铁路土工试验培训课件

铁路土工试验及铁路土工试验及质量检测技术质量检测技术铁路土工试验及铁路土工试验及铁路工程土工试验项目：铁路工程土工试验项目：土的物理性质试验：土的物理性质试验：土的物理性质试验：土的物理性质试验：密度密度密度密度 含水率含水率含水率含水率 液塑限液塑限液塑限液塑限 比重比重比重比重 颗粒分析颗粒分析颗粒分析颗粒分析 渗透性、毛细作用、湿化渗透性、毛细作用、湿化渗透性、毛细作用、湿化渗透性、毛细作用、湿化土的力学性质试验：土的力学性质试验：土的力学性质试验：土的力学性质试验：抗剪试验抗剪试验抗剪试验抗剪试验 无侧限抗压试验无侧限抗压试验无侧限抗压试验无侧限抗压试验 固结、压缩固结、压缩固结、压缩固结、压缩 CBRCBR试验试验试验试验 K30K30（主要）（主要）（主要）（主要）、EvdEvd、Ev2Ev2试验试验试验试验 土工试验项目土工试验项目击实试验击实试验击实试验击实试验（主要）（主要）（主要）（主要）铁路工程土工试验项目：铁路工程土工试验项目：土的物理性质试验：土的力学性质试土的物理性质试验：土的力学性质试1.密度试验密度试验1）概念：）概念：天然状态下土的单位体积的质量天然状态下土的单位体积的质量2）测定方法：）测定方法：环刀法：环刀法：适用于粉土和黏土适用于粉土和黏土 蜡封法：蜡封法：适用于环刀难以切削且易破碎的土适用于环刀难以切削且易破碎的土 灌水、灌砂、气囊法：灌水、灌砂、气囊法：适用于砾类土适用于砾类土 核子密度仪：核子密度仪：适用于砂类、粘性土适用于砂类、粘性土=m/V1.密度密度 试验试验1.密度试验密度试验1）概念：天然状态下土的单位体积的质量）概念：天然状态下土的单位体积的质量2）测定方）测定方试样最大粒径（mm）试坑尺寸直径（mm）深度（mm）5150200402002506025030075300400环刀法环刀法蜡封法蜡封法灌砂法灌砂法试验步骤试验步骤1.测定灌砂筒下的部圆锥体内砂的质量测定灌砂筒下的部圆锥体内砂的质量2.标定量砂的单位质量标定量砂的单位质量s3.现场测试土的密度现场测试土的密度（1）挖坑称取出土的质量）挖坑称取出土的质量mw，测定含水量，测定含水量（2）灌入砂子）灌入砂子（3）计算灌入坑中量砂质量）计算灌入坑中量砂质量结果分析结果分析密度密度 试验（主要介绍灌砂法）试验（主要介绍灌砂法）试样最大粒径试坑尺寸直径（试样最大粒径试坑尺寸直径（mm）深度（）深度（mm）51502004 测定方法测定方法：比重法、浮称法、虹吸筒法等：比重法、浮称法、虹吸筒法等,重点介绍比重瓶法。重点介绍比重瓶法。适用范围：d5mm且d20mm的土质量 小于土体质量的10%d5mm且d20mm的土质量 大于土体质量的10%2.颗粒密度颗粒密度 试验试验2.颗粒密度颗粒密度 试验试验 适用范围：适用范围：d0.075)密度计法密度计法(0.075 mm)密度计法：适用于细粒土密度计法：适用于细粒土 (0.075)密度计法密度计法(0.07筛分法就是用一套标准筛子如孔直径筛分法就是用一套标准筛子如孔直径(mm)(mm)：20、10、5.0、2.0、l.0、0.5、0.25、0.1、0.075，将烘干且分散了的将烘干且分散了的200g g有代表性的试有代表性的试样倒入标准筛内摇振，然后分别称出样倒入标准筛内摇振，然后分别称出留在各筛子上的土重，并计算出各粒留在各筛子上的土重，并计算出各粒组的相对含量，即得土的颗粒级配。组的相对含量，即得土的颗粒级配。沉降分析法：具体有密度计法沉降分析法：具体有密度计法(也称也称比重计法比重计法)或移液管法或移液管法(也称吸管法也称吸管法)。