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2、土颗粒的比重Gs(或土粒密度ρs):
是指土的固体颗粒的单位体积的质量与水在4℃时单位体积之比。
其变化范围一般在26.0~27.5之间。
土的含水量w:
是指土中水(结合水和自由水)的质量与固体颗粒质量之比。
用百分数表示。
土的换算指标:
干密度ρd:
是指土的固体颗粒质量与土的总体积之比。
(KN/m3或g/cm3)
干密度常用作土压实的控制指标。
饱和密度ρsat:
是指土孔隙中全部被充满水时土的密度。
ρw是水的密度,=9.81KN/m3=9.81×
10-3N/cm3。
浮密度(或浸水密度)ρ/:
是指土浸在水中受到水的浮力作用时的单位体积的重量。
或
孔隙比e:
是土中孔隙的体积与固体颗粒体积之比。
用来评价土的紧密程度。
孔隙率n:
指土中孔隙体积与总体积之比。
孔隙比与孔隙率之间存在下述关系:
饱和度Sr:
是指孔隙中水的体积与孔隙体积之比。
饱和度用来描述土中水充满孔隙的程度。
Sr=0时土是完全干燥的;
Sr=1时土是完全饱和的。
砂土按饱和度可划分为三种状态:
0<Sr≤0.5稍湿的;
0.5<Sr≤0.8潮湿的;
0.8<Sr≤1.0饱和的。
三项指标的换算关系:
指标
符号
物理表达式
换算关系式
孔隙比
e
孔隙率
n
干密度
饱和密度
浮密度
饱和度
Sr
已知土的三个指标ρs、w、e,试推算各有关指标。
假定Vs=1,根据定义得:
孔隙体积Vv=e,土粒质量为ρs,水的质量为
ρs·
w,水的体积为ρs·
w/ρw。
则:
已知土的试验指标ρs,w,ρ;
试推算各有关指标:
假定V=1:
则土的质量为ρ;
土粒质量为ρ/(1+w);
水的质量为:
ρw/(1+w);
土粒体积为:
ρ/ρs(1+w);
孔隙体积为1-ρ/ρs(1+w);
水的体积为ρw/ρw(1+w)。
则可推出各指标:
(见上表)
土工试验项目
可分为:
物理性质试验:
含水量、密度、比重、颗粒分析、相对密度。
水理性质试验:
界限含水量、稠度、膨胀、毛细上升速度。
力学性质试验:
渗透性、击实性、压缩性、黄土湿陷性、直接剪切、三轴剪切、无侧限剪切、土基承载比、回弹模量。
化学性质试验:
酸碱度、烧失量、有机质含量、可溶盐含量、阳离子交换量、矿物成份。
土的物理性质试验
一、含水量试验:
有烘干法、酒精燃烧法、比重法、碳化钙气压法。
烘干法是含水量测定的标准方法。
适用于粘质土、粉质土、砂类土和有机质土类。
一般情况下烘箱温度为105~110℃(有机质含量超过5%的土,应控制在65~70℃)细粒土不少于8h,砂类土不少于6h。
酒精燃烧法一般现场测试使用较多。
适用于无粘性土和一般粘性土;
不适用于含有机质土、含盐量较多的土和重粘土。
碳化钙气压法适用性强,缺点对电石粉的稳定性要求高。
比重法适用于砂类土。
针对含石膏土和有机质土,温度控制在60~70℃干革命燥8h以上。
对无机结合料宜先将烘箱提前升温到110℃在放入水泥结合料烘干。
二、密度试验:
有环刀法、电动取土器法、蜡封法、灌砂(水)法。
环刀法测试路基土压实度的方法:
使用设备:
人工取土器,其中:
环刀:
内径(d)6~8cm,高(h)2~3cm。
天平:
感量0.1g(用于取芯头内径小于70mm样品称量)或1.0g(用于取芯头内径100mm样品的称量)。
其它:
镐、小铁锹、直尺、修土刀、钢丝锯、凡士林等。
试验步骤:
1、按有关试验方法对检测试样用同种材料进行击实试验,得到最大干密度及最佳含水量。
2、
(1)擦净环刀,称取环刀重量M2,准确至0.1g。
(2)在试验地点,将面积约30cm×
30cm的地面清扫干净,并将压实层铲去表面浮动及不平整的部分,达到一定深度,使环刀打下后,能达到要求的取土深度,但不得扰动下层。
(3)将定向筒齿钉固定于铲平的地面上,顺次将环刀、环盖放入定向筒内与地面垂直。
(4)将导杆保持垂直状态,用取土器落锤将环刀打入压实层中,至环盖顶面与定向筒上口齐平为止。
(5)去掉击实锤和定向筒,用镐将环刀及试样挖出。
(6)轻轻取下环盖,用修土刀自边至中削去环刀两端余土,用直尺检测直至修平为止。
(7)擦净环刀外壁,用天平称取出环刀及试样合计质量M1,准确至0.1g。
(8)自环刀中取出试样,取具有代表性的试样,测定其含水量(w)。
3、进行两次平行试验,其平行差值不大于0.03g/cm3。
求其算术平均值。
4、计算:
按计算湿密度
按计算干密度
5、按计算测试点的施工压实度(K)
6、报告:
分别填写土的鉴定分类、土的含水量、湿密度、干密度、最大干密度、压实度等。
简述灌砂法试验中灌砂筒下部圆锥体内砂的质量的标定过程
灌砂筒、金属标定罐、台称(感量不大于1g)、量砂(粒径0.3~0.6mm清洁干净的均匀砂)。
标定过程:
1、在灌砂筒筒口高度上,向灌砂筒内装砂至距筒顶15mm左右为止。
称取装入筒内砂的质量m1,准确至1g。
2、将开关打开,使灌砂筒筒底的流砂孔、圆锥形漏斗上端开口圆孔及开关铁板中心的圆孔上下对准,让砂自由流出,并使流出砂的体积与工地所挖试坑的体积相当(等于标定罐的容积),然后关上开关。
3、不晃动储砂筒的砂,轻轻地将罐砂筒移至玻璃板上,将开关打开,让砂流出,直到筒内砂不再下流时,将开关关上,并细心地取走灌砂筒。
4、收集并称量留在玻璃板上的砂,准确至1g。
玻璃板上的砂就是填满筒下部圆锥体的砂(m2)
重复上述测量三次,取其平均值。
比重试验:
有:
比重瓶法、浮称法、虹吸筒法。
颗粒分析试验
土粒的大小称为粒度。
把大小相近的土粒合并为组,称为粒组。
粒组划分有两种方式:
1)任意划分的方式。
即按一定的比例递减关系划分粒组的界限值。
2)考虑土粒性质变化的方式。
即使划分的粒组界限值与粒组性质的变化相适应。
颗粒分析常用两种方法:
对大于0.074mm的土粒常用筛分析的方法。
对小于0.074mm的土粒则用沉降分析的方法。
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),它可以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。
由累计曲线可确定两个土粒的级配指标:
不均匀系数:
曲率系数(或称级配系数):
当同时同时满足不均匀系数≥5和曲率系数=1~3时为级配良好土。
否则为级配不良土。
粒度成分分析方法:
筛分析法、沉降分析法(比重计法、移液管法)
沉降分析法是利用司笃克斯定理:
(土粒在液体中的沉降速度与粒径的关系成正比)进行。
司笃克斯公式得的颗粒直径并不是实际土粒的尺寸,而是水力直径(
)。
相对密度试验
砂土的密实状态指标:
孔隙比、相对密度、标准贯入击数。
孔隙比e没有考虑砂土的级配因素。
相对密度:
是砂紧密程度的指标。
