DB21-T 4057-2024 复阻抗法检测土体密湿度技术规程

ICS03.100.01CCSA.027212024-11-30发布IDB21/T4057—2024前言 2规范性引用文件 3术语和定义 4基本规定 24.1检测要求 24.2设备要求 25检测仪器 25.1复阻抗法土体密湿度无核检测仪 25.2标准土样制作装置 36专用曲线建立 46.1一般规定 46.2标准专用曲线建立 46.3联合专用曲线建立 57现场检测 57.1检测准备 57.2检测步骤 68检测报告 6附录A（资料性）复阻抗法检测技术原理与专用曲线分析 8附录B（资料性）标准土样制作装置和制样方法 9DB21/T4057—2024本文件按照GB/T1.1—2020《标准化工作导则第1部分：标准化文件的结构和起草规则》的规定起草。请注意本文件的某些内容可能涉及专利。本文件的发布机构不承担识别专利的责任。本文件由辽宁省水利厅提出并归口。本文件起草单位：辽宁省水利水电科学研究院有限责任公司、辽宁省辽河防洪工程有限责任公司、辽宁水利土木工程咨询有限公司。本文件主要起草人：滕德伟、王健、汪玉君、那利、姜润文、雷炎、汪魁峰、姜涛、李日芳、蒋向东、叶建新、罗东翔、夏在森、张伟夫、孔德栋、郭湛湛、党如童、张磊、卢敏、宋立元、马洪山、张瑞、关凯伦、唐树新、臧志刚、杨胜、付勇、孙钊、赵磊、张博、刘磊、刘丽、唐小婧、安娜、杨海燕、杨树波、周颖、张琪、柏晨楠、张烨、项伟、李琦、张迪、秦山萁。本文件发布实施后，任何单位和个人如有意见和建议，均可以通过来电和来函等方式进行反馈，我们将及时答复并认真处理，根据实际情况依法进行评估及复审。归口管理部门通信地址：辽宁省水利厅（沈阳市和平区十四纬路5号联系电话文件起草单位通信地址：辽宁省水利水电科学研究院有限责任公司（沈阳市和平区十四纬路5-4号联系电话1DB21/T4057—2024复阻抗法检测土体密湿度技术规程本文件规定了复阻抗法检测土体密湿度的基本规定、检测仪器、专用曲线建立、现场检测等内容。本文件适用于采用复阻抗法进行土方工程填筑压实质量的检测与控制。2规范性引用文件下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的引用文件，仅该日期对应的版本适用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。GB/T15406岩土工程仪器基本参数及通用技术条件GB/T17949.1接地系统的土壤电阻率、接地阻抗和地面电位测量导则第1部分：常规测量GB/T27431合格评定测量设备期间核查的方法指南GB/T50123土工试验方法标准SL260堤防工程施工规范3术语和定义下列术语和定义适用于本文件。3.1土体复阻抗（|Z|）compleximpedanceofsoil由一正弦交流电路穿越土体所形成任一线性端口电压相量与其中电流相量的比值，简称“复阻抗”。3.2等效电路equivalentcircuit基于土体导电性，在物理概念上等效为电容C和电阻R并联形成的电路。3.3专用曲线specialcurve通过室内或室内-现场联合试验，所建立的被测试土体复阻抗与土体密度、电容/电阻比值与含水率等之间的函数关系。3.4标准专用曲线standardspecialcurve2DB21/T4057—2024通过室内试验，将被测土体复阻抗与土体密度、电容/电阻比值与含水率等数据进行线性回归处理，所建立的土体专用曲线。3.5联合专用曲线unitedspecialcurve在建立标准专用曲线的基础上，增补现场原位试验数据，所重新建立的土体专用曲线。