土工试验检测技术3.docx
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土工试验检测技术3
第八节土的天然稠度试验
1、目的和适用范围
（1）土的液限与天然含水率之差和塑性指数之比,称为土的天然稠度。
（2）本试验采用直接法和间接法。
直接法是按烘干法测定原状土的天然含水率w,用稠度公式计算土的天然稠度；
间接法是用液限塑限联合测定仪测定天然结构土体的锥入深度,并用联合测定结果确定土的天然稠度。
2、试验步骤
（1）按含水率试验中烘干法的试验步骤测定原状土的天然含水率。
（2）切削具有天然含水率、土质均匀的试件1块,其长度、宽度（或直径）不小于5cm,厚度不小于3cm。
整平上下面。
对于软土,若能用环刀切入土体时,将切入环刀后的土体整平上下面。
（3）将制备好的试样按液限塑限联合测定法测定原状土的锥入深度。
（4）改变锥尖在试件表面的位置3～5处,测其锥入深度。
（5）将余土调匀测液限和塑限。
3、结果整理
（1）由联合测定,已知土的液限WL和塑性指数Ip;由含水率试验,已知土的天然含水率。
将这些数据代入下式,即可计算该土的天然稠度wc:
（2）土体的含水率w和锥入深度h为曲线关系,用下式表示:
在联合测定法中,测得锥入深度h后,由公式或由该式绘制的诺漠图,即可求得稠度wc。
（3）由测得的多个锥入深度中取占多数的值,或对允许误差范围内的数值求其平均值,作为计算锥入深度。
根据联合测定时该土样的塑限入土深度,由下图即可查得相应的稠度wc值。
第九节土的湿化试验
一、目的和使用范围
土的湿化是土体在水中发生崩解的现象。
本试验的目的是测定具有结构性的黏质土体在水中的崩解速度，作为湿法填筑路堤选择土料的标准之一。
二、试验步骤
1、按需要取原状土或用扰动土制备成所需状态的土样，用切土刀切成边长50mm的立方体试样6个。
2、测定试样密度和含水率。
3、将试样放在网板中央,网板挂在浮筒下,然后手持浮筒颈端,迅速地将试样浸入水筒中,开动秒表。
4、立即测记开始时浮筒齐水面处刻度的瞬间稳定读数及开始时间。
5、在试验开始后按1min、3min、10min、30min、60min、2h、3h、4h……测记浮筒齐水面处的刻度读数,并描述各时该试样的崩解情况。
根据试样崩解的快慢,可适当缩短或延长测读的时间间隔。
6、当试样完全通过网板落下后试验即告结束。
如果试样长期不崩解时,则记试样在水中的情况,直到6个试样试验完毕。
三、结果整理
计算崩解量：
At——试样在时间t的崩解量（%）；
Rt——时间t时浮筒齐水面处刻度：
R0——试验开始时浮筒齐水面处刻度。
四、说明
1、用土作为建筑材料的公路工程，直接处于大气中，
遭受着气候、水位变化的作用，土体易产生湿化现象，以
至于破裂、剥落或降低其强度和稳定性。
另外，在湿法填
筑路堤的设计与施工中，需要了解土料湿化崩解的速度，
作为取舍料场的依据。
因此测定土的湿化性能具有重要意义。
2、试样的选用取决于实际工作条件，如为地基土应采
用原状土样；如为填筑的路堤，应取扰动土样，并控制一
定的密度和含水率，制备成试样进行试验。
3、试验中需要测定的指标主要是土的崩解速度。
因此，
需要确定读数的时间间隔。
第十节土的收缩试验
一、目的和使用范围
适用于原状土和击实黏质土。
二、仪器设备
收缩仪、环刀等
三、试样准备
1、静压法制备试样
2、原状土制备试样
3、试样饱和
四、试验步骤
1、安装百分表，记录初读数。
2、在室温不高于30℃下进行试验。
每隔1～4h
