同济大学路基工程实验报告.docx
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同济大学路基工程实验报告
路基工程实验报告（册）
姓名：
冯孝涛
学号：
1150746
教师：
黄琴龙
二〇一六年五月
承载板测定土基回弹模量试验
一、实验目的
1.本方法适用于在现场土基表面，通过承载板对土基逐级加载、卸载的方法，测出每级荷载下相应的土基回弹变形值，经过计算求得土基回弹模量。
2.本方法测定的土基回弹模量可作为路面设计参数使用。
二、实验内容和要求
1.通过承载板对土基逐级加载、卸载的方法，测出每级荷载下相应的土基回弹变形值，经过计算求得土基回弹模量。
2.土的回弹模量由三个平行试验的平均值确定，每个平行试验结果与均值回弹模量相差应不超过5%。
三、实验主要仪器设备和材料
1.加载设施：
载有铁块或集料等重物、后轴重不小于60kN的载重汽车一辆，作为加载设备，在汽车大梁的后轴之后约80cm处，附设加劲小梁一根作反力架，汽车轮胎充气压力0.50MPa。
2.现场测试装置，如图1-9所示，由千斤顶、测力计（测力环或压力表）及球座组成。
3.刚性承载板一块，板厚20mm，直径为30cm，直径两端设有立柱和可以调整高度的支座，供安放弯沉仪测头。
承载板安放在土基表面上。
4.路面弯沉仪两台，由贝克曼梁、百分表及其支架组成。
5.液压千斤顶一台（80～100kN），装有经过标定的压力表或测力环，其量程不小于土基强度，测定精度不小于测力计量程的1/100。
6.秒表。
7.水平尺。
8.其他：
细砂、毛刷、垂球、镐、铁锹、铲等。
四、实验方法、步骤及结构测试
1.准备工作
（1）根据需要选择有代表性的测点，测点应位于水平的路基上，路基土质均匀，不含杂物。
（2）仔细平整土基表面，撒干燥洁净的细砂填平土基凹处，砂子不可覆盖全部土基表面，避免形成一层。
（3）安置承载板，并用水平尺进行校正，使承载板处于水平状态。
（4）将试验车置于测点上，在加劲小梁中部悬挂垂球测试，使之恰好对准承载板中心，然后收起垂球。
（5）在承载板上安装千斤顶，上面衬垫钢圆筒、钢板，并将球座置于顶部与加劲横梁接触。
（6）安放弯沉仪，将两台弯沉仪的测头分别置于承载板立柱的支座上，百分表对零或其他合适的初始位置上。
2.测试步骤
（1）用千斤顶开始加载，注视测力环或压力表，至预压0.05MPa，稳压1min，使承载板与土基紧密接触，同时检查百分表的工作情况是否正常，然后放松千斤顶油门卸载，稳压1min后，将指针对零或记录初始读数。
（2）测定土基的压力－变形曲线，用千斤顶加载，采用逐级加载卸载法，用压力表或测力环控制加载量。
荷载小于0.1MPa时，每级增加0.02MPa，以后每级增加0.04MPa左右。
为了使加载和计算方便，加载数值可适当调整为整数。
每次加载至预定荷载（P）后，稳定1min，立即读记两台弯沉仪百分表数值，然后轻轻放开千斤顶油门卸载至0，待卸载稳定1min后，再次读数。
每次卸载后百分表不再对零。
当两台弯沉仪百分表读数之差小于平均值的30％时，取平均值，如超过30％则应重测。
当回弹变形值超过1mm时，即可停止加载。
（3）各级荷载的回弹变形和总变形，按以下方法计算：
回弹变形（l）＝（加载后读数平均值－卸载后读数平均值）×弯沉仪杠杆比
总变形（
）＝（加载后读数平均值－加载初始前读数平均值）×弯沉仪杠杆比
（4）测定总影响量
。
最后一次加载卸载循环结束后，取走千斤顶，重新读取百分表初读数，然后将汽车开出10m以外，读取终读数，两只百分表的初、终读数差之平均值即为总影响量
。
（5）在试验点下取样，测定材料含水量，取样数量如下：
最大粒径不大于5mm，试样数量约120g；
最大粒径不大于25mm，试样数量约250g；
最大粒径不大于40mm，试样数量约500g；
（6）在紧靠试验点旁边的适当位置，用灌砂法或环刀法等测定土基的密度。
（7）试验的各项数值可记录于表1-5的记录表上。
3.计算
（1）各级压力的回弹变形值加上该级的影响量后，则为计算回弹变形值。
表1-4是以后轴重60kN的标准车为测试车的各级荷载影响量的计算值。
当使用其他类型的测试车时，各级压力下的影响量
按下式计算：
式中T1－测试车前后轴距（m）；
