55202土工试验规程—冻土含水率试验 标准 SL237-034-1999.pdf

冻土含水 率试 验 s l2 3 7 - 0 3 4 - 1 9 9 9 定义和适用范围 1 . 0 . 1 冻土含水率系指冻土中所含冰和未冻水的总质量与干土 质量之比。它是冻土地区进行水热平衡计算、分析冻土发育条件 的重要指标。 1 . 0 . 2 本试验的标准方法为烘干法。 在现场或需要快速测定含水 率时，对层状和网状结构的土，可采用联合测定法 1 . 0 . 3 本规程适用于有机质 ( 泥炭、 腐植质及其他)含量不超过 千土质量 5 %的土。 当土的有机质含量在 5 %-1 0 %之间， 仍允许 采用烘干法，但 需注明有机质含量 2引 用标 准 s l 2 3 7 -0 0 3 -1 9 9 9 含水率试验 。 3 烘干法 3 . 1 仪器设备 3 . 1 . 1 烘箱:可采用电热烘箱或温度能保持 1 0 5 -1 1 0 的其他 加热干燥设备。 3 . 1 . 2 天平: 称量5 0 0 g ， 分度值0 . 1 g ; 称量5 0 0 0 g ， 分度值 ig 3 . 1 . 3 称量盒:可将盒调整为恒量并定期校正。 3 . 1 . 4 其他:干燥器、搪瓷盘、切土刀、吸水球、滤纸等。 3 . 2 仪器设备的检定和校准 29 3 3 . 2 . 1大半 :应按相应的检足规程进行检足。 3 . 3 操作步骤 3 . 3 . 1 整体状结构肉眼不易看到显著冰晶的枯质土或砂 质土 。 1 按 s l 2 3 7 -0 0 3 -1 9 9 9 规程 2 . 3 . 1至2 . 3 . 5 的规定进行， 但每个试样的质量不宜少于5 0 9 . 2 试验应进行 2 次平行测定， 取其算术平均值， 其允许平行 表3 . 3 . 1 含水率侧定平行差值差值应符合表 3 . 3 . 1 的规定。 含水 率 ( % 允许 平行差值( %) 1 0以 下1 3 0以 下 2 3 0以 上3 3 . 3 . 2 对层状和网状构造的 土应采用平均试样法测定含 水率 。 1 将土样用四分法取出 1 0 0 0 - 2 0 0 0 a( 视冻土结构均 匀程度而定，较均匀的可少取， 反之多取) ，称量准确至 1 9 ，放 人搪瓷盘中使其融化。 2 将融化的土样调拌成均匀糊状稠度 ( 土太湿时， 多余水分 待澄清后可用吸球和吸纸吸出，或让其自然蒸发;土太干时可适 当加水) ，进行称量，准确至。 ， 1 9 3 从糊状稠度土 样中取样测定含水率， 应按s l 2 3 7 -0 0 3 - 1 9 9 9 规程2 . 3 . 1 至 2 . 3 . 5 的规定进行。 4 试验应进行2次平行测定，其平行差值不得大于 1 % 3 . 4计算 3 . 4 . 1 按式 ( 3 . 4 . 1 )计算冻土的含水率: .i , ( i + ? ， 一 小“ 。 ( 3 . 4 . 1 ) 式中w冻土含水率， %; 。冻土试样质量，9 ; m z 调成糊状的土样质量，9 ; 二 平均试样含水率，以小数表示。 计算至 。 . i y 2 9 4 : .: 记录 1 本试验记录格式如表3 .5 .1 表 3 . 5 . 1冻 土 含 水 率 试 验 记 录 表( 烘 干 法 ) 工 程 名 称 钻 孔 编 号 试 验 者 计 算 者 土 样 编 号 土 样 说 明 盒号 瞥 盒加 湿 土质 t ( g )+ if 很 土质量 (g ) 干 土质量 ( 9 ) 含 水率 ( % ) 平均值 ( % ) ( g ) ( 1 )( 2 ) ( 3 ) ( 4 ) = ( 2 ) 一 ( 1 ) ( 5 ) 今 ( 3 ) 一 ( 1 ) 一 _( 4 )( 5 ) ( 7 ) 4联 合 测 定 法 4 . 1 仪器设备 4 . 1 . 1 排液筒 :见图 4 . 1 . 1 , 4 . 1 . 2 台秤: 称量: 5 k g ， 分度值1 g . 4 . 1 . 3 量筒:容量 1 0 0 0. 1 ，分度值 1 0 ml 4 . 2仪器 设备的检定和校准 4 . 2 . 1 台秤: 应按相应的检定规程进 行检定 。 4 . 2 . 2 量筒 : 应按 j j g1 9 6 - 9 0 常用 玻璃量器检定规程进行检定。 4 . 3 操作步骤 4 . 3 . 1 将排液筒置于台秤上， 拧紧虹 图 4 . 1 . 1 排液筒装置示意11 1 -排 液筒 ;z - 虹吸管 ;3 一止 水夹 ;4 一 冻土试 样 : 5 一量筒 295 吸管止水夹。排液筒在台秤上的位置，在试验过程中不得移动。 