测记百分表读数，并称量整套装置和试样的质量，
两天后，每隔6～24h测记一次。
3、试验结束，取出试样，并在105～110℃下烘
干。
称干土质量。
4、用蜡封法测定烘干试样的体积
五、结果整理
1、按下式计算起始和收缩过程的含水率：
2、按下式计算线收缩率：
3、按下式计算体收缩率：
4、以线收缩率为纵坐标，含水率为横坐标，绘制关系曲线（如下页图）。
如果I和II阶段的转折点明显，则与其相应的横坐标值即为土的缩限Ws΄。
否则延长I、II阶段的直线段，两点交点相应的横坐标即为原状土的近似缩限。
5、按下式计算收缩系数：
ΔesL——I段上两点线缩率差
Δw——I段上两点含水率差
第十一节相对密度试验
一、概述：
砂土的密实状态对其稳定性质有很大影响。
如密实的砂、结构稳定、压缩性小,具有较大的强度,是良好的天然地基。
疏松的砂,尤其是饱和的细颗粒砂,结构常处于不稳定状态,显然是一种很不利的地基条件。
确定砂土密实状态的方法有多种,用孔隙比大小作为判断的指标是最简便的方法。
但根据孔隙比e评定密实度是有缺点的,因为它没有考虑到级配的因素,即同样密实的砂土,在颗粒均匀时e值较大,而当颗粒大小混杂（级配良好）时,e值就小。
为此,引入相对密度的概念。
当砂土样以最疏松状态制备时,其孔隙比达最大值emax；当砂土样受振或捣实时，砂砾相互靠拢压紧，孔隙比达最小值emin。
砂土在天然状态的孔隙比为e,则砂在天然状态的紧密程度,可用相对密实度Dr来表示:
Dr一般用小数或百分比表示。
当Dr=0,即e=emax时,表示砂土处于最疏松状态；当Dr=1.0,即e=emin时,表示砂土处于最紧密状态。
《公路桥涵地基与基础设计规范》中规定用相对密实度Dr来确定砂土的紧密程度：
当Dr≥2╱3时为密实状态；
当2╱3＞Dr≥1╱3时为中密状态；
当Dr＜1╱3时为松散状态。
二、目的和适用范围
1、相对密度是砂紧密程度的指标，等于其最大孔隙比与天然孔隙比之差和最大孔隙比与最小孔隙比之差的比值。
2、本试验的目的是求无凝聚性土的最大与最小孔隙比，用于计算相对密度，借此了解该土在自然状态或经压实后的松紧情况和土粒结构的稳定性。
3、本规程适用于颗粒直径小于5mm的土，且粒径2~5mm的试样质量不大于试样总质量的15%。
三、仪器设备
1、量筒：
容积为500cd及100Ocd两种，后者内径应大于6cm。
2、长颈漏斗：
颈管内径约1.2cm，颈口磨平（见下图）。
3、锥形塞：
直径约1.5cm的圆锥体镶于铁杆上（见下图）。
4、砂面拂平器（见下图）。
5、电动最小孔隙比仪，如无此种仪器，可用下列设备：
1）金属容器，有以下两种：
（1）容积250cm3时，内径5cm，高度12.7cm。
（2）容积1000cm3时，内径10cm高度12.7cm。
2）振动仪。
3）击锤：
锤重1.25kg，高度150mm,锤座直径50mm（如图）。
6、台秤：
感量1g。
四、试验步骤
（一）最大孔隙比的测定
1、取代表性试样约1.5kg，充分风干（或烘干），用手搓揉或用圆术棍在橡皮板上碾散，并拌和均匀。
2、将锥形塞杆自漏斗下口穿人，并向上提起，使锥体堵住漏斗管口，一并放入体积1000mL量筒中，使其下端与量筒底相接。
3、称取试样700g，准确至1g，均匀倒入漏斗中，将漏斗与塞杆同时提高，移动塞杆使锥体略离开管口，管口应经常保持高出砂面约1~2cm，使试样缓缓且均匀分布地落入量筒中。
4、试样全部落人量筒后取出漏斗与锥形塞，用砂面拂平器将砂面拂平,勿使量筒振动,然后测读砂样体积,估读至5cm3.
