铁路工程土工试验讲义Word文档格式.docx

铁路工程土工试验讲义Word文档格式.docx

《铁路工程土工试验讲义Word文档格式.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《铁路工程土工试验讲义Word文档格式.docx（81页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

2001-12-01

3

铁路工程物理勘探规程

TB10013-2004

2004-04-01

4

铁路工程地质钻探规则

TB10014-1998

1998-07-01

5

铁路工程地质原位测试规程

TB10018-2003

2003-06-01

6

铁路工程不良地质勘察规程

TB10027-2001

7

铁路工程岩土分类标准

TB10077-2001

8

铁路工程土工试验规程

TB10102-2010

2010-11-21

9

铁路工程岩土化学分析规程

TB10103-2008

2009-01-07

10

铁路工程水质分析规程

TB10104-2003

11

铁路工程地基处理技术规程

TB10106-2010

2010-08-03

12

铁路工程岩石试验规程

TB10115-1998

13

铁路路基施工规范

TB10202-2002

2002-07-01

14

铁路路基工程施工质量验收标准

TB10414-2003

2004-01-01

15

高速铁路设计规范（试行）

TB10621-2009

2009-12-01

16

高速铁路路基工程施工质量验收标准

TB10751-2010

2010-12-08

6、练习题

①.（填空）工程试验工作的依据是（）。

②.（填空）铁路工程土的物理力学性能检测标准（代号）为（）,化学性能检测标准（代号）为（）。

酽锕极額閉镇桧猪訣锥。

二、土工试验项目

土工试验项目应根据土的用途决定：

1、室内实验。

①.土的物理性能试验：

含水率、密度、颗粒密度、界限含水率、颗粒分析、渗透、击实等、粗粒土的最大干密度等。

试验成果用于土的工程分类，土的状态的判定，渗透计算，填土工程施工方法的选择和碾压质量控制。

彈贸摄尔霁毙攬砖卤庑。

②.砂的相对密度试验：

包括砂的最大和最小孔隙比的测定，由此确定砂的相对密度，判定砂的疏密状态。

③.土的变形试验：

包括固结、压缩、湿陷性和膨胀性等。

这些试验为工程设计提供变形参数：

压缩系数、压缩模量、体积压缩系数、压缩指数、回弹指数、前期固结压力、固结系数、湿陷系数、自重湿陷系数、膨胀率、膨胀力等。

謀荞抟箧飆鐸怼类蒋薔。

④.土的强度试验：

包括直接剪切试验、反复直接剪切试验、三轴压缩试验、无侧限抗压强度试验等。

这些试验为设计提供土的抗剪指标参数（粘聚力、内摩擦角）、无侧限抗压强度、灵敏度等。

厦礴恳蹒骈時盡继價骚。

⑤.土的化学性试验：

包括粘土矿物鉴定、有机质和盐渍土试验等。

粘土矿物成分是决定土的物理化学性质的重要因素；

有机质试验提供土中有机质含量，供施工选择土料之用；

盐渍土是土中易溶盐含量大于5%的土，盐渍土试验指标供地基评价、采取工程措施或选料之用。

茕桢广鳓鯡选块网羈泪。

⑥.级配碎石：

粒径级配、破碎面含量、针状及片状颗粒含量、洛杉矶磨耗率、硫酸钠浸泡损失率、液塑限、塑性指数、粘土团及其他杂质含量。

鹅娅尽損鹌惨歷茏鴛賴。

⑦.改良土：

液塑限、塑性指数、颗粒分析、击实（重型）、含灰剂量、无侧限抗压强度

2、路基现场压实质量检测。

①.路基压实密度、含水率检测。

常用的方法有环刀法、灌砂法、灌水法、气囊法、核子射线法等。

②.路基地基系数K30检测。

③.路基动态变形模量Evd检测。

④.路基静态变形模量Ev2检测。

3、土工原位测试

①.静力载荷试验。

试验成果用于确定地基承载力、变形模量等。

②.静力触探试验。

适用于软土、粘性土、砂类土以及含少量碎石的土层。

