土的密度试验作业指导书.docx
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土的密度试验作业指导书
土的密度试验作业指导书
一、试验的目的和方法
土的密度是质量密度的简称，指单位体积土体的质量，即土的总质量（m）与其体积（V）之比，以符号ρ表示，单位为g/cm3。
重力密度（重度）由于涉及到作用于质量上的重力，所以表示为单位体积的力，以符号γ表示（重度原称容重），单位为kN/cm3。
两者有以下的换算关系：
γ＝g×ρ＝9.81×ρ≈10×ρ9-7
土的密度是土的基本物理性指标之一，用它可以换算土的干密度、孔隙比、孔隙率等指标。
在工程设计中，主要用于判断土的工程性质、计算土压力、土体稳定性及地基压缩时的沉降量等。
测定土的密度常用的方法主要有。
●环刀法：
适用于粉土和黏性土。
●蜡封法：
适用于环刀难以切削并且易碎裂的土。
●灌砂法、灌水法、气囊法：
适用于砾类土。
●核子射线法：
适用于砂类土、黏性土。
下面仅介绍环刀法、灌砂法、核子射线法。
测定土体密度的难度在于测定土体的体积，环刀法、蜡封法、灌砂法等均是针对测定土体体积进行的。
二、环刀法
环刀法测定土体密度的原理在于，用确定体积的环刀切削土体，使在尽量少的扰动下，使土灌满环刀，从而达到测定密度的目的。
1．试验所用主要仪器设备和器具
（1）环刀：
目前常用的环刀内径为61.8±0.15mm和79.8土0.15mm两种，高度为20土0.016mm。
环刀的质量、容积须定期校验。
（2）天平：
称量500g，分度值0.1g；称量200g，分度值0.Olg。
（3）其他：
切土刀、钢丝锯等。
2．主要试验步骤
（1）在环刀的内壁涂上一薄层凡士林，刀口向下放在土样上，垂直下压环刀，同时旋转切削土样至环刀从土样另一端伸出为止。
用钢丝锯或切土刀去掉环刀周围的土，使环刀与土柱分离，然后削去环刀两端的多余土（用做含水率试验），并将环刀两端修平。
（2）将环刀与所切土同时称量，然后再称环刀质量，从而称得试样质量，准确至0.lg。
（3）应进行两次平行测定，其平行差值不得大于0.03g/cm3。
（4）按式（9-8）和式（9-9）分别计算土的湿密度和干密度。
9-8
式中：
ρ：
土的湿密度（g/cm3）；
mo：
湿土的质量（g）；
V刀：
环刀体积（cm3）。
9-9
式中：
ρd：
干密度（g/cm3）。
ω：
含水率（％）。
三、灌砂法
利用在确定的灌入状态下，砂的密度（可以在相同灌入条件下事先测得）不会发生变化的原理，测定试坑中砂子质量，从而计算试坑的体积，达到测定土体密度的目的。
1．试验所用主要仪器设备和工具
（1）灌砂法密度测定仪：
如下图9-2所示。
图9-2灌砂法密度测定仪
（2）天平：
称量10kg，分度值5g；称量500g，分度值0.1g。
（3）其他：
小铁锹、小铁铲、盛土容器等。
2．标准砂密度测定
（1）选取一定量的粒径为0.25～0.50mm，密度为1.47～1.61g/cm3的洁净干燥砂。
（2）称量组装好的密度测定仪质量（m1）。
（3）将密度测定仪竖立（漏斗向上），向容砂瓶内注满清水（用小玻璃板封口，以玻璃板下气泡最小为准），称测定器和水的质量（m2），同时测记水温。
再重复测定两次。
将三次测定结果换算为该温度下水的体积，三次结果最大差值不得大于3m1，取三次测定值的平均值作为密度测定仪容砂瓶的体积。
（4）按上述步骤将水换为标准砂，测定标准砂充满容量瓶后密度测定仪和标准砂的质量（m3）。
（5）按式（9-10）计算容砂瓶的容积
Vx=（m2-m1）Vw9-10
式中：
Vr：
容砂瓶体积（ml）；
m2：
密度测定仪和水的质量（g）；
m1：
密度测定仪的质量（g）；
Vw：
每克水的体积（ml/g）。
不同温度下，水的密度不同，在计算密度测定仪容砂瓶容积时，要根据测定时的温度使用不同的水的密度，其值见表9-1。
表9-1不同温度下每克水的体积
水温（℃）
12
14
16
18
20
22
每克水体积（ml）
1．00048
1．00073
1．00103
1．00138
1．00177
1．00221
水温（℃）
24
26
28
30
32
每克水体积（ml）
1．00268
1．00320
1．00375
1．00435
1．004917
按式（9-11）计算标准砂的密度：
9-11
式中：
ρS：
标准砂的密度；
m3：
测定仪和标准砂的质量。
3.测定灌满漏斗所需标准砂的质量
（1）将标准砂灌满容砂瓶，称测定器和标准砂的质量（m3）。
将测定器倒置于洁净的平面上（漏斗朝下），打开阀门，待砂停止流动后迅速关闭阀门，称剩余砂和测定器质量（m4），计算流失砂的质量（m5）。