5、以手掌或橡皮塞堵住量筒口，将量筒倒转，缓慢地转动量筒内的试样，并回到原来位置，如此重复几次，记下体积的最大值，估读至5cm3。
6、取上述两种方法测得的较大体积值，计算最大孔隙比。
（二）最小孔隙比的测定
1、取代表性试样约4kg，按最大孔隙比测定的步骤处理。
2、分三次倒入容器进行振击,先取上述试样600~800g（其数量应使振击后的体积略大于容器容积的1/3）倒入1000cm3容器内，用振动仪以各150~200次/min的速度敲打容器两侧，并在同一时间内，用击锤于试样表面锤击30~60次/min，直至砂样体积不变为止（一般约5~10min）。
敲打时要用足够的力量使试样处于振动状态；振击时，粗砂可用较少击数，细砂应用较多击数。
3、如用电动最小孔隙比试验仪时，当试样同上法装入容器后，开动电机，进行振击试验。
4、按上述方法进行后两次加土的振动和锤击，第三次加土时应先在容器口上安装套环。
5、最后一次振毕，取下套环，用修土刀齐容器顶面削去多余试样，称量，准确至lg，计算其最小孔隙比。
五、结果整理
1、按下列式子计算最小与最大干密度：
式中：
ρdmin——最小干密度，g/cm3；ρdmax——最大干密度，g/cm3；
m——试样质量，g；Vmax——试样最大体积，cm3；
Vmin——试样最小体积，cm3。
计算至0.01g/cm3。
2、按下列公式计算最大与最小孔隙比：
式中：
emax——最大孔隙比；emin——最小孔隙比；Gs——土粒比重；其余符号同前。
计算至0。
01。
3、按下列公式计算相对密实度：
式中：
Dr——相对密度;e0——天然孔隙比或填土的相应孔隙比;ρd——天然干密度或填土的相应干密度,g/cm3；其余符号向前。
计算至0.01。
六、精密度和允许差
最小与最大干密度，均须进行两次平行测定，取其算术平均值,其平行差值不得超过0.03g/cm3。
七、报告
1、砂类土的鉴别分类和代号。
2、砂的相对密实度Dr值。
八、备注
在实际工程中,由于难以采取砂土原状土样,又鉴于emax、emin的测定方法尚无统一标准,所以利用标准贯入试验或静力触探试验等原位测试手段来评定砂土的密实度得到了重视。
标准贯入试验是用标准的锤重（63.5kg）,以一定的落距（76cm）自由下落所提供的锤击能,把一标准贯入器打入土中,记录贯入器贯入土中30cm的锤击数N（或N63.5）。
贯入击数反映了天然土层的密实程度。
当N＝30～50击时为密实状态；N＝10～29击时为中密状态；当N＜9击时为松散状态。
钻孔钻进对土层的扰动程度、孔底清孔的质量、试验的深度（杆长的影响、上覆压力的影响）等对标准贯人击数N的影响,使标准贯入试验实际上难以达到“标准”,它也只能粗略地评定砂土的密实程度。
第二章土的力学性质试验
第一节击实试验
一、概述
（一）土的击实性在工程中的意义：
在工程建设中,经常通到填土压实、软弱地基的强穷和换土碾压等问题,常采用既经济又合理的压实方法,使土变得密实,在短期内提高土的强度以达到改善土的工程性质的目的。
（二）击实试验的原理。
击实是指采用人工或机械对土施加夯压能量（如打夯、碾压、振动碾压等方式）,使土颗粒重新排列紧密,对于粗粒土因颗粒的紧密排列,增强了颗粒表面摩擦力和颗粒之间嵌挤形成的咬合力。
对细粒土则因为颗粒间的靠紧而增强粒间的分子引力,从而使土在短时间内得到新的结构强度。
研究土的压实性常用的方法有现场填筑试验和室内击实试验两种。
前者是在某一工序动工之前在现场选一试验路段。
按设计要求和拟定的施工方法进行填筑,并同时进行有关测试工作以查明填筑条件（如使用土料或其他集料,堆填方法,碾压方法等）与填筑效果（压实度）关系,从而可确定一些碾压参数。
后者室内击实试验是通过击实仪进行。
（三）土的击实特性
由击实试验结果可以得到土的含水率W与干密度ρd关系曲线（见下图）。
从曲线中可看出:
1.击实曲线有个峰点,这说明在一定击实功作用下,只有当土的含水率为某一定值（称为最佳含水率）时,土才能被击实至最大干密度。
若土含水率小于或大于最佳含水率时,则所得的干密度都小于最大值。
2.当土含水率偏干时,含水率的变动对于密度的影响要比含水率偏湿时的影响更为明显。
3.该图右上侧的一根曲线称为饱和曲线,它表示当土在饱和状态时的含水率与干密度之间的关系。
反映了土的击实性能。
根据土中各相的相对含量关系,可以推导得饱和曲线的表达式为：
式中:
W──土的含水率,%;Gs──土粒的比重;
ρw──水的密度,g/cm3;ρd──土的干密度,g/cm3。
事实上,当土的含水率接近和大于最佳值时,土内孔隙中的空气越来越多的处于与大气隔离的封闭状态,击实作用已不能将这些气体排出,亦即击实土不可能达到完全饱和的状态。
因此,击实曲线必然位于饱和曲线左下侧。
当土的含水率偏干时,即W＜W0，土处于疏松状态,此时土中的孔隙大都以与大气连通的气体充满,土中含水较少。
压实时,锤击或碾压的功能需要克服粒间气体的排除及内摩阻力和粘结力,才能使颗粒产生相互的位移和靠近；当含水率增大时,水分在土颗粒间起到润滑作用，土粒间摩擦力减小，气体易于被挤出,故土体的密度容易被击实增大；当含水率增大并接近最住含水率时,土中所含的水分有利于在击实功能作用下,克服摩阻力和粘结力而发生相互位移使土密实；当含水率增大并超过最佳含水率时,水占据了相当大的孔隙,在击实或压实时水又不能被压缩,又不易被排除,造成干密度反而减小，含水率再增加干密度更小，一直到接近饱和。
故只有在最佳含水率时,土才能被击实至最大干密度。
（四）影向压实的因素
1.含水率对整个压实过程的影响。
由击实曲线可知,严格的控制最佳含水率是关键。
但是,不同的土类其最佳含水率和最大干密度也是不同的。
一般粉粒和粘粒含量越多,土的塑性指数愈大,土的最佳含水率也愈大,同时其最大干密度愈小。
因此
①一般砂性土的最佳含水率小于粘性土,而砂性土的最大干密度也大于粘性土。
②在级配良好的粗粒土中加入细粒土，其最大干密度减小，最佳含水率增加。
③在细粒土中加入粗粒土，其最大干密度增大，最佳含水率减小。
2.击实功对最佳含水率和最大干密度的影响。
对同一种土用不同的击实功进行击实试验后表明:
击实功愈大,土的最大干密度也愈大,而土的最佳含水率则愈小。
但是这种增大击实功是有一定限度的,超过这一限度,即使增加击实功,土的干密度的增加也不明显。
增加击实功的方法包括增加击实次数，增加落距，增加击锤质量，减小击锤直径等。
3.不同压实机械对压实的影响。
如光面压路机、羊足碾和振动压路机等,它们的压实效果各不相同,对作用于不同土类时,其效果也不同。
4.土粒级配的影响。
在路基、路面基层材料等的施工中表明,粒料的级配对所能达到的密实度有明显的影响。
均匀颗粒的砂,单一尺寸的砾石和碎石,都很难碾压密实。
只有在良好级配的条件下才能达到要求的密实度,也才能满足强度和稳定性的要求。
二、室内击实试验
（一）目的和使用范围
本试验适用于细粒土。
本试验分轻型击实和重型击实。
轻型击实适用于粒径不大于20mm的土。
重型击实适用于粒径不大于40mm的土。
当土中最大颗粒大于或等于40mm，且其含量大于5%时，应使用大尺寸试筒进行击实试验，或进行最大干密度校正。
大尺寸试筒要求其最小尺寸大于土样最大颗粒粒径的5倍以上，且击实是试验分层厚度应大于土样最大粒径的3倍以上。
当细粒土中的粗粒含量大于40%或粒径大于0.005mm颗粒含量大于70%时，还应做粗粒土最大干密度试验，比较其与重型击实试验的结果，最大干密度取二者大值。
（二）仪器设备
1、标准击实仪。
轻、重型试验方法和设备的主要参数应符合下表的规定。
2、烘箱及干燥器。
3、天平：
感量0.0lg。
4、台秤：
称量10kg，感量5g。
5、圆孔筛:
孔径38mm25mm、19mm和5mm各1个.
