土工试验操作规程作业指导书.docx
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土工试验操作规程作业指导书
第一章试样制备
1.1.1本试验方法适用于颗粒粒径小于60mm的原状土和扰动土。
1.1.2根据力学性质试验项目要求,原状土样同一组试样间密度的允许差值为0.03g/cm3;扰动土样同一组试样的密度与要求的密度之差不得大于±0.01g/cm3;一组试样的含水率与要求的含水率之差不得大于±1%。
1.1.3试样制备需的主要仪器设备,应符合下列规定:
1细筛:
孔径0.5mm,2mm。
2洗筛:
孔径0.075mm。
3台秤和天平:
称量500g,最小分度值0.1g;称量200g,最小分度值0.01g。
4环刀:
不锈钢材料制成,内径61.8mm和79.8mm,高20mm;内径61.8mm,高40mm。
5其他:
包括切土刀、钢丝锯、碎土工具、烘箱、保湿缸、喷水设备等。
1.1.4原状土试样制备,应按下列步骤进行:
1将土样筒按标明的上下方向放置,剥去蜡封和胶带,开启土样取出土样。
检查土样结构,当确定土样已受扰动或取土质量不符合规定时,不应制备力学性质试验的试样。
2根据试验要求用环刀切取试样时,应在环刀内壁涂一薄层凡士林,刃口向下放在土样上,将环刀垂直下压,并用切土刀沿环刀外侧切削土样,边压边削至土样高出环刀,根据试样的软硬采用钢丝锯或切土刀整平环刀两端土样,擦净环刀外壁,秤环刀和土的总质量。
3从余土中取代表性试样测定含水率,比重、颗粒分析、界限含水率等项试验的取样,应按本标准第1.1.5条2款步骤的规定进行。
4切削试样时,应对土样的层次、气味、颜色、夹杂物、裂缝和均匀性进行描述,对低塑性和高灵敏度的软土、制样时不得扰动。
1.1.5扰动土试样的备样,应按下列步骤进行:
1将土样从土样筒或包装袋中取出,对土样的颜色、气味、夹杂物和土类及均匀程度进行描述,并将土样切成碎块,拌和均匀,取代表性土样测定含水率。
2对均质和含有机质的土样,宜采用天然含水率状态下代表性土样,供颗粒分析、界限含水率试验。
对非均质土应根据试验项目取足够数量的土样,置于通风处凉干至碾散为止。
对砂土和进行比重试验的土样宜在105~110℃温度下烘干,对有机质含量超过5%的土、含石膏和硫酸盐的土,应在65~70℃温度下烘干。
3将风干或烘干的土样放在橡皮板上用橡皮锤碾散。
4对分散后的粗粒土和细粒土,应按本标准表B.1.1的要求过筛。
对含细粒土的砾质土,应先用水浸泡并充分搅拌,使粗细颗粒分离后按不同试验项目的要求进行过筛。
第二章含水率试验
2.1.1本试验方法适用于粗粒土、细粒土、有机质土和冻土。
2.1.2本试验所用的主要仪器设备,符合下列规定:
1电热烘箱:
应能控制温度为105~110℃。
2天平:
称量200g,最小分度值0.01g;称量1000g,最小分度值0.1g。
2.1.3含水率试验,应按下列步骤进行:
1取具有代表性试样15~30g或用环刀中的试样,有机质土、砂类土和整体状构造冻土为50g,放入称量盒内,盖上盒盖,称盒加湿土质量,准确至0.01g。
2打开盒盖,将盒置于烘箱内,在105~110℃的恒温下烘至恒量。
烘干时间对粘土、粉土不得小于8h,对砂土不得小于6h,对含有机质超过干土质量5%的土,应将温度控制在65~70℃的恒温下烘至恒量。
3将称量盒从烘箱中取出,盖上盒盖,放入干燥容器内冷却至室温,称盒加干土质量,准确至0.01g。
2.1.4试样的含水率,应按下式计算,准确至0.1%。
ω0=(m0/md-1)×100%(2.1.4)
式中md——干土质量(g)
m0——湿土质量(g)
2.1.5对层状和网状构造的冻土含水率试验应按下列步骤进行:
用四分法切取200~500g试样(视冻土结构均匀程度而定,结构均匀少取,反之多取)放入搪瓷盘中,称试样质量m1,准确至0.1g。