--为砂土以最松散状态时的孔隙比。
为砂土天然状态下的孔隙比。
为砂土以最紧密状态时的孔隙比
标准贯入试验:
是用标准的锤重(63.5kg),以一定的落距(76cm)自由下落把一标准贯入器打入土中的(30cm)的锤击数(
液塑限试验
土体从液体状态向塑性状态过渡的界限含水量称为液限wL。
土体从塑性状态向固体状态过渡的界限含水量称为塑限wP。
土的塑性状态的含水量变化范围即土的塑性大小,为土的塑性指数IP。
液性指数:
试验方法:
液塑限联合测定法、碟式仪液限试验法、锥式仪液限试验法、滚搓法塑限试验法。
土的工程分类的依据
一般地对粗粒土主要按粒度成分进行分类,粘性土则按塑性指数分类
依据:
1)土颗粒组成特征。
2)土的塑性指标:
液限、塑限、塑性指数。
3)土中有机质存在情况。
土的缩限是扰动的土粘质土在饱和状态下,因干革命燥收缩至体积不变时的含水量。
天然稠度:
土的液限与天然含水量和塑性指数之比。
土的命名:
符号:
H-高L-低W-良好级配P-不良级配C-粘土M-粉土S-砂土Y-黄土O-有机质土B-漂石G砾石Cb-卵石E-膨胀土R-红粘土St-盐渍土
一、含水量试验
A.烘干法
(一)定义和适用范围
1土的含水量是在105~110C下烘至恒量时所失去的水分质量和达恒量后干土质量的比值,以百分数表示,本法是测定含水量的标准方法。
2本试验方法适用于粘质土、粉质土、砂类土和有机质
(二)仪器设备
1烘箱:
可采用电热烘箱或温度能保持105℃一110℃的其它能源烘箱,也可用红外线烘箱。
2天平:
感量0.01g。
3其它:
干燥器、称量盒(为简化计算手续,可将盒质量定期(3~6个月)调整为恒质量值)等。
(三)试验步骤
1取具有代表性试样,细粒土15~30g,砂类土、有机质土为50g,放人称量盒内,立即盖好盒盖,称质量。
称量时,可在天平一端放上与该称量盒等质量的砝码,移动天平游码,平衡后称量结果即为湿土质量。
2.揭开盒盖,将试样和盒放入烘箱内,在温度105~110℃恒温下烘干。
烘干时间对细粒上不得少于8h,对砂类土不得少于6h。
对含有机质超过5%的土,应将温度控制在65~70℃的
3.将烘干后的试样盒取出,放入干澡器内冷却(一般只需0.5h~1.0h即可)。
冷却后盖好盒盖,称质量,准确至0.01g.
(四)结果整理
(五)精密度和允许差
本试验须进行二次平行测定,取其算术平均值,允许平行差值应符合规定
(六)报告
1土的鉴别分类和代号。
2土的含水量。
B.酒精燃烧法
(一)目的和适用范围
本试验方法适用于快速简易测定细粒土(含有机质土、含盐量较多的土、重粘土除外)的
含水量。
1称量盒(定期调整为恒质量)。
2天平:
感量0.Olg。
3酒精:
纯度95%
4滴管、火柴、调土刀等。
1取代表性试样(粘质土5~log,砂类土20—30g),放人称量盒内,称湿土质量。
2用滴管将酒精注入放有试样的称量盒中,直至盒中出现自由液面为止。
为使酒精在试样中充分混合均匀,可将盒底在桌面上轻轻敲击。
3点燃盒中酒精,燃至火焰熄灭。
4将试样冷却数分钟,按本试验3、4条方法重新燃烧两次。
5待第三次火焰熄灭后,盖好盒盖,立即称干土质量,准确至o.01g。
其余同T0103。
C比重法
本试验方法仅适用于砂类土
1玻璃瓶:
容积500ml-以上。
称量1000g,感量0.5g
漏斗、小勺、吸水球、土样盘及玻璃棒等。
