简易土工试验

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,土工试验,二六年九月,1,第1章,试样制备和饱和,2,一、,试样制备,土样和试样的制备程序,是试验工作的第一个质量要素，为保证试验成果的可靠性和试验数据的可比性，必须统一土样和试样的制备方法和程序。,3,土样在试验前必须经过制备程序，,扰动土的土样制备,包括土的风干、碾散、过筛、匀土、分样和贮存等预备程序和击实、饱和等试样制备程序。,原状土的土样制备,包括开启、切取等。,这些步骤的正确与否，都直接影响试验成果。,4,土样制备程序视需要的试验而异，所以在土样制备前应,拟定土工试验计划,。,5,对密封的原状土样除小心搬运和妥善存放外，在试验前不应开启,试验前如需要进行土样鉴别和分类必须开启时，则在检验后，应迅速妥善,封好贮藏,，尽量使土样少受扰动。,6,本试验方法适用于颗粒,粒径小于60mm,的原状土和扰动土。,7,根据力学性质试验项目要求,原状土,样同一组试样间密度的允许差值为0.03gcm,3,；,对,扰动土,样为了控制试样的均匀性，减少试验数据的离散性，一般用含水率和密度作为控制指标,8,不仅要规定各试样间的允许误差，还要规定同一组试样的密度及含水率与要求的密度及含水率的允许误差。,同一组试样的密度与要求的密度之差不得大于,0.01gcm3,；一组试样的含水率与要求的含水率之差不得大于,1,。,9,试样制备的主要仪器设备：,1细筛：孔径0.5mm、2mm。,2洗筛：孔径0.075mm。,3台秤和天平：,称量10kg，最小分度值5g；,称量5000g，最小分度值1g；,称量1000g，最小分度值0.5g；,称量500g，最小分度值0.1g；,称量200g，最小分度值0.0lg。,4环刀：不锈钢材料制成，内径61.8mm和79.8mm，高20mm；内径61.8mm，高40mm,。,10,5,击样器,1-,定位环；,2-,导杆；,3-,击锤；,4-,击样筒；,5-,环刀；,6-,底座；,7-,试样,11,6压样器,(a),单向,1-,活塞；,2-,导筒；,3-,护环；,4-,环刀；,5-,拉杆；,6-,试样,12,6压样器,(a),双向,1-,上活塞；,2-,上导筒；,3-,环刀；,4-,下导筒；,5-,下活塞；,6-,试样；,7-,销钉,13,7抽气设备：附真空表和真空缸。,8其他：,切土刀、钢丝锯,碎土工具、烘箱,保湿缸、喷水设备等。,14,土样的要求与管理,采样数量应满足要求进行的试验项目和试验方法的需要，并应附取土记录及土样现场描述。,采样的数量按表B.0.1规定采取，,15,过筛,根据试验所需土样数量，将碾散的土样过筛。,物理性试验,土样过0.5mm筛；,力学性试验,土样过2mm筛；,击实试验,土样过5mm筛。,16,过筛后用四分对角取样法，取出足够数量的代表性土样，分别装入保湿缸或塑料袋内备用，标以标签(,写明工程名称、土样编号、过筛孔径、用途、制备日期和试验人员等,)。,对风干土应测定,风干含水率,。,17,根据已有的试验研究表明：,用于直剪试验的土样最大颗粒粒径不应大于剪切盒内径的,120,(剪切盒内径为61.8mm)，土样需过2mm筛；,对无侧限、三轴压缩试验的土样最大颗粒粒径与试样直径的比值为,l8l12,。,目前国内三轴试验一般采用39.1、61.8、101mm，其试样的允许最大粒径为2、5、10mm；,18,对固结试验的土样最大颗粒粒径为容器高度的,1618,国内固结仪容器的高度为20mm，用过2mm筛的土样是可以的,鉴于粒径2mm为砂粒的上限，所以土样制备中统一规定扰动土样过2mm筛进行试样制备。,对轻型击实试验的土样过5mm筛,重型击实试验的土样，用五层击实过20mm筛，而三层击实过40mm筛。,19,对砂和砂砾土用分砂器或四分法细分土样,取代表性土样进行颗粒分析试验,其余过5mm筛，分别供比重及最大、最小孔隙比试验用,取部分过2mm筛的试样供力学性试验。,20,原状土试样制备步骤：,1,将土样筒按标明的上下方向放置，剥去蜡封和胶带，开启土样筒取出土样。,检查土样结构，当确定土样已受扰动或取土质量不符合规定时，不应制备力学性质试验的试样。,21,2,根据试验要求用环刀切取试样时，应在环刀内壁,涂一薄层凡士林,，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，擦净环刀外壁，称环刀和土的总质量。,用环刀切取试样时，要,防止扰动,，否则会影响测试结果。,视试样本身及工程要求，决定试样是否进行饱和，如不立即进行试验和饱和时，将试样暂存于保湿缸内。,22,3,从余土中取代表性试样测定含水率。,比重、颗粒分析、界限含水率等项试验的取样，应按标准规定的步骤进行。,23,4,切削试样时，应对土样的层次、气味、颜色、夹杂物、裂缝和均匀性进行描述，对低塑性和高灵敏度的软土，制样时不得扰动。,24,扰动土试样的,备样,步骤：,1,将土样从土样筒或包装袋中取出，对土样的颜色、气味、夹杂物和土类及均匀程度进行描述，并将土样切成碎块，拌和均匀，取代表性土样测定含水率。,25,2,对均质和含有机质的土样，宜采用天然含水率状态下代表性土样，供颗粒分析、界限含水率试验。,对非均质土应根据试验项目取足够数量的土样，置于通风处凉干至可碾散为止。,对砂土和进行比重试验的土样宜在105110温度下烘干,对有机质含量超过5的土、含石膏和硫酸盐的土，应在6570温度下烘干。,26,3,将风干或烘干的土样放在橡皮板上用木碾碾散，对不含砂和砾的土样，可用碎土器碾散(碎土器不得将土粒破碎)。