待冻土试样融化后,调成均匀糊状(土太湿时,多余的水分让其自然蒸发或用吸球吸出,但不得将土粒带出;土太干时,可适当加水),称土糊质量m2,准确至0.1g,从糊状土中取样测定含水率ωh,其试验步骤和计算按本标准第2.1.3、2.1.4条进行。
2.1.6层状和网状冻土的含水率,应按下式计算,准确至0.1%。
ω=[m1/m2(1+0.01ωh)-1]×100%(2.1.6)
式中ω——含水率(%)
m1——冻土试样质量(g)
m2——糊状试样质量(g)
ωh——糊状试样的含水率(%)
2.1.7本试验必须对两试样进行平行测定,测定的差值:
当含水率小于40%时为1%;当含水率等于、大于40%时为2%,对层状和网状构造的冻土不大于3%,取两测值的平均值,以百分数表示。
2.1.8含水率试验的记录格式见书《GB/T50123—1999》附录D表D—1。
第三章土粒比重试验
比重瓶法
3.1.1本试验方法适用于粒径小于5mm的各类土。
3.1.2本试验所用的主要仪器设备,应符合下列规定:
1比重瓶:
容积100ml或50ml,分长颈和短颈两种。
2恒温水槽:
准确度应为±1℃。
3砂浴:
应能调节温度。
4天平:
称量200g,最小分度值为0.5℃。
5温度计:
刻度为0-50℃,最小分度值为0.5℃。
3.1.3比重瓶的校准,应按下列步骤进行:
1将比重瓶洗净、烘干、置于干燥器内,冷却后称量,准确至0.001g。
2将煮沸经冷却的纯水注入比重瓶,对长颈比重瓶注水至刻度处;对短颈比重瓶应注满纯水,塞紧瓶塞,多余水自瓶毛细管中溢出,将比重瓶放入恒温水槽直至瓶内水温稳定。
取出比重瓶,擦干外壁,称瓶、水总质量,准确至0.001g。
测定恒温水槽内水温,准确至0.5℃。
3调节数个恒温水槽内的温度,温度差宜为5℃,测定不同温度下的瓶、水总质量,每个温度时均应进行两次平行测定,两次测定的差值不得大于0.002g,取两次测值的平均值。
绘制温度与瓶、水总质量的关系曲线,见GB/T50123-1999图6.2.3。
3.1.4比重瓶法试验的试样制备,应按GB/T50123-1999标准第3.1.5第1、2款的步骤进行。
3.1.5比重瓶法试验,应按下列步骤进行:
1将比重瓶烘干。
称烘干试样15g(当用50ml的比重瓶时,称烘干试样10g)装入比重瓶,称试样和瓶的总质量,准确至0.001g。
2向比重瓶内注入半瓶纯水,摇动比重瓶,并放在砂浴上煮沸,煮沸时间自悬液沸腾起砂土不应少于30min,粘土、粉土不得小于1h。
沸腾后应调节砂浴温度,比重瓶内悬液不得溢出。
对砂土宜用真空抽气法,对含有溶盐、有机质和亲水性胶体的土必须用中性液体(煤油)代替纯水,采用真空抽气法排气,真空表读数宜接近当地一个大气负压值,抽气时间不得小于1h。
注:
用中性液休,不能用煮沸法。
3将煮沸经冷却的纯水(或抽气后的中性液体)注入装有试样悬液的比重瓶,当用长颈比重瓶时注纯水至刻度处;当用短颈比重瓶时应将纯水注满,塞紧瓶塞,多余的水分自瓶塞毛细管中溢出。
将比重瓶置于恒温水槽内至温度稳定,且瓶内上部悬液澄清。
取出比重瓶,擦干瓶外壁,称比重瓶、水试样总质量,准确于0.001g;并应测定瓶内的水温,准确至0.5℃。
4从温度与瓶、水总质量的关系曲线中查得各试验温度下的瓶、水总质量。
3.1.6土粒的比重,应按下式计算:
Gs=md/(mbw+md+mbws)×GiT(3.1.6)
式中mbw——比重瓶、水总质量(g)
mbws——比重瓶、水、试样总质量(g)
GiT——T℃时纯水或中性液体的比重
水的比重可查物理手册,中性液体的比重应实测,称量应准确至0.001g。
3.1.7比重瓶法试验的记录格式见《GB/T50123—1999》附录D表D—6。
第四章界限含水率试验
4.1液、塑限联合测定法