3.6期间核查intermediatechecks设备在使用过程中（含相邻两次校准/检定之间按照规定程序验证其计量特性、功能性和（或）安全性是否持续满足方法要求或规定要求而进行的操作。4基本规定4.1检测要求4.1.1复阻抗法检测土体密湿度的对象为黏土、粉土和砂土，冻土、建筑垃圾土、含高盐土、铁矿残渣等不适用。4.1.2检测人员从事检测活动前，应进行上岗培训。4.1.3复阻抗法检测宜在5℃以上环境中进行。4.2设备要求4.2.1复阻抗法土体密湿度无核检测仪应符合GB/T15406的有关规定要求，并按现行有关标准要求进行检定与校准。4.2.2复阻抗法土体密湿度无核检测仪在首次使用前，或在使用过程中每隔12个月或大修后，应由具备资格的机构进行检定/校准，确认合格后方可使用。4.2.3复阻抗法土体密湿度无核检测仪在用于现场检测之前，应建立专用曲线，在相同条件下连续检测过程中，宜每隔3个月～6个月重新建立专用曲线；当土质在结构组成、土体类别以及含有化学成分发生变化、更换料场时，应重新建立专用曲线。复阻抗法检测原理及专用曲线分析过程详见附录A。4.2.4复阻抗法土体密湿度无核检测仪采用标准物质法进行校准，标准物质是由标准电阻和标准电容组成的复合电路。两次检定/校准期间，可采用期间核查的方法检查仪器设备的稳定性，期间核查方法按GB/T27431有关规定执行。5检测仪器5.1复阻抗法土体密湿度无核检测仪5.1.1仪器主要包括主机、金属导电探针（钢钎）、土体温度传感器、标准定位器、电缆线夹及铁锤，3DB21/T4057—2024仪器连接方式见图1。标引序号说明：1——主机；2——电缆线夹；3——标准定位器；4——金属导电探针（钢钎5——土体温度传感器。图1复阻抗法土体密湿度无核检测仪连接示意图5.1.2主机为仪器核心部件，包括土体电参数测量电路单元和显示控制处理单元。其中土体电参数测量电路单元由土体测量传感器、电子射频发射源（频率为2.0MHz～3.0MHz）、土体电流、探针电压以及等效电路组成，显示控制处理单元包括微处理器和数据采集、处理、显示以及存储系统。5.1.3金属导电探针（钢钎）共4支，由不锈钢材料制成的圆锥形金属导电物体，前段锥形部分插入土体。导电探针长度宜为200mm～250mm，插入段长度不小于100mm，直径范围为6.5mm～12.5mm。5.1.4土体温度传感器用于进行温度补偿，量测范围0℃~50℃,分度值0.1℃。5.1.5标准定位器为圆形或十字形，直径或宽度范围350mm～400mm，可按0°、90°、180°和270°方向确定金属导电探针插入土体的位置。5.1.6电缆线夹为两段带金属夹头的电缆，夹头材质宜为铜质。5.1.7铁锤采用10磅或12磅。5.2标准土样制作装置5.2.1标准土样采用压样法制备，具体操作步骤按GB/T50123的有关规定执行。5.2.2标准土样制作装置由绝缘套筒、固定基座及辅助配件组成，其结构框架见附录B.1。5.2.3绝缘套筒的筒内径不宜小于350mm，筒高不宜小于250mm。5.2.4固定基座由外部套筒、基座和固定支架组成。4DB21/T4057—20246专用曲线建立6.1一般规定6.1.1标准专用曲线建立的密湿度范围应包含现场被测土体密湿度变化范围，如在变化范围之外宜建立联合专用曲线。6.1.2标准土样选取数量不应少于6个，每个重量不小于80kg，制样方法见附录B.2。6.2标准专用曲线建立6.2.1标准专用曲线建立采用压样法，标准土样应符合下列要求：a)标准土样的数量应为6个～9个，即2种不同密度和3种不同含水率的组合情况或者3种不同密度和3种不同含水率的组合情况；b)所配制土样的干密度值应为最大干密度ρdmax的0.88～0.98倍；c)含水率应包括高、中、低三种情况，含水率值应在土样最优含水率wop的-6.0%～+2.0%偏差范d)应准备6个～9个配制标准土样的绝缘套筒，尺寸应符合5.2.3要求。