,27,4,对分散后的粗粒土和细粒土，应按本标准表B.0.1的要求过筛。,28,扰动土试样的制样步骤：,1,将扰动土样进行土样描述，如颜色、土类、气味及夹杂物等。,如有需要，将扰动土样充分拌匀，取代表性土样测定含水率。,将块状扰动土放在橡皮板上用木碾碾散，或用碎土机碾散。如果土样含水率较大，可先风干至易碾散为止。,29,2,试样的数量视试验项目而定，应有备用试样12个。,30,3,将碾散的风干土样通过孔径2mm或5mm的筛，取筛下足够试验用的土样，充分拌匀，测定风干含水率，装入保湿缸或塑料袋内备用。,31,4,根据试验所需的土量与含水率，制备试样所需的加水量应按下式计算：,式中,制备试样所需要的加水量(g)；,风干土质量(g)；,风干土含水率(%)；,制样要求的含水率()。,32,5,称取过筛的风干土样平铺于搪瓷盘内，将水均匀喷洒于土样上，充分拌匀后装入盛土容器内盖紧，润湿一昼夜，砂土的润湿时间可酌减。,33,6,测定润湿土样不同位置处的含水率，不应少于两点，含水率差值应符合本标准的规定。,34,7,根据环刀容积及所需的干密度，制样所需的湿土量应按下式计算：,式中 试样的干密度(gcm,3,)；,V试样体积(环刀容积)(cm,3,),。,35,8,扰动土制样可采用击样法和压样法。,1),击样法,：将根据环刀容积和要求干密度所需质量的湿土倒入装有环刀的击样器内，击实到所需密度。,2),压样法,：将根据环刀容积和要求干密度所需质量的湿土倒入装有环刀的压样器囱，以静压力通过活塞将土样压紧到所需密度。,36,9,取出带有试样的环刀，称环刀和试样总质量，对不需要饱和，且不立即进行试验的试样，应存放在保湿器内备用。,37,10注意问题,对于扰动土试样的制备，以往通常用击实法将土样击实后再切成试样，这样做往往因分层击实，试样上、下密度不一致及土体结构情况不好。,若采用击实法，要求以单层击实为佳。,38,试样制备方法对抗剪强度的影响随土质情况、饱和方法及开始含水率等条件而变化。,试样制备龄期会对抗剪强度有影响，但试样一经压密，此影响即消失，故在实际中可忽略不计。,击样和压样两种方法对密度影响不大，显然不同的制样方法，对于土的力学性质有着不同的影响。,39,粘性大的土，压样时空气不易排出，以致密度不十分均匀，为此，在各使用单位有形式不一的压样器，有的活塞有排气孔，有的带透水石，有的采用上下活塞两面压样等,总之，制备试样的方法应当用与击实试验相近似的击实方法。击样法可以控制锤击的击实高度，这样比较易于控制试样的密度。,40,二、试样饱和,土的孔隙逐渐被水填充的过程称为饱和，当孔隙被水充满时的土，称为饱和土。,41,试样饱和宜根据土样的透水性能，分别采用下列方法：,1粗粒土采用,浸水饱和法,。,2,渗透系数大于,10,-4,cm,s,的细粒土，采用,毛细管饱和法,；,渗透系数小于、等于,10,-4,cm,s,的细粒土，采用,抽气饱和法,。,42,毛细管饱和法步骤：,1选用框式饱和器，试样上、下面放滤纸和透水板，装入饱和器内，并旋紧螺母。,2将装好的饱和器放入水箱内，注入清水，水面不宜将试样淹没，关箱盖，浸水时间不得少于两昼夜，使试样充分饱和。,3,取出饱和器，松开螺母，取出环刀，擦干外壁，称环刀和试样的总质量，并计算试样的饱和度。当饱和度低于,95,时，应继续饱和。,1,夹板；,2,透水板；,3,环刀；,43,试样的饱和度应按下式计算：,式中 试样的饱和度()；,试样饱和后的含水率()；,试样饱和后的密度(gcm,3,)；,土粒比重；,e 试样的孔隙比。,44,抽气饱和法步骤：,1,选用叠式或框式饱和器和真空饱和装置,(a)叠式,(a)框式,真空饱和装置,45,在叠式饱和器下夹板的正中，依次放置透水板、滤纸、带试样的环刀、滤纸、透水板，如此顺序重复，由下向上重叠到拉杆高度，将饱和器上夹板盖好后，拧紧拉杆上端的螺母，将各个环刀在上、下夹板间夹紧。,46,2,将装有试样的饱和器放入真空缸内，真空缸和盖之间涂一薄层凡士林，盖紧。将真空缸与抽气机接通，启动抽气机，当真空压力表读数接近当地一个大气压力值时(抽气时间不少于1h)，微开管夹，使清水徐徐注入真空缸，在注水过程中，真空压力表读数宜保持不变。,47,3,待水淹没饱和器后停止抽气。开管夹使空气进入真空缸，静止一段时间，细粒土宜为10h，使试样充分饱和。,48,4,打开真空缸，从饱和器内取出带环刀的试样，称环刀和试样总质量，并计算饱和度。当饱和度低于95%时，应继续抽气饱和。,49,5,饱和度的大小，对渗透试验、固结试验和剪切试验的成果均有影响。,对于不测孔隙水压力的试验，一般认为：饱和度大于95即认为饱和。,对于需要测定孔隙水压力参数的试验，如三轴压缩试验，应变控制加荷固结试验，对饱和度的要求较高(S,r,=99以上)，宜采用二氧化碳或反压力饱和方法。,50,其他饱和方法,1二氧化碳饱和,二氧化碳饱和试样是近年来发展的一种方法。由于二氧化碳比空气重且易溶于水，从试样底部注入二氧化碳后，试样孔隙中的空气逐渐从试样顶端排出。,51,二氧化碳是气体，用,一种气体驱赶另一种气体,，不会出现气泡阻滞现象。,又因二氧化碳在水中的溶解度远比空气大(一个大气压力下，0时，1cm,3,水可溶解空气0.029cm,3,，可溶解二氧化碳1.71cm,3,)，因而，当试样孔隙充满二氧化碳后，用水头饱和法饱和时，试样孔隙中的二氧化碳气泡很快溶于水成碳酸，继续水头饱和时，又可以成为,一种液体,(水),驱赶另一种液体,(稀碳酸),，最后使试样孔隙中充满纯净水，达到饱和的目的。