4.1.1本试验方法适用于粒径小于0.5mm以及有机质含量不大于试样总质量5%的土。
4.1.2本试验所用的主要仪器设备,应符合下列规定:
1液、塑限联合测定仪:
包括带标尺的圆锥仪、电磁铁、显示屏、控制开关和试样杯。
圆锥质量为76g,锥角为30°;读数显示宜采用光电式,游标式和百分表式,试样杯内径为40mm,高度为30mm。
2天平:
称量200g,最小分度值0.01g。
4.1.3液、塑限联合测定法试验,应按下列步骤进行:
1本试验宜采用天然含水率试样,当土样不均匀时,采用风干试样,当试样中含有粒径大于0.5mm的土粒和杂物时,应过0.5mm筛。
2当采用天然含水率土样时,取代表性土样250g;采用风干试样时,取0.5mm筛下的代表性土样200g,将试样放在橡皮板上用纯水将土样调成均匀膏状,放入调土皿,浸润过夜。
3将制备的试样充分调拌均匀,填入试样杯中,填样时不应留有空隙,对较干的试样应充分搓揉,密实地填入试样杯中,填满后刮平表面。
4将试样杯放在联合测定仪的升降座上,在圆锥上抹一薄层凡士林,接通电源,使电磁铁吸住圆锥。
5调节零点,将屏幕上的标尺调在零位,调整升降座,使圆锥尖接触试样表面,批示灯亮时圆锥在自重下沉入试样,经5s后测读圆锥下沉深度(显示在屏幕上),取出试样杯,挖去锥尖入土处的凡士林,取锥体附近的试样不少于10g,放入称量盒内,测定含水率。
6将全部试样再加水或吹干并调匀,重复本条3至5款的步骤分别测定第二点、第三点试样的圆锥下沉深度及相应的含水率,液塑限联合测定应不少于三点。
注:
圆锥入土深度宜为3~4mm,7~9mm,15~17mm。
4.1.4试样的含水率应按本标准式(2.1.4)计算。
4.1.5以含水率为横坐标,圆锥入土深度为纵坐标在双对数坐标纸上绘制关系曲线(见书《GB/T50123—1999》图8.1.5),三点应在一直线上如图中A线。
当三点不在一直线上时,通过高含水率的点和其余两点连成二条直线,在下沉为2mm处查得相应的2个含水率,当两个含水率的差值小于2%时,应以两点含水率的平均值与高含水率的点连一直线如图中B线,当两个含水率的差值大于、等于2%时,应重做试验。
4.1.6在含水率与圆锥下沉深度的关系图(见《GB/T50123—1999》图8.1.5)上查得下沉深度为17mm所对应的含水率为液限,查得下沉深度为10mm所对应的含水率为10mm液限,查得下沉深度2mm所对应的含水率为塑限,取值以百分数表示,准确至0.1%。
4.1.7塑性指数应按下式计算:
Ip=ωL-ωP(4.1.7)
式中Ip——塑性指数
ωL——液限(%)
ωP——塑限(%)
4.1.8液性指数应按下式计算
IL=(ω0-ωP)/IP(4.1.8)
式中IL——液性指数,计算至0.01。
4.1.9液、塑限联合测定法试验的记录格式见GB/T50123—1999附录D表D—12。
4.2滚搓法塑限试验
4.2.1本试验方法适用于粒径小于0.5mm的土。
4.2.2本试验所用的主要仪器设备,应符合下列规定:
1毛玻璃板:
尺寸宜为200mm×300mm
2卡尺:
分度值为0.02mm
4.2.3滚搓法试验,应按下列步骤进行:
1取0.5mm筛下的代表性试样100g,放在盛土皿中加纯水拌匀,湿润过夜。
2将制备好的试样在手中揉捏至不粘手,捏扁,当出现裂缝时,表示其含水率接近塑限。
3取接近塑限含水率的试样8-10g,用手搓成椭圆形,放在毛玻璃板上用手掌滚搓,滚搓时手掌的压力要均匀地施加在土条上,不得使土条在毛玻璃板上无力滚动,土条不得有空心现象,土条长度不宜大于手掌宽度。
4当土条直径搓成3mm时产生裂缝,并开始断裂,表示试样的含水率达到塑限含水率,当土条直径搓成3mm时不产生裂缝或土条直径大于3mm时开始断裂,表示试样的含水率高于塑限或低于塑限,都就重新取样进行试验。
5取直径3mm有裂缝的土条3-5g,测定土条的含水率。