该两法的理论基础都是依据该两法的理论基础都是依据StokesStokes(司笃克斯司笃克斯)定律，即球状的细颗粒在定律，即球状的细颗粒在水中的下沉速度与颗粒直径的平方成水中的下沉速度与颗粒直径的平方成正比正比105.02.01.00.50.250.075200g10161824223872P%958778665536颗粒分析颗粒分析 试验试验密度计法密度计法筛分法就是用一套标准筛子如孔直径筛分法就是用一套标准筛子如孔直径(mm)：20、10、5.0颗粒分析试验颗粒分析试验粒径粒径(mm)(mm)0.050.010.005百分数百分数P(%)P(%)2613.510典典型型颗颗分分级级配配曲曲线线沉降分析结果沉降分析结果1009080706050403020100小于某粒径之土质量百分数小于某粒径之土质量百分数P（）（）105.01.00.50.100.050.010.0050.001粒径粒径(mm)颗粒分析试验粒径颗粒分析试验粒径(mm)0.050.010.005百分数百分数Pd101009080706050403020100小于某粒径之土质量百分数（）小于某粒径之土质量百分数（）105.01.00.50.100.050.010.0050.001粒径粒径(mm)土的粒径级配累积曲线土的粒径级配累积曲线d60d50d30d60d10d30CuCc0.33 0.005 0.063662.41特征粒径特征粒径:d60:控制控制粒径粒径d10:有效有效粒径粒径d30:中中值粒径值粒径不均匀程度不均匀程度：Cu=d60/d10 连续程度连续程度:Cc=d302/(d60 d10)曲率系数曲率系数 不均匀系数不均匀系数Cu 5,级配不均匀级配不均匀颗粒分析颗粒分析 试验试验d101009080706050403020100小于某粒径小于某粒径1009080706050403020100小于某粒径之土质量百分数（）小于某粒径之土质量百分数（）105.01.00.50.100.050.010.0050.001粒径粒径(mm)土的粒径级配累积曲线土的粒径级配累积曲线d60d10d30曲线d60d10d30CuCcL0.33 0.0050.081663.98M0.0632.41R0.0300.545斜率斜率:某粒径范围内颗粒的含量某粒径范围内颗粒的含量 陡陡相应粒组质量集中相应粒组质量集中 缓缓-相应粒组含量少相应粒组含量少 平台平台-相应粒组缺乏相应粒组缺乏连续程度连续程度:Cc=d302/(d60 d10)曲率系数曲率系数较大颗粒缺少较大颗粒缺少Cc 减小减小较小颗粒缺少较小颗粒缺少Cc 增大增大C c =1 3,级配连续性好级配连续性好颗粒密度试验颗粒密度试验1009080706050403020100小于某粒径之土质小于某粒径之土质粒径级配粒径级配累积曲线及指标的用途粒径级配累积曲线及指标的用途：1）粒组含量用于土的分类定名粒组含量用于土的分类定名；2）不均匀系数不均匀系数Cu用于判定土的不均匀程度：用于判定土的不均匀程度：Cu 5,级配不均匀级配不均匀；Cu 3 或 Cc 1,级配不连续土级配不连续土4）不均匀系数不均匀系数Cu和和曲率系数曲率系数Cc用于判定土的级配优劣：用于判定土的级配优劣：如果如果 Cu 5且且 C c =1 3，级配级配 良好的土良好的土；如果如果 Cu 3 或或 Cc 0.70.75；基床表层压实控制指标取消了压实系数，而采用基床表层压实控制指标取消了压实系数，而采用K30和和n；施工过程中要么风干，要么就充分洒水，使土料饱和施工过程中要么风干，要么就充分洒水，使土料饱和 