（2）按式计算灌满漏斗所需标准砂的质量：
m5＝m3-m4（9-12）
式中：
m4：
剩余砂和测定器质量；
m5：
灌满漏斗所需标准砂质量。
4.灌砂法试验要点
（1）将测定仪倒置（漏斗朝下）于整平的地面上，沿灌砂漏斗外缘画一轮廓线，在所画轮廓线内挖坑，试坑大小应根据土的最大粒径确定，见表9-2。
（2）将挖出的土全部装入容器称出湿土总质量，同时取代表性试样测定含水率。
表9-2试坑最小体积和测定含水率试样质量
土的最大粒径
（mm）
试坑尺寸（mm）
测定含水率应取试样质量（g）
直径
高度
5～25
150
200
100
25～50
200
250
300
（3）将容砂瓶内充满砂，称标定器和标准砂质量（m3），将测定器倒置（漏斗朝下）于挖好的坑口上（如坑口土质较松软，要采用底板。
当使用底板时，应把底板空洞视为灌砂漏斗的一部分），打开阀门，使标准砂流人试坑内，当砂停止流动时关闭阀门，称测定器和剩余砂质量（m6）。
（4）按式（9-13）计算充满试坑所需砂质量：
m7＝m3-m5-m69-13
式中：
m6：
灌满试坑后测定仪和剩余砂质量（g）；
m7：
灌满试坑所需标准砂质量（g）。
（5）按式（9-14）、式（9-15）计算密度和干密度：
9-14
式中：
m：
试坑内土的质量（g）。
9-15
式中：
m：
试坑内土的质量（g）。
四、核子射线法
核子射线法广泛用于路基填土压实工程中检测土的密度和含水率。
核子湿度密度仪的原理是根据不同密度的土对γ射线（艳137-γ源，半衰期为33.2年）的反射，间接地求出该材料的密度；根据土中游离水中的氢离子对中子（媚241/铍中子源，半衰期为458年）的反射，测出氢离子含量，进而推算出游离水的含量，即计算出含水率。
1．试验所用主要仪器设备
核子湿度密度仪：
由主机和附件组成。
（1）主机：
由放射源、探测器、微处理器、测深定位装置等组成，见图9-3所示。
图9-3核子湿度密度仪示意图
放射源：
艳137-γ源，辐射活性3.7x108Bq媚241/铍中子源，辐射活性1.85x109Bq。
●探测器：
盖革一密勒计数管，接收γ射线；氢一3探测管，接收中子射线。
●微处理器：
将探测器接收到的射线信号转换成数据，并经运算后显示检测结果。
●测深定位装置：
将放射源放置到预定的测试深度。
（2）附件：
标准块、导板、钻杆、充电器。
（3）技术指标：
●测量范围：
含水量0～0.64g/cm3；密度1.12-2.73g/cm3。
●准确度：
含水量±0.004g/cm3；密度±0.004g/cm3。
●仪器应按《核子湿度密度测试仪检定规程》（JJG128一91）检定合格，检定周期两年。
2．试验要点
（1）标准计数和统计试验：
将标准块放在坚硬的材质表面，按规定将仪器放置在标准块上，仪器手柄设置在安全位置。
周围l0m以内无其他放射源，3m以内的地面上不得堆放其他材料。
按下启动键，开始进行标准计数或统计试验。
操作人员应退到离仪器2m以外区域。
当仪器发出结束信号后，检查含水量、密度的标准计数或统计分析结果，如果其数值在规定的范围内，即可开始检测。
（2）输人设定参数
1）测量计数时间（不宜小于30s）。
2）选择计量单位g/cm3或kg/m3。
3）密度、含水量的偏移量，当无偏移量时输人“0”。
4）测点记录号。
（3）平整被测材料表面，必要时可用少量细粉颗粒铺平，然后用导板或钻杆造孔。
孔深必须大于测试深度，孔应垂直，孔壁光滑，不得坍塌。
（4）按规定方法将仪器就位，并将放射源定位到预定的测试深度，按下启动键开始测试，操作人员退到离仪器2m以外的区域。
（5）当仪器发出结束信号后，储存或记录检测结果，并将放射源退回到安全位置。
（6）试验误差应满足以下规定要求：
本试验在同一测点，仪器在初始位置进行第一次读数，然后将仪器绕测孔旋转180°进行第二次读数，含水量及密度应分别取两次读数的平均值。
其含水率的允许平行差值应符合规范的规定；密度的平行差值不应大于0.03g/cm3。
如果两次测定的平行差值（含水率或密度）超过允许差值，则应将仪器再绕测孔旋转到90°和270°的位置进行两次读数，取其四次读数的算术平均值。
（7）干密度和含水率按式（9-16）和式（9-17）计算：
1）干密度：
ρd=ρ-ρsw9-16
式中：
ρ：
湿密度（g/cm3）；
ρd：
干密度（g/cm3）；
ρsw：
含水量（单位体积土中水的质量）（g/cm3）。
2）含水率：
9-17
式中：
ω含量水（％），计算至0.1%。
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