土工试验作业指导书.docx

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土工试验作业指导书

土工试验作业指导书

JW-03.10

一．引用标准

GB/T50123-1999（2008）《土工试验方法标准》

JTGE40-2007《公路土工试验规程》

二．适用范围

适用于工业与民用建筑、水利、市政道路，公路等各类工程的地基土及填筑土料的基本性能试验，包括土粒比重试验、颗粒分析试验、密（压实）度试验、击实试验、界限含水率试验

三．试样制备：

3.1一般规定

1.本试验方法适用于颗粒粒径小于60mm的原状土和扰动土。

2.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0.03g/cm3；扰动土样同一组试样的密度与要求的密度差值不得大于±0.01g/cm3，一组试样的含水率与要求的含水率之差不得大于±1%。

3.2试样制备所需的主要仪器设备：

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，最小分值0.1g；

称量200g，最小分值0.01g。

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。

5击实器、压样器

6其他：

包括切土刀、钢丝锯、碎土工具、烘箱、保湿缸、喷水设备等。

3.3原状土试样制备，应按下列步骤进行：

1将土样筒按标明的上下方向放置，剥去腊封和胶带，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。

2根据试验要求用环刀切取土样时，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两端土样，擦净环刀外壁，称环刀和土的总质量。

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，应按第3.4条2款步骤的规定进行。

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。

3.4扰动土试样的备样，应按下列步骤进行：

1土样从筒或包装袋中取出，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。

2对均匀和含有机质的土样，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105～110℃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65～70℃温度下烘干。

3将风干或烘干的土样放在橡皮板上用木碾碾散，对不含砂和的土样，可用碎土器碾散（碎土器不得将土粒破碎）。

4散后的粗粒土和细粒土，应按要求过筛。

对含细粒土的砾质土，应先用水浸泡并充分搅拌，使粗细颗粒分离后按不同试验项目的要求进行过筛。

3.5扰动土试样的制作，应按下列步骤进行：

1试样的数量视试验项目而定，应有备用试样1～2个。

2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。

3根据试验所需的土量与含水率，制备试验所需的加水量应按下式计算：

mw=m0/（1+0.01w0）×0.01（w1-w0）

式中：

mw——制备试样所需的加水量（g）；

m0——湿土（或风干土）质量（g）；

w0——湿土（或风干土）含水率（%）；

w1——制样要求的含水率（%）。

4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，湿润一昼夜，砂土的湿润时间可酌减。

5测定湿润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6.1.2条的规定。

6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：

m0=（1+0.01w0）ρdV

式中：

ρd——试样的干密度（g/cm3）；

V——试样体积（环刀容积）（cm3）。

7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击样器内，以静压力通过活塞将土样压紧到所需密度。

8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。

四．含水率试验

4.1本方法适用于粗粒土、细粒土、有机质土和冻土。

1取具有代表性的试样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。

2打开盒盖，将盒置于烘箱内，在105～110℃的恒温下烘至恒重。

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65～70℃的恒重下烘至恒重。

3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。

4.2试验的含水率ω0，按下式计算，准确至0.1%；

ω0=（m0/md-1）×100

式中：

md——干土质量（g）；

m0——湿土质量（g）。

4.3对层状和网状构造的冻土含水率试验应按下列步骤进行：

用四分法切取200～500g试样（视冻土结构均匀程度而定，结构均匀少取，反之多取）放入搪瓷盘中，称盘和试样质量，准确至0.1g。

待冻土试样融化后，调成均匀糊状（土太湿时，多余的水分让其自然蒸发或用吸球吸出，但不得将土粒带出；土太干时，可适当加水），称土糊和盘质量，准确至0.1g。

从糊状土中取样测定含水率，其试验步骤按本作业指导书4.1条进行。

4.4层状和网状冻土的含水率ω，应按下式计算，准确至0.1%。

ω=[（m1/m2）（1+0.01wh）-1]×100

式中：

ω——含水率（%）；

m1——冻土试样质量（g）；

m2——糊状试样质量（g）；

ωh——糊状试样的含水率（%）。

4.5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%时为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。