击实试验击实试验4）粗粒土的压实性特点）粗粒土的压实性特点20%理论分析理论分析 对粗粒土，击对粗粒土，击路基填筑压实过程中应控制最优含水量和最大干密度 排列致密、定向性强排列致密、定向性强 密度密度1g/cm1g/cm3 3 冰点处于零下几十度冰点处于零下几十度 具有固体特性具有固体特性 温度高于温度高于100C100C时可蒸发时可蒸发强结合水强结合水 位于强结合水之外，电场引位于强结合水之外，电场引 力作用范围之内力作用范围之内 外力作用下可以移动外力作用下可以移动 不因重力而移动，有粘滞性不因重力而移动，有粘滞性弱结合水弱结合水击实试验击实试验自由水自由水路基填筑压实过程中应控制最优含水量和最大干密度路基填筑压实过程中应控制最优含水量和最大干密度 排列致密、排列致密、击实试验击实试验 从微观角度讲，土粒表面存在一定强度的电场，处于电场范围的水分子在土粒周围形成结合水，分为强结合水和弱结合水，强结合水为紧靠土颗粒表面被牢牢吸引住，常表现出固态特征，而弱结合水距土粒较远处，它受到的引力相对较小。弱结合水水膜厚度对粘性土的物理力学性质有很大影响，两颗粒之间存在弱结合水时，土粒之间表现出一定联结力，弱结合水膜越薄，土粒之间的距离越小，土粒间引力越大，联结强度越高，土粒越不容易发生相对移动，土的工程性质越好，反之水膜厚度越大，甚至出现自由水时，土粒间的相互吸引力小，粒间联结强度越低，土粒越容易发生相对移动，土的工程性质越差。水膜润滑作用效果最佳水膜润滑作用效果最佳;尚没有形成封闭气泡，气易于排出尚没有形成封闭气泡，气易于排出;颗粒表面水膜很薄，相对移动困难颗粒表面水膜很薄，相对移动困难 水膜润滑作用不明显水膜润滑作用不明显;封闭气泡难以排出封闭气泡难以排出;增加水的相对含量增加水的相对含量 op,d dmax op,d op,d dmax 粘性土存在最优含水量粘性土存在最优含水量opop，在填土施工中应该将土料的含水量控制在，在填土施工中应该将土料的含水量控制在opop左右，以期得到左右，以期得到dmaxdmax，通常取，通常取击实试验击实试验 从微观角度讲，土粒表面存在一定强度的从微观角度讲，土粒表面存在一定强度的 地基系数subgrade reaction coefficient:由平板荷载试验测得的荷载强度与其相应下沉量的比值。K30为30cm直径荷载板试验得出的地基系数，一般取下沉量为0.125cm的荷载强度。（铁路路基设计规范TB1000199）地基系数(K30)subgrade reaction coefficient:通过试验测得的直径30cm荷载板下沉1.25mm时对应的荷载强度p(MPa)与其下沉量1.25mm的比值。（铁路路基设计规范TB100012005）K30试验(K30 for coefficient of subgrade reaction test):用直径为30cm的刚性承压板，测定下沉量为1.25mm时的地基系数的试验方法。地基系数地基系数K30定义定义7.地基系数地基系数K30试验试验7.地基系数地基系数K30 地基系数地基系数subgrade reaction coef试验目的试验目的 地基系数是表示地基抗力的一种指标，能够直观表征地基的刚度情况，在建筑地基和地下工程中经常使用。在铁路路基中，除了用于设计计算分析，也是路基施工质量控制的重要指标。地基系数地基系数K30试验目的试验目的 地基系数是表示地基抗力的一种指标，能够直观地基系数是表示地基抗力的一种指标，能够直观适用条件适用条件地基系数地基系数K K3030试验适用于填料最大粒径不大于荷载板直径试验适用于填料最大粒径不大于荷载板直径1/41/4的各类土的各类土和土石混合填料。