土工试验指导书剖析.docx
《土工试验指导书剖析.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《土工试验指导书剖析.docx（33页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
土工试验指导书剖析
§1土的基本性质试验
§1.1密度试验
一、概述
密度试验的目的是测定土的密度，以了解土的疏密和干湿状态，供换算土的其他物理性质指标和工程设计以及控制施工质量之用，这里所指的密度是天然密度。
密度试验方法有环刀法，蜡封法，灌水法，灌砂法等。
这里仅介绍环刀法，该实验方法仅适用于细粒土。
二、仪器设备
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。
3、切土刀，毛玻璃板或圆玻璃片等。
三、试验步骤
1、称取环刀质量。
2、根据试验要求用环刀切取试样，其直径和高度应大于环刀的尺寸，整平两端放在玻璃板上，切取试样时应在环刀内壁涂一层凡士林。
3、将环刀的刀口向下放在土样上，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。
4、根据试样的软硬采用钢丝锯或切土刀整平环刀两端土样，两端盖上平滑的圆玻璃片，以免水分蒸发，擦净环刀外壁，称环刀和土的总质量。
四、计算与记录
1、试样的密度，按下式计算：
（1.1）
2、本试验应进行两次平行测定，两次测定的差值不得大于0.03g/cm
，取两次测定的平均值。
3、记录
环刀法试验的记录格式如下：
土样编号试验方法试验者
计算者试验日期校核者
试样编号
环刀号
环刀质量
（g）
环刀+湿土质量
（g）
湿土质量
（g）
试样体积
（cm3）
密度
（g/cm3）
平均密度
（g/cm3）
§1.2含水量试验
一、概述
含水量试验的目的测定土的含水量，以了解土的含水情况，含水量是计算土的干密度、孔隙比、液性指数、饱和度和其他物理性质不可缺少的一个基本指标。
含水量测定方法有烘干法、酒精燃烧法以及炒干法等。
烘干法试验:
适用于粗粒土、细粒土、有机质土和冻土。
二、仪器设备
1、电热烘箱：
应能控制温度为105~1100C。
2、天平：
称量200g,最小分度值0.01g，称量1000g，最小分度值0.1g。
3、干燥器（通常用装有氯化钙干燥剂）。
4、称量盒，削土刀，玻璃板或盛土容器等。
三、试验步骤
1、称取称量盒质量。
2、取具有代表性试样15～30g或用环刀中的试样，有机质土、砂类土和整体状构造冻土为50g，放入称量盒内，盖上盒盖，称盒加湿土质量，准确至0.01g。
3、打开盒盖，将盒置于烘箱内，在105~1100C的恒温下烘至恒量。
烘干时间对粘土、粉土不得少于8h，对砂土不得少于6h，对含有机质超过干土质量5﹪的土，应将温度控制在65~700C的恒温下烘至恒量。
4、将称量盒从烘箱中取出，盖上盒盖，放入干燥容器内冷却至室温，称盒加干土质量，准确至0.01g。
四、计算与记录
1、计算
试样的含水量，按下式计算，准确至0.1﹪。
（1.2）
式中：
mw——水的质量，g；
ms——干土质量，g。
本试验必须对两个试样进行平行测定，测定的差值：
当含水量小于40％时为1％；当含水量等于、大于40％时为2％，取两个测值的平均值，以百分数表示。
2、记录
含水量试验的记录格式如下：
土样编号试验方法试验者
计算者试验日期校核者
盒号
盒质量
（g）
盒+湿土质量（g）
盒+干土质量（g）
水的质量