T2－加劲小梁距后轴距离（m）；
D－承载板直径（m）；
－该级承载板压力（Pa）；
－总影响量（0.01mm）；
－该级压力的分级影响量（0.01mm）。
各级荷载影响量（后轴60kN车）表1-4
承载板压力（MPa）
0.05
0.10
0.15
0.20
0.30
0.40
0.50
影响量
0.06
0.12
0.18
0.24
0.36
0.48
0.60
（2）将各级计算回弹变形值点绘于标准计算纸上，排除显著偏离的异常点并绘出顺滑的p～l曲线，如曲线起始部分出现反弯，应按图1-10所示修正原点O，
则是修正后的原点。
（3）按下式计算相应于各级荷载下的土基回弹模量Ei值：
式中
－相应于各级荷载下的土基回弹模量（MPa）；
－土的泊松比，根据部颁路面设计规范规定选用；
D－承载板直径30cm；
－承载板单位压力（MPa）；
－相对于荷载
时的回弹变形（cm）。
（4）取结束试验前的各回弹变形值按线性回归方法由下式计算土基回弹模量E0值：
式中
－土基回弹模量（MPa）；
－土的泊松比，根据部颁路面设计规范规定选用；
－结束试验前的各级实测回弹变形值；
－对应于
的各级压力值。
五、实验数据记录和处理
试验采用的记录格式如表1-5。
承载板测定记录表表1-5
路线和编号：
测定层位：
承载板直径（cm）
路面结构：
测定用汽车型号：
测定日期：
年月日
千斤顶
读数
荷载
P
kN
承载板
压力P
MPa
百分表读数
（0.01mm）
总变形
0.01
mm
回弹变形
0.01
mm
分级影响量
0.01
mm
计算回弹变形
0.01
mm
0.01
MPa
加载前
加载后
卸载后
总影响量
土基回弹模量
值（MPa）
（2）试验报告应记录下列结果。
试验时所采用的汽车。
近期天气情况。
试验时土基的含水量（％）
土基密度和压实度。
相应于各级荷载下的土基回弹模量
值。
土基回弹模量值
（MPa）。
加州承载比（CBR）试验
一、目的
（1）只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）混合料的最大粒径，应控制在25mm以内，最大不得超过38mm（圆孔筛）；如为方孔筛，应控制在20mm以内，最大不得超过30mm。
（3）路基土或强度不随龄期增长的材料不需养生。
二、实验内容和要求
对各种土和路面基层、底基层材料进行承载比试验。
三、实验主要仪器设备和材料
1、仪器设备
（1）圆孔筛：
孔径38mm、25mm、20mm及5mm的筛各一个。
（2）试筒：
内径152mm、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。
试筒的形式和主要尺寸如下图所示。
（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）贯入杆：
端面直径50mm，长约100mm的金属柱。
（5）路面材料强度试验仪或其他荷载装置：
能量不小于50kN，能调节贯入速度至每分钟贯入1mm，可采用测力计式。
（6）百分表：
3个。
（7）试件顶面上的多孔板（测试件吸水时的膨胀量）
（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。
试筒尺寸示意图（尺寸单位:
mm）路面材料强度试验仪示意图多孔板（尺寸单位:
mm）百分表架（尺寸单位:
mm）
（10）荷载板：
直径150mm，中心孔眼直径52mm，每块质量1.25kg，若干块，并沿直径分为两个半圆。
（11）水槽：
浸泡试件用，槽内水位应高出试件顶面25mm。
（12）其他：
台秤（感量为试件用料量的0.1％）、拌和盘、直尺、滤纸、脱模器等与重型击实试验法相同。
2、试样制备
（1）将具有代表性的风干试料（必要时，也可以在50℃烘箱内烘干），用木锤或木碾捣碎，但应注意尽量不使土或粒料的单个颗粒破碎或不使其破碎程度超过施工中拌和机械的破碎程度。
土团均应捣碎到通过5mm的筛孔。
（2）取有代表性的试料100kg，用40mm筛筛除大于40mm的颗粒，并记录超尺寸颗粒的百分数。
（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量，对于细粒土，试样应不少于100g；对于粒径小于25mm的中粒土，试样应不少于1000g；对于粒径小于40mm的粗粒土，试样应不少于2000g。
