核子测试技术在岩土工程中的应用.ppt

核子测试技术在岩土工程中的应用,2015年8月10日,一、背景资料,为什么要采用核子测试技术？,由于我国经济建设的快速发展，在交通、电力建设中常常遇到大量的填方工程及喷射混凝土面板工程等。为了保证施工质量，必须按照国家规范规定对有关指标进行检测，其中密实度和含水量是填方工程中需要检测的主要内容。,一、背景资料,为什么要采用核子测试技术？,但传统的检测方法（即环刀法）由于测试周期长、环节多、取样和搬运劳动强度大、原状土样易受扰动、受操作人员素质影响以及工程量大、工期紧等原因，往往难以满足工程的工期要求。而在喷射混凝土面板工程中，多采用挖坑法检验混凝土厚度，同样面临测试周期长、劳动强度大等问题。而核子测试技术能较好地克服传统检测方法的不足，较为准确、快捷地得出测试结果，及时修正设计或施工中的不足，对于确保工程的施工质量和工期来说是一个福音。,二、检测仪器、原理、方法,测试仪器介绍核子密度湿度仪,核子密度湿度仪主要包括美国产型、型、型以及国产-型。核子密度湿度仪有个放射源：Cs发出射线，测量土壤的密度；Am241/B发出中子辐射，用以测量填土的含水量。通过仪器内部的微处理器进行数据处理，将检测所得的湿密度、干密度、含水量、密实度直接显示在显示屏上，还可以存储起来或传输到打印机上打印出来。,技术参数：测量范围密：1.122.73（g/cm3）；水分密度：00.64（g/cm3）；电源可充电电池。电池寿命为500至1000次充放电循环，可以使用10年时间。,二、检测仪器、原理、方法,CPNMC-3型核子密度/湿度测试仪,二、检测仪器、原理、方法,MC-3型核子密度/湿度测试仪有两个放射源：铯137发出射线，测量土壤的密度；镅241/铍源发出中子辐射用来测土壤含水量。通过机内微处理器进行数字处理，将所测得湿密度、干密度、含水量、密实度直接显示在显示屏上。同时还可使用存储功能以及把检测数据传输到打印机上。,二、检测仪器、原理、方法,测试方法：一般每测点测试每个测试方向所需时间为10-30S，一般每个测点测试四个方向所需时间一般在60S以内，并且马上可以得到全部试验数据。核子的发射方式可分为透射式和反射式。反射方式测试深度浅，受地面（平整度、含水量）影响大，一般在沥青工程中使用，测试深度不能改变。透射方式，测试深度可以随时改变，最大测试深度30cm，受地面影响小，是用来检测土壤的密实度的一种较为理想的方法。在每一个工程正式使用核子密度仪前，可以用环刀法和核子密度法作对比试验，通过数理分析后向MC-3仪器输入湿密度修正值和水重修正值来进行修正。仪器每次测试后将自动调整检查结果。,优点：该仪器能在一分钟内快速准确的检测公路、机场、铁路、大厦、堤坝和其它地基的湿度、密度、压实度、空隙率、同时亦可检测混凝土或沥青路面的精确密度及空隙率。操作简单，直接显示测量结果，其效率远远优胜于传统的灌砂法和环刀法。是工程试验室、监理、质检、管理等部门和施工单位加快施工进度，提高工程质量的理想检测设备。,3411-B型核子密度/湿度测试仪,二、检测仪器、原理、方法,三、与传统方法的对比,尽管核子测试技术在检查方面有着室内实验所无法比拟的优势（效率高、方便快捷），但是到目前为止仍未得到大面积推广。原因主要有2个方面，一是核子检测技术尚未列入目前的各种规程、规范中，不少建设、设计、监理单位对检测结果持怀疑态度，使用较少；二是担心核子检测会产生辐射，对测试人员身体健康产生不利影响。