（g）
干土质量
（g）
含水量
（%）
平均含水量
（%）
§1.3比重试验
一、概述
土粒比重是指土在温度100~105℃下恒重时的质量与同体积蒸馏水在4℃时质量的比值。
土粒比重是计算土的孔隙比、饱和度以及其他物理力学指标不可缺少的一个基本指标。
试验方法有比重瓶法、浮称法和虹吸管法，这里仅介绍比重瓶法。
比重瓶法适用于粒径小5mm土。
二、仪器设备
1、比重瓶：
容积100mL或50mL,分长颈和短颈两种。
2、恒温水槽：
准确度应为
1℃。
3、砂浴：
应能调节温度。
4、天平：
称量200g，最小分度值0.001g。
5、温度计：
刻度为0～50℃,最小分度值为0.5℃。
三、试验步骤
1、称比重瓶的质量。
2、将比重瓶烘干。
称烘干试样15g（当用50mL的比重瓶时，称烘干试样10g）装入比重瓶，称试样和瓶的总质量，准确至0.001g。
3、向比重瓶内注入半瓶纯水，摇动比重瓶，并放在砂浴上煮沸，煮沸时间自悬液沸腾起砂土不应少于30min，粘土、粉土不得少于1h。
沸腾后应调节砂浴温度，比重瓶内悬液不得溢出。
对砂土宜用真空抽气法；对含有可溶盐、有机质和亲水性胶体的土必须用中性液体（煤油）代替纯水，采用真空抽气法排气，真空表读数宜接近当地一个大气负压值，抽气时间不得少于1h。
4、将煮沸经冷却的纯水（或抽气后的中性液体）和注入装有试样悬液的比重瓶置于恒温水槽内至温度稳定，且瓶内上部悬液澄清。
当用长颈比重瓶时注纯水至刻度处；当用短颈比重瓶时应将纯水注满，塞紧瓶塞，多余的水分自瓶塞毛细管中溢出。
取出比重瓶，擦干瓶外壁，称比重瓶、水、试样总质量，准确至0.001g；并应测定瓶内的水温，准确至0.5℃。
5、倒去悬液、洗净比重瓶，并注入室温的蒸馏水至近满，把瓶塞塞紧，待多余的水分从瓶塞的毛细管中溢出。
擦小孔上和比重瓶外的水、秤瓶水质量，准确至0.001g。
四、计算与记录
1、计算
土粒的比重，应按下式计算：
（1.3）
式中：
mbw——比重瓶、水总质量，g；
mbws——比重瓶、水、试样总质量，g；
dwt——水在t℃时的比重。
2、记录
比重瓶法试验的记录格式如下：
土样编号试验方法试验者
计算者试验日期校核者
比重
瓶号
温度
（0C）
液体
比重
比重瓶质量
（g）
干土质量
（g）
瓶+液体质量
（g）
瓶+液体+干土
总质量
（g）
比重
平均值
水的密度表
温度
（℃）
水的密度
（g/cm3）
温度
（℃）
水的密度
（g/cm3）
温度
（℃）
水的密度
（g/cm3）
4.0
5.0
6.0
7.0
8.0
9.0
10.0
11.0
12.0
13.0
14.0
1.0000
1.0000
0.9999
0.9999
0.9999
0.9998
0.9997
0.9996
0.9995
0.9994
0.9992
15.0
16.0
17.0
18.0
19.0
20.0
21.0
22.0
23.0
24.0
25.0
0.9991
0.9989
0.9988
0.9986
0.9984
0.9982
0.9980
0.9978
0.9975
0.9973
0.9970
26.0
27.0
28.0
29.0
30.0
31.0
32.0
33.0
34.0
35.0
36.0
0.9968
0.9965
0.9962
0.9959
0.9957
0.9953
0.9950
0.9947
0.9944
0.9940
0.9937
§2界限含水量试验
一、概述
界限含水量试验包括液限试验和塑限试验。