6、拌和工具:
400mm×600nm、深70mm的金属盘、土铲。
7、其它：
喷水设备、碾土器、盛土盘、量筒、推土器、铝盒、修土刀、平直尺等。
（三）试样准备
本试验可分别采用不同的方法准备试样。
各方法可按下表准备试料。
击实试验方法种类
试
验
方
法
类
别
锤底直径（cm）
锤
质
量
（kg）
落
高
（cm）
试筒尺寸
层
数
每层击数
击
实
功
（kJ/m3）
最
大
粒
径
（mm）
内径
（cm）
高
（cm）
容积（cm3）
轻型
Ⅰ法
Ⅰ.1
5
2.5
30
10
12.7
997
3
27
598.2
20
Ⅰ.2
5
2.5
30
15.2
17
2177
3
59
598.2
40
重型
Ⅱ法
Ⅱ.1
5
4.5
45
10
12.7
997
5
27
2687.0
20
Ⅱ.2
5
4.5
45
15.2
17
2177
3
98
2687.2
40
试料用量
使用方法
类别
试筒内径（cm）
最大粒径（mm）
试料用量（kg）
干土法（试样不重复使用）
B
10
15.2
20
40
至少5个试样，每个3
至少5个试样，每个6
湿土法（试样不重复使用）
c
10
15.2
20
40
至少5个试样，每个3
至少5个试样，每个6
1、干土法（土不重复使用）
按四分法至少准备5个试样，分别加入不同水分（按2~3%含水率递增），拌匀后闷料一夜备用。
2、湿土法（土不重复使用）
对于高含水率土，可省略过筛步骤，用手拣除大于38mm的粗石子即可。
保持天然含水率的第一个土样，可立即用于击实试验。
其余几个试样，将土分成小土块，分别风干，使含水率按2%~3%递减。
（四）试验步骤
1、根据工程要求，按规定选择轻型或重型试验方法。
根据土的性质（含易击碎风化石数量多少，含水率高低），按规定选用干土法（土重复或不重复使用）或湿土法。
2、将击实筒放在坚硬的地面上，取制备好的土样分3~5次倒入筒内。
小筒按三层法时，每次约800~900g（其量应使击实后的试样等于或略高于筒高的1/3）；按五层法时，每次约400~500g（其量应使击实后的土样等于或略高于筒高的1/5）。
对于大试筒，先将垫块放入筒内底板上，按五层法时，每层需试样约900g（细粒土）~1100g（粗粒土）；按三层法时，每层需试样1700g左右。
整平表面，并稍加压紧，然后按规定的击数进行第一层土的击实，击实时击锤应自由垂直落下，锤迹必须均匀分布于土样面，第一层击实完后，将试样层面“拉毛”，然后再装入套筒，重复上述方法进行其余各层土的击实。
小试筒击实后，试样不应高出筒顶面5mm，大试筒击实后，试样不应高出筒顶面6mm。
3、用修土刀沿套筒内壁削刮，使试样与套筒脱离后，扭动并取下套筒，齐筒顶细心削平试样，拆除底板，擦净筒外壁，称量，准确至1g。
4、用推土器推出筒内试样，从试样中心处取样测其含水率，计算至0.1%。
测定含水率用试样的数量按规定取样（取出有代表性的土样）。
两个试样含水率的精度应符合规程的规定。
测定含水率用试样的数量表
最大粒径（mm）
试样质量（g）
个数
＜5
15～20
2
约5
约50
1
约20
约250
1
约40
约500
1
5、对于干土法（土不重复使用），将试样搓散，然后按上述（三）的方法进行洒水、拌和，每次约增加2%~3%的含水率，其中有两个大于和两个小于最佳含水率，所需加水量按下式计算：
式中：
mw——所需的加水量，g；
mi——含水率W1时土样的质量,g；
w1——土样原有含水率，%；
w——要求达到的含水率，%。
按上述步骤进行其它含水率试样的击实试验。
对于干土法（土不重复使用）和湿土法，按第（三）条所备各个试样，分别按上述步骤进行击实试验。
（五）结果整理
1、按下式计算击实后各点的干密度：
式中：
ρd——干密度，g/cm3；
ρ——湿密度，g/cm3;
W——含水率，%。
2、以干密度为纵坐标，含水率为横坐标，绘制干密度与含水率的关系曲线，曲线上峰值点的纵、横坐标分别为最大干密度和最佳含水率。
