土的颗粒密度试验作业指导书.docx
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土的颗粒密度试验作业指导书
土的颗粒密度试验作业指导书
一、试验目的和方法
1．方法概述
土的颗粒密度是指土体内固体颗粒的质量与颗粒体积之比值，单位g/cm3。
粒径大于5mm的砾石、碎（卵）石等粗颗粒，因颗粒间存在空隙。
空隙又分封闭的与敞开的两部分，当浸水时，开敞部分为水所填充，封闭部分则不能浸人。
因此，粗颗粒土颗粒密度通常以下列三种方法表示：
（1）视密度（也称表观密度）：
土粒干质量与土粒实体积（包括固体颗粒和封闭空隙体积）的比值。
它与细粒土的颗粒密度在实用上是一致的，因为一般指的空隙，事实上是指能被水充填的空隙。
通常情况下，粗粒土的颗粒密度就是指视密度。
（2）毛体积密度：
土粒干质量与土粒总体积（包括固体颗粒、封闭空隙和开敞空隙全部体积）的比值。
（3）饱和面干密度（简称表干密度）：
当土粒呈饱和面干状态时的土粒总质量与土粒总体积的比值。
颗粒密度是计算孔隙比、孔隙率、饱和度等指标的重要数据。
毛体积密度用于击实试验中对超粒径（≥5mm或≥20mm或≥40mm,颗粒在5％~30%）土的最大干密度校正及计算粗颗粒填料压实后的孔隙率。
土的颗粒密度试验按土粒的不同粒径可分别采用：
（1）量瓶法：
适用于粒径小于5mm的土。
（2）浮称法：
适用于粒径等于或大于5mm的土，且其中粒径大于20mm的土质量应小于土总体质量的10%。
（3）虹吸管法：
适用于粒径等于或大于5mm的土，且其中粒径大于20mm的土质量应等于或大于土总体质量的10%。
（4）如果土含有小于和大于5mm的颗粒．，则应分别用量瓶法和浮称法或虹吸筒法测定不同粒径的颗粒密度，并按加权平均计算土的平均颗粒密度：
2．量瓶法
（1）试验所需主要仪器设备和器具
①量瓶：
容积100（或50）mL。
②天平：
称量200g，分度值0.001g。
③恒温水槽：
准确度士1.0℃。
④砂浴：
应能调节温度。
⑤温度计：
测量范围0~50℃，分度值0.5℃。
⑥真空抽气设备。
⑦其他：
烘箱、纯水或中性液体（煤油）等。
（2）量瓶校正
①将量瓶洗净，烘干后称其质量，准确至0.001g。
②将煮沸经冷却的纯水（或抽气后的煤油）注人量瓶，对长颈量瓶注水（油）至刻度处，对短颈量瓶注水（油）至毛细管口。
将量瓶放人恒温水槽直至瓶内水（油）温度稳定。
取出量瓶，擦净外壁，称瓶、水（油）总质量，准确至O.OOlg。
测定恒温水槽内水温，准确至0.5℃。
③按5℃间隔调节恒温水槽内水的温度，测定不同温度下的瓶、水（油）总质量。
每个温度需进行两次测定，平行差值不大于0.002g，取两次测值的平均值。
绘制温度与瓶、水（油）总质量的关系曲线，如图9-4所示。
图9-4温度和瓶、水质量关系曲线
（3）试验要点
①在烘干的l00ml量瓶内装人试样15g（50mL量瓶装10g），称量瓶和试样质量，准确至0.001g。
②向已装有试样的量瓶内注人半瓶纯水，摇动量瓶，并放在砂浴上煮沸，煮沸时间：
砂性土不少于30min,黏性土不少于60min。
煮沸后为防止瓶内悬液溢出，应随时注意调节砂浴温度。
③将煮沸并冷却的纯水注人装有试样悬液的量瓶（液面高度与量瓶校正时相同），并放置于恒温水槽内，直至温度稳定，瓶内悬液上部澄清，取出量瓶，擦净外壁，称量瓶、水、试样总质量，准确至0.001g。
测定量瓶内的水温，准确至0.5℃。
④根据测得的温度，从已绘制的“温度与量瓶和水总质量关系曲线”中查得量瓶和水的总质量。
⑤如试样含有可溶盐、亲水性胶体或有机质，需用抽气法以中性液体（如煤油）为介质进行测定。
抽气时真空压力表读数须接近l00kPa，抽气时间1～2h。
⑥按式（9-18）计算颗粒密度：
9-18
式中：
ρ：
颗粒密度（g/cm3），计算至0.01g/cm3；
md：
试样干质量（g）；
mPw：
量瓶和水（油）的总质量（g）；
mpws：
量瓶，水（油）和土的总质量（g）；
ρWT:
在T（℃）时水（油）的密度（g/cm3）。
3．浮称法
（1）试验所需主要仪器设备和器具
①铁丝框：
孔径小于5mm，边长10～15cm，高10～20cm。
②天平：
称量2000g，分度值0.2g。
③盛水容器：
尺寸应能适合铁丝框沉入。
④其他：
烘箱、温度计、孔径5及20mm筛等。
（2）试验要点
①选取有代表性的试样500~1000g清洗干净，浸入水中24h后取出，将试样放在湿毛巾上擦干表面，即得饱和面干试样，称其质量（mb）。
②将铁丝框浸人水中，称铁丝框在水中的质量（m1）,如图9-5所示。
③将已知质量的饱和面干试样全部放入铁丝框中，缓缓浸没于水中，并在水中摇晃至无泡溢出为止，称铁丝框和试样在水中的总质量（m2），测定盛水容器内水温，准确至0.5℃。
④取出铁丝框中的全部试样烘干，并称烘干试样质量（md）。
图9-5浮称天平
⑤按公式（9-19）,（9-20）,（9-21）和（9-22）计算颗粒密度（ρs）、毛体积密度（ρa）、饱和面干密度（ρb）和吸着含水率（Wx）。
9-19
9-20
9-21
9-22
4．虹吸管法
（1）试验所需主要仪器设备和器具
①虹吸筒：
见图9-6
图9-6虹吸筒示意图（单位：
cm）
②台秤：
称量10kg，分度值1g。
③量筒：
容积2000ml。
④其他：
同浮称法。
二、空隙率计算方法
孔隙率为：
土的孔隙体积与总体积的比值，以百分数表示。
9-23
式中：
n:
孔隙率；
Vv：
土的孔隙体积（cm3）；
V：
土的总体积（cm3）。
由孔隙率定义式可推导出如下实用计算公式：
9-24
9-25
式中：
n1：
用颗粒密度计算求得的孔隙率；
n2：
用毛体积密度计算求得的孔隙率；
ρd：
土的干密度（g/cm3）;
ρa：
土的干密度（g/cm3）
当土中既有粒径大于5mm的土颗粒，又含有粒径小于5mm的土颗粒时，工程中一般采用平均颗粒密度，取粗细颗粒密度的加权平均值。
对这类土的孔隙率宜采用土的平均颗粒密度计算。
《秦沈客运专线粗粒土压实检测方法讨论会》会议纪要（秦沈总指〔2000）48号）提出：
“对于砾石土，碎石类土和级配碎石，由于粒径小于0.1mm的颗粒成分较少，宜采用毛体积密度计算孔隙率，并作为控制压实度的指标之一。
”土的颗粒密度（ρa）和土的毛体积密度（ρd）可按本章17.6相应方法测试。
土的干密度（ρa）应按本章的密度试验和本章的含水率试验相应方法测定湿密度和含水率，并计算求出干密度。
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