液限是区分粘性土的可塑状态和流动状态的界限含水量，塑限是区分粘性土可塑状态与半固体状态的界限含水量。
目的是测定土的液限和塑限，用以计算土的塑性指数和液性指数，作为粘土类土的分类、判定稠度状态以及估算地基土承载力等的一个依据。
试验方法有联合测定法、碟式仪法、滚搓法等，这里仅介绍联合测定法。
联合测定法适用于粒径小于0.5mm以及有机质含量不超过土颗粒干质量5%的细粒土，如果有机质含量在5％~10％之间，仍允许按本试验方法进行，但必须在记录中注明。
二、试验原理
界限含水量中的液、塑限试验，各国通常是采用碟式仪测定液限，而塑限是采用手工操作的搓滚法，即试样搓滚至3mm时试样发生裂缝和断裂时相应的含水量。
这两种方法受仪器和人为因素的影响很大。
为此，我国从20世纪50年代就采用质量为76g，倾角为300的圆锥，贯人深度为10mm作为液限的标准，并且探讨过代替搓滚法的其他方法。
经过20多年的经验积累和对比试验，与碟式仪和搓滚法进行了相关分析，根据重塑粘性土含水量与强度之间的唯一关系，确定了等效于碟式仪和搓滚法的圆锥仪的贯人深度，从而建立了液、塑限联合试验的测定方法。
试验研究表明圆锥人土深度（h）与粘性土的含水量（w）成良好的双对数关系：
（2.1）
该关系就是液、塑限联合测定方法的理论基础。
三、仪器设备
1、联合测定仪：
包括带标尺的圆锥仪、电磁铁、显示屏、控制开关和试样杯。
圆锥质量为76g，锥角为300；读数显示宜采用光电式、游标式和百分表式；试样杯内径为40mm，高度为30mm。
2、天平：
称量200g，最小分度值0.01g。
四、试验步骤
1、本试验宜采用天然含水量试样，当土样不均匀时，采用风干试样，当试样中含有粒径大于0.5mm的土粒和杂物时，应过0.5mm筛。
2、当采用天然含水量土样时，取代表性土样250g；采用风干试样时，取0.5mm筛下的代表性土样200g，将试样放在橡皮板上用纯水将土样调成均匀膏状，放入调土皿，浸润过夜。
3、将制备的试样充分调拌均匀，填入试样杯中，填样时不应留有空隙，对较干的试样应充分搓揉，密实地填入试样杯中，填满后刮平表面。
4、将试样杯放在联合测定仪的升降座上，在圆锥上抹一薄层凡士林，接通电源，使电磁铁吸住圆锥。
5、调节零点，将屏幕上的标尺调在零位，调整升降座，使圆锥尖接触试样表面，指示灯亮时圆锥在自重下沉入试样，经5s后测读圆锥下沉深度（显示在屏幕上），取出试样杯，挖去锥尖入土处的凡士林，取锥体附近的试样不少于10g，放入称量盒内，测定含水量。
6、将全部试样再加水或吹干并调匀，重复本条3至5款的步骤分别测定第二点、第三点试样的圆锥下沉深度及相应的含水量。
液塑限联合测定应不少于三点（圆锥入土深度宜为4~5mm，9~10mm，16~18mm）。
五、计算与记录
1、试样的含水量按下式计算：
＝（
（2.2）
式中：
md——干土质量，g；
m0――湿土质量，g。
2、以含水量为横坐标，圆锥入土深度为纵坐标在双对数坐标纸上绘制关系曲线，三点应在一直线上。
当三点不在一直线上时，通过高含水量的点和其余两点连成二条直线，在下沉为2mm处查得相应的2个含水量，当两个含水量的差值小于2％时，应以两点含水量的平均值与高含水量的点连一直线，当两个含水量的差值大于、等于2％时，应重做试验。
3、在含水量与圆锥下沉深度的关系图上查得下沉深度为17mm所对应的含水量为液限，查得下沉深度为10mm所对应的含水量为10mm液限，查得下沉深度为2mm所对应的含水量为塑限，取值以百分数表示，准确至0.1％。
4、塑性指数应按下式计算：
（2.3）
式中：
Ip――塑性指数；
