法、微波法、TDR法，具体如下：烘干法是所有检测方法中被认为最准确的方法，检测的技术流程为：称量装待测土样容器的质量，取适量的待测湿土样置于容器中，称量容器和湿土样的总质量，并做记录。将湿土样置于电烘箱中，设置温度为105℃±5℃。非黏性土烘6h以上，黏性土烘8h以上，直至土样恒重为止，确保水分全部蒸干。取出烘干后的土样，称量干土样和容器的总质量，并做记录，计算待测湿土样的含水率。炒干法和烘干法的原理类似，唯一的区别是用炒的过程代替了烘的过程。酒精燃烧法和烘干法的原理也类似，只是在土样中加入适量酒精，经多次燃烧使土样中水分蒸干。电阻法的原理为：湿土具有导电性，其导电性或电阻和含水率有直接关系，含水率越小，导电率越小，含水率越大，导电率越大，将含水率的大小转化为一个电学量，从而显示出来，得到土料的含水率。实际操作中，只需将电阻式水分传感器的感应部分插入到被测土样中，直接读取结果即可。电容法的原理为：土料含水率的变化会影响其介电常数的变化，干土的相对介电常数为3左右，而水的相对介电常数为82左右，远大于干土的相对介电常数，故含水率与土料的复合介电常数存在一定关系，在检测时直接测出该电容器电介质的介电常数值，再经过一定的换算关系便可间接推算土料的含水率。电容法以被测的土料作为电介质，与插入到土料中的两个电极构成一个电容器。实际操作过程中，根据被测土料的性质，电容法两个电极结构也会有所不同，常见的电极结构有平行板式、圆筒式等。电容法和电阻法的实际操作过程类似，这里不再赘述。中子法、近红外法、微波法、TDR法的检测原理都是通过建立土样中的水分参量变化和对应的感应值之间的一一对应关系，进而将含水率检测结果显示出来。实际操作过程均是通过将传感器的感应部分和所取的土样进行接触，从而实现非黏性土的含水率检测。虽然现有土料含水率测量的方法较多，但是它们也存在一些不足：1)在检测非黏性土的含水率时，烘干法的检测速度慢，检测时间至少需要6h，无法实现快速检测的要求，在实际应用中具有滞后性，对施工进度可能造成影响，而且需要取样到实验室检测，属于一种离线检测法。2)炒干法、酒精燃烧法等需要的时间也较长，无法实现快速检测。酒精燃烧法存在一定的安全隐患，两种方法均属于离线检测法。3)中子法、电阻法、电容法、近红外法、TDR法检测精度差，同种土样进行两次平行测定，相应的平行差值难以满足规定的要求，检测结果不可信，导致难以在工程实际中应用。全料：本专利技术中的全料是指粒径小于一定粒径(如20mm)的非黏性土。粗料：本专利技术中粗料是指全料中粒径较大(如5～20mm之间)的非黏性土。细料：本专利技术细料是指全料中粒径较小(如小于5mm)的非黏性土。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种快速检测非黏性土含水率的方法，提高检测速度、缩短检测时间。为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案是：一种快速检测非黏性土含水率的方法，包括以下步骤：步骤1：确定工程中使用的细料的虚拟比重，将虚拟比重表示为Gsf，则：式中：ω烘为电烘箱测定的细料试样的含水率；m1为容量瓶、水、细料的总质量；m2为容量瓶、水的总质量；m为细料的质量；步骤2：根据虚拟比重法测定细料的含水率，即：式中：ωsf为细料的含水率；m1为容量瓶、水、细料的总质量；m2为容量瓶、水的总质量；m为细料的质量；步骤3：根据饱和面干含水率替代法测定粗料的饱和面干含水率，即：式中：ω饱为粗料的饱和面干含水率；m3为干燥后试样和土样盘的总质量；m4为干燥前饱和面干试样和土样盘的总质量；m5为土样盘的质量；步骤4：根据细料的含水率和粗料的含水率计算全料的含水率，即：ω全＝(1-P5)ωsf+P5ω饱式中：ω全为全料的含水率；P5为干燥的粗料占全料的质量百分比；ω饱为粗料的饱和面干含水率；ωsf为细料的含水率。进一步的，步骤1中，5种含水率细料试样均分别进行两次平行试验，共获得10个Gsfi(i＝1,2,…,10)，并取平均值，该平均值为该细料的虚拟比重Gsf。进一步的，步骤2中，将m、m1、m2、Gsf代入式获得两次平行测定的结果，取两次结果的平均值，获得待测细料的含水率ωsf。进一步的，在步骤4中，提前确定P5，当全料的级配变化较小时，将P5看作定值。进一步的，P5的计算方法为：取全料试样5份，将其升温加热至恒重，称量获得每份的总质量，将每份全料试样置于5mm筛中进行筛分，获得每份全料试样干燥的粗料占全料的质量百分比，计算5个质量百分比的平均值作为P5。与现有技术相比，本专利技术的有益技术效果是：经大量试验验证，当提前将细料的虚拟比重Gsf、粗料的饱和面干含水率ω饱、P5确定之后，加权法检测非黏性土(全料)的含水率在满足精度要求的前提下，多次平行测本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种快速检测非黏性土含水率的方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：确定工程中使用的细料的虚拟比重，将虚拟比重表示为Gsf，则：

【技术特征摘要】
1.一种快速检测非黏性土含水率的方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：确定工程中使用的细料的虚拟比重，将虚拟比重表示为Gsf，则：式中：ω烘为电烘箱测定的细料的含水率；m1为容量瓶、水、细料的总质量；m2为容量瓶、水的总质量；m为细料的质量；步骤2：根据虚拟比重法测定细料的含水率，即：式中：ωsf为细料的含水率；m1为容量瓶、水、细料的总质量；m2为容量瓶、水的总质量；m为细料的质量；步骤3：根据饱和面干含水率替代法测定粗料的饱和面干含水率，即：式中：ω饱为粗料的饱和面干含水率；m3为干燥后试样和土样盘的总质量；m4为干燥前饱和面干试样和土样盘的总质量；m5为土样盘的质量；步骤4：根据细料的含水率和粗料的含水率计算全料的含水率，即：ω全＝(1-P5)ωsf+P5ω饱式中：ω全为全料的含水率；P5为干燥的粗料占全料的质量百分比；ω饱为粗料的饱和面干含水率；ωsf为细料的含水率。2...

【专利技术属性】
技术研发人员：李洪涛，李小虎，姚强，纪杰杰，杨林，胡德茂，肖雨莲，李程，刘钰鑫，陈思迪，
申请(专利权)人：四川大学，
类型：发明
国别省市：四川,51