四、实验方法、步骤及结构测试
1、试件制作
采用夯击法制作试件，步骤如下：
（1）称试筒本身的质量m1。
将试筒固定在底板上，垫块放入筒内，并在垫块上放一张滤纸，安上套环。
（2）一般要制3种试件，如每种试件要制作3个，则共制9个试件。
3种试件均分三层夯击，差别是每层夯击次数分别为30次、50次和98次，使试件的干密度从低于95％到等于100％的最大干密度（9个试件共需试料约50kg）。
（3）将已过筛的试料，用四分法逐次分小，至最后取出约50kg试料，再用四分法将取出的试料分成9份，每份约重5.0kg。
（4）按最佳含水量制备试件试样。
将一份试料平铺于金属盘内，将事先计算得到的该份试料中应加的水量均匀地喷洒在试料上，如为细料土，所加水量应较最佳含水量小3％；对于中粒土和粗粒土，可直接按最佳含水量加水。
用小铲将料充分拌和到均匀状态。
如为石灰稳定土和水泥、石灰综合稳定土，可将石灰和试料一起拌匀，然后装入密闭容器或塑料口袋内浸润备用。
浸润时间：
重粘土不得少于24h，轻粘土可缩短到12h，砂土可缩短到1h，天然砂砾土、红土砂砾，级配砾石可缩短到2h左右，含土很少的未筛分碎石、砂砾及砂可以缩短到1h。
制每个试件时，都要取样测定试料的含水量。
对于细粒土（最大粒径5mm），每次取样100g，中粒土每次取样500g，粗粒土每次取样1000g。
（5）如为水泥稳定土和水泥石灰综合稳定土，将所需的水泥加到浸润后的土中，并用小铲、泥刀或其他工具充分拌和到均匀状态。
对于细粒土在拌和过程中加入适量的水，使水分达到最佳含水量。
试样拌和后用湿布覆盖，以防蒸发。
对于加有水泥的试样应在1h内完成下述制作工作，拌和后超过1h的试样应予以作废。
（6）将击实筒放在坚实（最好是水泥混凝土）地面上，取制备好的试样1.8kg左右（其量应使击实后的试样略高于筒高的1／3，即高出1～2mm），倒入筒内。
整平其表后稍加压紧，然后按所需击数进行第一层试样的击实（先击98次）。
击实时，击锤应自由铅直落下，落高应为45cm。
锤迹必须均匀分布于试样表面。
第一层击实完后，检查该层的高度是否合适，以便调整以后两层的试样用量。
用刮土刀或螺丝刀将已击实层的表面“拉毛”。
然后，重复上述做法，进行其余两层试样的击实。
最后一层试样击实后，试样超出试筒顶的高度不得大于6mm，超出高度过大的试件应该作废。
（7）卸下套环，用直刮刀沿试筒顶修平压实的试件，表面不平整处用细粒土修补。
取出垫块，称试筒和试件的质量m2并进行湿气养生（如不是石灰或水泥稳定土，则不需要养生）。
（8）按步骤6和7制作其余两种试件。
只是制作第二种试件时，每层的夯实次数为50次，制作第三种试件时，每层的夯击次数为30次。
2、泡水测膨胀量
（1）试件经过湿气养生3d后，如为素土，则在试件制成后，取下试件顶面的破残滤纸，放一张好的滤纸，并在上面安放附有调节装置的多孔板，在板上加足够的荷载板，使试件面上的压力等于该材料层上路面的压力。
（2）将试筒与多孔底板一起放在水槽内（先不放水），并用拉杆将模具拉紧，安装百分表，并读取初读数。
（3）向水槽内放水，使水自由进到试件的顶和底部。
在泡水期间，槽内水面应保持在试件顶面上大约25mm。
通常，试件要泡水96h。
（4）在96h终了时，读取试件上百分表的终读数，并用下式计算膨胀量，其中原试件高为120mm。
（5）从水槽中取出试件，倒出试件顶面的水，静置15min让其排水，然后卸去附加荷载和多孔板、底板及滤纸，并称量其质量m4以计算试件的湿度和密度的变化。
3、贯入试验
（1）将泡水试验终了的试件放到路面材料强度试验仪的升降台上，调整扁球座，使贯入杆与此试件顶面全部接触，在贯入杆周围放置预定数量的半圆荷载板。
（2）先在贯入杆上施加45N荷载，然后将测力和测变形的百分表指针都调到零点。
（3）加荷，使贯入杆以1～1.25mm／min的速度压入试件。
记录测力环内百分表某些整读数（如20、40、60）时的贯入量，并注意使贯入量为250×10－2mm时，能有8个以上的读数。
因此，测力环内百分表的第一个读数应是贯入量为20×10－2mm左右。