试验时，场地及环境条件应符合以下要求：和土石混合填料。试验时，场地及环境条件应符合以下要求：(1)(1)对于水分挥发较快的均粒砂，表面结硬壳、软化或因其他原因表对于水分挥发较快的均粒砂，表面结硬壳、软化或因其他原因表层扰动的土，平板荷载试验应置于扰动带以下进行。层扰动的土，平板荷载试验应置于扰动带以下进行。(2)(2)对于粗、细粒均质土，宜在压实后对于粗、细粒均质土，宜在压实后2 24h4h内开始进行。内开始进行。(3)(3)测试面必须是平整无坑洞的地面。对于粗粒土或混合料造成的表测试面必须是平整无坑洞的地面。对于粗粒土或混合料造成的表面凸凹不平，应铺设一层约面凸凹不平，应铺设一层约2 23mm3mm的干燥中砂或石膏腻子。测试点必须的干燥中砂或石膏腻子。测试点必须远离震源。远离震源。(4)(4)雨天或风力大于雨天或风力大于6 6级的天气，不得进行试验。级的天气，不得进行试验。地基系数地基系数K30适用条件地基系数适用条件地基系数K30试验适用于填料最大粒径不大于荷载板直径试验适用于填料最大粒径不大于荷载板直径试验仪器和用具试验仪器和用具 K K3030平板载荷仪由平板载荷仪由荷载板、加荷装置、下沉量测装置荷载板、加荷装置、下沉量测装置组成。组成。(1)(1)荷载板：直径荷载板：直径30cm30cm圆形钢板，厚度圆形钢板，厚度25mm25mm。应带水准泡。应带水准泡。(2)(2)加载装置：由千斤顶、液压泵及加荷测量装置组成。荷载能力加载装置：由千斤顶、液压泵及加荷测量装置组成。荷载能力不小于不小于50kN50kN。液压泵应装有可调节减压阀，可准确地分级加卸载。测。液压泵应装有可调节减压阀，可准确地分级加卸载。测压表量程应达到试验荷载的压表量程应达到试验荷载的1.251.25倍，精度不低于倍，精度不低于0.60.6级。当采用测力级。当采用测力计时，精度不低于计时，精度不低于1%1%。(3)(3)反力装置：可利用装载的汽车或其他设备，其承载能力应大于反力装置：可利用装载的汽车或其他设备，其承载能力应大于试验荷载试验荷载10kN10kN。(4)(4)下沉测量装置：由测桥和测表组成。测桥用于安装测表固定支下沉测量装置：由测桥和测表组成。测桥用于安装测表固定支架或作为测表量测基准面，支承长度应大于架或作为测表量测基准面，支承长度应大于3m3m。测表精度。测表精度0.01mm0.01mm，量，量程不小于程不小于10mm10mm。(5)(5)辅助设备：铁锹、钢板尺、毛刷、圬工泥刀、刮铲、水准仪、辅助设备：铁锹、钢板尺、毛刷、圬工泥刀、刮铲、水准仪、铅锤、褶尺、干燥砂、石膏等。铅锤、褶尺、干燥砂、石膏等。地基系数地基系数K30试验仪器和用具试验仪器和用具 K30平板载荷仪由荷载板、加荷装置、下沉量测平板载荷仪由荷载板、加荷装置、下沉量测铁路土工试验培训课件铁路土工试验培训课件试验要点试验要点(1)试验场地准备：整平，并用毛刷扫去松土。当处于斜坡上时，支承面做成水平面。(2)安装荷载板仪：1）安装荷载板：为保证良好接触，铺设（23mm）干燥砂或石膏腻子。2）安装反力装置：将反力装置的承载点置于荷载板上方，并加以制动。反力装置的支撑点必须距离荷载板外缘1m以外。3）安装反力装置：将千斤顶置于荷载板上，利用接长杆和调节丝杆，使千斤顶顶端的球铰座紧贴在反力装置的承载部位。组装时应保持千斤顶垂直。4）安装下沉测量装置：安装测桥时，测桥支撑座应离荷载板外缘1m以上。