6.2.2标准土样制作步骤应符合下列要求：a)将被测土料进行风干处理后，在橡皮板上用碎土器碾散，碾压时勿压碎颗粒，碾散后的土样按GB/T50123的要求过筛备用；b)通过试验室标准击实试验，获取被测土料的最大干密度ρdmax与最优含水率wop。击实试验依据GB/T50123的相关规定进行；c)以最大干密度和最优含水率、设计或规范要求的压实度为基础，按照6.2.1要求设计2种密度、3种含水率组合的6组标准土样或者3种密度、3种含水率组合的9组标准土样；d)根据所设定的含水率配置各组土料时，所需的加水量按公式（1）计算；式中：mw——土样所需加水质量，单位为克（gm0——风干土质量，单位为克（gw0——风干含水率，单位为百分数（%w'——土样所要求的含水率，单位为百分数（%）。e)用喷雾器向土样喷洒相应的水量，静置15min，装入塑料膜内密封，润湿12h备用，砂性土润湿时间可酌情减短，测定润湿土样不同位置的含水率，取样点不应少于2个，最大允许误差为±1%；f)按照所设定的密度制备不同含水率的标准土样，制备标准土样所需土料质量按公式（2）计算；式中：m——单个标准土体试件所需土体质量，单位为克（g）；5DB21/T4057—2024V模具——标准土体模具的容积，单位为立方厘米（cm3ρdmax——最大干密度，单位为克每立方厘米（g/cm3K——要求达到的压实度，以小数计；w——含水率，单位为百分数（%）。g)将绝缘套筒置于固定基座上，在固定基座上铺下层滤网，并将称好的土样倒入绝缘套筒内，边倒边用压板缓缓压实，全部土样填入后摊铺刮平，在上表面再铺上层滤网，盖好上盖板；h)将制好的标准土样，以1mm/min的速率加压，直到土样达到预压体积，维持压力120s；i)压实结束后将上盖板移除，取下绝缘套筒内土体上层滤网，用刮刀轻刮表面不平部分。6.2.3标准专用曲线建立步骤及要求如下：a)提前将土体温度传感器插入按6.2.2制备好的标准土样中；b)启动复阻抗法土体密湿度无核检测仪主机并创建曲线名称，输入试验室击实试验（或设计要求）的最大干密度和最优含水率；c)展开标准定位器并置于标准土样中心，确定0°、90°、180°和270°（顺时针方向）的导板定位位置，利用铁锤将4支金属导电探针（钢钎）垂直击入规定的插土深度，探针顶部应持平，倾斜度不得大于20°;d)通过电缆线夹使0°和180°位置上的金属导电探针（钢钎）与主机连接，待温度传感器数值稳定时，采集一次电性参数；移动电缆线夹与90°、270°位置上的金属导电探针（钢钎）连接，采集二次电性参数，操作过程应符合GB/T17949.1相关要求；e)保存试验数据；f)采用环刀法、灌砂法或灌水法测试标准土样的密度和含水率，并将测试结果录入仪器中，具体测试方法及误差要求应符合GB/T50123相关要求；g)按a)～f)步骤依次测试每个标准土样的密度和含水率，并将测试结果录入仪器中；h)将标准土样的电性参数与其密度、含水率等数据在仪器主机系统中进行线性回归处理，建立标准专用曲线。6.3联合专用曲线建立6.3.1联合专用曲线建立所需现场测点选取应符合下列要求：a)现场原位测点数量应不少于7个，测点应位于专用曲线所代表的被测工程（或试验段）范围内，且点位不得集中，样本含水率应代表工程现场实际情况；b)所选取测点的干密度值应为最大干密度ρdmax的0.60～1.00倍，含水率值应在最优含水率wop的-8.0%～+10.0%偏差范围内；c)测点干密度应采用环刀法、灌砂法或灌水法进行测试，测点含水率应采取烘干法进行测试，测试方法及误差应符合GB/T50123相关要求。6.3.2联合专用曲线的建立步骤应参照6.2.3执行。