,52,2.反压力饱和：对试样施加反压力以使试样饱和已成为一种常用的饱和方法。,反压力饱和是人为地在试样内增加孔隙水压力，使试样内的孔隙气体在压力作用下完全溶解于水中,53,在增大孔隙水压力的同时，,等量,地对试样增加周围压力，以保证作用于试样的有效压力或试样的内外应力差不变。这个在孔隙水和压力室液体中同时作用的力即为反压力。,对试样施加反压力的大小与起始饱和度有关。当,起始饱和度过低,时，即使施加很大的反压力，也不一定能使试样饱和。,当试样起始饱和度低时，应先进行抽气饱和，然后再施加反压力，使试样完全饱和。,54,为使试样达到完全饱和，需要施加多大反压力，应在试验前进行估算。如在施加反压力过程中试样体积不变，则相当于把无空气水在压力作用下挤入试样，以取代其中的空气，于是所需施加的反压力可按下式计算：,55,式中：U,0,所需施加的反压力，kPa；,U,a,起始孔隙气压力，kPa；,h亨利系数(在20时每单位体积的水溶解0.02体积的空气)；,S,0,起始饱和度，；,S,tr,最后饱和度，。,56,当U,a,取为一个大气压力，按上式可算出由各个S,0,达到S,tr,=100时所需的反压力值，见表。,57,施加反压力不能太快，施加反压过程中要允许试样的含水率有足够的时间调整，而保持试样体积不变，只有在含水率增加的情况下达到饱和，才对土的骨架结构没有影响。,在施加反压过程中，为了防止试样膨胀而影响结构，产生附加的有效应力，通常在施加反压过程中始终保持周围压力略大于反压力，一般应保持差值为20kPa。,58,反压力必须分级施加，并相应地施加周围压力，以尽量减少对试样的扰动。每级反压力的大小与起始饱和度及密度有关。,在每一级压力下必须等待孔隙水压力稳定后，才施加第二级压力。,当反压力增加到预估值时，保持反压不变，单独增加周围压力，观测孔隙水压力的增长，若两者的增量相等，则证明试样已经完全饱和。,59,第,2,章,含水率试验,60,一、,概念,长期以来，在岩土工程领域中将含水率和含水量两个意义不同的名词相互混淆，统称含水量。,实际上,含水量,应该是土体中所含的水量，单位为克,(g),。,而,含水率,的定义是试样在,105,110,温度下烘至恒量时所失去的水质量和恒量后干土质量的比值，以百分率表示。计算公式如下：,61,式中w,0,试样含水率(%)；,干土质量(g)；,湿土质量,(g),。,62,国家标准中采用含水率这个名词更符合定义。国际上也有国家用含水比的，它的意义是与含水率相似。,含水率是土的基本物理性指标之一。它反映土的状态，含水率的变化将使土的一系列物理力学性质随之而异。,63,这种影响表现在各个方面,如反映在土的稠度方面，使土成为坚硬的、可塑的或流动的；,反映在土内水分的饱和程度方面，使土成为稍湿、很湿或饱和的；,反映在土的力学性质方面，能使土的结构强度增加或减小，紧密或疏松，构成压缩性及稳定性的变化。,因此，土的含水率是研究土的物理力学性质必不可少的一项指标。同时，土的含水率也是土工建筑物施工质量控制的依据。,64,二、试验方法,测定含水率的方法多种多样，如,烘干法,、,酒精燃烧法,、,炒干法,、,比重法,、,实容积法,、,微波法,和,核子射线法,等等。,65,1.烘干法：,将试样放入温度能保持在105110的电热烘箱中烘至恒值，是测定含水率的通用标准方法，,精度高,，,试验简便,，,结果稳定,。,故此法为室内测定含水率的标准方法，列入国家标准。,在,野外,无烘箱设备或要求快速测定含水率，则可根据土的性质和工程情况分别采用下列方法。,66,2.酒精燃烧法：,在试样中加入酒精，利用酒精在试样上燃烧，使土中水分蒸发，将土烤干。,是快速测定法中较准确的一种，适用于没有烘箱或土样较少的情况。,由于此法难以控制105110的恒温条件，与定义不完全符合，故一般在现场使用，或者在制备试样时测定风干土样的含水率，供制样参考。,酒精燃烧法测得的含水率,略低,于烘干法所测的含水率。,67,3.炒干法：,用火炉或电炉将试样炒干，在炒干过程中，随时翻拌试样，至试样表面完全干燥。此法适用于砂性土及含砾较多的土，在工地使用。此法也不符合定义所规定的105110，炒干法温度在100150，所测的含水率,略大于,烘干法。,68,4.比重法：,该法是根据比重试验，测定湿土体积，估计土粒比重，,间接,计算土的含水率。由于试验时没有考虑温度的影响，所测得的结果准确度较差。土内气体能否充分排出，直接影响试验成果的精度，故此法,仅适用于砂性土,。,69,5.实容积法：,根据波义尔马略特定律设计的速测含水率仪。它是通过测定土中固相和液相的体积，取土的经验比重值，换算出土的含水率。,该法的原理是波义尔马略特定律，首先要求气温基本保持不变，这在填筑工地上是很难达到的。若以标准温度为20，那么气温变化,1,，实容积的变化就达到5，相应含水率的变化也约5，为此，目前很少使用。,70,6.微波法：,微波加热是近十几年来才发展的一门新技术。,微波是一种超高频的电磁波。微波加热就是通过微波发生器产生微波能，然后用波导(传送线)将微波能输送到微波加热器中，加热器中的试样受到微波的照射后就发热，使水分蒸发。,71,由于微波具有一定的穿透深度，使被加热物体里外同时加热，因此具有均匀、快速的优点。,显然，快速干燥工艺在土工试验中具有重要的意义。,但微波加热的温度如何控制，烘干时间采用多长等，都是有待进一步研究的。美国于1998年将此列入ASTM标准。,72,7.核子射线法：,利用核子法测定土石等材料原位密度和含水率是一项迅速发展的无损、快速检测新技术。