试验成果用于确定地基承载力、判定砂土液化和提供地基物理力学参数等。

籟丛妈羥为贍偾蛏练淨。

③.动力触探试验。

适用于粘性土、砂类土和碎石类土。

试验成果用于确定地基承载力、评定土的抗剪强度和变形模量等。

預頌圣鉉儐歲龈讶骅籴。

④.标准贯入试验。

适用于一般粘性土、粉性土和砂类土。

可判定砂土的密实程度、粘性土的塑性状态、判别饱和砂土及粉土的液化等。

渗釤呛俨匀谔鱉调硯錦。

⑤.十字板剪切试验。

适用于测定饱和粘性土的不排水抗剪强度及灵敏度等。

⑥．旁压试验。

4、练习题

①.（填空）土的抗剪强度可以用库仑公式（）表达，其中（）表示摩擦角，（）表示凝聚力。

铙誅卧泻噦圣骋贶頂廡。

②.（填空）黄土湿陷性是指黄土在（）、（）共同作用下产生的变形。

③.（填空）用动力触探确定地基承载力，轻型动力触探的锤重为（）kg，以贯入深度每（）cm的锤击数计；

重型动力触探的锤重为（）kg，以贯入深度每（）cm的锤击数计。

擁締凤袜备訊顎轮烂蔷。

④.（填空）静力触探试验中多功能探头可测得（）、（）和（）等指标。

贓熱俣阃歲匱阊邺镓騷。

⑤.（单选）标准贯入试验中，其装置的锤重为（C）

A.4.5kgB.2.5kgC.63.5kgD.100g

⑥.（单选）土的压缩试验中试样体积的变化是：

（）

A.空气体积压缩B.水体积压缩

C.孔隙体积的减小D.土颗粒体积压缩

⑦.（多选）土工原位测试试验有：

A.击实试验B.压缩试验

C.十字板剪切试验D.标准贯入试

⑧.（判断）一般对粘性土地基用液性指数和天然孔隙比确定地基的容许承载力。

三、土的工程分类

工程土按用途主要有两种：

一是作为建筑物地基的原状土；

二是作为建筑材料的扰动土。

1、我国土的工程分类标准有：

1.国家标准《土的工程分类标准》GB50145-2007

《土工试验方法标准》GB/T50123-1999

②.水利部《土的工程分类》SL237-001-1999；

2.交通部《公路土工试验规程》JTGE40-2007；

《公路桥涵地基与基础设计规范》JTGD63-2007

④.铁道部《铁路工程岩土分类标准》TB10077-2001。

《铁路工程土工试验规程》TB10102-2010

2、铁路工程桥涵地基与基础土的分类

1）.一般土

①.分类定名

A.土的颗粒分类。

讲义表17.1

把土颗粒按颗粒形状和粒径大小分成了7类15种。

B.碎石类土。

讲义表17.2

大于2mm的颗粒超过总质量的50%。

按颗粒形状和级配分为4类8个名称。

C.砂类土。

讲义表17.3

大于2mm的颗粒不超过总质量的50%，而大于0.075mm的颗粒超过总质量的50%。

按颗粒级配分为1类5个名称。

坛摶乡囂忏蒌鍥铃氈淚。

D.粉土。

粒径大于0.075mm颗粒的质量不超过全部质量50%的土，且塑性指数等于或小于10。

按塑性指数和颗粒级配分为1类1个名称。

蜡變黲癟報伥铉锚鈰赘。

E.粘性土。

讲义表17.4

按塑性指数分为1类2个名称。

②.密实程度

A.碎石类土。

讲义表17.5

根据结构特征、天然坡和开挖情况、钻探情况分为：

密实、中密、稍密和松散4种。

B.砂类土。

讲义表17.6

根据标准贯入锤击数N和相对密度Dr分为：

C.粉土。

讲义表17.7

根据孔隙比e的大小分为密实、中密、稍密3种。

D.粘性土。

讲义表17.8

根据压缩系数a0.1~0.2分为高、中、低压缩性土3种。

③.潮湿程度

A.碎石类和砂类土。

讲义表17.9

根据饱和度分为稍湿、潮湿、饱和3种。

B.粉土。

讲义表17.10

根据天然含水率分为稍湿、潮湿、饱和3种。

C.粘性土。

讲义表17.11

根据液性指数分为坚硬、硬塑、软塑、流塑4种。

2）.特殊土

①.黄土。

第四纪以来，在干旱、半干旱气候条件下形成的，土颗粒成分以粉粒为主、含碳酸钙及少量易溶盐、并具大孔隙和垂直节理、抗水性能差、易崩解和潜蚀、上部多具湿陷性等工程地质特征的土，应判定为黄土。