总贯入量应超过700×10－2mm。
4、结果整理
（1）以单位压力（p）为横坐标，贯入量（l）为纵坐标，绘制p-l关系曲线
（2）一般采用贯入量为2.5mm时的单位压力与标准压力之比作为材料的承载比（CBR）。
即：
式中：
CBR——承载比（%）
P——单位压力（kPa）
同时计算贯入量为5mm时的承载比：
如贯入量为5mm时的承载比大于2.5mm时的承载比，则试验要重作。
如结果仍然如此，则采用5mm时的承载比。
（3）试件的湿密度用下式计算：
式中：
ρ——试件的湿密度（g/cm3）;
m2——试筒和试件的合质量；
m1——试筒的质量；
2177——试筒的容积（cm3）
（4）试件的干密度用下式计算：
式中：
ρd——试件的干密度（g/cm3）；
w——试件的含水量
五、实验数据记录和处理
贯入试验记录
最大干密度_________________，最佳含水量______________，每层击数_________
量力环校正系数C=%/0.01mm，贯入杆面积A=cm2
L=2.5mm时，p=__________kPaCBR=_________%
L=5.0mm时，p=__________kPaCBR=_________%
荷载测力计百分表读数R
单位压力p（kPa）
百分表读数（0.01mm）
贯入量l（mm）
膨胀量试验记录
膨胀量
试验次数
筒号
（1）
泡水前试件高度（cm）
（2）
泡水后试件高度（cm）
（3）
膨胀量（%）
（4）
膨胀量平均值（%）
密度
筒质量m1（g）
（5）
筒+试件质量m2（g）
（6）
筒体积（cm3）
（7）
湿密度ρ（g/cm3）
（8）
含水量w（%）
（9）
干密度ρd（g/cm3）
（10）
干密度平均值（g/cm3）
吸水量
泡水后筒+试件合质量m3（g）
（11）
吸水量wa（g）
（12）
吸水量平均值（g）
2、精度要求
如根据3个平行试验结果计算得的承载比变异系数Cv大于12%，则去掉一个偏离大的值，取其余2个结果的平均值。
如Cv小于12%，且3个平行试验结果计算的干密度偏差小于0.03g/cm3，则取3个结果的平均值。
如3个试验结果计算的干密度偏差超过0.03g/cm3，则去掉一个偏离大的值，取其2个结果的平均值。
3、试验报告应记录下列结果
（1）材料的颗粒组成（包括40mm以上颗粒）。
（2）最佳含水量。
（3）最大干密度。
（4）预期达到的干密度。
（5）承载比（CBR）。
承载比小于100，准确到5％；承载比大于100，准确到10％。
（6）材料的膨胀量（％）。
土的击实试验
一、实验目的
本试验分轻型击实和重型击实。
小试筒适用于粒径不大于25mm的土，大试筒适用于粒径不大于38mm的土。
本试验目的是通过对土进行击实试验，以绘制土的含水量－干密度关系曲线，从而确定其最佳含水量和最大干密度。
二、实验内容和要求
对确定的土样按不同含水量分别在固定的击实功和击实方法下进行击实，并分别测得相应的干密度，从而绘制土的含水量－干密度关系曲线，确定其最佳含水量和最大干密度。
三、实验主要仪器设备和材料
1、实验主要仪器
（1）标准击实仪。
轻、重型试验方法和设备的主要参数应符合表3-1的规定。
表3-1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
25
Ⅰ.2
5
2.5
30
15.2
12
2177
3
59
598.2
38
重型Ⅱ法
Ⅱ.1
5
4.5
45
10
12.7
997
5
27
2687.0
25
Ⅱ.2
5
4.5
45
15.2
12
2177
3
98
2677.2
38
（2）烘箱及干燥器。
（3）天平：
感量0.01g。
（4）台称：
称量10kg，感量5g。
（5）圆孔筛：
孔径38mm、25mm、19mm和5mm各1个。
（6）拌和工具：
400mm×600mm、深70mm的金属盘、土铲。
（7）其他：
喷水设备、碾土器、盛土盘、量筒、推土器、铝盒、修土刀、平直尺等。
2、试样制备
按表3-2准备试料。
表3-2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
试样重复使用
a
10
5
3
10
25
4.5
15.2
38
6.5
干土法