1取代表性砂类土试样200~300g,放入土样盘内。
2向玻璃瓶中注入清水至1/3左右,然后用漏斗将土样盘中的试样倒人瓶中,井用玻璃棒搅拌l~2min,直到所含气体完全排出为止。
3向瓶中加清水至全部充满,静置1min后用吸水球吸去泡沫,再加清水使其充满,盖上玻璃片,擦干瓶外壁,称质量。
4倒去瓶中混合液,洗净,再向瓶中加清水至全部充满,盖上玻璃片,擦干瓶外壁,称质量,准确至0.5g
1计算含水量:
D碳化钙气压法
(一)目的和适用范围
本试验方法适用于路基土和稳定土含水量的快速简易测定。
(二)仪器设备
1碳化钙气压含水量测定仪,HKC--200型主要用于粒径小于40mm砂砾含水量的测定,试样取200g,含水量测定范围0—12%(最大14.3%);
用比例法取l00g试样,含水量测定
范围o~27%。
HKC—30型主要用于路基土和稳定土含水量的测定,试样取30g,含水量测定范围。
0一31%;
用比例法取15g试样,含水量测定范围0一90%。
2仪器箱:
存放仪器和附件,便于随身携带:
3天平:
称量200g,感量0.1g的特种天平,并配有料盘,用作试样称
4手动摇晃架:
用于HKC--200型。
5粉碎球:
加速土粒粉碎(球表面要求镀银处理)
6毛刷:
用于清扫仪器
7小勺:
用于计量吸水剂(碳化钙)
8吸水剂:
1.备料:
对于粗颗粒较多的砂砾材料,用四分法取样,尽可能使试样具有代表性。
一些原状的粘质土,在水分较小的情况下,发硬结块,须预先进行碾磨。
试验前应了解材料的大概范围。
在材料含水量较大、又无把握确定含水量大概范围的情况下,宜先试用比例法,防止过大的含水量超过仪器所规定的测量范围。
2清扫仪器
必须使盖口干净,橡皮圈、罐盖内无上次测定留下的残渣。
3称取试样
取有代表性的试样。
对HKC--200型,称取试样200g;
对HKC一30型,称取试样30g。
夏天在野外操作时,称样时间要短,往往因气温和光照的影响,大大超过试样多称1—2g的误差。
4放入试样
把称好的试样倒入罐内.为防止试样倒在外面,应自备一个装料漏斗。
同时将两个粉碎球放入主体罐内。
5放吸水剂
将定量吸水剂放入仪器盖中HKC—200型放6平勺,对HKC—30型放入2平勺。
6关闭仪器
为了不让试样和吸水剂在仪器关闭之前混合,应使仪器接近水平状态,再横向加盖,然后拧紧螺栓。
7混合(或放在手摇晃架上操作)
双手握住仪器(表向下,仪器倾斜45°
)摇动,使试样与粉碎球沿罐的侧壁转动。
砂砾一般约20次。
粘质土视塑性指数的不同,应适当增加次数,有的需100多次。
然后再使表盘向上,盖往向来回翻动几次,使吸水剂落入盖中,与盖周壁内所粘水分发生反应。
翻动数次后,看表中指针所指的含水量范围,再使表盘向下,静放0.5~l.0min,若指针不再转动,即可读数。
若指针还未稳定,再重复上述内容进行第二次、第三次混合,直至表针稳定为止。
一般砂砾l~2次即可,粘质土约需3次。
用手摇动手摇晃动架,直至表针稳定为止。
8读数
读数时,表针必须稳定,并使眼睛水平向对着表盘,指针向上。
指针位置不统一,或眼睛向表盘一侧读数,会影响测试精度。
记录试样质量和表盘读数。
9使罐盖背向操作者,缓慢地释放气压。
倒空主体罐,检查材料块状。
如试样未完全粉碎,应以新试样重作试验。
用瓶刷刷净主体罐内腔,用小刷刷净称盘,用绒布擦净两个粉碎球表面上的残留物。