買鲷鴯譖昙膚遙闫撷凄。

黄土按堆积时代、塑性指数、湿陷系数分类。

②.红粘土。

颜色呈棕红、褐黄色，覆盖于碳酸盐系岩层之上，且液限等于或大于50%的高塑性粘土，应判定为红粘土。

红粘土经搬运、沉积后仍保留残积粘土的基本特征，且液限大于45%，应判定为次生红粘土。

红粘土具有遇水软化、失水收缩强烈、裂隙发育、易剥落等工程地质特征。

綾镝鯛駕櫬鹕踪韦辚糴。

红粘土根据塑性状态、裂隙状态和界限液塑比和液塑比关系分类。

③.膨胀土。

土中粘粒成分主要由亲水矿物组成，具有吸水显著膨胀软化，失水急剧收缩开裂，并能产生往复胀缩变形的粘性土，应判定为膨胀土。

驅踬髏彦浃绥譎饴憂锦。

膨胀土分类首先根据地貌、土的颜色、结构、土质情况、自然地质现象和土的自由膨胀率等特征，作初期判定；

然后按自由膨胀率、蒙脱石含量、阳离子交换量三项指标可对膨胀土详细判定。

猫虿驢绘燈鮒诛髅貺庑。

④.软土。

天然孔隙比大于或等于1.0，天然含水率大于或等于液限，压缩系数大于或等于0.5，不排水抗剪强度小于30kPa的粘性土，可判定为软土。

软土一般含有机质，具有压缩性高、强度低、灵敏度高和排水固结缓慢的特点。

软土的结构受到扰动后，强度会极大地下降。

锹籁饗迳琐筆襖鸥娅薔。

软土根据物理力学性质、成因类型、无侧限抗压强度试验或现场十字板剪切试验、软土的灵敏度分类。

⑤.盐渍土。

易溶盐含量大于0.5%的土，可判定为盐渍土。

某地区或场地地表以下1.0m深度内易溶盐的平均含量大于0.5%时，应定为盐渍土地区或场地。

盐渍土具有较强的吸湿、松涨、溶陷及腐蚀等工程地质特性。

構氽頑黉碩饨荠龈话骛。

盐渍土按含盐性质、盐渍程度的分类。

⑥.填土.

人为活动堆填的土应判定为填土，一般具有成分复杂和固结时间短等特点。

根据物质组成和堆填方式，填土分为杂填土、素填土、冲填土、填筑土4类。

輒峄陽檉簖疖網儂號泶。

3、铁路工程路基填料的分类

铁路路基填料分类是根据原《铁路路基设计规范》TB10001-99中的“填料分类”为基础，进行了局部的修订，在“一级定名”上与《铁路工程岩土分类标准》TB10077-2001进行了统一，并以铁建设[2004]148号文发布。