4.2.4本试验应进行两次平等测定,两次测定的差值应符合本标准2.1.7条的规定,取两次测值的平均值。
4.2.5滚搓法试验的记录格式见《GB/T50123—1999》附录D表D—14。
第五章固结试验
第一节一般规定
5.1.1本试验应根据土和尾矿的类别与工程要求,分别采用下列方法:
1压缩试验:
适用于粘性土、粘性尾矿、粉土和尾粉土。
2先期固结压力试验:
适用于原状的粘性土、粘性尾矿、粉土和尾粉土。
3固结系数试验:
适用于饱和的粘性土和粘性尾矿。
5.1.2本试验原状土样的试样制备应按本规程第1.1.1条——1.1.5条的规定进行,扰动土样的试样制备应按《土工试验规程》规定进行,当试样需要饱和时,应按《土工试验规程》规定进行。
5.1.3本试验中百分表读数应估读至0.001mm。
第二节仪器设备
5.2.1主要仪器设备应符合下列规定:
一、固结仪:
主要包括
1固结容器:
如《土工试验规程》中16.2.1所示,环刀内径61.8mm和79.8mm,高20mm。
2加压设备:
杠杆式、榜称式或其他形式的加压设备。
最大轴向压力视测定项目分为400kPa及4000kPa二种,其灵敏度应为最大输出压力值的0.02%。
二、百分表:
量程10mm,分度值0.01mm。
三、其他:
秒表、滤纸等。
5.2.2杠杆式固结仪使用前应符合下列规定:
一、台面与加压横梁应保持水平,传力拉杆与台面通孔壁应无磨擦。
二、加压杠杆应处于水平状态,杠杆摆动应灵活。
三、固结容器组件应齐全、配套、百分表支架应牢固,百分表表杆应灵活。
四、砝码应与试样面积和压力等级相匹配。
5.2.3固结仪应定期校正,校正方法应符合《土工试验规程SU14-95》《杠杆式固结仪校验方法》。
第三节压缩试验
5.3.1本试验应按下列步骤进行:
一、在固结容器内,依次放置护环,透水板和滤纸,护环内放入带试样的环刀(刃口向下),套上导环,试样上依次放置滤纸、透水板用传压板,滤纸和透水板的湿度应接近试样的湿度。
二、将容器置于加压框架正中,使传压板与加压框架中心对准,施加1-2kPa的接触压力,安装百分表,将其指针调至最大最程的零点。
三、根据土的自重压力和软硬程度施加第一级压力25kPa或多或50kPa,对于饱和的试样或工程要求浸水的试样,立即向容器内注入纯水,水面应高出试样顶面,并保持该水面至试验结束。
对于非饱和试样,宜用湿棉纱围住传压板四周。
四、加压后,每隔1h测记百分表读数一次,直至试样变形稳定为止,变形稳定标准应为百分表读数每小时的变化不大于0.01mm。
五、试样在第一级压力下变形稳定后,施加下一级压力,并以此类推。
压力等级顺序宜为25、50、100、200、300、400kPa,最后一级压力应大于土的自重压力与附加压力之和。
六、测记最后一级压力下的试样变形稳定读数,拆卸百分表,退除压力,取出容器,排除容器内的积水。
取出传压板、导环、透水板、滤纸、带试样的环刀及护环等,并推出试样,擦净固结容器。
需要时应按《土工试验规程》第四章的规定,测定试样的含水量。
5.3.2某级压力下试样变形稳定后的孔隙比,应按下式计算:
∑△hi
ei=e0-————(1+e0)(5.3.2)
h0
式中ei——某级压力下试样变形稳定后的孔隙比,计算至0.001;
∑△hi——某级压力下试样变形稳定后的总变形量,等于该压力下百分表的稳定读数减去该压力的仪器变形量(mm)。
5.3.3在直角坐标纸上,以孔隙比为纵坐标,压力为横坐标,绘制孔隙比与压力关系曲线,如《土工试验规程(YSJ225-92)》图6.3.3所示。
5.3.4某一压力范围内的压缩系数应按下式计算:
av=(ei-ei+1)/(Pi+1-Pi)×103(5.3.4)
式中av——压力Pi至Pi+1间的压缩系数(Mpa-1),计算至0.01Mpa-1;
ei+1——在压力Pi+1下试样变形稳定后的空隙比;