,目前我国已有相当数量各类进口的和国产的核子水分密度仪在各类工程中使用，并成为质量检测和控制的一种重要工具。,水利部已制定核子水分密度仪现场测试规程。用表层型核子水分密度仪测定材料密度和含水率是一种间接的物理测量方法。,73,其测量依据是仪器所记录到的射线或热中子计数率分别与被测材料密度和含水率有确定的相关性。通过预先建立适合仪器进行密度或水分测量的标定曲线，则可根据仪器现场测量所记录的射线或热中子计数率，按相对应的标定曲线，确定被测材料的密度或含水率。,深层型核子水分密度仪利用探棒通过钻孔或测量导管放至地面下预定深度，分别用射线散射法和快中子被氢原子慢化法测定材料原位密度和含水率变化。,74,三、,检测依据,土工试验方法标准GBT 501231999,本试验方法适用于,粗粒土,、,细粒土,、,有机质土,和,冻土,。,75,四、,仪器设备及环境,天平：,称量200g，精度0.01g；,称量600g，精度0.1g；,称量6000g，精度lg。,烘箱：能控制温度在105110。,铝盒：大小适当。,料盘：大小适当。,环境：在室内常温条件下进行。,76,四、,取样及制备要求,素土、灰土等细粒土每份一般取1530g，二灰碎石等粗粒土由于含大颗粒，每份宜取1000g以上。,取样要有,代表性,，宜采用,四分法,取样。当取样后不立即进行称量测定时，必须密封防止水分损失。,77,当采用抽样法测定含水率时，必须抽取两份样品进行平行测定，平行测定两个含水率的差值应符合以下要求：,含水率40，差值,1；,含水率,40，差值,2；,冻土，差值,3；,78,五、,操作步骤,(1),素土、灰土取代表性试样或环刀中试样1530g，放人已称重的铝盒，称重精确至0.01g；,二灰碎石等粗粒土取代表性试样1000g左右，称重精确至1g，放在已称重的料盘中；,整体法测定环刀中土的含水率时，称重精确至0.1g。,79,(2),将打开盖的铝盒或存料盘放人烘箱，在105110下烘至恒量(恒量的概念一般为间隔2小时质量差不大于0.1)。,烘干时间,对黏土、粉土不得少于8小时,对砂土不得少于6小时,对有机质含量超过5的土，应在6570恒温下烘至恒量，时间需更长一些。,80,(3),将铝盒或料盘从烘箱中取出，铝盒盖上盒盖，放入干燥容器内冷却至室温，用天平称量，精确至相应的精度(0.0,1,g、0.1g或1g)。,81,六、,数据处理与结果判定,试样的含水率应按下式计算，准确至0.1。,式中 m,d,干土质量；,m,0,湿土质量；,m,2,盒与干土质量之和；,m,1,盒与湿土质量之和；,m,3,盒质量。,82,或：,式中m,d,干土质量(g)；,m,0,湿土质量(g)。,83,本试验必须对两个试样进行平行测定，测定的差值：,当含水率小于40时1%；,当含水率等于、大于40时为2 %,对层状和网状构造的冻土不大于3 %。,取两个测值的平均值，以百分数表示。,84,2.8含水率试验的记录格式,85,七、 含水率试验中的问题,86,1、代表性试样的选取和试样数量,进行含水率试验时，常因土层不均匀，试样数量过少，扰动土样(风干土)拌合不匀，钻探取样时，取土器和筒壁的挤压，土样在运输和存放期间保持不当等等因素而影响试验结果。,这些影响因素中，有的属于土样客观原因，有的属于人为造成。,钻探取样和运输中造成的影响可以从发展野外现场测试方法加以解决，如采用核射线法测定含水率。,87,土层不均匀是土体本身的客观实际，为此，选取测定含水率的试样时，应根据试验目的和要求而定。,若为了了解全土层综合而概略的天然含水率，可沿土层剖面竖向切取土样，拌和均匀测定其含水率；,如果配合压缩试验、抗剪强度试验、渗透试验，应在切取试样环刀的上下两面选取土样，这样测得的含水率的结果可能由于土样层次不均匀有所差异，但有助于了解土层的真实情况和对试验结果的分析。,88,试验取土的数量,对于烘干法，为使试验结果准确可靠，同时考虑到烘培时间的长短，,粘质土,取1530克,；,砂质土,或砾质土因持水性差，颗粒大小相差悬殊，水含量宜于变化，所以试样应多取一些，规定,50克,。,酒精燃烧法,大多为施工质量控制所采用，为使酒精用量不致过大，根据实践经验，粘性土的数量为,510克,。,89,2、烘干温度和烘干时间,国家标准中规定测试含水率时的烘干温度采用105110，这取决于土的水理性质。,粘性土中水一般分为强结合水、弱结合水和自由水三种，为不使强结合水不断析出及有机质不断损失，保证测得的结果稳定，烘干温度不宜过高。,目前国际上一些主要试验标准，例如美国ASTM、英国BS、日本JIS、德国DIN标准规定的烘干温度在100115之间，且多数采用105110。,90,酒精燃烧法和炒干法，其温度均不符合105110的要求，但酒精倒入试样开始燃烧时即气化，酒精的气体部分构成火焰的焰心，火焰与土样保持23cm的距离，实际上土样受到的温度仅仅在7080，待火焰将熄灭的几秒钟才与土面接触，致使土的温度上升到200220。由于高温燃烧时间较短，土样受到的温度基本适宜，根据经验得知，测得的结果与烘干法差别不是很大。,91,烘干时间与土的类别及取土数量有关。对粘性土取1530克，烘干时间不少于8小时是根据多年比较试验而确定的。对砂性土不少于6小时，由于砂性土持水性差，水含量易于变化。,对烘干、炒干、烧干的试样应先冷却后再称重，,一是避免因天平受热不均匀影响称量精度，,二是防止热土吸收空气中的水份。,为此，试样应放在装有干燥剂的缸内冷却, 缸口涂以凡士林与外界空气隔绝，试样在干燥皿内冷却至室温再称量。