尧侧閆繭絳闕绚勵蜆贅。

①.巨粒土、粗粒土（包括砂类土）

根据颗粒组成、颗粒形状、细粒含量、颗粒级配、抗风化能力等，按讲义表17.26进行定名和分组。

②.细粒土

根据土的塑性指数Ip和液限含水率wL，按讲义表17.27进行定名和分组。

3、练习题

⑴.（问答）铁路工程土的分类标准，砂粒、粉粒、粘粒的含义是什么？

⑵.（问答）铁路路基填料巨粒土、粗粒土和砂类土，他们是怎样分类的？

需要做什么试验？

⑶.（问答）铁路路基填料细粒土是怎样分类的？

需要做那些试验？

⑷.（问答）路基填料分类中“细粒含量”的含义是什么？

⑸.（问答）路基填料分类中颗粒级配“良好”与“不良”是怎样区分的？

⑹.（问答）路基填料分类中硬块石于软块石是怎样区分的？

⑺.（问答）细粒土填料分类标准规定液限含水率试验采用圆锥仪法，圆锥仪总质量多少？

入土深度多少？

⑻.（问答）土样定名时，如果同时符合2个或2个以上名称时，怎样处理？

⑼.（填空）路基普通填料按颗粒粒径大小可以分为三大类（）、（）、（）。

⑽.（填空）巨粒土、粗粒土填料依据颗粒组成、颗粒形状、细粒含量、颗粒级配、抗风化能力等分为（）组。

识饒鎂錕缢灩筧嚌俨淒。

⑾.（填空）细粒土填料分为粉土、粘性土和有机土。

粉土、粘性土按照液限含水率进行分组，当WL<

40%时为（）组，当WL≥40%时为（）组，有机土为（）组。

凍鈹鋨劳臘锴痫婦胫籴。

⑿.（单选）湿陷性黄土的判定，湿陷性系数为：

A、≥0.010；

B、≥0.015；

C、≥0.020；

D、≥0.025

⒀.（单选）膨胀土的自由膨胀率Fs（%）（）。

A、≥10%；

B、≥20%；

C、≥30%；

D、≥40%。

⒁.（多选）软土的判定:

A、e0≥1.0；

B、W0≥WL；

C、a0.1～0.2≥0.5；

D、不排水抗剪强度<

30kPa。

⒂.（多选）渗水土的判定：

A、细粒土含量≤10%；

B、细粒土含量<

10%；

C、渗透系数<

10-3cm/s；

D、渗透系数>

10-3cm/s。

四、土的组成及基本物理指标

1、土的三相体概念

土是由固体颗粒、水分和空气三相组成。

其中每种成分的质量、体积的相对比例有所增减，都会引起土的物理力学性质的变化。

恥諤銪灭萦欢煬鞏鹜錦。

图1土的三相图

2、土的基本物理指标及换算关系

土的基本物理指标有九项,他们是：

密度、颗粒密度、含水率、干密度、饱和密度、有效重度、孔隙比、孔隙率及饱和度。

其中前三项是直接检测出来的，后六项是计算出来的。

鯊腎鑰诎褳鉀沩懼統庫。

①.密度ρ

单位体积土的质量（包括孔隙中水的质量在内）称为土的密度（g/cm3）。

②.颗粒密度

土体内的固体颗粒质量与颗粒体积之比值，称为颗粒密度（g/cm3）,颗粒密度关注的是土体固体颗粒的视密度，也是以前的比重的概念。

硕癘鄴颃诌攆檸攜驤蔹。

③.含水率w

土中水的质量与土固体颗粒质量的比值称为土的含水率，以百分数计。

在有的标准中，如公路用标准，含水率又称为含水量。

阌擻輳嬪諫迁择楨秘騖。

不同的土其含水率的变化范围很大。

干燥坚硬的土，含水率只有2～10%.而软粘土的含水率可达50～200%.氬嚕躑竄贸恳彈瀘颔澩。

④.孔隙比e

土中的孔隙体积与土固体颗粒体积的比值称为孔隙比。

孔隙比是土的重要指标之一，它反映了土的松软和紧密程度。

⑤.孔隙率n

土中孔隙体积与全部体积之比称为孔隙率（%）。

孔隙比与孔隙率之间存在着式（17-9）或（17-10）的关系。

⑥.饱和度Sr

土中水分所占体积与全部孔隙所占体积之比，称为饱和度（%）。

⑦.干密度

表示单位体积内土粒的质量（g/cm3）。

⑧.饱和密度

当土体的孔隙完全为水所充满时，土体的密度（g/cm3）

⑨.浮密度

表示地下水位以下的土体，且它的孔隙完全为水所充满，但又整个受到地下水的浮力作用。

因此有：

⑴、（填空）一般情况下，土是由（）、（）、（）三相组成。

⑵、（单选）土粒比重的定义式为：

A、

B、

C、

D、

⑶、（单选）干密度的定义为：

⑷、（单选）土粒比重的单位是：

（）

A、kN/m3B、kg/m3C、无D、kPa釷鹆資贏車贖孙滅獅赘。

⑸、（单选）对于砾石土、碎石土和级配碎石，宜采用（）计算孔隙率n。

A、颗粒密度B、毛体积密度C、表观密度D、堆积密度

⑹、（多选）土可能由（）组成。

A、单相体B、两相体C、三相体D、四相体

⑺、（多选）在土的三相体比例指标中，可以直接测出的指标有（）

A、湿密度B、干密度C、颗粒密度D、含水率

⑻、（判断）孔隙率n是土样中的孔隙体积占土样总体积的百分率。

（）

⑼、（判断）土中的空气体积为零时，土的密度最大。

⑽、（计算）已知土样面积30cm2，高2cm，湿土质量126.4g，含水率W＝14.8%，土的颗粒密度ρs＝2.73，求该土样的孔隙比e、孔隙率n和饱和度Sr。

怂阐譜鯪迳導嘯畫長凉。

⑾、普通铁路路基基床底层用碎石土填筑，，室内测定填料的颗粒密度为2.73g/cm3,毛体积密度为2.68g/cm3，现场测定压实后的干密度分别为：

2.00、1.95、1.90、1.85、1.80、1.75g/cm3，要求孔隙率n<

35%,计算并判断该六个点的孔隙率n是否合格。

谚辞調担鈧谄动禪泻類。

五、土工试验方法

本章内容以TB10102-2010为准。

1、含水率

①、试验目的：

土的基本物理指标之一，是计算干密度、孔隙比、饱和度、液性指数等指标的基本数据，用于评价土的工程性质。

嘰觐詿缧铴嗫偽純铪锩。

②、检测方法：

a.烘干法：

适用于各类土。

本法为测定含水率的标准方法，粘性土、粉土烘干时间不少于8h，砂类土不少于6h，砾、碎石类土不少于4h。

但当土中有机质含量超过5%或含石膏或硫酸盐时，应控制温度在65-70℃,真空干燥像7h或电热干燥箱18h。

熒绐譏钲鏌觶鷹緇機库。

b酒精燃烧法：

适用于不含有机制的砂类土、粉土和粘性土。

c.碳化钙减量法：

d.核子射线法：

适用于现场原位测定填料为细粒土和粗粒土的含水率

③、烘干法数据处理：

ω=（m-ms）/ms×

100%

ω—含水率，%；

计算至0.1%

m—湿土质量，g，称量至0.01g

ms—干土质量，g，称量至0.01g

④、平行试验允许偏差：

砂类土、细粒土：