,下面就举一个典型的工程例子，对核子测试的可靠性与传统方法做一对比。,三、与传统方法的对比试验,西北口水库面板堆石坝砂烁石垫层密度检测,西北口水库位于葛洲坝上游长江黄柏河支流上，是我国第一座大型混凝土面板堆石坝水库，主坝分3个纵断面，即垫层、过渡层、主堆石区。垫层的平整度和压实度必须达到2.2g/cm3。选择已碾压好的砂烁石垫层做测试对象，用国产FT-628和美国产3411-B型仪器与常规的环刀法进行比测。,三、与传统方法的对比试验,环刀法测密度,土的密度是指土的单位体积的质量，常用环刀法测定粘性土的密度，环刀法适用于较均一、可塑的粘性土。1本试验方法适用于细粒土。2本试验所用的主要仪器设备，应符合下列规定：（1）环刀：内径61.8mm和79.8mm，高度20mm。（2）天平：称量500g，最小分度值0.1g；称量200g，最小分度值O.01g。,三、与传统方法的对比试验,步骤：（1）测定环刀的质量及体积用测径卡尺测量环刀的内径及高度，计算得环刀的体积；然后，将环刀置于天平上称得环刀质量m1。（2）切取土样在环刀内壁涂凡士林，刃口向下放在土样上，将环刀垂直下压，并用切土刀沿环刀外侧切削土样，边压边削至土样高出环刀，根据试样的软硬采用钢丝锯或切土刀整平环刀两端土样。（3）测定环刀和土样之质量擦净环刀外壁，称环刀和土的总质量m2。（4）测土样含水率从余土中取代表性试样测定含水率w。4试样的密度，应按下式计算：=（m2-m1）/V式中试样的密度(gcm3)。5试样的干密度，应按下式计算：d=/(1+0.01w)进行两次平行测定，取两次测值的平均值。,三、与传统方法的对比试验,从表中可知，用核子密度湿度仪测得的rd和环刀法测得的rd对比，满足土工试验规程要求的有6组，占50%，最大平行偏差为0.12g/cm3或6.1%，对于工程测试来说，这个结果可以接受。,核子密度湿度仪测得结果与环刀法测得结果列于下表中：,三、与传统方法的对比试验,用环刀法测试干密度，对中、低压缩性土，取样较容易，且土样不易受到扰动；对高压缩性土，取样困难，并且土样易受扰动而影响测试结果。测试不同深度范围内填土的干密度时，用环刀法较为困难，而核子密度湿度仪能够精确地测出20cm范围内的干密度。再者，环刀法对操作人员的熟练程度要求较高，不同人员测出的结果可能差别较大，核子测试仪只要求操作人员按章操作，测试结果相对可靠。,三、与传统方法的对比试验,核子密度湿度仪测得的含水量与环刀法测得的含水量结果列于下表中：,核子密度湿度仪测得的含水量普遍较小，应进行修正。,修正后，满足规程要求，检测结果可以被工程接受。,四、核子测试技术的优势与不足,MC-3核子密度仪存在的不足：1、测试精度受测试部分的表面平整度影响；2、测试精度受土壤的化学成分变化影响；3、担心射线会对人体产生影响。,处理办法：1、可以通过精心操作来弥补；2、可以在每个工地事先通过对比试验，然后向MC-3输入修正值让仪器本身对试验结果进行修正；3、按照操作规程进行操作，射线不会泄露，不会对人体产生影响。,从整体来看，MC-3核子密度仪克服了环刀法存在的不足，具有的两个优势是传统方法不能比拟的。MC-3核子密度仪可以提供满足我国规范要求的试验结果，通过大量的实践证明，MC-3核子密度仪是一种较好的测试土壤密度和含水量的方法。,四、核子测试技术的优势与不足,优势：1能原位测试土层（粘性土和砂烁石土）的密度和含水量；2能快速即短期内给出测试结果。,五、结语,通过以上的分析可