如曲线不能绘出明显的峰值点，应进行补点或重做。
3、按下式计算空气体积等于零的等值线（即饱和线），并将这根线绘在含水率与干密度的关系图上，以资比较。
或
式中：
ρd——试样的干密度，g/cm3；
Va——空气体积，%；
Gs——试样比重，对于粗粒土，则为土中粗细颗粒的混合比重；
w——试样的含水率，%；
ρw——水的密度，g/cm3。
4、当试样中有大于40mm颗粒时，应先取出大于40mm颗粒，并求得其百分率p，把小于40mm部分作击实试验，按下面公式分别对试验所得的最大干密度和最佳含水率进行校正（适用于大于40mm颗粒的含量小于30%时）。
最大干密度按下式校正：
式中：
ρdmˊ——校正后的最大干密度，g/cm3；
ρdm——用粒径小于40mm的土样试验所得的最大干密度，g/cm3；
p——试料中粒径大于40mm颗粒的百分数，%；
Gsˊ——粒径大于40mm颗粒的毛体积比重，计算至0.01
最佳含水率按下式校正：
式中：
woˊ——校正后的最佳含水率，%；
wo——用粒径小于40mm的土样试验所得的最佳含水率，%；
p——同前；
w2——粒径大于40mm颗粒的吸水量，%。
（六）报告
1、土的鉴别分类和代号。
2、土的最佳含水率（%）。
3、土的最大干密度（g/cm3）。
第二节路基填料承载比（CBR）试验
一、目的和适用范围
1.本试验方法只适用于在规定的试筒内制件后，对各种土和路面基层、底基层材料进行承载比试验。
2.试样的最大粒径宜控制在25mm以内，最大不得超过38mm。
二、仪器设备
1.圆孔筛：
孔径38mm、25mm、20mm及5mm筛各1个。
2.试筒：
内径152nm、高170mm的金属圆筒；套环：
高50mm；筒内垫块：
直径151mm、高50mm夯击底板，同击实仪。
试筒的型式和主要尺寸如图1所示，也可用击实试验的大击实筒。
3.夯锤和导管：
夯锤的底面直径50mm，总质量4.5kg。
夯锤在导管内的总行程为450mm，夯锤的形式和尺寸与重型击实试验法所用的相同。
4.贯人杆：
端面直径50mm、长约l00mm的金属柱。
5.路面材料强度仪或其它载荷装置：
能量不小于50kN.，能调节贯入速度至贯入1mm/min。
6.百分表：
3个。
7.试件顶面上的多孔顶板（测试件吸水时的膨胀量），如图2所示。
8.多孔底板（试件放上后浸泡水中）。
9.测膨胀量时支承百分表的架子，如图3所示。
10.荷载板：
直径150mm，中心孔眼直径52mm每块质量1.25kg，共4块，并沿直径分为两个半圆块。
11.水槽：
浸泡试件用，槽内水面应高出试件顶面25mm。
12.台称，感量为试件用量的0.1%、拌和盘、直尺、滤纸、脱模器等。
三、试样制备
1.将具有代表性的风干试料（必要时可在50℃烘箱内烘干），用木碾捣碎，但应尽量注意不使土或粒料的单个颗粒破碎。
土团均应捣碎到通过5nm的筛孔。
2.采取有代表性的试料50kg，用38mm筛筛除大于38mm的颗粒，并记录超尺寸颗粒的百分数。
将已过筛的试料按四分法取出约25kg。
再用四分法将取出的试料分成4份，每份质量6kg，供击实试验和制试件之用。
3.在预定做击实试验的前一天，取有代表性的试料测定其风干含水率。
测定含水率用的试样数量可参照击实试验中采用的试样数量。
四、试验步骤
1.称试筒本身质量（m1），将试筒固定在底板上，将垫块放入筒内，并在垫块上放一张滤纸，安上套环。
2.将1份试料，按击实试验规定的层数和每层击数，求试料的最大干密度和最佳含水率。
3.将其余3份试料，按最佳含水率制备3个试件。
将一份试料平铺于金属盘内，按事先计算得的该份试料应加的水量均匀地喷洒在试料上。
用小铲将试料充分拌和到均匀状态，然后装入密闭容器或塑料袋内浸润备用。
浸润时间：
高液限粘
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