L——液限，％；
p——塑限，％。
5、液性指数应按下式计算：
=
（2.4）
6、液、塑限联合测定法试验的记录格式见下表：
土样编号试验方法试验者
计算者试验日期校核者
圆锥下沉深度
（mm）
盒号
盒质量
（g）
盒+湿土
质量
（g）
盒+干土
质量
（g）
干土质量
（g）
水的质量
（g）
含水量
（%）
平均含水量
（%）
§3渗透试验
一、概述
渗透试验的目的是测定土的渗透系数，验证达西定律。
渗透试验的方法有常水头渗透试验和变水头渗透试。
常水头渗透试验适用于砂性土，变水头渗透试验适用于粘性土。
试验采用的纯水，应在试验前用抽气法或煮沸法进行脱气。
试验时的水温，宜高于室温3~40C。
二、试验原理
1、常水头试验
常水头的意义就是在整个试验过程中保持水头为常数。
根据达西定律可知流过试样的水量跟试样的横截面积、试样的上下水位差和渗流时间成正比，跟渗流路径（即试样高度）成反比，该比例常数就是渗透系数，即：
整理得：
（3.1）
式中：
k——渗透系数，cm/s；
A——试样横截面积，cm2；
l——渗流路径（即试样高度），cm；
h——常水头，cm；
t——渗流时间，s；
Q——t时间内的渗透水量，cm3。
2、变水头试验
细粒土由于渗透系数很小，单位时间内渗透水量很小，测定渗透水量所需时间很长，受蒸发和温度变化影响的实验误差大，故采用变水头试验。
所谓变水头试验就是在整个试验过程中，水头差随时间变化的试验方法。
试验过程中，某一时间t作用于试样上的水头为h，经过dt时间间隔以后，变水头管的水位降落dh，则从时间t至t+dt时间间隔内流经试样的水量dQ为：
（3.2a）
式中：
a——变水头管的横截面积，cm2。
负号表示水量Q随水头h的降低而增加。
根据达西定律，在dt时间间隔内流经试样的水量dQ为：
（3.2b）
由式3.2a和式3.2b得：
（3.2c）
两边积分，并注意到试验中，t=t1的水头高度为h1，t=t2的水头高度为h2，则有：
（3.2d）
（3.2e）
（3.2）
或者
（3.3）
式中：
h1——起始时刻t1时的水头，cm；
h2——结束时刻t2时的水头，cm；
其他符号意义同前。
三、常水头渗透试验
（一）、仪器设备
常水头渗透仪装置由金属封底圆筒，金属孔板、滤网、测压管、供水瓶和量杯等组成。
金属封底圆筒内径为10cm，高为40cm．当使用其他尺寸的试样筒时，试样筒内径应大于试样最大粒径的10倍。
另有木锤、秒表等。
（二）、实验步骤
1、装好仪器，量测滤网至筒顶的高度，将调节器与供水管相连，从渗水孔向试样筒充水至高出滤网顶面。
2、取具有代表性的风干土样3~4kg，测定其风干含水量。
将风干土样分层装入试样筒内，用木槌轻轻击实并根据预定的孔隙比控制试样厚度。
当试样中含粘粒时，应在滤网上铺2cm厚的粗砂作为过滤层，防止细粒流失。
每层试样装完后，从渗水孔向试样筒充水至试样顶面，使试样逐渐饱和，最后一层试样应高出测压管3~4cm，并在试样顶面铺2cm砾石作为缓冲层。
当水面高出试样顶面时，应继续充水至溢水孔有水溢出。
3、称剩余土样的质量，并计算试样质量和试样高度。
4、检查测压管水位，当测压管水位与溢水孔水位不平时，用吸球调整测压管水位，直至两者水位齐平。
5、提高调节管至溢水孔以上，将供水管放人试样筒内，开止水夹，使水由顶部注入试样筒，降低调节管至试样上部1／3高度处，形成水位差使水渗入试样，经过调节管流出。
调节供水管止水夹，使进入试样筒的水量多于渗出的水量，溢水孔始终有水溢出，保持试样筒内水位不变，试样处于常水头下渗透。