五．密度试验

5.1环刀法：

1本试验方法适用于细粒土。

2主要仪器设备：

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环刀法测定密度，应按本指导书3.3条2款的步骤进行。

4湿密度计算，按下式计算：

ρ0=m0/V

式中ρ0—试样的湿密度（g/cm3），准确到0.01g/cm3。

5干密度计算，按下式计算：

ρd=ρ0/（1+0.01w0）

6本试验应进行两次平均测定，两次测定的差值不得大于0.03g/cm3，取两次测定的平均值。

5．2灌砂法

1本试验方法适用于现场测定粗粒土的密度。

2主要仪器设备

1）密度测定器：

由容砂瓶、灌砂漏斗和底盘组成。

灌砂漏斗高135mm、直径165mm，尾部有孔径为13mm的圆柱形阀门；容砂瓶容积为4L，容砂瓶和灌砂漏斗之间用螺纹接头联结。

底盘承托灌砂漏斗和容砂瓶。

2）天平：

称量10kg，最小分度值5g，称量500g，最小分度值0.1g。

3标准砂密度的测定，应按下列步骤进行：

1）标准砂应清洗洁净，粒径宜选用0.25～0.50mm，密度宜选用1.47～1.61g/cm3。

2）组装容砂瓶与灌砂漏斗，螺纹联结处应旋紧，称其质量。

3）将密度测定器竖立，灌砂漏斗口向下，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内，继续向漏斗中注砂漏入瓶内，当砂停止流动时迅速关闭阀门，倒掉漏斗中多余的砂，称容砂瓶、灌砂漏斗和标准砂的总质量，准确至5g。

试验中应避免震动。

4）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，关阀门，倒掉漏斗中多余的水，称容砂瓶、漏斗和水的总质量，准确至5g，并测定水温，准确至0.5℃。

