公路水运工程试验检测道路工程土工试验培训资料.docx

1、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

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 12 h 。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： = +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

3、：超固结土 ，正常固结土，欠 固 结压缩性指标：压缩 系数： =- e e1 e2p p2 p1压缩 模量： Es 1 e1a压缩 指数： Cc e1 e2lg( 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

4、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 e Vv 。 h0 h0 h ，也就是说 ， A0 A1，Vs 1 e1 1 e2 0 1h0 h0 hVv0 Vs V v1由 h0 h0 h ， 可以推出1 e1 1 e2e2 e1 h (1 e1) 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

5、 ：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/mi

6、n 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 6mm6.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)o5.3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T 0142-2o5.4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

7、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

8、.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

9、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

10、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

11、；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 43）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

12、.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 25010-2mm 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： mw 100%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

13、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 = mw Vs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，

14、 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

15、干土的m1 m2 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： m3 m1 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： m1 m0 指的是量筒中的水 ， m ms 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

16、， 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

17、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

18、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 = - PL - 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

19、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

20、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