,92,3、有机质土的含水率测定,在105110恒温下长期烘培，有的有机质特别是腐植酸可在烘培过程中逐渐分解而不断的减轻其质量，使得测得的,含水率比实际的含水率大,；有的有机质(如有机碳)在烘培中其质量因氧化而增加，使得测得的,含水率比实际的含水率小,。因此，标准规定有机质含量超过5的土，烘干温度采用6570。,93,4、平行试验和平行差值,土工试验标准中规定采用平行试验的目的是为了避免操作中发生错误，对原状土通过平行试验可以进一步了解含水率的均匀程度。,为保证试验准确度，试验中规定平行差值是合理的，对烘干法，含水率在40以下，允许差值1；含水率大于等于40，允许差值2。而对于一些快速测定法，由于准确度较差，只能参考烘干法的规定，斟酌采用。,94,第3章密度试验,土的密度定义为单位体积质量。它是土的主要物理性指标之一。用它可以换算土的干密度、孔隙比、饱和度等指标。,无论室内试验或野外勘查以及施工质量控制中均要测定密度。,95,测定密度的方法常用的有环刀法、蜡封法、灌砂法和灌水法等。,对粘性土用,环刀法,操作简便而准确，在室内和野外普遍采用。,不能用环刀切削的坚硬、易碎、含有粗粒、形状不规则的土可用,蜡封法,。,灌砂法,和,灌水法,一般在野外应用，适用于砂、砾等。,近几年用于现场测定天然密度的,核子射线法,也逐渐成熟，对饱和松散砂、淤泥、软粘土等可用此法测定。,96,一、环刀法,室内,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0.01g,。,97,3,环刀法测定密度，根据试验要求用环刀切取试样时，应在环刀内壁涂一薄层凡士林，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，擦净环刀外壁，称环刀和土的总质量。,98,4,试样的湿密度，应按下式计算：,式中 -试样的湿密度(gcm,3,)，准确到,0.01 gcm,3,。,99,5,试样的干密度，应按下式计算：,100,6,本试验应进行两次平行测定，两次测定的差值不得大于0.03gcm,3,，取两次测值的平均值。,101,环刀法试验的记录格式,102,8环刀法的注意事项：,(1),按土质均匀程度及土样尺寸选择不同容积的环刀。,室内进行密度试验，考虑到与剪切、固结等项试验所用环刀相配合，一般选用内径为61.8mm，高为20mm即容积为60cm,3,的环刀。,103,施工现场检查填土压实密度时，因每层土压实厚度达2030cm，土层上下压实程度不匀，而环刀容积过小，取土深度稍有变化，所测密度误差较大，一般采用增大环刀容积提高试验成果的精度。环刀容积可用200500cm,3,。,如果采用较小容积环刀，则应每层土的上、下部位分别测定密度，以了解土的压实程度。,104,环刀高度与直径之比对试验成果有影响，环刀高度过大时，土与环刀内壁的摩擦就越大，同时增大取样的困难，为此，要控制径高比，根据国内外的资料，一般采用的径高比为2.53.5。,环刀壁越厚，压入时土样扰动程度越大，所以环刀壁越薄越好。但环刀压入土中时，受到相当的压力，壁过薄，则环刀容易变形和损坏，故一般壁厚采用2mm左右，刃口厚度0.3mm。,105,(2),用环刀切土时，要防止试样扰动，所以应先切成一个较环刀内径略大的土柱，然后将环刀垂直下压。为避免环刀下压时挤压四周土样，应边压边削，直至土样伸出环刀，将两端修平,因环刀容积较大，不易切成土柱，故施工现场可用直接压入法。,106,环刀法测密实度(野外方法),1.概念,本法适用于测定细粒土的密度和压实度。,密度为单位体积内物质的质量；,压实度为实测干密度与最大干密度之比。,107,2.检测依据,土工试验方法标准GBT50123-1999,108,3.仪器设备及环境,(1)仪器设备,环刀：,体积60cm,3,，内径61.8mm，高度20mm；,体积100cm,3,，内径79.8mm，高度20mm；,手柄：与环刀相配套；,修土刀：刀口应锋利平整；,榔头：打击用；,天平：称量500g，精度0.1g；,称量200g，精度0.01g；,烘箱：室温300，精度2。,109,(2)环境要求：室内工作在常温下进行。,110,4.取样及制备要求,(1)建筑工程每组2点取平均值；市政工程路基灰土每组1点，其他每组3点取平均值。,(2)取样频率按验收规范执行，市政工程路基每1000m,2,每层取一组，沟槽回填每一井段每层取一组。,(3)取样要有代表性。,111,5操作步骤,(1)环刀内壁涂一薄层凡士林，装在手柄内，刀口向下对准选好的取土部位。,(2)用榔头垂直向下打击，直至环刀全部没入土内。,(3)用铁锹挖去环刀四周的土，再用铁锹对准环刀下将整个环刀连同土一起铲出，注意不得扰动环刀内的土。,112,(4)用修土刀修去环刀四周多余的土，修平环刀上下表面土层，并与环刀口平齐。,(5)擦净环刀外壁，放入铝盒带回称量，称铝盒、环刀和土的总质量m,1,，精确至0.1g。,113,(6)测定环刀内土的含水量：可整个在105110烘干称重m,2,测定，也可取样烘干测定。一般大环刀宜用取样烘干测定含水量，在环刀土样中分别取两份土样，重约2030g，精确至0.01g，分别放入两个铝盒称重m,4,、烘干称重m,5,测定其平均值。,114,保证环刀法测量准确的操作要点：,环刀体积准确。,选取的测量部位要有代表性。,挖出及修土时不得扰动环刀内的土，并修平。,准确称量。,烘干到位。,115,6.