6、当测压管水位稳定后，测记水位。
并计算各测压管之间的水位差。
按规定时间记录渗出水量，接取渗出水量时，调节管口不得浸入水中，测量进水和出水处的水温，取平均值。
7、降低调节管至试样的不同高度处重复测定，当不同水力坡降下测定的数据接近时，结束试验。
8、根据工程要求，改变试样的孔隙比，继续试验。
（三）、计算与记录
1、计算
⑴渗透系数应按下式计算：
式中：
kt——水温为T℃时试样的渗透系数，cm/s；
Q——时间t秒内的渗出水量，cm3；
l——两测压管中心间的距离，cm；
A——试样的断面积，cm2；
h——平均水位差，cm；
t——时间，s。
⑵标准温度下的渗透系数应按下式计算：
（3.4）
式中k20——标准温度（20C）时试样的渗透系数，cm/s；
t——T℃时水的动力粘滞系数，kPa·s；
20——20℃时水的动力粘滞系数，kPa·s。
⑶根据计算的渗透系数，应取3~4个在允许差值范围内的数据的平均值，用以作为试样在该孔隙比下的渗透系数（允许差值不大于2´10-n）。
⑷当进行不同孔隙比下的渗透试验时，应以孔隙比为纵坐标，渗透系数的对数为横坐标，绘制关系曲线。
2、记录
常水头渗透试验的记录格式如下：
组别试验日期试样编号
孔隙比试样高度试样面积测压孔间距cm
序号
经过时间（s）
测压管水位（cm）
水位差（cm）
渗水量（cm3）
t℃渗透系数（cm/s）
水温（℃）
校正系数
10℃渗透系数（cm/s）
平均渗透系数（cm/s）
Ⅰ管
Ⅱ管
Ⅲ管
h1
h2
H
四、变水头渗透试验
（一）、仪器设备
变水头渗透装置：
由渗透容器、变水头管、供水瓶、进水管等组成渗透容器由环刀、透水石、套环上盖和下盖组成。
透水石的渗透系数，应大于试样的渗透系数。
变水头管的内径，根据试样的渗透系数选择不同尺寸，长度宜为lm以上。
（二）、试验步骤
1、将装有试样的环刀装入渗透容器，用螺母旋紧，要求密封至不漏水不漏气。
并进行抽气饱和。
2、将渗透容器的进水口与变水头管连接。
利用供水瓶中的水向进水管充满水，并渗入渗透容器，开排气阀，排除渗透容器底部的空气，直至溢出水中无气泡，关排气阀，放平渗透容器。
3、向变水头管注水，使水升至预定高度，待水位稳定后开进水管夹，使水通过试样，当出水口有水溢出时开始测记，记录起始水头和起始时间，按预定时间间隔测记水头和时间变化，并测记出水口的水温。
4、将变水头管中的水位变换高度，待水位稳定再进行测记水头和时间变化。
重复试验5~6次。
（三）、计算与记录
1、计算
⑴渗透系数按下式计算：
式中：
a——变水头管的断面积（cm2）。
⑵标准温度下的渗透系数，按下式计算：
2、记录
变水头试验记录格式如下：
组别试验日期试样编号
孔隙比试样高度试样面积变水头管面积
序号
开始
时间t1
（s）
初水位h1
（cm）
终了
时间t2
（s）
终水位h2
（cm）
经过
时间
（s）
t℃渗透系数（cm/s）
水温（℃）
校正系数
t/20
20℃渗透系数（cm/s）
平均渗透系数（cm/s）
温度
℃
t（10-6）
kPa·S
t/20
温度
℃
t（10-6）
kPa·S
t/20
温度
℃
t（10-6）
kPa·S
t/20
15.0
15.5
16.0
16.5
17.0
17.5
18.0
1.144
1.130
1.115
1.101
1.088
1.074
1.061
1.133
1.119
1.104
1.090
1.077
1.066
1.050
20.5
21.0
21.5
18.5
19.0
19.5
20.0
