版公路水运工程试验检测人员过渡考试2材料大纲要求的知识点文档格式.docx
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二、适用范围
粘质土、粉质土、砂类土和有机质土类。
三、主要仪器设备
烘箱:
可采用电热烘箱或温度能保持105-110℃的其他能源烘箱,也可用红外线烘箱
天平:
感量0.01g。
称量盒(定期调整为恒质量)
四、计算公式
含水量=(湿土质量-干土质量)/干土质量
×
100%注:
计算至0.1%。
五、允许差值
本试验须进行二次平行测定,取其平均算术平均值,允许平行差值应符合如下规定
含水量(%)
允许平行差值(%)
5以下
0.3
40以下
≤1
40以上
≤2
密度试验(灌砂法)
一、目的与使用范围
本试验适用于在现场测定基层(或底基层)、砂石路面土路基土的各种材料的压实层的密度和压实度,也使用于路清表面处治、沥青贯入式路面层的密度和压实度检测,但不适用于填石路堤等有大孔洞或大孔隙材料的压实度检测。
用挖坑灌砂法测定密度和压实度时,应符合下列规定:
(1)、当基料的最大粒径小于15mm,测定层的厚度不超过150mm时,宜采用直径100mm的小型灌砂筒测试。
(2)、当最大粒径等于或大于15mm,但不大于40mm,测定层的厚度超过150mm,但不超过200mm时,应用直径150mm的大型灌砂筒测试。
二、仪器与材料
灌砂筒、金属标定罐、基板、量砂(粒径0.30~0.60mm或0.25~0.50mm清洁干燥均匀砂20~40g)
三、方法与试验步骤
1、标定灌砂筒下部圆锥体内砂的质量。
2、标标定量砂的单位质量γ(g/cm^3)
3、将盛有量砂(M5)的灌砂筒放在基板中间的圆孔上,将灌砂筒的开关打开,让砂流入基板的中空内,直到砂不在流。
取下灌砂筒,称取量筒内砂的质量(M6),准确至1g。
4、称取试坑中全部材料的总质量Mw。
5、从挖出的全部材料中取有代表性的样品,测定其含水量(ω,%)。
用小灌砂筒测定时,细粒土不小于100g,中粒土不小于500g;
用大砂筒,相应的细粒土不小于200g,中粒土不小于1000g,粗粒土或无机结合料稳定材料,不少于2000g,称其质量(Md)。
6、将基板放在试坑上,灌砂筒放在基板中间,打开灌砂筒开关,直至砂不再流动,称取量筒内砂的质量(M4)。
7、如清扫干净的平坦表面的粗糙不大可省去3的操作,试洞挖好后直接对准放在试坑上,不需要放基板,打开筒的开关,最后称取剩余砂的质量(M4'
)。
四、计算
1、填满试坑所用砂的质量:
灌砂时试坑上放基板时:
Mb=M1-M4-(M5-M6)
灌砂时试坑上不放基板时:
Mb=M1-M4'
-M2
Mb--填满试坑的砂的质量(g)
M1--灌砂前灌砂筒内的砂的质量(g)
M2--灌砂筒下部圆锥体内砂的质量(g)
2、试坑材料的湿密度:
ρw=Mw*γs/Mb
Mw--试坑中取出的全部材料质量,(g)
γs--量砂的单位质量,(g/cm^3)
3、试坑材料的干密度ρd:
ρd=ρw/(1+0.01ω)
ω--试坑材料的含水量,%
当为无机结合料稳定土时:
ρd=Md*γs/Mb
五、报告
各种材料的干密度均准确至0.1g/cm^3。
相对密度:
试验步骤
1、取试样一份装入干净的搪瓷盘中,注入洁净的水,水面至少高出试样2cm,轻轻搅动土样,使附着在土样上的气泡逸出。
2、将吊篮挂在天平的吊钩上,浸入溢流水槽中,向溢流水槽中注水,水面高度至水槽的溢流孔为止,将天平调零。
3、调节水温在15℃-25℃范围内。
将试样移入吊篮中。
溢流水槽中的水面高度由水槽的溢流孔控制,维持不变。
称取土样的水中质量(mw)。
4、提起吊篮,稍稍滴水后,将试样倒入浅搪瓷盘中,或直接将土样倒在拧干的湿毛巾上。
5、立即在保持表干状态下,和负温取土样的表干质量(mf)。
6、将土样置于浅盘中,放入105℃±
5℃的烘箱中烘干至恒重。
取出浅盘,放在带盖的容器中冷却至室温,称取土样的烘干质量(ma)。