试样不重复使用
b
10
至25
至少5个试样，每个3
15.2
至38
至少5个试样，每个6
湿土法
试样不重复使用
c
10
至25
至少5个试样，每个3
15.2
至38
至少5个试样，每个6
（1）干土法（土重复使用）将具有代表性的风干或在50℃温度下烘干的土样放在橡皮板上，用圆木棍碾散，然后过不同孔径的筛（视粒径大小而定）。
对于小试筒，按四分法取筛下的土约3kg；对于大试筒，同样按四分法取样约6.5kg。
（2）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%含水量递增），拌匀后闷料一夜备用。
（3）湿土法（土不重复使用）对于高含水量土，可省略过筛步骤，用手拣除大于38mm的粗石子即可。
保持天然含水量的第一个土样，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，使含水量按2%～3%递减。
四、实验方法、步骤及结构测试
（1）根据工程要求，按表规定选择试验方法。
（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（其量应使击实后的试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，使土样与套筒脱离后，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量，计算至0.1%。
测定含水量用试样的数量按表规定取样（取出有代表性的土样）。
两个试样含水量的精度应符合含水量试验的规定。
表3-3测定含水量用试样的数量
最大粒径（mm）
试样质量（g）
个数
<5
15～20
2
约5
约50
1
约19
约250
1
约38
约500
1
（5）对于干土法（土重复使用），将试样搓散，然后按前述试样制备方法进行洒水、拌和，但不需闷料，每次约增加2%～3%的含水量，其中有两个大于和两个小于最佳含水量，所需加水量按下式计算：
式中：
mw——所需的加水量（g）；
mi——含水量w1时土样的质量（g）；
w1——土样原有含水量（%）；
w——要求达到的含水量（%）。
按上述步骤进行其他含水量试样的击实试验。
（6）对于干土法（土不重复使用）和湿土法，按各自试样制备方法制备试样，分别按上述步骤进行击实试验。
五、实验报告要求
1、成果整理：
（1）按下式计算击实后各点的干密度：
ρd——干密度（g/cm3）；
ρ——湿密度（g/cm3）；
w——含水量（%）。
（2）以干密度为纵坐标，含水量为横坐标，绘制干密度与含水量的关系曲线，曲线上峰值点的纵、横坐标分别为最大干密度和最佳含水量。
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，并将这根线绘在含水量与干密度的关系图上，以资比较。
式中：
ρd——试样的干密度（g/cm3）
Va——空气体积（%）；
Gs——试样相对密度，对于粗粒土，则为土中粗细颗粒的混合相对密度；
w——试样的含水量（%）
（4）当试样中有大于38mm颗粒时，应先取出大于38mm颗粒，并求得其百分率p，把小于38mm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量进行校正（适用于大于38mm颗粒的含量小于30%时）。
最大干密度按下式校正：
式中：
ρ’dm——校正后的最大干密度（g/cm3）
Ρdm——用粒径小于38mm的土样试验所得的最大干密度（g/cm3）
P——试料中粒径大于38mm颗粒的百分数（%）；
G’s——粒径大于38mm颗粒的毛体积相对密度，计算至0.01。
最佳含水量按下式校正：
式中：
w’0——校正后的最佳含水量（%）
W0——用粒径小于38mm的土样试验所得的最佳含水量（%）
P——同前；
W2——粒径大于38mm颗粒的吸水量（%）。
（5）记录格式
2、试验报告应记录下列结果
（1）土的鉴别分类和代号
（2）土的最佳含水量w0（%）
（3）土的最大干密度ρdm（g/cm3）
击实试验记录
土样编号
筒号
落距
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