0.998
0.986
0.974
1.048
1.035
1.022
1.010
0.988
0.976
0.964
1.038
1.025
1.012
1.000
22.0
22.5
23.0
24.0
25.0
26.0
27.0
0.963
0.952
0.941
0.919
0.899
0.879
0.859
0.953
0.943
0.932
0.910
0.890
0.870
0.850
水的动力粘滞系数、粘滞系数比t/20
§4固结试验
一、概述
固结试验是将天然状态下原状土样或人工制备的扰动土，制备成一定规格的试件，然后置于压缩仪内，在不同荷载和有侧限条件下测定其压缩变形。
目的是测定土的压缩系数、压缩模量、压缩指数、回弹指数、固结系数及先期固结压力等，用来判断土的压缩性和进行变形计算。
该实验方法适用于饱和的粘土，当只进行压缩时，容许用非饱和土。
二、仪器设备
1、固结容器：
由环刀、护环、透水板、水槽、加压上盖组成。
⑴环刀：
内径为61.8mm和79.8mm,高度为20mm。
环刀应具有一定的刚度，内壁应保持较高的光洁度，宜涂一层硅脂或聚四氟乙烯。
⑵透水板：
氧化铝或不受腐蚀的金属材料制成，其渗透系数应大于试样的渗透系数。
用固定式容器时，顶部透水板直径应小于环刀内径0.2-0.5mm；用浮环式容器时上下端透水板直径相等，均应小于环刀内径。
2、加压设备：
应能垂直地在瞬间施加各级规定的压力，且没有冲击力，压力准确度应符合现行国家标准《土工仪器的基本参数及通用技术条件》GB/T15406的规定。
3、变形量测设备：
量程10mm,最小分度值为0.01mm的百分表或准确度为全量程0.2％的位移传感器。
4、固结仪及加压设备应定期校准，并应作仪器变形校正曲线，具体操作见有关标准。
5、试样制备同原状土试样制备的方法，并测定试样的含水量和密度，取切下的余土测定土粒比重。
试样需要饱和时，应按有关标准进行抽气饱和。
6、其他：
天平、秒表、烘箱、钢丝锯、刮土刀、土盒等
三、实验步骤
1、在固结容器内放置护环、透水板和薄型滤纸，将带有试样的环刀装入护环内，放上导环，试样上依次放上薄型滤纸、透水板和加压上盖，并将固结容器置于加压框架正中，使加压上盖与加压框架中心对准，安装百分表或位移传感器。
（注意：
滤纸和透水板的湿度应接近试样的湿度）
2、施加1kPa的预压力使试样与仪器上下各部件之间接触，将百分表或传感器调整到零位或测读初读数。
3、分级施加压力。
第一级压力的大小应视土的软硬程度而定，宜用12.5、25kPa或50kPa。
只需测定压缩系数时，最大压力不小于400kPa。
压力等级宜为12.5、25、50、100、200、400、800、1600、3200kPa。
4、需要确定原状土的先期固结压力时，初始段的荷重率应小于1，可采用0.5或0.25。
施加的压力应使测得的e—logp曲线下段出现直线段。
对超固结土，应进行卸压、再加压来评价其再压缩特性。
5、对于饱和试样，施加第一级压力后应立即向水槽中注水浸没试样。
非饱和试样进行压缩试验时，须用湿棉纱围住加压板周围。
6、测记试样高度变化。
需测定沉降速率时，则施加每一级压力后宜按下列时间顺序测记试样高度变化，即6²、15²、1¢、2¢15²、4¢、6¢15²、9¢、12¢15²、16¢、20¢15²、25¢、30¢15²、36¢、49¢、64¢、100¢、400¢、23h和24h，至稳定为止。
教学试验受时间限制可选择15²、1¢、2¢15²、4¢、6¢15²、9¢、12¢15²
升级会员 