土工试验及其应用非常好的岩土工程学习资料.docx

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土工试验及其应用非常好的岩土工程学习资料

7土工试验及其应用

土工试验是土质学和土力学的重要组成部分之一，土工试验指标不仅为土的工程性质作出评价，而且对于建筑物地基的设计和施工提供不可缺少的依据和参数。

很多建筑物的地基都是放在土层上的，如某些隧洞、路堑、地铁等。

此外，土还是重要的建筑材料，如修筑堤坝用的土料，混凝土用的砂、石骨料等。

因此，必须研究土的各种与工程建筑有关的性质，即土的工程地质性质。

土的工程地质性质包括土的物理性质、水理性质、力学性质。

我们室内用土工试验来研究它，这就是我们进行土工试验的目的。

现分两部分进行介绍。

第一部分 土质分类

土工试验中首先根据工程要求选择执行的规范规程，不同的规范要求土的分类定名也不同，下面介绍不同规范中的土的分类定名。

一、按颗粒级配分类

1、按颗粒粒径大小分组

根据国标GBJ145-90《土的分类标准》可把土分为以下几组：

粒组统称

粒组名称

粒组粒径范围d（mm）

巨粒

漂石（块石）粒

d>200

卵石（碎石）粒

200≥d>60

粗粒

砾粒

粗砾

60≥d>20

细砾

20≥d>2

砂粒

2≥d>0.075

细粒

粉粒

0.075≥d>0.005

粘粒

0.005≥d

这里需要注意的是工民建将d≤0.002称之为胶粒，而交通部粉粒为0.075≥d>0.002，d≤0.002称为粘粒。

2、砂类土分类

根据国标GB50021-2001《岩土工程勘察规范》将砂类土划分为：

碎石土和砂土，即粗粒土。

碎石土分类

土的名称

颗粒级配

漂石（块石）

粒径大于200mm的颗粒超过总质量50%

卵石（碎石）

粒径大于20mm的颗粒超过总质量50%

圆砾（角砾）

粒径大于2mm的颗粒超过总质量50%

砂土分类

土的名称

颗粒级配

砾砂

粒径大于2mm的颗粒占总质量25～50%

粗砂

粒径大于0.5mm的颗粒超过总质量50%

中砂

粒径大于0.25mm的颗粒超过质量50%

细砂

粒径大于0.075mm的颗粒超过质量85%

粉砂

粒径大于0.075mm的颗粒超过质量50%

《公路桥涵地基与基础设计规范》（JTJ024-85）、《港口工程地基规范》（JTJ250-98）

《铁路工程岩土分类》（TB10077-2001）、《疏浚岩土分类标准》（JTJ320-96）

水电部《水闸设计规范》（SL265-2001）等它们的砂类土分类与国标GB50021-2001分类一致。

注：

①定名时应根据颗粒级配由大到小以最先符合者确定。

②当砂土中，小于0.075mm的土的塑性指数大于10时，应冠以“含粘性土”定名，如含粘性土粗砂等。

③砂土要计算不均匀系数Cu和曲率系数Cc，

不均匀系数是土粒大小均匀性的一个指标。

d60和d10分别是曲线上小于某粒径百分数为60%和10%的土粒粒径。

Cu越大表示级配良好，级配良好的土料是由大小各种颗粒组成的。

因此它容易密实。

曲率系数亦是评价砂土均匀性的一个指标。

d30为曲线上小于某粒径百分数为30%时所对应的土粒粒径。

如果Cu≥5，Cc=1~3时，定该土为级配良好，如不满足上述两个条件，为级配不良好或属均匀的砂。

3、建筑用砂料的分类（GB/T14684-2001）

根据国标《建筑用砂》将建筑用砂料分为：

类 别

细度模数

粗 砂

3.1~3.7

中 砂

2.3－3.0

细 砂

1.6－2.2

MX=（A1+A2+A3+A4+A5+A6）/100

式中MX——细度模数；