数据处理与结果判定,(1)计算,含水量,w=(m,1,-m,2,)(m,2,-m,3,-m,6,),或,w,1,=(m,4-1,-m,5-1,)(m,5-1,-m,6-1,),w,2,=(m,4-2,-m,5-2,)(m,5-2,-m,6-2,),w=(m,1,+m,2,)/2,m,1,铝盒、环刀和土的总质量,m,2,为m,1,烘干重,m,3,为环刀重,m,4,小铝盒+湿土重,m,5,为m,4,烘干称重,m,6,为铝盒重,116,湿密度=(m,1,-m,3,-m,6,)v,干密度=(m,2,-m,3,-m,6,)v,式中，v为环刀的体积。,或干密度= (1+w),平均干密度=( )3,或平均干密度=( )2,压实度= ,m,1,铝盒、环刀和土的总质量,m,2,为m,1,烘干重,m,3,为环刀重,m,4,小铝盒+湿土重,m,5,为m,4,烘干称重,m,6,为铝盒重,117,(2)结果判定,当干密度或平均干密度,设计要求的干密度时为合格；,当干密度或平均干密度设计要求的干密度时为不合格；,或,当压实度,设计要求的压实度时为合格；,当压实度设计要求的压实度时为不合格。,建筑工程中设计要求是压实系数，市政工程中称为压实度。,最大干密度由击实试验测得,。,118,7.例题,已知所用环刀体积为60cm,3,，该素土的最大干密度为1.76gcm,3,，设计要求素土沟槽回填压实度,85。试计算该组环刀的代表密度和压实度，并作评定。,119,解：,(1)干密度：(环刀+干土重)-环刀重环刀体积,=134.3-42.4/60=1.532g/cm,3,=134.5-42.2/60=1.538g/cm,3,=133.2-43.6/60=1.493g/cm,3,(2)平均干密度,=(1.532+1.538+1.493)3=1.52gcm,3,(3)压实度=平均干密度最大干密度,=1.521.76=86.486,(4)该组素土沟槽回填的压实度符合设计要求。,120,二、蜡封法,本试验方法适用于易破裂土和形状不规则的坚硬土。,121,本试验所用的主要仪器设备，应符合下列规定：,1蜡封设备：应附熔蜡加热器。,2天平：应符合国标第5.1.2条2款的规定。,122,蜡封法试验步骤：,1从原状土样中，切取体积不小于30cm,3,的代表性试样，清除表面浮土及尖锐棱角，系上细线，称试样质量，准确至0.01g。,2持线将试样缓缓浸入刚过熔点的蜡液中，浸没后立即提出，检查试样周围的蜡膜，当有气泡时应用针刺破，再用蜡液补平，冷却后称蜡封试样质量。,123,3将蜡封试样挂在天平的一端，浸没于盛有纯水的烧杯中，称蜡封试样在纯水中的质量，并测定纯水的温度。,4取出试样，擦干蜡面上的水分，再称蜡封试样质量。当浸水后试样质量增加时，应另取试样重做试验。,124,试样的密度计算：,式中,蜡封试样质量(g)；,蜡封试样在纯水中的质量(g)；,纯水在T时的密度(gcm,3,)；,蜡的密度(gcm,3,)。,125,试样的干密度，应按式(5.1.5)计算。,本试验应进行两次平行测定，两次测定的差值不得大于0.03gcm,3,，取两次测值的平均值。,126,蜡封法试验的记录格式,127,蜡封法的注意事项：,1,关于蜡的温度规定刚过熔点，以蜡液达到熔点以后不出现气泡为准。蜡液温度过高，对试样的含水率和结构都会造成一定的影响，而温度过低，蜡溶解不均匀，不易封好蜡皮。,蜡封时为避免土样的扰动和有气泡封闭在试样与蜡之间，故需缓慢地将试样浸入蜡中。,128,2,水的密度随温度而变化，故试验中应测定水温，其目的是为了消除因水密度变化而产生的影响。,各种蜡的密度不相同，所以试验前需测定蜡的密度。测定方法可将蜡块系于线上，称其在空气和水中的质量，求出其密度。,129,三、灌砂法测密实度,(一)国标方法,1.概念,所谓灌砂法是利用已知密度的砂灌入试坑来测得被测土样试坑的体积，从而测定土样密度的一种方法。,本法适用于测定粗粒土的密度和压实度，也可以测定细粒土的密度和压实度。,密度为单位体积内物质的质量；压实度为实测干密度与最大干密度之百分比。,130,2.检测依据,土工试验方法标准,GBT501231999,131,3.仪器设备及环境,密度测定器：由容砂瓶、灌砂漏斗和底盘组成(见图)。,1-,底盘；,2-,漏斗；,3-,漏斗口；,4-,容砂瓶；,5-,阀门,132,灌砂漏斗高135mm，直径165mm，底部有孔径为13mm的圆柱形阀门；容砂瓶容积为4升，容砂瓶与灌砂漏斗之间用螺纹接头连接；底盘承托灌砂漏斗和容砂瓶。,天平：称量15kg，精度5g(115kg)；,称量6000g，精度,1,g(10005000g)。,烘箱：能控制温度在105110。,料盘：大小适当。,工具：挖土铲，料勺、尺等。,环境：室内工作在常温下进行,。,133,4.取样及制备要求,(1)每组1点。,(2)取样频率按验收规范执行，市政工程路基每1000m,2,每层取一组。,(3)取样要有代表性。,134,5.操作步骤,(1)标准砂密度的测定,标准砂应清洗洁净并烘干，粒径宜选用0.250.50mm，密度宜选用1.471.61g/m,3,。,组装容砂瓶与灌砂漏斗，螺纹连接处应拧紧，称其总质量。,135,将密度测定器竖立，灌砂漏斗口向上，关阀门，向灌砂漏斗中注满标准砂，打开阀门使灌砂漏斗内的标准砂漏入容砂瓶中，继续向漏斗内注砂漏入容砂瓶中，当砂停止流动时迅速关闭阀门，倒掉漏斗内多余的砂，称容砂瓶与灌砂漏斗和灌满的标准砂的总质量，准确至5g，试验中应避免振动。,136,倒出容砂瓶内的标准砂，通过漏斗向容砂瓶内注水至水面高出阀门，关上阀门，去掉漏斗中多余的水，称容砂瓶与灌砂漏斗和灌满的水的总质量，准确至5g，并测定水温，准确至0.5。