10当材料含水量有可能超出仪器测试范围时,在初测中应先采用比例法..对HKC一200型,称取试样100g;
对HKC—30型,称取试样15g。
按照上述步骤测定试样的含水量,再按图读数(含水量指示值)换算为实际含水量,例如,示值为12%的含水量,实际含水量为27.3%。
(五)记录
二、密度试验
A环刀法
本试验方法适用于细粒土:
1环刀:
内径6~8cm,高2~3cm,壁厚>1.5mm
感量0.1g。
修土刀、钢丝锯、凡士林等
1按工程需要取原状土或制备所需状态的扰动土样,整平两端,环刀内壁涂一薄层凡士林,刀口向下放在土样上。
2用修土刀或钢丝锯将土样上部削成略大于环刀直径的土柱,然后将环刀垂直下压,边压边削,至土样伸出环刀上部为止,削去两端余土,使与环刀口面齐平,并用剩余土样测定含水量。
3擦净环刀外壁,称环刀与土合质量
计算湿密度及干密度
本试验须进行二次平行测定,取其算术平均值,其平行差值不得大于0.03g/cm3
(六)报告
B蜡封法
本试验方法适用于易破裂土和形态不规则的坚硬土
1天平:
2烧杯:
细线、石蜡、针、削土刀等。
1用削土刀切取体积大于30cm3试件,削除试件表面的松、浮土以及尖锐棱角,在天平上称量,准确至0.01g。
取代表性土样进行含水量测定。
2将石蜡加热至刚过熔点,用细线系住试件浸入石蜡中,使试件表面覆盖一薄层严密的石蜡,若试件蜡膜上有气泡,需用热针刺破气泡,再用石蜡填充针孔,涂平孔口。
3待冷却后,将蜡封试件在天平上称量,准确至0.01g。
4用细线将蜡封试件置于天平一端,使其浸浮在盛有蒸馏水的烧杯中,注意试件不要接触烧杯壁,称蜡封试件的水下质量,准确至0.01g,并测量蒸馏水的温度。
5将蜡封试件从水中取出,擦于石蜡表面水分,在空气中称其质量,将其与3中所称质量相比,若质量增加,表示水分进入试件中;
若浸入水分质量超过0.03g,应重作。
计算湿密度及干密度:
C灌水法
本试验方法适用于现场测定粗粒土和巨粒土的密度。
1座板:
座板为中部开有圆孔,外沿呈方形或圆形的铁板,圆孔处设有环套,套孔的直径为土中所含最大石块粒径的3倍,环套的高度为其粒径的5%‘
2薄膜:
聚乙烯塑料薄膜。
3储水简:
直径应均匀,并附有刻度
4台称:
称量50kg,感量5g。
5其它:
铁镐、铁铲、水准仪等
1根据试样最大粒径确定试坑尺寸
2按确定的试坑直径划出坑口轮廓线。
将测点处的地表整平,地表的浮土、石块、杂物等应予清除,坑凹不平处用砂铺整。
用水准仪检查地表是否水平。
3在整于后的地表,将座板固定。
将聚乙烯塑料膜沿环套内壁及地表紧贴铺好。
记录储水筒初始水位高度,拧开储水筒的注水开关,从环套上方将水缓缓注入,至刚满不外溢为止。
记录储水筒水位高度,计算座板部分的体积。
在保持座板原固定状态下,将薄膜盛装的水排至对该试验不产生影响的场所.然后将薄膜揭离底板。
4在轮廓线内下挖至要求深度,将落于坑内的试样装入盛土容器内,并测定含水量。
5用挖掘工具沿座板上的孔挖试坑,为了使坑壁与塑料薄膜易于紧贴,对坑壁需加以整修。
将塑料薄膜沿坑底、坑壁紧密相贴地铺好。
在往薄膜形成的袋内注水时,牵住薄膜的某一部位,一边拉、松,一边注水,以使薄膜与坑壁间的空气得以排出,从而提高薄膜与坑壁的密贴程度。
6记录储水筒内初始水位高度,拧开储水筒的注水开关,将水缓缓注入塑料薄膜中。
当水面接近环套的上边缘时,将水流调小,直至水面与环套上边缘齐平时关闭注水管,持续3—
5min,记录储水筒内水位高度。