A1~A6一依次为4.75mm、2.36mm、1.18mm、0.60mm、0.30mm、0.15mm方孔筛上的累计筛余百分率（%）。

砂的含泥量：

粒径小于0.080尘屑、淤泥和粘土的总含量。

二、按塑性指数分类

1、地基土根据塑性指数将细粒土（粒径小于0.075mm颗粒含量超过总土质量50%的土）划分为几大类，下面列出各种规范中粘性土的分类。

《岩土工程勘察规范》

国标GB50021-2001

《公路桥涵地基基础设计规范》JTJ024-85

《铁路工程岩土分类标准》TB10077-2001

水电部《水闸设计规范》SL265-2001

土名

塑性指数IP

土名

塑性指数IP

土名

塑性指数IP

土名

塑性指数IP

粘土

IP>17

粘土

IP>17

粘土

IP>17

粘土

IP>17

粉质粘土

10

亚粘土

7

粉质粘土

10

壤土

7

粉土

IP≤10

亚砂土

1

粉土

IP≤10

砂壤土

1

说明：

①以上塑性指数均由76g圆锥仪入土深度10mm时测定的液限计算而得。

②天然含水量大于液限，孔隙比大于或等于1.0定为淤泥质土。

天然含水量大于液限，孔隙比大于1.5定为淤泥

③执行国标GB50021-2001规范时，花岗岩风化土应根据含砾或含砂量定名。

花岗岩风化土定名

土的名称

>2mm颗粒含量（%）

砾质粘性土

>20

砂质粘性土

不超过20

粘性土

不含

2、下面三种规范中粘性土的分类定名要复杂一些

《港口工程地质勘察规范》（JTJ240-97）

《港口工程地基规范》（JTJ250-98）

《疏浚岩土分类标准》（JTJ/T320-96）

土的名称

粉类标准

粘土

IP>17

粉质粘土

10

粘质粉土

IP≤10、10%≤MC<15%

砂质粉土

IP≤10、3%≤MC<10%

淤泥质土

36%

淤泥

55%

流泥

85%

浮泥

W>150%

说明：

①W——天然含水量（%）；e——孔隙比；MC——粘粒含量（d<0.005mm）。

②执行以上三种规范时，粉土必须做粘粒含量。

③花岗岩风化土应按以下定名：

土的名称

>2mm颗粒含量（%）

砾质粘性土

>20

砂质粘性土

5～20

粘性土

<5

三、下面介绍用塑性图和颗粒分析联合定名，也即是我们经常说的统一分类法。

公路路基土、水库坝址、填土等则用这种定名。

根据GBJ145-90《土的分类法》JTJ051-93、《公路土工试验规程》、SL237-1999《水利水电土工试验规程》，其按塑性图和颗粒分析结果将土分为

高液限粘土

WL≥50%

IP≥0.73（WL-20）和IP≥10

低液限粘土

WL<50%

IP≥0.73（WL-20）和IP≥10

高液限粉土

WL≥50%

IP<0.73（WL-20）和IP<10

低液限粉土

WL<50%

IP<0.73（WL-20）和IP<10

粘土质砂

IP≥0.73（WL-20）和IP≥10

粉土质砂

IP<0.73（WL-20）和IP<10

…

…

液限采用76g锥入土17mm的含水率或公路规范用100g锥入土20mm时含水率。

注：

以上定名可能含有前缀——含砾、含砂、有机质。

用这种方法定名必须要做筛分。

详细定名上面几本规范规程中都有介绍。

四、水电部《水闸设计规范》SL265-2001土分类有要求用三角形定名的，这就要求每组样品都要做颗粒分析到d<0.005mm粒径。

总之，做试验时，要清楚用什么规范定名，不清楚时一定要与委托方联系。

第二部分土工试验方法及其原理和应用

一、土的物理性质试验

土的物理性质是指土本身由于各个组成部分（固体、水、气）的比例和排列不同所表现的自然物理状态。

如轻重、干湿和松密等。

土的物理性质试验包括：

粒度分析、比重、含水量和密度试验等。