7、对同一规格的土样应平行试验两次,取平均值作为试验结果。
计算
γb=ma/(mf-mw)
γb-土样的毛体积相对密度
mf-试样的表干质量
mw-试样的水中质量
ma-试样的烘干质量
ρb=γb*ρT或ρb=(γb-αT)*ρw
ρb-土样的毛体积密度(g/cm^3)
ρT-试验温度T时水的密度
αT-度验温度T时的温度修正系数
(2)土的粒组划分及工程分类
粒度粒度成分及其表示方法;
司笃克斯定律。
土粒的大小称为粒度。
土的粒度成分是指土中各种不同粒组的相对含量(以干土质量的百分比表示),它可用来描述土的各种不同粒径土粒的分布特性。
表示方法有:
表格法
累计曲线法
三角形坐标法
土粒级配指标:
Cu
Cc;
土粒大小及粒组划分。
不均匀系数
Cu=d10/d60
曲率系数(或称级配系数)Cc=d302/d10×
d60
土粒大小及粒组划分于P108图4-11粒组划分图
土的工程分类及命名(现行《公路土工试验规程》);
颗粒分析试验。
(1)《公路桥涵地基与基础设计规范》(JTJ024-85)《建设地基基础设计规范》(GB-50007-2002)和《岩土工程勘察规范》(GB50021-2001)的土的工程分类。
(2)《公路路基设计规范》(JTJ013-95)公路路基土的分类。
(3)水利电力部《土工试验规程》(SL237-1999)的土的工程分类。
(4)交通部《公路土工试验规程》(JTJ051-93)的土的工程分类。
现行《公路土工试验规程》土的工程分类(简称“分类”)适用于公路工程用土的鉴别定名和描述,以便对土的性状作定性评价;
应以土颗粒组成特征土的塑性指标:
液限,塑限和塑性指标土中有机质存在情况作为土分类依据;
本“分类”应按筛分法(T0115-93)确定各粒组的含量;
按液限塑限联合测定法(T0118-93)确定液限和塑限;
按规程中的2.4.8判别有机质存在情况。
颗粒分析试验:
筛分法
一、适用范围
适用于分析粒径大于0.074mm的土。
二、主要仪器设备
标准筛:
粗筛(圆孔):
孔径为60mm、40mm、20mm、10mm、5mm、2mm;
细筛:
孔径
为2mm、0.5mm、0.25mm、0.074mm。
天平:
称量5000g,感量5g;
称量1000g,感量1g;
称量200g,感量0.2g。
三、试样
从风干、松散的土样中,用四分法按照下列规定取出具有代表性的试样:
小于2mm颗粒的土100-300g。
最大粒径小于10mm的土300-900g。
最大粒径小于20mm的土1000-2000g。
最大粒径小于40mm的土2000-4000g。
最大粒径大于40mm的土4000g以上。
四、计算公式
按下式计算小于某粒径颗粒质量百分数:
X=(A/B)×
100
式中:
X-小于某粒径颗粒的质量百分数,%;
A-小于某粒径的颗粒质量,g;
B-试样的总质量,g。
当小于2mm的颗粒如用四分法缩分取样时,试样中小于某粒径的颗粒质量占总质量的百分数:
X=(a/b)×
p×
a-通过2mm筛的试样中小于某粒径的颗粒质量,g;
b-通过2mm筛的土样中所取试样的质量,g;
p-粒径小于2mm的颗粒质量百分数。
关于不均匀系数的计算:
Cu=d60/d10
Cu-不均匀系数;
d60-限制粒径,即土中小于该粒径的颗粒质量为60%的粒径,mm;
d10-有效粒径,即土中小于该粒径的颗粒质量为10%的粒径,mm;
比重计法
一、适用范围
本法适用于分析粒径小于0.074mm的土。
比重计:
(1)甲种比重计:
刻度单位以摄氏20℃时,每1000ml悬液内所含土质量的克数表示,刻度为-5~50,最小分度值为0.5。
(2)乙种比重计:
刻度单位以摄氏20℃时悬液的比重表示,刻度为
0.995~1.020,最小分度值为0.0002。
量筒:
容积为1000ml,内径为60mm,高度为350±
10mm,刻度为0~1000ml。
细筛:
孔径为2mm,0.5mm,0.25mm;