1细粒与行料应分开测定含水量,按下式求出整体的含水量:
2计算座板部分的容积
3计算试坑容积
灌水法密度试验应进行两次平行测定,两次测定的差值不得大于0.03g/cm3。
取两次测值的平均值。
D灌砂法
本试验法适用于现场测定细粒土、砂类土和砾类土的密度。
试样的最大粒径不得超过15mm,测定密度层的厚度为150~200nmi。
注:
①在测定细粒土的密度时,可以采用直径100的小型灌砂筒。
②如最大粒径超过15mm,则应相应地增大灌砂筒和标定罐的尺寸,例如,粒径达40~60mm的粗粒上,灌砂筒和现场试洞的直径应为150~200m。
1灌砂筒:
2金属标定罐:
内径l00mm,高150nmi和200mm的金属罐各一个,上端周围有一罐缘。
如由于某种原因,试坑不是150mm或200mm时,标定罐的深度应该与拟挖试坑深度相同。
3基板:
一个边长350mm,深40mm的金属方盘,盘中心有一直径l00mm的圆孔。
4打洞及从洞中取料的合适工具,如凿子、铁锤、长把勺、长把小簸箕、毛刷等。
5玻璃板:
边长约500mm的方形板。
6饭盒(存放挖出的试样)若干。
7台秤:
称量]0~15kg,感量5g。
8其它:
铝盒、天平、烘箱等。
(三)量砂
粒径0.25—0.5mm、清洁干燥的均匀砂,约20~40kg,应先烘干,并放置足够时间,使其与空气的湿度达到平衡。
(四)仪器标定
确定灌砂筒下部圆锥体内砂的质量,其步骤如下:
1在储砂筒内装满砂。
筒内砂的高度与筒顶的距离不超过15mm。
称筒内砂的质量,准确至1g,每次标定及而后的试验都维持这个质量不变。
2将开关打开,让砂流出,并使流出砂的体积与工地所挖试洞的体积相当(或等于标定罐的容积)。
然后关上开关,并称量筒内砂的质量,准确至lg。
3将灌砂筒放在玻璃板上。
打开开关,让砂流出,直到筒内砂不再下流时。
关上开关,并细心地取走罐砂筒。
4收集并称量留在玻璃板上的砂或称量筒内的砂,准确至1g。
玻璃板上的砂就是填满灌砂筒下部圆锥体的砂。
5重复上述测量,至少三次。
最后取其平均值,准确至1g。
(五)确定量砂的密度
1用水确定标定罐的容积,方法如下:
将空罐放在台秤上,使罐的上口处于水平位置,读记罐质量,准确至lg。
向标定罐中灌水,注意不要将水弄到台秤上或罐的外壁。
将一直尺放在罐顶,当罐中水面快要接近直尺时,用滴管往罐中加水,直到水面接触直尺。
移去直尺,读记罐和水的总质量。
重复测量时,仅需用吸管从罐中取出少量水,并用滴管重新将水加满到接触直尺.标定罐的体积按下式计算;
2在储砂筒中装入已知质量的砂,并将罐砂筒放在标定罐上,打开开关,让砂流出,直到储砂筒内的砂不再下流时,关闭开关。
取下罐砂筒,称筒内剩余的砂质量,准确至lg.
3重复上述测量,至少三次,最后取其平均值,准确至1g.
4计算填满标定罐所需砂的质量:
5计算量砂的密度
(六)试验步骤
1在试验地点,选一块约40cm
40cm平坦表面,并将其清扫干净,将基板放在此平坦表面上。
如此表面的粗糙度较大,则将盛有量砂的灌砂筒放在基扳中间的圆孔上。
打开灌砂筒开关,让砂流入基板的中孔内,直到储砂筒内的砂不再下流时关闭开关。
取下罐砂筒,并称筒内砂的质量,准确至1g。
2取走基板,将留在试验地点的量砂收回,重新将表面清扫干净。
将
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