Pi——土的自重压力或P=100kPa;
Pi+1——土的自重压力与附加压力之和或P=200kPa。
5.3.5某一压力范围内的压缩模量应按下列公式计算:
Es=(1+e0)/av(5.3.5)
式中Es——压缩模量(Mpa),计算至0.1Mpa。
5.3.6本试验记录格式应符合《土工试验规程(GB/T50123-1999)》附表D表D-23。
第四节先期固结压力试验
5.4.1本试验应按下列步骤进行:
一、试样安装按本章5.3.1条一至二款的规定进行。
二、根据土的自重压力和软硬程度施加第一级压力12.5kPa或25kPa,对于饱和试样,立即向容器内注入纯水,水面应高出试样顶面,并保持该水面至试验结束。
对于非饱和试样,宜用湿棉纱围住传压板四周。
三、加压后,每隔1h测记百分表读数一次,直至试样变形稳定为止,变形稳定标准应为百分表读数每小时的变化不大于0.005mm或每级压力下固结24h。
四、试样在第一级压力下变形稳定后,施加下一级压力,并以此类推,加压时,荷重率宜小于1,一般压力等级顺序为12.5、25、50、75、100、150、200、300、400、800、1200、1600、2400、3200kPa。
试验过程中,压力等级可根据土的状态增减,最后一级压力应使e—lgP曲线下段出现不少于三个压力点的直线段。
五、对超固结土必须进行回弹试验。
退压应从大于先期固结压力的压力等级开始,按加压等级相反的顺序逐级退压至第一级压力,再按加压等级顺序加压至最后一级压力。
每次退压后,每隔1h测记百分表读数一次,直至试样回弹变形稳定为止。
回弹变形稳定标准与回压变形稳定标准相同。
当退压等级次数超过5次时,可每二级退压一次。
六、测记最后一次压力下的试样变形稳定读数后,按本章第5.3.1条六款的规定拆卸仪器及试样。
注:
荷重率等于(P1-P2)/P1,其中P1、P2为相邻两级荷重,P1为前一级,P2为后一级。
5.4.2各级压力下的孔隙比应按式5.3.2计算,在单对数坐标纸上,以孔隙比为纵坐标、压力为横坐标,绘制孔隙比与压关系曲线,如《土工试验规程(YSJ225-92)》图16.4.2所示,绘图时,纵坐标轴上取e=0.1时的长度与横坐标轴上取一对数周期长度的比值宜为0.4至0.8。
5.4.3先期固结压力的确定方法:
在e—lgP曲线上找出最小曲率半径Rmin点O,过O点作水平线OA、切线OB及角AOB的平分线OD,OD与曲线的直线段C的延长线交于点E,则对应于E点的压力P0值即为先期固结压力,如《土工试验规程YSJ225-92》》图16.4.2所示。
5.4.4压缩指数及回弹指数应按下式计算:
C0(Cs)=(ei-ei+1)/(lgPi+1-lgPi)(5.4.4)
式中C0——压缩指数(e—lgP曲线直线段的斜率),计算至0.001;
Cs——回弹指数(e—lgP曲线滞回圈两端点间直线的斜率),计算至0.001。
5.4.5本试验记录格式应符合《土工试验规程(GB/T50123-1999)》附录D表D-23。
第五节固结系数试验
5.5.1本试验应按下列步骤进行:
一、试样安装应按本章第5.3.1条一至二款的规定进行。
二、根据土的自重压力和软硬程度施加第一级压力12.5kPa或25kPa,立即向容器内注入纯水,水面就高出试样顶面,并保持该水面至试验结束。
三、加压后,每隔1h测记百分表记数一次,直至试样变形稳定为止,变形稳定应符合本章5.4.1条三款的规定。
四、试样在第一级压力下变形稳定后,施加下一级压力,并以此类推。
加压时,荷重率宜等于1,一般压力等级顺次为25,50,100,200,400kPa。
五、固结系数测定应在第一级压力下试样变形稳定后,施加下一级压力时6s、15s、1min、2min15s、4min、6min15s、9min、12min15s、16min、20min15s、25min、30min15s、36min、42min15s、49min、64min、100min、200min、400min、23h、24h至稳定。