洗筛:
孔径为0.074mm。
称量100g,感量0.1g;
称量100g(或200g),感量0.01g。
温度计:
测量范围0~50℃,精度0.5℃。
洗筛漏斗:
上口径略大于洗筛直径,下口直径略小于量筒直径。
煮沸设备:
电热板或电砂浴。
搅拌器:
底板直径50mm,孔径约3mm。
比重计分析土样应采用风干土。
土样充分碾散,通过2mm筛(土样风干可在烘箱内以不超过50℃温度鼓风干燥)。
求出土样的风干含水量,并按下式计算试样干质量为30g时所需的风干土质量。
准确至0.01g.
m=ms(1+0.01w)
式中:
m-风干土质量,g;
ms-比重计分析所需干土质量,g;
w-风干土的含水量,%。
小于某粒径的试样质量占试样总质量的百分比按下列公式计算:
1
甲种比重计
2X=100×
Cg(Rm+Rt-Cd)/ms
X-小于某粒径的土质量百分数,%;
ms-试样质量(干土质量),g;
Cg-比重校正值
Mt-温度校正值;
Cd-分散剂校正值;
Rm-甲种比重计读数。
3
乙种比重计
4X=100×
V×
Cg[(Rm-1)+mt-Cd]×
ρw20
V-悬液体积(=1000ML);
ρw20-20℃时水的密度,g/cm^3
Rm-乙种比重计读数。
(3)土的相对密实度及界限含水量
天然稠度试验。
相对密实度Dr的基本概念及表达:
黏性土的界限含水量(液限wl
塑限wp缩限ws);
塑性指标Ip
液性指数Il。
砂土在天然状态的紧密程度用相对密实度Dr表示。
Dr=(emax—e)/(emax—emin)
土从液体状态向塑性体状态过渡的界限含水量称为液限wl
土由塑性体状态向脆性固体状态过渡的界限含水量称为塑限wp
达某一含水量后,土集体不再收缩,这个界限含水量称为缩限ws
液限与塑限之差值,称为塑性指标Ip=wl—wp
表示天然含水量与界限含水量关系的指标即液性指标Il
=(w-wp)/(wl—wp)
砂土相对密实度测试;
界限含水量试验
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,把以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)。
贯入击数反应了天然土层的密实程度。
(4)土的动力特征与击实试验
击实的工程意义;
击实试验原理。
在工程建设中,经常遇到填土压实、软弱地基的强夯和换土碾压等问题,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。
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),是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。
土的击实特性;
影响压实的因素。
含水量对整个压实过程的影响;
击实功对最佳含水量和最大干密度的影响;
不同压实机械对压实的影响;
土粒级配的影响。
击实试验。
一、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。
二、仪器设备标准击实仪:
分轻重型两种。
感量:
0.01g。
台秤:
称量10kg,感量5g。
园孔筛:
孔径38mm、25mm、19mm、5mm各1个。
拌和工具:
400mm×
600mm、深70mm的金属盘、土铲。
三、计算公式干密度=湿密度/(1+0.001ω)
ω-含水量,%。
(5)土体压缩性指标及强度指标。
压缩原理;
有应效力原理;
与强度有关的工程问题;
三轴压缩试验;
黄土湿陷试验。
压缩原理:
测定土的湿密度、含水率,计算土样干密度、初始孔隙比,并用此密度、含水率条件下的试样进行压缩试验,根据试验数据绘制孔隙比与压力的关系曲线(即压缩曲线),确定土的压缩系数、压缩模量,评价土体的压缩性
与强度有关的工程问题:
土体的压缩变形主要是由于孔隙的减小所引起的,饱和土的压缩需要一定时间才能完成的,饱和土的孔隙中全部充满水,要使孔隙减小,就必须使土中的水部分挤出,亦即土的压缩与孔隙中水挤出使同时发生的。
土中水部分挤出需要一定时间,土的颗粒越粗,孔隙越大,则透水性越大,因而土中的水挤出和土体的压缩越快,粘土颗粒很细,则需要很长时间。
首先使土作为材料构成的土工构筑物的稳定问题,其次是土作为工程构筑物的环境问题,即土压力问题,再次则是土建筑物地基的承载力问题。
三轴压缩试验:
不固结不排水剪(UU试验)固结不排水剪(CU试验)固结排水剪(CD试验)
室内压缩试验与压缩性指标;
先期固结压力pc与土层天然固结状态判断;
强度指标cФCBR的概念。
土样连同金属环刀装于容器内,在无侧胀条件下对土样分级施加竖向压力,测记每级压力下不同时间的土样竖向变形(压缩量)△ht
以及压缩稳定时的变形量△h,据此计算并绘制不同压力p时的△ht-t曲线和△h-p关系曲线或者孔隙比e与压力p的关系曲线。
土的压缩系数a;
土的压缩模量Es;
压缩指数Cc。
C指土的粘聚力
Ф指土的内摩擦角
CBR指承载比
固结试验;
直接剪切试验;
无侧限抗压试验;
承载比(CBR)试验;
回弹模量试验。
直接剪切试验:
直接剪切仪分为应变控制式和应力控制式两种,前者是等速推动试样产生位移,测定相应的剪应力,后者则是对试件分级施加水平剪应力测定相应的位移,目前我国普遍采用的是应变控制式直剪仪,该仪器的主要部件由固定的上盒和活动的下盒组成,试样放在盒内上下两块透水石之间。
试验时,由杠杆系统通过加压活塞和透水石对试件施加某一垂直压力σ,然后等速转动手轮对下盒施加水平推力,使试样在上下盒的水平接触面上产生剪切变形,直至破坏,剪应力的大小可借助与上盒接触的量力环的变形值计算确定。
通常采用4个试样,分别在不同的垂直压力p下,施加水平剪切力进行剪切,测得剪切破坏时的剪应力τ。
然后根据库仑定律确定土的抗剪强度指标:
内摩擦角φ和粘聚力c。
根据试验时的剪切速率和排水条件不同,直接剪切试验可分为:
快剪、固结快剪和慢剪三种方法。
试验方法的选择,原则上应该尽量模拟工程的实际情况,如施工情况,土层排水条件等(学生试验一般采用快剪方法)。
对同一种土至少取4个试样,分别在不同垂直压力σ下剪切破坏,一般可取垂直压力为100、200、300、400kPa,将试验结构绘制成如图所示的抗剪强度τf和垂直压力σ之间关系,试验结果表明,对于粘性土τf-σ基本上成直线关系,该直线与横轴的夹角为内摩擦角φ,在纵轴上的截距为内聚力c。
对于无粘性土,τf与σ之间关系是通过原点的一条直线。
为了近似模拟土体在现场受剪的排水条件,直接剪切试验可分为快剪、固结快剪和固结慢剪三种方法:
快剪试验是在试样施加竖向压力σ后,立即快速施加水平剪应力使试样剪切破坏。
固结快剪是允许试样在竖向压力下充分排水,待固结稳定后,再快速施加水平剪应力使试样剪切破坏。
慢剪试验则是允许试样在竖向压力下排水,待固结稳定后,以缓慢的速率施加水平剪应力使试样剪切破坏。
直接剪切仪具有构造简单,操作方便等优点,但它存在若干缺点,比如剪切面限定,不是沿土样最薄弱的面剪切破坏;
不能严格控制排水条件等。
无侧限抗压强度试验:
1、
目的和适用范围:
无侧限抗压强度是试件在无侧向压力的条件下,抵抗轴向压力的极限强度。
用于测定饱和软粘土的无侧限抗压强度及灵敏度。
2仪器设备:
应变控制式允许膨胀压缩仪、切土盘、重塑筒、百分表、其它:
天平(感量0.1g)、秒表、卡尺、直尺、削土刀、钢丝锯、塑料布、金属垫板、凡士林等。
3、试样将原状土样按天然层次放在桌上,在切土盘的上下盘之间,再用削土刀切削直至达到要求的直径为止。
取出试件,按要求的高度削平两端。
端面要平整,且与侧面垂直,上下均匀。
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毫米,高为10厘米。
试件直径与高度之比应大于2,按软土的软硬程度采用2.0--2.5。