重复测定三次，三次测值之间的差值不得大于3mL，取三次的平均值。,137,容砂瓶的容积应按下式计算,式中 容砂瓶容积(mL)；,容砂瓶与灌砂漏斗和灌满的水的总质量(g)；,容砂瓶与灌砂漏斗质量(g)；,不同温度时水的密度(gcm,3,),138,标准砂的密度按下式计算,式中 标准砂的密度(gcm,3,)：,容砂瓶与灌砂漏斗和灌满的,标准砂的总质量(g),。,139,(2)灌砂法试验步骤,根据试样最大粒径，确定试坑尺寸见表。,140,将选定试验处的表面整平，除去表面松散的土层。,按确定的试坑直径划出坑口轮廓线，在轮廓线内下挖至要求深度，边挖边将坑内挖出的试样装入盛土容器中，称试样质量，精确至5g，带回后测定试样的含水率。,向容砂瓶中注满砂，关上阀门，称容砂瓶与灌砂漏斗和灌满的标准砂的总质量m,0,，准确至5g。,141,将密度测定器倒置(容砂瓶向上)于挖好的坑口上，打开阀门，使砂注入试坑。在注砂过程中不得有震动。当砂注满试坑时关闭阀门，称容砂瓶与灌砂漏斗和余砂的总质量，准确至5g，并计算注满试坑所用的标准砂质量,m,s,。,(实际上，仅通过上述方法还无法求得m,s，,m,0,-m,1,m,s,。因为灌入试坑的量砂除了试坑表面以下部分m,s,外，由于灌砂漏斗的存在还在试坑表面以上形成一个量砂圆锥体，m,0,-m,1,必须减去该量砂圆锥体的质量才是我们所需要的m,s,。而该量砂圆锥体的质量只有通过在试坑未挖前的表面上先空灌一次量砂来获得),142,6.数据处理与结果判定,(1)试样的密度应按下式计算,标准砂的密度,注满试坑所用的标准砂质量,试坑内挖出土的质量,143,(2)试样的干密度，应按下式计算，准确至0.01g/cm,3,。,144,(3)试样的压实度，应按下式计算,压实度=,145,7.注意事项,(1)挖试坑要注意尽量不扰动旁边的土，由于灌砂法适用砂、砾，在开挖试坑时，周围的砂粒容易移动，使试坑体积减小，测得的密度偏高，操作时应特别小心。试坑内已松动的颗粒应全部取出。,(2)称量好后要立即装入塑料袋密封，防止水分蒸发影响试样含水率的测定，从而影响干密度测定的准确性,。,146,(3)地表刮平对正确测定试坑体积是很重要的。,现在灌砂法一般不用套环，而是直接在刮,平的地面上挖试坑，然后灌砂求其体积。往往由于地面没有刮平，使所测试坑体积不准确。为使所测体积比较正确，可以在表面放一套环(或基板)，以套环上缘(或基板)为固定基准面，可以灌砂测定基准面与地面之间的体积，挖坑后测基准面与坑底之间的体积，两者相减即为试坑体积。,147,(二)交通方法,1.概念,本法适用于测定粗粒土的密度和压实度，也可以测定细粒土的密度和压实度。,测定粒径15mm细粒土时用100灌砂筒，测定粒径15mm，达4060mm时，应用150mm200mm的灌砂筒。密度为单位体积内物质的质量；压实度为实测干密度与最大干密度之百分比。,148,2.检测依据,公路土工试验规程,JTJ05193(T011193),149,3.仪器设备及环境,灌砂筒,：,直径l00mm、150mm、200mm。(见图5-2),标定罐,：,直径l00mm、150mm、200mm。(见图5-2),150,图52灌砂筒和标定罐,151,天平：,称量1015kg，精度5g(115kg)；,称量6000g，精度lg(5005000g)。,烘箱：能控制温度在105110。,料盘：大小适当。,工具：挖土铲、料勺、尺等。,环境：室内工作在常温下进行。,152,4.取样及制备要求,(1)每组1点。,(2)取样频率按验收规范执行，市政工程路基每1000m,2,每层取一组。,(3)取样要有代表性。,153,5.操作步骤,(1)确定灌砂筒下部,圆锥体内量砂,的质量,在灌砂筒上部储砂筒内装满量砂，筒内量砂的高度与筒顶的距离不超过15mm，称重m,1,，准确至lg。每次标定及而后的试验都维持这个质量不变。,将开关打开，让砂流出，并使流出砂的体积与工地所挖试坑的体积相当(或与标定罐体积相当)。然后关上开关，称量筒及余砂质量m,5,，准确至1g。,154,将灌砂筒放在玻璃板上，打开开关，让砂流出，直到筒内砂不再下流时，关上开关，细心取走灌砂筒。,收集并称量玻璃板上的量砂m,2i,或称量筒及余砂质量m,5,，准确至lg。(m,2i,=m,5,-m,5,)玻璃板上的量砂就是填满灌砂筒下部圆锥体的量砂。,重复上述过程三次，取平均值m,2,，准确至1g。,155,(2)标定量,砂的密度,在灌砂筒上部储砂筒内装入质量为m,1,的量砂，将灌砂筒放在标定灌上，打开开关，让砂流出，直到筒内砂不再下流时，关上开关，取下灌砂筒，称量筒及余砂质量m,3i,，准确至lg。,重复上述过程三次，取平均值m,3,，准确至1g。,按下式计算填满标定罐所需量砂的质量m,a,：,m,a,=m,l,-m,2,-m,3,156,用水确定标定罐的体积。,将空罐放在称台上，使罐上口处于水平位置，称量罐重，m,7,，准确至lg。罐顶放一直尺，慢慢加水至水面刚好接触直尺，移去直尺，称量罐和水的总重m,8,，并测量水温。重复三次，取平均值。重复测量时仅需用吸管从罐中吸取少量水，并用滴管重新将水加满至接触直尺。标定罐的体积按下式计算：,v=(m,8,-m,7,),157,按下式计算量砂的密度 (gcm,3,),：,158,(3)灌砂法试验步骤,选择一40cm40cm平坦表面，清扫干净，放上基板，将装有适量量砂的灌砂筒(重m,5,)放在基板中心圆孔上，打开开关，至筒内砂不再流动，关上开关，取走灌砂筒并称重m,6,，准确至lg。