六、测记最后一级压力下的试样变形稳定读数后,按本章第5.3.1六款的规定拆卸仪器及试样。
5.5.2时间平方根法应按下列方法确定:
对某一级压力,以试样变形为纵坐标,时间平方根为横坐标,绘制变形与时间平方根关系曲线,如《土工试验规程(GB/T5012-1999)》图14.1.16-1所示。
延长曲线开始段的直线,交纵坐标轴于理论零点d,过d0作另一直线,令其横坐标为前一直线横坐标的1.15倍,则后一直线与d-√t曲线交点所对应的时间的平方即为试样固结度达90%所需的时间t90。
5.5.4某一压力范围内的固结系数应按下式计算:
一、时间平方根法:
Cv=0.848h2/t90(5.5.4-1)
式中:
Cv——压力Pi至Pi+1范围内的固结系数(cm3/s)
h——最长排水距离,即某级压力下试样起始和终了高度的平均值之半(cm)
t90——试样固结度达90%所需的时间(s)
二、时间对数法:
对某一级压力,以试样的变形为纵坐标,时间的对数为横坐标,绘制变形与时间对数关系曲线,在关系曲线的开始中段,选任一时间t1,查得相对应的变形值d1,再取时间t2=t1/4,查得相对应的变形值d2,则2d2-d1即为d01;另取一时间依同法求得d02、d03、d04等,取其平均值为理论零点ds,处长曲线中部的直线和通过曲线尾部数点切线的交点即为理论终点d100,则d50=(ds+d100)/2,对应于d50的时间即为试样固结度达50%所需的时间t50,某一级压力下的固结系数应按下式计算:
0.197h2
Cv=————(14.1.16-2)
t50
5.5.5本试验记录格式应符合《土工试验规程》附录D表D-24的规定。
第六章三轴压缩试验
第一节一般规定
6.1.1本试验方法适用于细粒土和粒径小于20mm的粗粒土。
6.1.2本试验应根据工程要求分别采用不固结不排水剪(UU)试验、固结不排水剪(CU)。
6.1.3本试验必须制备3个以上性质相同的试样,在没有周围压力下进行试验周围压力宜根据工程实际荷重确定,对于填土,最大一级周围压力应与最大的实际荷重大致相等。
注:
试验宜在恒温条件下进行。
第二节仪器设备
6.2.1本试验所用的主要仪器设备,应符合下列规定:
1KTG全自动三轴压缩仪集机械、电子、自动控制、微机软硬功夫件及传感器等技术于一体。
2附属设备:
包括击样器、饱和器、切土器、原状土分样器、切土盘、承膜筒和对开圆膜,应符合下图要求:
1)击样器(《GB/T50123-1999》图16.2.1-2),饱和器(《GB/T50123-1999》图16.2.1-3)。
2)切土盘、切土器和原状土分样器(《GB/T50123-1999》图16.2.1-4)。
3)承膜筒及对开圆模(《GB/T50123-1999》图16.2.1-5及图16.2.1-6))。
3天平:
称量200g,最小分度值0.01g;称量1000g,最小分度值0.1g。
4橡皮膜:
应具有弹性的乳胶膜,对直径39.1和61.8mm的试样,厚度以0.1-0.2mm为宜,对直径101mm的试样,厚度以0.2-0.3mm为宜。
5透水板:
直径与试样直径相等,其渗透系数宜大于试样的渗透系数,使用前在水中煮沸并泡于水中。
6微机:
兼容机。
6.2.2试验时的仪器,应符合下列规定:
1周围压力的测量准确度应为全量程的1%,根据试样的强度大小,选择不同量程的测力计,应使最大轴向压力的准确度不低于1%。
2孔隙水压力量测。
系统内的气泡应完全排除,系统内的气泡可用纯水冲出或施加压力使气泡溶解于水,并从试样底座溢出。
整个系统的体积变化因数就小于1.5×10-
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