公路水运工程试验检测道路工程土工试验培训资料.docx
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公路水运工程试验检测道路工程土工试验培训资料
第四章土的力学性质
一击实试验
击实——使土变密实,强度提高原理:
施加能量,使土重新排列。
粗粒土:
咬合力
(现场施工):
分层填土,分层夯压。
压实区域重叠
细粒土:
分子引力
最大干密度,最优含水率的概念
因素:
水(水少水多都不好,达到最优含水率)
击实功(在一定限度内,击实功大,最大干密度大,最优含水率小)
压实机械
土粒级配的影响
击实试验类型
轻型击实:
≤20mm
重型:
≤40
制样
干法:
1)试样风干或在低于50℃温度下烘干,将土碾碎,过筛。
2)按试样的塑限估计最优含水率,在最优含水率附近相差约2%的含水率制备至少5个,其中2个含水率大于塑限、2个小于塑限、1个接近塑限。
3)洒水拌和均匀,静置备用。
高塑性黏性土静置时间不得小于24h,低
塑性黏性土不应小于12h。
2湿法:
过筛后风干到至少五个含水率
击实
分3次或5次倒入筒中,每次按规定次数击实。
算好击实后试样高,击完后余土高。
公式
单向固结试验
原理
土体的压缩由孔隙减少产生;饱和土的压缩需要一定时间(渗流固结)有效应力原理:
1.饱和土体内总应力等于有效应力和孔隙水压力之和,其间关系总是满足:
σ=σ′+μ
2.有效应力决定土的变形(压缩)与强度
先期固结压力:
土在地质历史上曾经受过的最大固结压力。
先期固结压力与上覆土层自重的比较:
超固结土,正常固结土,欠固结
压缩性指标:
压缩系数:
=-ee1e2
pp2p1
压缩模量:
Es1e1
a
压缩指数:
Cce1e2
lg(pp2)
p1
实验步骤:
1)装试样:
切好的环刀,外涂凡士林
,刀口向下。
(2)在容器内顺次放上底板、湿润的滤纸和透水石,然后放入加压导环和传压活塞。
调整杠杆使之水平。
(3)施加预压:
为确保压缩仪各部位接触良好,施加1kPa的预压荷重,
装好百分表,然后调整量表读数至零处。
(4)去掉预压荷载,立即加第一级荷载并开动秒表,荷重等级一般为
50、100、200、300、400kPa
(5)试验结束后迅速拆除仪器各部件,取出试样,必要时测定试验后的含水率。
1)如系饱和试样,应在施加第一级荷重后,立即向压缩容器注满水。
如系非饱和试样,需用湿棉纱围住加压盖板四周,避免水分蒸发。
2)
推导这个,看需要哪些指标
推导公式
假设固体体积不变并且为
1,有eVv。
h0h0h,也就是说,A0A1,
Vs1e11e201
h0h0h
Vv0VsVv1
由h0h0h,可以推出
1e11e2
e2e1h(1e1)h1
可以推出规范公式。
压缩模量的推导类似
直接剪切试验:
土常常由于受剪而产生破坏,强度问题一般是指抗剪强度问题与强度有关的三类工程问题:
边坡稳定,地基承载力,挡土结构的土压力
强度指标:
c,
c:
水膜与相邻土粒的分子引力,胶结物胶结