,取走基板，回收量砂,重新将表面清扫干净。将基板放在原位上，沿基板圆孔边凿洞，直径控制在比基板圆孔直径稍小，随时取出凿松的料，小心放入塑料袋中以防丢失，密封以防失水。洞深控制在标定灌深度左右为宜。凿毕清空松料后，称全部取出料重m,t,。,159,如果所选表面非常平整，则可不用基板，直接挖坑测定。需注意所挖坑要圆整，直径比灌砂桶稍小。,从全部取出料中取有代表性样品测其含水量w。细粒土不小于l00g，粗粒土不宜小于1000g,。,160,将灌砂筒(重m,1,)放在对准试坑的基板中心圆孔上(不用基板时直接放试坑上)，打开开关，至筒内砂不再流动，关上开关，取走灌砂筒，称量筒及余砂质量m,4,，准确至1g。,回收量砂以备后用。若量砂的湿度已变化或混有杂质，则应烘干过筛，并放置一段时间与空气湿度平衡后再用。,如试坑中颗粒间有较大孔隙，量砂可能进入孔隙时，则应按试坑外形，松弛地放入一层柔软的纱布，再进行灌砂测定,。,161,填满试坑所需量砂的质量m,b,按下式计算：,有基板：,无基板：,162,6.数据处理与结果判定,(1)试样的湿密度 (gcm,3,)应按下式计算，准确至0.01gcm,3,：,(2)试样的干密度 (gcm,3,)应按下式计算，准确至0.0lgcm,3,：,163,(3)试样的压实度应按下式计算：,压实度=,164,7.例题,165,四、灌水法,本试验方法适用于现场测定粗粒土的密度。,本试验所用的主要仪器设备，应符合下列规定：,1储水筒：直径应均匀，并附有刻度及出水管。,2台秤：称量50kg，最小分度值10g。,166,灌水法试验步骤：,1,根据试样最大粒径，确定试坑尺寸见表,167,2,将选定试验处的试坑地面整平，除去表面松散的土层。,3,按确定的试坑直径划出坑口轮廓线，在轮廓线内下挖至要求深度，边挖边将坑内的试样装入盛土容器内，称试样质量，准确到10g，并应测定试佯的含水率。,168,4,试坑挖好后，放上相应尺寸的套环，用水准尺找平，将大于试坑容积的塑料薄膜袋平铺于坑内，翻过套环压住薄膜四周。,5,记录储水筒内初始水位高度，拧开储水筒出水管开关，将水缓慢注入塑料薄膜袋中。当袋内水面接近套环边缘时，将水流调小，直至袋内水面与套环边缘齐平时关闭出水管，持续35min，记录储水筒内水位高度。当袋内出现水面下降时，应另取塑料薄膜袋重做试验。,169,试坑的体积，应按下式计算：,式中 试坑体积(cm。)；,储水筒内初始水位高度(cm)；,储水筒内注水终了时水位高度(cm)；,储水筒断面积(cm,3,)；,套环体积,(cm,3,),。,170,试样的密度，应按下式计算：,式中,-,取自试坑内的试样质量,(g),。,171,灌水法试验的记录格式见附录,172,注意问题,目前不少工地采用灌水法测定试样密度，挖试坑后在坑内铺塑料薄膜袋，由于薄膜不能紧贴凹凸不平的坑壁，并有折叠、皱纹等现象，使测得的体积缩小，计算的密度偏大。为了避免过大的误差，要求薄膜袋的尺寸应与试坑大小相适应。,173,第4章击实试验,一、目的和适用范围,室内击实试验是为了确定扰动土在一定的击实功能下干密度随含水率变化的关系曲线，以求得土的最大干密度和最优含水率；了解土的压实特性，为工程设计和现场施工碾压提供土的压实性资料。,174,土的压实程度与含水率、压实功能和压实方法有密切的关系。当压实功能和压实方法不变时，土的干密度随含水率增加而增加，当干密度达到某一最大值后，含水率继续增加反而使干密度减小，此一最大值即为最大干密度，相应的含水率为最优含水率。,175,这是因为细粒土在低含水率时，颗粒表面水膜薄，摩擦力大，不易压实。当含水率逐渐增大时，颗粒表面水膜逐渐变厚，其水膜的润滑作用也增大，因而颗粒表面摩擦力相应地减小，在外力作用下，就容易压实，而继续增加水,量,，只会增加土的孔隙体积，使干密度相应降低。,176,工程经验表明：欲将填土压实，必须使其水分降低到饱和程度以下，要求土体处于三相状态。土在瞬时冲击荷载重复作用下，颗粒重新排列，其固态密度增加，气态体积减小。当锤击力作用于土样时，首先产生压缩变形，当锤击力消失后，土又出现回弹现象。,因此，土的压实过程，既不是固结过程，也不同于一般压缩过程，而是一个土颗粒和粒组在不排水条件下的重新组构过程。,177,二、本试验分轻型击实和重型击实。,轻型击实试验适用于粒径小于5mm的粘性土,重型击实试验适用于粒径不大于20mm的土。采用三层击实时，最大粒径不大于40mm。,室内扰动土的击实试验一般根据工程实际情况选用轻型击实和重型击实。,对于水库、堤防填土等工程常用轻型击实法,而高速公路填土和机场跑道等工程则用重型击实法。,178,三、击实功及击数,轻型击实试验的单位体积击实功约592.2kJ/m,3,，,重型击实试验的单位体积击实功约2684.9kJm,3,。,轻型击实试验分三层击实，每层25击；,重型击实试验分五层击实，每层56击，若分三层击实，每层94击。,179,四、试验所用的主要仪器设备,1,套筒；,2,击实筒；,3,底板；,4,垫块,180,1击实仪的击实筒和击锤尺寸应符合,相应,规定。,2击实仪的击锤应配导筒，击锤与导筒间应有足够的间隙使锤能自由下落；电动操作的击锤必须有控制落距的跟踪装置和锤击点按一定角度(轻型53.5,0,，重型45,0,)均匀分布的装置(重型击实仪中心点每圈要加一击)。,181,1-,提手；,2-,导筒；,3-,硬橡皮垫；,4-,击锤,182,3天平：称量200g，最小分度值，0.01g。,4台秤：称量l0kg，最小分度值5g。,5标准筛