测表应对称均布在承载板上。地基系数地基系数K30试验要点地基系数试验要点地基系数K30试验要点试验要点(3)加载试验：1）为稳固荷载板，预先加荷载，30秒后卸除荷载，然后等待30秒后，将百分表调零或初读数。2）以0.04MPa的增量，逐级加载。每一级加载，当1min的沉降量不大于该级荷载产生的沉降量的1%时，认为沉降稳定，待沉降稳定后，读取荷载强度和下沉量读数，然后增加下一级荷载，每级荷载稳定时间不少于3min。3）当总沉降量超过规定的基准值(1.25mm)且加载级数至少5级，或者荷载强度大于设计标准对应荷载值的1.3倍且加载级数至少5级，或者达到地基的屈服点，试验即可终止。地基系数地基系数K30试验要点试验要点(3)加载试验：地基系数加载试验：地基系数K30试验要点试验要点(4)(4)异常处理：试验过程中板严重倾斜、过度下沉等，应将试验点下挖异常处理：试验过程中板严重倾斜、过度下沉等，应将试验点下挖相当于荷载板直径的深度，重新进行试验。并在记录中注明。相当于荷载板直径的深度，重新进行试验。并在记录中注明。地基系数地基系数K30(5)(5)结果整理：绘制荷载下沉曲线，取结果整理：绘制荷载下沉曲线，取1.25mm1.25mm对应的荷载强度除以下对应的荷载强度除以下沉量沉量1.25mm1.25mm，即得到，即得到K K3030值。值。试验要点试验要点(4)异常处理：试验过程中板严重倾斜、过度下沉等，应异常处理：试验过程中板严重倾斜、过度下沉等，应动态变形模量动态变形模量Evd的定义的定义动态变形模量是指土体在一定大小的竖向冲击力Fs和冲击时间ts作用下抵抗变形能力的参数。（铁路工程土工试验规程 TB101022010）8.动态变形模量动态变形模量Evd4.动态变形模量动态变形模量Evd动态变形模量动态变形模量Evd的定义动态变形模量是指土体在一定大小的竖向的定义动态变形模量是指土体在一定大小的竖向测试原理与操作要点测试原理与操作要点测试原理测试原理动态变形模量Evd是由落锤冲击施加一定大小和作用时间荷载的平板试验测得的土体变形模量。通常，载荷板的直径也为300mm，锤重为10kg，最大的冲击力为7.07kN，荷载脉冲宽度18ms。试验记录落锤冲击时板的沉降。在假定冲击力恒定和泊松比为0.21的情况下，由弹性半空间体上圆形局部荷载的公式计算模量：动态变形模量动态变形模量Evd测试原理与操作要点测试原理动态变形模量测试原理与操作要点测试原理动态变形模量Evd是由落锤冲击施加是由落锤冲击施加测试原理与操作要点测试原理与操作要点测试原理与仪器结构测试原理与仪器结构动态变形模量动态变形模量Evd测试原理与操作要点测试原理与仪器结构动态变形模量测试原理与操作要点测试原理与仪器结构动态变形模量Evd测试原理与操作要点测试原理与操作要点试验场地及环境条件试验场地及环境条件（1 1）测试面宜水平，其倾斜角度不大于）测试面宜水平，其倾斜角度不大于55（2 2）测试面必须平整无坑洞。对于粗粒土或混合）测试面必须平整无坑洞。对于粗粒土或混合料造成的表面凹凸不平，可用少量细中砂补平料造成的表面凹凸不平，可用少量细中砂补平（3 3）试验时测试点必须远离震源）试验时测试点必须远离震源动态变形模量动态变形模量Evd测试原理与操作要点试验场地及环境条件（测试原理与操作要点试验场地及环境条件（1）测试面宜水平，其倾）测试面宜水平，其倾测试原理与操作要点测试原理与操作要点试验仪器试验仪器动态变形模量测试仪组成动态变形模量测试仪组成:加载装置加载装置荷载板荷载板沉陷测定仪组成沉陷测定仪组成动态变形模量动态变形模量Evd测试原理与操作要点试验仪器动态变形模量测试原理与操作要点试验仪器动态变形模量Evd测试原理与操作要点测试原理与操作要点试验仪器试验仪器加载装置加载装置:挂（脱）钩装置挂（脱）钩装置落锤落锤导向杆导向杆阻尼装置阻尼装置1.1.