重复测定3次，3次测定之间的差值不得大于3mL，取3次测定的平均值。

4容砂瓶的容积，应按下式计算：

Vr=（mr2-mr1）/ρwr

式中Vr——容砂瓶容积（mL）；

mr2——容砂瓶、漏斗和水的总质量（g）；

mr1——容砂瓶和漏斗的质量（g）；

5标准砂的密度，应按下式计算：

ρs=（mrs-mr1）/Vr

式中ρs——标准砂的密度（g/cm3）；

mrs——容砂瓶、漏斗和标准砂的总质量（g）。

6灌砂法试验，应按下列步骤进行：

1）根据试样的最大粒径，确定试坑尺寸见下表。

试坑尺寸（mm）

试样最大粒径

试坑尺寸

直径

深度

5（20）

150

200

40

200

250

60

250

300

2）将选定的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。

4）向容砂瓶内注满砂，关阀门，称容砂瓶、漏斗和砂的总质量，准确至10g。

5）将密度测定器倒置（容砂瓶向上）于挖好的坑口上，打开阀门，使砂注入使坑。

在注砂过程中不应震动。

当砂注满试坑时关闭阀门，称容砂瓶、漏斗和余砂的总质量，准确至10g，并计算注满试坑所用的标准砂质量。

7试样的密度，应按下式计算：

ρ0=mp/（ms/ρs）

式中ms——注满试坑所用标准砂的质量（g）。

8试样的干密度，应按下式计算，准确至0.01g/cm3。

ρd=mp/（1+0.01w1）/（ms/ρs）

六．土粒比重试验（比重瓶法）

6.1一般规定：

1本试验方法适用于粒径小于5mm的各类土。

2土颗粒的平均比重，应按下式计算：

Gsm=1/（P1/GS1+P2/GS2）

式中Gsm——土颗粒平均比重；

GS1——粒径大于、等于5mm的土颗粒比重；

GS2——粒径小于5mm土颗粒比重；

P1——粒径大于、等于5mm的土颗粒质量占试样总质量的百分比（%）；

P2——粒径小于5mm的土颗粒质量占总质量的百分比（%）。

3本试验必须进行两次平行测定，两次测定的差值不得大于0.02，取两次测值的平均值。

6.2主要仪器设备：

1比重瓶：

100mL或50mL；

2恒温水浴：

准确度为±1℃；

3砂浴：

可调节温度；

4天平：

称量200g,精度0.001g；

5温度计：

刻度为0～50℃,最小分度值为0.5℃；

6.3比重瓶的校准：

1将比重瓶洗净、烘干，置于干燥箱内，冷却后秤量，准确至0.001g。

2将煮沸经冷却的纯水注入比重瓶。

对长颈比重瓶注水至刻度处；对短颈比重瓶应注满纯水，塞紧瓶塞，多余水自瓶塞毛细管中溢出，将比重瓶放入恒温水槽直至瓶内水温稳定。

取出比重瓶，檫干外壁，称瓶水总质量，精确至0.001g，测定恒温水槽内水温，精确至0.5℃

3调节数个恒温水槽内的温度，温度差宜为5℃，测定不同温度下的瓶、水总质量。

每个温度时均应进行量词平行测定，两次测定的差值不得大于0.002g，取两次测值的平均值，绘制温度与评、水总质量的关系曲线。

6.4试验步骤：

1将比重瓶烘干。

称取烘干试样15g（当用50mL的比重瓶时，称取试样10g）装入比重瓶，称试样和瓶的总质量，准确至0.001g。

2向比重瓶内注入半瓶纯水，摇动比重瓶，并在砂浴上煮沸，煮沸时间自悬液沸腾起砂土不少于30min，粘土、粉土不得少于1h。

沸腾后调节砂浴温度，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，抽气时间不少于1h。

注：

用中性液体，不能用煮沸法。

3将煮沸经冷却的纯水（或抽气后的中性液体）注入装有试样悬液的比重瓶。

将比重瓶置于恒温恒温水浴内至温度稳定，且瓶内上部悬液澄清。

取出比重瓶，擦干凭外壁，称比重瓶、水、试样总质量，精确至0.001g；并应测定瓶内的水温，准确至0.5℃。

4从温度与瓶、水总质量的关系曲线中查得各试验温度下的瓶、水总质量。

6.5土的比重Gs，按下式计算：

Gs=md·GiT/（mbw+md-mbwa）

式中mbw——比重瓶、水总质量（g）；

mbwa——比重瓶、水、试样总质量（g）；

GiT——T℃时纯水或中性液体的比重；

md——试样质量（g）。

七．颗粒分析试验

7.1本试验方法适用于粒径小于、等于60mm，大于0.075mm的土。

7.2仪器设备：

1分析筛：

1）粗筛：

孔径为60、40、20、10、5、2mm。

2）细筛：

孔径为2.0、1.0、0.5、0.25、0.075mm。

2天平：

称量5000g，最小分度值1g；

称量1000g，最小分度值0.1g；

称量200g，最小分度值0.01g。

3振筛机：

筛析过程中应能上下震动。

4其他：

烘箱、研钵、瓷盘、毛刷等。

7.3筛析法的取样数量，应符合下表的规定

取样数量

颗粒尺寸（mm）

取样数量（g）

＜2

100-300

＜10

300-1000

＜20

1000-2000

＜40

2000-4000

＜60

4000以上

7.4试验步骤：

1按上表规定称取试样的质量，应精确到0.1g，试样数量超过500g时，应精确至1g。

2将试样过2mm筛，称筛上和筛下的试样质量。

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的10%时，不作粗筛分析。

3取筛上的试样倒入依次叠好的粗筛中，筛下的试样倒入依次叠好的细筛中，进行筛析。

细筛宜置于振筛机上震筛，振筛时间宜为10~15min。

再按由上而下的顺序将各筛取下，称各级筛上及底盘内试样的质量，应精确到0.1g。

4筛后各级筛上和筛底上的试样质量的总和与筛前试样总质量的差值，不得大于试样总质量的1%。

7.5含有细粒土颗粒的砂土的筛析法试验，应按下列步骤进行：

1按本标准上表的规定称取代表性试样，置于盛水容器中充分搅拌，使试样的粗细颗粒完全分离。

2将容器中的试样悬液通过2mm筛，取筛上的试样烘至恒重，称烘干试样质量，应准确到0.1g，并按本标准1.1.4条3、4款的步骤进行粗筛分析，取筛下的试样悬液，用带橡皮条的研杆研磨，再过0.075mm筛，并将筛上试样烘至恒重，称烘干试样质量，应准确至0.1g，然后按本标准1.1.4条3、4款的步骤进行细筛分析。

3当粒径小于0.075mm的试样质量大于试样总质量的10%时，应按本标准密度计法或移液管法测定小于0.075mm的颗粒组成。

7.6小于某粒径的试样质量占试样总质量的百分比，应按下式计算：

X=ma/mb·dx

式中X—小于某粒径的试样质量占总质量的百分比（%）；

ma—小于某粒径的试样质量（g）；

mb—细筛分析时为所取的试样质量；粗筛分析时为试样总质量（g）；

dx—粒径小于2mm的试样质量占试样总质量的百分比（%）。

7.7以小于某粒径的试样质量占试样总质量的百分比为纵坐标，颗粒粒径为横坐标，在单对数坐标上绘制颗粒大小分布曲线。

7.8必要时计算级配指标：

不均匀系数和曲率指数。

1不均匀系数按下式计算：

Cu=d60/d10

式中Cu——不均匀系数；

d60——限制粒径，颗粒大小分布曲线上的某粒径，小于该粒径的土含量占总质量的60%；

d10——有效粒径，颗粒大小分布曲线上的某粒径，小于该粒径的土含量占总质量的60%。

2曲率系数按下式计算：

Cc=d230/（d10·d60）

式中Cc——曲率系数；

d60——颗粒大小分布曲线上的某粒径，小于该粒径的土含量占总质量的30%。

八．界限含水率试验

8.1本试验方法适用于粒径小于0.5mm以及有机质含量不大于试样总质量

5％的土。

8.2主要仪器设备：

1光电式液塑限联合测定仪：

圆锥质量为：

76g，试样杯内径为40mm，高度为30mm。

2天平：

称量200g，精度0.01g。

8.3试验步骤：

1本试验宜采用天然含水率试样，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当采用天然含水率土样时，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点，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，测定含水率。