:
砂粒间摩擦阻力和锁固作用
实验步骤:
制样:
1.将环刀内侧涂上一层凡士林,刀刃相下放在土样上。
2.用刮土刀将环刀均匀压入土样,高出环刀上沿1-2mm为宜,然后用钢
丝锯和刮土刀将土样两端刮平。
开始试验
1.对准上下剪切盒,插上销钉,下放滤纸,透水石,将土样放入盒内。
2.试样装好后,转动手轮,使上盒前端与测力计接触。
顺次加上加压
钢珠、加压架。
记下初始读数
3.根据试验设计施加垂直压力,注水,如果非饱和,包上湿棉花。
4.施加垂直荷载后,立即拔去销钉开动秒表,以0.8mm/min的速率剪切
土样
5.当百分表读数不变或后退,继续剪切至4mm。
如果测力计百分表无峰
值,剪切至6mm
6.实验结束后,测定含水率。
5.1剪切位移按下式计算;
A/=20n-R
式中:
——剪切位移(0.01mm),计算至0.1;
n——手轮转数;
R——白分表读数。
5.2剪应力按下式计算;
匸=CR
式中:
r剪应力(kPa),计算至0.1;
C测力计校正系数(kPa/0.01mm)o
5.3以剪应力r为纵坐标,剪切位移△【为横坐标,绘制的关系曲线,如图T0142-2o
5.4以垂貢压力p为横坐标,抗剪强度S为纵坐标•将每一试样的抗剪强度点绘在坐标纸上,并连成一直线。
此直线的倾角为摩擦角卩,纵坐标上的蔵距为凝聚力C,如图T0140-3所示。
剪切变形AI(0.01mm)
试验方法
快剪:
还没有来得及固结就被快速剪坏剪坏固结快剪:
充分排水之后快速剪坏
施工的快慢进度
慢剪:
充分排水后慢速剪坏三个实验得出的强度指标不同如何选择:
土的渗透性,现场的排水条件,
三轴试验:
直剪试验的缺点,三轴试验模拟实际的受力状态试验方法:
两个阶段:
加围压,加轴压
不固结不排水:
施加围压和施加轴压的时候都不排水固结不排水:
施加围压排水,施加轴压不排水
固结排水:
从始至终排水
无侧限抗压试验
制样:
试件直径和高度应与重塑筒直径和高度相同,一般直径为40~50㎜,高为100~120㎜.试件高度与直径之比应大于2,按软土的软硬程度采用2.0~
2.5。
开始试验
1.将切削好的试件立即称量,准确至0.1g。
同时取切削下的余土测定含
水率。
用卡尺测量其高度及上、中、下各部位直径,计算其平均直径Do。
2.在试样两端抹一薄层凡士林,如为防止水分蒸发,试件侧面也可抹层薄凡士林。
3.将制备好的试件放在应变控制式无侧限抗压强度仪下加压板上,转动
手轮,使其与上加压板刚好接触,调测力计百分表读数为零点。
4.以轴向应变1%/min~3%/min的速度转动手轮(0.06~0.12㎜/min),使试验在8~20min内完成。
5.应变在3%发前,每0.5%应变记读百分表读数一次;应变达3%以后,每1%应变记读百分读数一次。
6.当百分表达到峰值或读数达到稳定,再继续剪3%~5%应变值即可停
止试验。
如读数无稳定值,则轴向应变达20%时即可停止试验。
7.试验结束后,迅速反转手轮,取下试件,描述破坏情况。
8.