4、试验步骤:
(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量。
用卡尺测量其高度及上、中、下各部位直径,按下式计算其平均直径D0:
D0=(D1+2D2+D3)/4
(2)在试件端抹一薄层凡士林。
(3)、将制备好的试件放在允许膨胀压缩仪下加压板上,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%--3%/min的速度转动手轮(6--12r/min),使试验在8--20min内完成。
(5)、应变在3%以前,每0.5%应变记读百分表读数一次应变达3%以后,每1%应变记计百分表读数一次。
(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%的即可停止试验。
(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,则将破坏的后的试件去掉表面凡士林,再加少许土,包以塑料布,用手捏搓,破坏其结构,重塑为与重塑前尺寸相等,然后立即重复本规程25.0.4.3至25.0.4.7步骤进行试验。
5结果整理
(1)计算轴向应变、试件平均断面积、以轴向应力为纵坐标,轴向应变为横坐标,绘制应力-应变曲线。
以最大轴向应力作为无侧限抗压强度。
若最大轴向应力不明显,取轴向应变15%处的应力作为该试件的无侧根抗压强度qu。
(5)、按公式计算灵敏度。
(CBR)试验:
(1)试样准备:
将具有代表性的风干试料,用木碾捣碎,但应尽量注意不使土或粒料的单个颗粒破碎。
土团均应捣碎至通过5毫米的筛孔。
用38毫米筛筛除大于38毫米的颗料,并记录超尺寸颗粒的百分数,将已过筛的试料按四分法分成4份。
每份质量6千克,供击实试验和制试件之用。
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。
(2)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。
(3)将1份试料,按II-2规定的层数和每层击数,求试料的最大干密度和最佳含水量。
(4)将其余3分试料,按最佳含水量制备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。
拌匀后密闭浸润备用。
制每个试件时,都要取样测定试料的含水量。
注:
需要时,可制备三种干密度试件。
如每种干密度试件制3个,则共制9个试件。
每层击数分别为30、50和98次,使试件的干密度从低于95%到等于100%的最大干密度,这样,9个试件共需试料约55千克。
(5)、将试筒放在坚硬的地面上,按规定的分层和击数进行试样的击实,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每层试样的击实,大试筒击实后,试样不宜高出筒高10毫米。
(6)、卸下套环,用直刮刀沿试筒顶修平击实的试件,表面不平整处用细料修补。
取出垫块,称试筒和试件的质量(m2)。
(7)泡水测膨胀量的步骤如下:
(1)在试件制成后,在试件顶面的放一张好滤纸,并在上安装附有调节杆的多孔板,在多孔板上加4块荷载板。
(2)将试筒与多孔板一起放入槽内(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部和底部。
在泡水期间,槽内水面应保持在试件顶面以上大约25毫米,通常试件要泡水4昼夜。
(4)泡水终了时,读取试件上百分表的终读数,并计算膨胀量。
(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、底板和滤纸,并称量(m3),以计算试件的湿度和密度的变化。
回弹模量试验:
1、按照击实
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