微波烘干法测定土料含水率试验修正值研究

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1、引言

    西段村水库是三门峡市槐扒引黄提水灌溉工程的调蓄水库，由大坝、输水洞、泄洪洞、溢洪道等建筑物组成。其中，大坝为均质土坝，坝长650m，最大坝高46.6m，筑坝土料为重粉质壤土，共计填筑土方157.6万m³。     对坝体填筑质量控制需要测定土料含水率和压实干密度，其中，含水率是一个重要指标，常规测定用标准烘干法，但标准法用时较长，影响施工进度，实际施工中通常采用快速烘干法。本工程经比较后选用微波炉烘干法测定土料含水率。微波烘干法的准确性与土料性质、烘干温度、烘干时间等因素有关，在施工前，必须对微波烘干测定含水率与标准烘箱测定含水率进行对比试验，确定烘干时间和温度，并用统计方法确定与标准法之间的误差。本文就是通过两种烘干测定含水率方法的对比试验，用数理统计方法求得其相关系数，为土方填筑质量控制提供了一个快速、合理的含水率测定方法。   
    2、对比试验     2.1试验依据     本试验依据《土工试验规程》（SL237-1999）。     2.2实验仪器、设备     2.2.1电热恒温电烘箱（北京中兴伟业仪器公司101型）。     2.2.2格兰仕微波炉，WP750L23-6型。     2.2.3电子天平，称量500g，感量0.01g。     2.2.4瓷质小碗若干、皿盒、量筒、玻璃棒、毛刷等。     2.3试样选取     本试验所选土料为工程所用丁村土区Q₃粉质壤土，有机质含量5%。
    2.4试验步骤     勘察设计单位提供的《丁村土区工程地质勘查报告》显示土区土料最优含水率为18.9%，故本次试验选用14%、18%、19%、20%、22%五种含水率的土样进行试验。     2.4.1不同含水率土样制备     2.4.2标准含水率测定     采用电热恒温电烘箱，烘干时间采用8h，烘干温度设定为110 ⁰C恒温对5种土样同时进行标准含水率测定。结果见表一。                                   表一                     标准含水率试验结果 试样编号 1 2 3 4 5 标准含水率（%） 14.48 18.05 19.28 20.80 22.96 参数设定 t=8h，T=110⁰C恒温       2.4.3微波烘干法含水率试验测定     采用WP-750L23-6型微波炉，结合土质情况，烘干温度拟定为中高火（低火烘干时间过长，高火易引起土料化学变化），烘干时间分别设定为7、9、11、13、15、17、19、21min。试验结果见表二。   时间设定（min） 试样编号 7 9 11 13 15 17 19 21 1 13.4 14.03 12.68 13.84 13.93       2 16.98 17.32 16.24 17.47 17.61 17.65 17.71 17.96 3 19.15 18.14 17.23 18.11 18.79 19.32 18.98 18.78 4 20.44 19.67 19.71 20.56 20.37 20.58 21.73 20.99 5 22.54 21.96 22.29 21.53 21.40 22.10 21.81 22.73 温度设定 中高火                                                                        表二微波  烘干法含水率试验结果
    3、试验结果分析　     3.1微波烘干时间的确定     3.1.1微波烘干法测定含水率与标准含水率差值见表三，五种含水率差值与烘干时间关系见图一。   编号　 微波烘干时间（min） 7 9 11 13 15 17 19 21 与标准含水率差值（%） 1 -1.08 -0.45 -1.8 -0.64 -0.55 　 　 　 2 -1.07 -0.73 -1.81 -0.58 -0.44 -0.4 -0.34 -0.09 3 -0.13 -1.14 -2.05 -1.17 -0.49 0.04 -0.3 -0.5 4 -0.36 -1.13 -1.09 -0.24 -0.43 -0.22 0.93 0.19 5 -0.42 -1 -0.67 -1.43 -1.56 -0.86 -1.15 -0.23                                          表三            微波烘干法测 定含水率与标准含水率差值       3.1.2数据分析     结合表三，从W=14.48%曲线Ⅰ来看，微波烘干法在中高火档位，烘干时间从7~15min，含水率均未达到14.48%，第三点为明显偏离趋势点，相差最小的点为9 min时0.45%。     从W=18.05%曲线Ⅱ来看，烘干时间从7~21 min，含水率均未达到18.05%，第三点为明显偏离趋势点，其余点较有规律，差值随着时间第延趋近于零，相差最小的点为21 min时0.09%。     从W=19.28%曲线Ⅲ来看，第三点为明显偏离趋势点，其余点较有规律，差值随着时间第延趋近于零并于17 min时基本达到标准值，相差最小的点为21 min时0.09%。     从W=20.80%曲线Ⅳ来看，最佳烘干时间在17~19 min时，相差较小的点为17 min时0.22%和21分钟的0.19%。     从W=22.96%曲线Ⅴ来看，最佳烘干时间在9 min或者17~19min时。     综上，可靠的最佳烘干时间届于17~19 min，含水率在14~22%之间，规律基本吻合，所以，选定18min为最终烘干时间。另外，从关系图上可以看出第1、2、3点多呈现下降态势，亦即在7、9、11 min时，含水率反而在下降，推测和当地土壤有机质、矿物质含量有关。     3.2选定微波烘干时间参数后对比试验     基于以上分析，针对土区土料试样，修正微波烘干法试验参数：选定烘干时间为18 min，烘干温度设定为中高火档位，进行17%、18%、19%、20%含水率测定对比试验。     3.2.1采用电热恒温烘箱测定标准含水率结果见表四 试样编号 组号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 平均 标准含水率（%） 1 16.40 16.50 16.57 16.54 16.70 16.53 16.57 16.56 16.62 16.60 16.56 2 17.87 17.91 17.72 17.85 18.24 17.87 17.67 17.69 17.73 18.27 17.99 18.24 18.12 18.13 18.62 18.05 17.90         3 18.23 18.38 18.31 18.43 18.33 18.33 18.20 18.22 18.27 18.26 18.30 4 19.46 19.33 19.40 19.44 19.41 19.43 19.42 19.36 19.36 19.48 19.41 参数设定 t=8h，T=110 ⁰C恒温                                                        表四                              标准含水率       3.2.2采用微波炉烘干测定含水率结果见表五                                      表五                         微波测定含水率 试样编号 组号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 平均 微波含水率（%） 1 16.62 16.75 16.88 16.70 16.78 16.72 16.60 16.76 16.70 16.51 16.70 2 18.23 18.19 18.13 18.28 18.15 18.18 18.21 18.01 17.98 18.18 18.19 18.32 18.11 18.11 18.32 18.41 18.28         3 18.55 18.52 18.24 18.44 18.18 18.79 17.96 18.17 18.48 18.51 18.38 4 19.59 19.53 19.39 19.58 19.26 19.48 19.66 19.86 19.59 19.70 19.56 参数设定 t=18min，T=中高火                       3.3相关分析     将以上W_标、W_微数据相对应点绘到坐标纸上（见图二），可以看出，标准烘干法测定的含水率W_标与对应的微波烘干法测定的含水率W_微呈一元线性回归关系。经相关分析计算得相关系数r=0.978，相关关系较密切，另外两个系数A=0.15，B=0.986，属正相关。       线性方程为： W_标= B*W_微+A     则：W_标= 0.986 W_微+0.15     4、结论     综上，得到修正公式为：W_标= 0.986 W_微+0.15。在实际施工中，可以参照该公式对微波烘干法测定的土料含水率进行修正。