若需测定灵敏度,则将破坏后的试件去掉表面凡士林,再加少许土,破坏其结构,放入重塑筒内,与重塑前尺寸相等,然后立即重复试验步骤进行试验。
CBR实验
按击实所得最佳含水量制备CBR试件;
1)称量试筒本身质量(m1),将试筒固定在底板上,放入垫块、滤纸,安上套环。
2)将试料按规定的层数和每层击数击实,求试料的最大干密度和最佳含
水量。
3)将其余3份试料按最佳含水量制备三个试件。
试料加水浸润时间,重粘土不少于24h,轻粘土12h,砂土1h,天然砂砾2h,取料测定每个试件的含水
量。
4)取备好的试料分3-5次倒入筒内(视最大粒径而定),五层法时每层试样约900g(细粒土)-1100g(粗粒土);按三层法,每层试样1700g左右(其量应使击实后试件高出1/3筒高1-2mm)。
击实时锤应自由垂直落下,锤迹均匀分布于试样表面上。
击实时每层表面应“拉毛”。
大试筒击实后,试样不宜高出筒高5mm。
5)修平击实试件,称取试筒和试样的质量(
m2)。
试件顶面加承载板浸水四昼夜;试件加了承载板以后试筒的顶面,离水
面的高度应保持在大约25mm以上。
泡水测膨胀量步骤:
1)在试件表面放一张好滤纸,安装多孔板和荷载板,试件放入干水槽中,用拉杆将模具拉紧,安装百分表,读取初读数。
2)向槽内放水,浸没试件顶部,保持水面在试件顶上约25mm,泡水4
3)泡水终了,读取百分表终读数,计算膨胀量
4)取出试件,静置15min排水,卸去附加荷载、多孔板、底板、滤纸,并称量(m3)。
做贯入试验:
1)试件放在路强仪升降台上,使贯入杆与试件顶面全面接触,放上荷载
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的指针
调至零点。
3)加荷使贯入杆以1-1.25mm/min的速度压力试件,记录测力计内百分
表某些整读数(如20,40,60)时的贯入量,使贯入量为250×10-2mm时有
5个以上读数。
总贯入量应超过7mm;
概述
土的形成:
物理风化,化学风化,生物风化
三相组成:
固液气
固态:
无机矿物(原生矿物——岩浆冷凝形成,次生矿物),有机质
液相:
气态,液态水(矿物颗粒的水,矿物表面的水),固态水
结合水:
强弱
自由水:
毛细水,重力水物理性质指标:
三大试验指标:
密度,比重,含水率
含水率实验:
原理:
mw100%
ms
烘干法:
各类土质
酒精法:
不适合有机质,含盐量较多的土,重黏土(粘粒占比很大)比重法:
只适合砂土密度试验
环刀法,蜡封法,灌砂法,灌水法
比重实验
比重公式:
Gs=m
wVs可以理解为阿基米德原理,排水体积等于物体所占的体积,也就是
物体所受到的浮力比重瓶法:
1、将比重瓶烘干,将15g烘干土装入100mL比重瓶内(若用50mL比
重瓶,装烘干土约12g),称量。
2、为排出土中空气,将已装有干土的比重瓶,注蒸馏水至瓶的一半处,摇动比重瓶,土样浸泡20h以上,再将瓶在砂浴中煮沸,煮沸时间自悬沸腾时算起,砂及低液限黏土应不少于30min,高液限黏土应不少于1h,使土粒
分散。
注意沸腾后调节砂浴温度,不使土液溢出瓶外。
3、如系长颈比重瓶,用滴管调整液面恰至刻度处(以弯月面下缘为准)擦干瓶外及瓶内壁刻度以上部分的水,称瓶、水、土总质量。
如系短颈比重瓶,将纯水注满,使多余水分自瓶塞毛细管中溢出,将瓶外水分擦干后,称瓶、水、土总质量,称量后立即测出瓶内水的温度,准确至0.5℃。
4、根据测得的温度,从已绘制的温度与瓶、水总质量关系曲线中查得瓶水总质量。
5、如系砂土,煮沸时砂粒易跳出,允许用真空抽气法代替煮沸法排出土中空气。
6、对含有某一定量的可溶盐、不亲性胶体或有机质的土,必须用中性液体(如煤油)测定,并用真空抽气法排出土中气体。
真空压力表读数宜为100kPa,抽气时间1-2h(直至悬液内无气泡为止)
也就是干土的
m1m2等于与土同等体积的水的质量减去同体积土的质量质量)