1．土的物理性质试验

1．1颗粒分析试验

颗粒分析就是用试验的方法求出小于某种粒径的颗粒所占质量的百分数。

1．1．1试验目的

以便了解土粒组成情况，并作为砂类土分类的依据及供给土工建筑物选料之用。

1．1．2试验方法

大致可分为筛分析法和沉降分析法。

沉降分析法又有密度计法、移液管法等。

对于粒径大于0.075mm的土应用筛分法，而粒径小于0.075mm的土则用密度计法或移液管法。

（一）筛分法

利用一套不同孔径的标准筛直接把土分离出与孔径相应的几个粒组，求其百分含量。

1．仪器设备

所用圆孔直径为60、40、20、10、5、2、1、0.5、0.25和0.075mm的分析筛一套及称量1000g、感量0.1g的天平等。

其中≥2mm的筛称之为粗筛，≤2mm的筛称之为细筛。

2．计算公式及曲线

X—小于某粒径的试样质量占试样总质量的百分比（%）；

mA—小于某粒径的试样质量（g）；

mB—筛析时的试样总质量（g），即干工总质量；

dx—粒径小于2mm的试样质量占总质量的百分比（%）。

将颗粒粒径为横坐标（对数），小于某粒径的百分含量为纵坐标绘制单对数曲线（如图1）

分别求出各粒径组的百分含量，并依据相应规范对砂土进行定名。

3．试验要点

1总土质量一定要有代表性，且用四分法取干土样。

最大粒径＜2mm，取±100~300g；

最大粒径＜10mm，取±300~1000g；

最大粒径＜20mm，取±1000~2000g；

最大粒径＜40mm，取±2000~4000g；

最大粒径≥40mm，取±4000g。

2无论是全筛还是缩分过筛都要每级筛干净，将试样过2mm筛，称筛上和筛下的土样质量。

当筛下的试样质量小于试样总质量的10%时，不作细筛分析，筛上的试样质量小于试样总质量10%时，可不作粗筛分析。

（二）密度计法

密度计法是将一定量（通常取30克风干土）的土样加水浸泡约24小时的悬液过0.075mm筛，过筛后的悬液放入量筒中，加水制成一定量的土悬液（1000ml），经过搅拌，使土的大小颗粒在水中均匀分布，成为均匀浓度的土悬液，静止悬液，让土粒沉降，在土粒下沉过程中用密度计在悬液中测读出对应于不同时间的不同悬液密度，根据密度计读数和土粒的下沉时间，计算出小于某一粒径的颗粒占土样总质量的百分数。

1．仪器设备

甲种密度计、量筒、搅拌器、温度计等。

2．计算公式

1按下式计算小于某粒径土占总质量的百分比：

式中CG—土粒比重校正系数，查表可知：

Rm——密度计读数，；（有时要考虑弯液面和分散剂影响）

T—温度校正值，查表可知；

md—干土质量（g）。

2按下式计算土粒直径：

式中d—试样颗粒粒径（mm）；

η—纯水的动力粘滞系数，与温度有关，查表；

GWT—水的密度，与温度有关，查表可知；

ρW4—温度4℃时水的密度（1g/cm3）；

g—重力加速度（981cm/s2）；

L—某一时间内土粒沉降距离（cm）；

t—沉降时间（s）；

K—粒径计算系数，与土的比重和水的温度有关，可查表得知。

颗粒粒径分配曲线的绘投制同筛分法一样，当密度计法与筛析法联合分析时，应将两段曲线联接处绘成光滑曲线。

3．试验要点

1如过0.075mm的悬液澄清，一定要加分散剂，如六偏磷酸钠浓度4%加10ml。

2一般要用纯水（蒸馏水或离子交换水），如对试验无影响可取地下水或自来水。

3画图时曲线要光滑，反S形，允许抛点，但尽量分界点要吻合。

1．3颗粒分析的应用

在大量土建工程中，土被作为建筑材料或地基所利用，在自然界中土是极其复杂和多变的。

土的分散度与其矿物成分有着密切的联系，因为土的分散度在很大程度上反映土的矿物成分，而土的分散程度达到一定的条件（量变过程），就会引起土的性质的显著变化（即质量），这种变化大都反映在土的可塑性、透水性、胀缩