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率。

液塑限联合测定应不少于三点。

8.4试样的含水率应按标准式（4.2条）计算。

8.5以含水率为横坐标，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，通过高含水率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个含水率，当两个含水率的差值小于2%时，应以两点含水率的平均值与高含水率的点连一直线，当两个含水率的差值大于、等于2%时，应重做试验。

8.6在含水率与圆锥下沉深度的关系图上查得下沉深度为17mm所对应的含水率为液限，查得下沉深度为10mm所对应的含水率为10mm液限，取值以百分数表示，准确至0.1%。

8.7塑性指数应按下式计算：

IP=ωL-ωP

式中IP——塑性指数

ωL——液限（%）

ωP——塑限（%）

8.8液性指数应按下式计算：

IL=（ωO-ωP）/IP

式中IL——液性指数，计算至0.01。

九．击实试验

9.1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。

9.2主要仪器设备：

1）数显电动击实仪：

2）天平：

称量200g，最小分度值0.01g。

称量10kg，最小分度值5g。

3）标准筛：

孔径为20mm、40mm和5mm。

4）试样推出器：

宜用螺旋式千斤顶或液压式千斤顶，但无此类装置，亦可用刮刀和修土刀从击实筒中取出试样。

9.3试样制备分为干法和湿法两种。

1干法制备试样应按下列步骤进行：

用四分法取代表性土样20kg（重型为50kg），风干碾碎，过5mm（重型过20mm或40mm）筛，将筛下土样拌匀，并测定土样的风干含水率。

根据土的塑性预估最优含水率，并按本标准第条款的步骤制备5个不同含水率的一组试样，相邻2个含水率的差值宜为2%。

注：

轻型击实中5个含水率中应有2个大于塑性，2个小于塑性，1个接近塑性。

2湿法制备试样应按下列步骤进行：

取天然含水率的代表性土样20kg（重型为50kg），碾碎，过5mm筛（重型过20mm或40mm），将筛下土样拌匀，并测定土样的天然含水率。

根据土样的塑性预估最优含水率，按本条第一款注的原则选择至少5个含水率的土样，分别将天然含水率的土样风干或加水进行制备，应使制备好的土样水分均匀分布。

9.4试验步骤：

1将击实仪平稳置于刚性基础上，击实筒于底座连接好，安装好护筒，在击实筒内壁均匀涂一层润滑油。

称取一定量试样，倒入击实筒内，分层击实，轻型击实试样为2～5kg，分3层，每层25击；重型击实试样为4～10kg，分5层，每层56击，若分3层，每层94击。

每层试样高度宜相等，每层交界处的土面应刨毛。

击实完成时。

超出击实筒顶的试样高度应小于6mm。

2卸下护筒，用直刮刀修平击实筒顶部的试样，拆除底版，试样底部若超出筒外，也应修平，擦净筒外壁，称筒与试样的总质量，准确至1g，并计算试样的湿密度。

3用推土器将试样从击实筒中推出，取2个代表性试样测定含水率，2个含水率的差值应不大于1%。

4对不同含水率的试样依次击实。

9.5试样的干密度应按下式计算：

ρd=ρ0/（1+0.01wi）

式中wi—某点试样的含水率（%）。

9.6干密度和含水率的关系曲线，应在直角坐标纸上绘制。

并应取曲线峰值点相应的纵坐标为击实试样的最大干密度，相应的横坐标为击实试样的最优含水率。

当关系曲线不能绘出峰值点时，应进行补点，土样不宜重复使用。

7.7.8气体体积等于零（即饱和度100%）的等值线应按下式计算，并应将计算值绘于本标准图的关系曲线上。

ωset=（ρw/ρd-1/Gs）×100

式中ωset——试样的饱和含水率（%）；

ρw——温度4℃时水的密度（g/cm3）；

ρd——试样的干密度（g/cm3）；

Gs——土颗粒比重。

9.7轻型击实试验中，当试样中粒径大于5mm的土质量小于或等于试样总质量的30%时，应对最大干密度和最优含水率进行校正。

1最大干密度应按下式校正：

ρ＇dmax=1/[（1-P5）/ρdmax+P5/（ρw·Gs2）]

式中ρ＇dmax——校正后试样的最大干密度（g/cm3）；

P5——粒径大于5mm土的质量百分数（%）；

Gs2——粒径大于5mm土粒的饱和面比重。

注：

饱和面比重指当土粒呈饱和面干状态时的土粒总质量与相当土粒总体积的纯水4℃时质量的比值。

2最优含水率应按下式进行校正，计算至0.1%。

ω＇opt=ωopt（1-P5）+P5·ωab

式中ω＇opt——校正后试样的最优含水率（%）；

ωopt——击实试样的最优含水率（%）；

ωab——粒径大于5mm土粒的吸着含水率（%）。