6.3.3工程现场检测中宜优先选用联合专用曲线。7现场检测7.1检测准备6DB21/T4057—20247.1.1对于堤防工程土体密湿度检测，其抽样部位和抽样数量应符合SL260要求。7.1.2现场检测前应按前文要求建立被测土体的专用曲线，通常专用曲线建立宜与现场碾压试验同步或提前进行，每种类型土样分别建立专用曲线，不同的工程项目应分别建立专用曲线。7.1.3金属导电探针（钢钎）锤入深度应与被测土体检测深度相符合，建立专用曲线和现场检测所用的金属导电探针（钢钎）应相同。7.1.4如果金属导电探针（钢钎）的边缘和电极已磨损或针体弯曲变形，应及时修复或更换，若探针在插入过程中遇到石块或其他坚硬物体，应在附近重新布设测区位置。7.2检测步骤7.2.1提前60s将温度传感器完全插入检测区域土体中。7.2.2开启复阻抗法土体密湿度无核检测仪，进入检测系统主菜单。7.2.3选择已建立的被测土体专用曲线，创建被测工程名称或作业站点。7.2.4在检测区域依据标准定位器定位位置，将4个金属导电探针（钢钎）击入所需的检测深度。7.2.5待温度传感器数值稳定后，按照6.2.3步骤采集两次电性参数。7.2.6检查并确认该点检测数据已保存。8检测报告8.1.1检测报告首页格式，应包括（但不限于）下列内容：a)检测项目或工程名称；b)委托单位；c)施工单位；d)检测类型；e)检测依据；f)仪器设备；g)检测时间；h)检测人员；i)审核人员；j)授权签字人；k)委发日期。8.1.2检测报告应包含（但不限于）下列内容：a)工程名称、检测地点、土体类型；b)标准土体的参数范围、检测参数；c)检测日期、天气情况及环境温度；d)仪器设备名称、型号、编号；e)专用曲线名称及编号；7DB21/T4057—2024f)检测位置；g)检测高程或者深度；h)检测期间所用的金属导电探针（钢钎）的长度；i)检测结果；j)检测及校核人员。8DB21/T4057—2024（资料性）复阻抗法检测技术原理与专用曲线分析A.1技术原理A.1.1复阻抗法检测方法是基于土体的物理力学性质与土体电性的关系，即当土体的密度变化时，土体等效电路上的电阻（R）和电容（C）会随之变化；当含水率变化时，复阻抗（|Z|）也会随之变化。通过土体密度、含水率与复阻抗（|Z|）、电容电阻比（C/R）的相关关系，建立专用曲线从而获取被测工程对应土体类型的电性参数和物理力学参数之间的关系，计算土体密度和含水率。A.1.2当对一组具有不同密度和含水率的土体进行现场电性参数检测和复阻抗计算时，采用线性回归分析方法建立复阻抗（|Z|）与密度、电容电阻比（C/R）与含水率之间专用曲线，利用公式(A.1)和公式(A.2)确定被测土体的密度和体积含水率，利用公式(A.3)将体积含水率换算为质量含水率。式中：ρ——土体密度，单位为克每立方厘米（g/cm3θv——体积含水率，单位为百分数（%w——质量含水率，单位为百分数（%pw——水的密度，单位为克每立方厘米（g/cm3）a、b、c、d——系数。A.2专用曲线分析A.2.1基于6个～9个标准土样的测试数据，将环刀法、灌砂法或灌水法获取的标准土样密度和含水率，分别代入公式(A.1)和公式(A.2)中，确定函数关系系数a、b、c、d的具体数值，并绘制专用曲线。A.2.2专用曲线采用回归分析法，回归方程的拟合程度由相关系数R2确定，R2的最大值为1，所拟合公式的相关系数越接近1，说明拟合曲线对实测值的拟合程度越好，所建立的专用曲线越准确。A.2.3采用复阻抗法土体密湿度无核检测仪检测土体密度和含水率时，相关系数R2应不小于0.90。A.2.4建立专用曲线时，当R2小于0.90时，应按以下步骤对曲线进行完善：a)根据回归方程显示的拟合曲线，剔除相关性最差的一