含水量10%以下为0.5%；

含水量40%以下为≤1%；

含水量40%以上为≤2%。

砾石类、碎石类土：

含水量10%以下为1%；

含水量40%以下为≤2%；

含水量40%以上为≤3%。

练习题

1、（多选）含水量测定的方法有（）

A、烘干法B、酒精燃烧法C、碳化钙法D、比重法

2、（判断）现场平行测定细粒土的含水量为26.5%及27.9%，则含水量的平均值为：

27.2%。

3、（问答）常用的测试含水量的方法有哪些？

并说明各自的适用范围。

2、密度

测定土的密度，用于计算土的干密度、压实度、孔隙比、孔隙率、饱和度等指标。

②、检测方法及适用范围：

a、环刀法：

适用于粉土和粘性土。

b、蜡封法：

适用于环刀难以切削并易碎裂的土。

c、灌砂法：

适用于现场测定最大粒径小于75mm的土密度。

d、气囊法：

适用于现场测定最大粒径小于40mm的土密度。

e、灌水法：

适用于现场测定最大粒径小于200mm的土密度。

f、核子射线法：

适用于现场测定填料为细粒土、粗粒土的压实密度。

③、检验标准：

《铁路工程土工试验规程》TB10102-2010

④、灌砂法注意事项

a.允许偏差：

两次平行误差不得超过0.03g/cm3。

b、灌砂筒下部圆锥体内砂的质量必须进行标定；

标准砂的密度也必须进行标定，并保持干燥状态，受潮或重新进样必须重新标定。

鶼渍螻偉阅劍鲰腎邏蘞。

c、灌砂法测试表面必须清理干净、平坦；

试坑必须垂直，不能鼓肚。

⑴、（单选）灌砂法测定土的密度之前，要求标定的内容有（）。

A、一项B、二项C、三项D、四项

⑵、（多选）密度测定方法有（）

A、环刀法B、腊封法C、比重法D、灌砂法

⑶、（判断）灌砂法测定密度应进行两次平行测定，两次测定的差值不得大于0.05g/cm3。

（）纣忧蔣氳頑莶驅藥悯骛。

⑷、灌砂法适用于最大粒径（）的土，灌水法适用于最大粒径（）的土。

A.20mm；

B.60mm；

C.75mm；

D.200mm

⑸、灌砂法测试压实密度，已知灌入的砂重1200g，量砂的单位重为1.35g/cm3，挖出的湿土重1750g，含水率18.0%。

请计算ρ和ρd。

颖刍莖蛺饽亿顿裊赔泷。

3、颗粒密度

①、检测目的：

测定土的颗粒密度，用于计算土的孔隙比、孔隙度、饱和度等指标。

（土体内固体颗粒质量与颗粒体积之比值，即为颗粒密度）濫驂膽閉驟羥闈詔寢賻。

a、量瓶法：

粒径小于5mm的土；

b、浮称法：

粒径大于、等于5mm的土，且其中大于20mm的颗粒含量应小于总土质量的10%。

c、虹吸法：

粒径大于、等于5mm的土，且其中大于20mm的颗粒含量应大于总土质量的10%。

d、当土中含有小于5mm和大于5mm的颗粒时，则分别用量瓶法、浮称法或虹吸法测定不同粒径时的颗粒密度，平均颗粒密度按下式计算：

銚銻縵哜鳗鸿锓謎諏涼。

ρsm=1/（P1/ρs1+P2/ρs2）

其中：

ρsm平均颗粒密度（g/cm3）

P1、P2大于和小于5mm粒径的土粒质量占总质量的质量分数

ρs1、ρs2大于和小于5mm粒径的颗粒密度

④、量瓶法试验操作步骤

a．一般土的颗粒密度应采用纯水测定；

当土中含有可溶盐、亲水性胶体或有机质，应采用中性液体（如煤油）测定。

挤貼綬电麥结鈺贖哓类。

b.量瓶在使用前必须进行量瓶和水（或中性液体）总质量的校正，其校正方法应按附录A规定进行。

c.将量瓶烘干，取烘干土15g装入100mL量瓶内（若用50mL量瓶，宜取10g），称量瓶和土的总质量，准确至0.001g。

赔荊紳谘侖驟辽輩袜錈。

d.向已装有干土的量瓶内注入纯水至量瓶的一半处，摇动量瓶，然后将量瓶放在砂浴上煮沸。

煮沸时间自悬液沸腾时算起，砂土及粉土不少于30min，黏土及粉质黏土不少于1h。

塤礙籟馐决穩賽釙冊庫。

e.煮沸完毕，取下量瓶，冷却至接近室温，将事先煮沸并冷却的纯水注入量瓶至近满（有恒温水槽时，可将量瓶放于恒温水槽内）。

待瓶内悬液温度稳定及悬液上部澄清时，塞好瓶塞，使多余水分自瓶塞毛细管中溢出，将瓶外壁上的水分擦干后，称量瓶、水和土总质量，准确至0.001g。

并测定量瓶内水的温度，准确至0.5℃。

裊樣祕廬廂颤谚鍘羋蔺。

f.根据测得的温度，从已绘制的“温度与量瓶和水的总质量关系曲线”中查得量瓶和水的总质量。

g.本试验称量应准确至0.001g。

h.结果处理

用纯水测定时

式中ρs——颗粒密度（g/cm3）,计算至0.01g/cm3；

mpw——量瓶和水的总质量（g）；

mpws——量瓶、水和土的总质量（g）