浮称法分母,指试样被称出来的质量,根据受力平衡,
实际重量=浮力+被称出来的质量。
所以浮力等于
浮力法:
m3m1为在水里的金属网篮和试样的总质量,m2是金属网篮的
浮力质量,根据受力平衡,分母相减只剩下试样的浮力。
注意这个方法能直接称出浮力,和浮称法不一样。
虹吸法:
m1m0指的是量筒中的水,mms指晾干后残留的水。
分母指的是土中固体排水的质量,也就是浮力。
颗粒分析试验
大于0.075mm的土粒采用筛分法,反之用沉降分析法(密度计法,移液管法)。
斯笃克斯定律:
土靠自重下沉,越重下沉速度越快划分粒组:
任意划分和性质变化划分粒度成分表示方法:
表格法,累计曲线法,三角坐标法
相对密度试验最大孔隙比测定:
(1)取代表性试样1.5kg,充分风干(或烘干),用手搓揉或用木棒在橡皮板上碾散,并拌和均匀。
(2)将锥形塞杆自漏斗下口穿入,并向上提起,使锥体堵住漏斗口一并放入体积1000mL的量筒中,使其下端与量筒底相接。
(3)称取试样700克,准确至1克,均匀倒入漏斗,将漏斗与塞杆同时提高,移动塞杆使锥略离开管口,管口应经常保持高出砂面约1-2厘米,使试样缓缓均匀分布地落入量筒中。
(4)试样全部落入量筒后,取出漏斗与锥形塞,用砂面修平,勿使量筒振动,然后测读砂样体积,估读至5立方厘米。
(5)以手掌或橡皮塞堵住筒口,将量筒倒转,然后迅速转回原来位置,如此重复几次,记下体积的最大值,估计至立方厘米。
(6)取上述两种方法测得的较大体积值,计算最大孔隙比。
最小孔隙比实验:
(1)取代表性试样4公斤,充分风干(或烘干),用手搓揉或用木棒在橡皮板上碾散,并拌和均匀。
(2)分三次倒入容器进行振击,先取上述试样600-800克(其数量应使
振击后的体积略大于容器容积的1/3,倒入1000立方厘米容器内,用振动仪
以每分钟个各150-200次的速度拍打容器两侧,并在同一时间内,用击锤于试样表面每分钟击20-60次,直至砂样体积不变为止,(一般约5-10分钟),拍打时要有足够的力量使试样处于振动状态,振击实,粗砂可用少击数,细砂应用较多击数。
(3)按上述步骤进行第二次振动和锤击,第三次加土时应加套环。
(4)最后一振毕,取下环套,用修土刀齐平容器顶面削去多余试样,称重,准确至1克,计算其孔隙比。
液塑限实验含水率对于土的状态有很大的影响
塑性大小:
塑性指数Ip=L-P不带百分号
液性指数:
IL=-P
L-P
液塑限联合测定法液塑限联合测定法1.取有代表性的天然含水量或风干土样进行试验。
过0.5mm的筛。
2.每个盛土皿中放大约200g土样,加入不同数量蒸馏水,土样的含水量分别控制在液限,略大于塑限。
和二者的中间状态(b点)。
用调土刀调匀,盖上湿布,放置18h以上。
3.将制备的土样充分搅拌均匀,分层装入盛土杯中,用力压密,使空气
逸出。
用调土刀反复压实。
试杯装满后,刮成与杯边齐平。
4.调平仪器,接通电源,打开开关,提起锥体,锥头上涂少许凡士林。
5.将装好土样的试杯放在联合测定仪升降座上,转动升降旋钮,待锥尖刚与土样表面接触时停止升降,锥体立刻自行下沉,经5秒时,试锥自动停止下沉,读数窗显示锥入深度h1。
6.改变锥尖与土接触位置(锥尖两次锥入位置距离不小于1cm),重复
3、4步骤,得锥入深度h2,要求h1、h2允许误差为0.5mm,否则应重作取h1、h2平均值作为该点的锥入深度h。
7.去掉锥尖入土处的凡士林,取10克以上土样两个,分别装入称量盒
内,称质量(准确至0.01g),测定其含水量w1、w2(计算到0.1%)。
计算含水量平均值w。
8.重复2、3、4、5、6步骤,对其它两者个含水量进行试验,测其锥入深度和含水量
液限碟式仪法
滚搓法
天然稠度试验天然稠度Ic=L-
土的工程分类
分类依据:
颗粒组成特征(粗粒,细粒,巨粒),塑性指标(高低液限、粉粘土),有机质存在情况
塑性图
根据A线塑性指数决定是粉土还是粘土根据B线液限决定低液限还是高液限