落锤重：落锤重：10kg10kg2.2.最大冲击力：最大冲击力：7.07kN7.07kN3.3.冲击持续时间：冲击持续时间：182ms182ms4.4.导向杆必须保持垂直、光洁导向杆必须保持垂直、光洁动态变形模量动态变形模量Evd测试原理与操作要点试验仪器加载装置测试原理与操作要点试验仪器加载装置:动态变形模量动态变形模量Evd测试原理与操作要点测试原理与操作要点试验仪器试验仪器荷载板荷载板:圆形钢板圆形钢板传感器传感器1.圆形钢板直径300mm；厚度20mm。2.传感器必须牢固密贴地安装在荷载板的中心位置上。动态变形模量动态变形模量Evd测试原理与操作要点试验仪器荷载板测试原理与操作要点试验仪器荷载板:1.圆形钢板直径圆形钢板直径300mm动态变形模量动态变形模量E Evdvd测试原理与操作要点测试原理与操作要点试验仪器试验仪器沉陷测定仪沉陷测定仪:信号处理信号处理显示显示打印机打印机电源电源动态变形模量动态变形模量Evd动态变形模量动态变形模量Evd测试原理与操作要点试验仪器沉陷测定仪测试原理与操作要点试验仪器沉陷测定仪:动态动态测试原理与操作要点测试原理与操作要点测试范围：测试范围：沉陷测试范围：沉陷测试范围：（0.10.12.02.0）mm0.04mmmm0.04mm。E Evdvd测试范围：测试范围：10 MPa 10 MPa E Evdvd225 MPa225 MPa。动态变形模量动态变形模量Evd仪器的校验和标定应符合下列要求：仪器的校验和标定应符合下列要求：仪器在每次试验前应按使用说明书进行校验。仪器在每次试验前应按使用说明书进行校验。仪器仪器每年每年必须重新标定一次。必须重新标定一次。测试原理与操作要点测试范围：沉陷测试范围：测试原理与操作要点测试范围：沉陷测试范围：（0.12.0测试原理与操作要点测试原理与操作要点试验操作步骤试验操作步骤测试前的准备工作：1)测试面应整平。应使荷载板与地面良好接触。必要时可用少量的细中砂来补平。2)导向杆应保持垂直。3)检查仪器标明的落距。动态变形模量动态变形模量Evd测试原理与操作要点试验操作步骤测试前的准备工作：动态变形模量测试原理与操作要点试验操作步骤测试前的准备工作：动态变形模量测试原理与操作要点测试原理与操作要点测试步骤：荷载板放置在平整好的测试面上，安装上导向杆并保持其垂直。将落锤提升至挂(脱)钩装置上挂住，然后使落锤脱钩并自由落下，当落锤弹回后将其抓住并挂在挂(脱)钩装置上。按此操作进行三次预冲击。正式测试时按上述方式进行三次冲击测试，作为正式测试记录。测试时应避免荷载板的移动和跳跃。测试时，应记录每个测点的工作名称、检测部位、试验时间、土的种类、含水率以及相关的参数。动态变形模量动态变形模量Evd测试原理与操作要点测试步骤：动态变形模量测试原理与操作要点测试步骤：动态变形模量Evd(四)试验结果应按下列平板压力公式计算:实测结果可采用下列简化公式:动态变形模量动态变形模量Evd试验记录落锤冲击时板的沉降。在假定冲击力恒定和泊松比为0.21的情况下，由弹性半空间体上圆形局部荷载的公式计算模量：(四四)试验结果应按下列平板压力公式计算试验结果应按下列平板压力公式计算:动态变形模量动态变形模量Evd试试动态变形模量动态变形模量Evd动态变形模量动态变形模量Evd铁路土工试验培训课件铁路土工试验培训课件