4 . 3 . 2 取约为1 0 0 0 1 5 0 0 g的冻土试样，并称质量。 4 . 3 . 3 将接近 。 的清水缓慢倒人排液筒，使水面超过虹吸 管顶 4 . 3 . 4 松开虹吸管的止水夹， 使排液筒中的水面徐徐下降， 待水 面稳定和虹吸管不再出水时， 拧紧止水夹， 称排液筒和水的质量。 4 . 3 . 5 将冻土试样轻轻放人排液筒中， 随即松开止水夹， 使排液 筒中的水流人量筒内。 4 . 3 . 6 水流停止后， 拧紧止水夹， 立即称排液筒、 水和试样质量。 同时测读量筒中水的体积，用以校核冻土试样的体积。 4 . 3 . 7 使冻土试样在排液筒内充分融化成松散状态， 澄清。 补加 清水使水面超过虹吸管顶 4 . 3 . 8 松开止水夹，排水。当水流停止后， 拧紧止水夹， 并称排 液筒、水和土颗粒质量。 4 . 3 . 9 在试验过程中应保持水面平稳 ， 在排水和放人冻土试样时 排液筒不得发生上下剧烈晃动。 4 . 4 计算 4 . 4 . 1 按式 ( 4 . 4 . 1 )计算冻土含水率 7r i 7 m ( g。 一1 )_ ._ _ w=一一) 1 x i v u l ( m , 一 m , ) v, j ( 4 . 4 . 1 ) 式中m冻土试样质量，g + m筒加水的质量，9 ; 。 3 筒、水和土颗粒的质量，9 ; g , 土颗粒的比重，可实测也可采用经验值。 4 . 4 . 2 按式 ( 4 - 4 . 2 )计算冻土密度p r : 刀之 p r= 二 二丁二;二 二 二 p w 廿 口1，11， 尹2 ( 4 . 4 - 2 ) 式中 m 2 筒、水和 试样质量， g : p 水的 密 度， g / c m 其余符号见本规程式 ( 4 . 4 . 1 ) , 2 9 6 4 . 5 含水 率计算至。 1 %， 密度计算至。 . o l g / c m , 记录 4 . 5 . 1 本试验记录格式如表 4 . 5 . 1 0 表 4 . 5 . 1冻 土 含 水 率 和 密 度 试 验 记 录 表( 联 合 测 定 法 ) 工 程 名 称 钻 孔 编 号 试 验 者 计 算 者 试 样 编 号 试 样 质 量 刀哥 ( g ) 筒 加 水质 量 刀11 ( g ) 筒加水 加土样 质量 刀 之 2 ( g ) 筒加 水 加 土顺 肺 质 量 上粒 比 重 土样体 积 ( c m 3 ) (g/cm ) 含 水 率 ( % ) (g ) g, (1 ) (少 )( 3 )( 4 )( 5 ) ( 6 ) - ( 1 ) + ( 2 ) 一 ( 3 ) ( 7 ) ( 1 ) ( 6 ) ( 8) - 几 掣 毕 毕 丁 一 1 l ( 4 卜( z ) l x k b ) pv 口 29 7 冻土含水率试验 s l2 3 7 - 0 3 4 - 1 9 9 9 1 . 0 . 1 冻土含水率的大小与冻土的物理、 力学、 热学等一系列性 质有密切关系。含水率大的土层，在冻结 ( 或融化)过程中，将 产生大的冻胀或融沉，对工程的危害就大。因此，在冻土地区的 工程实践中，往往用含水率这一指标，对冻土进行冻胀性和融沉 性的评价和分类 1 . 0 . 2 联合测定法是采用一个试样， 同时测定密度和含水率两个 指标。这种方法对冻土更为适用。由于冻土的结构极不均匀，用 一般方法分别取试样测定冻土的含水率和密度，往往使这些指标 间彼此不协调。用联合测定法同时测定含水率和密度，这样就能 克服分别测定时存在的缺点，使试验资料彼此协调。 联合测定法是通过量测已知质量的试样所排开水的体积来求 得容重 ( 或密度) ， 并利用颗粒比重来计算含水率。 在计算中取水 的密度为 l g / c m ,温度对水的密度的影响可u忽略不计。 联合测定法只适用于易分散的层状和网状结构的粘质土和砂 质土 3 . 3 . 1 由于冻土结构很不均匀， 在不同部位和不同时间， 含水率 变化很大。 为了使试验结果准确可靠， 应选择具有代表性的试样， 且试样质量应较多， 故规程规定试样不 宜小于5 0 g , 关于平行试验差值。 由于冻土中冰、 水成分分布极不均匀， 其 平行试验差值往往比融土的大。对于整体状结构的冻土，平行试 验差值绝大多数在 3 %以内，只有个别试样超过 3 0 0 。因此， 参照 一般土含水率平行差值的要求，确定了冻土含水率试验平行差值 的要求，如正文表 3 . 3 . 1 , 3 . 3 . 2 平均试样法是将土样用四分法取出1 0 0 0 -2 0 0 0 g 试样， 并 使其融化，搅拌成糊状稠度。如果试样过干可加水，过湿可将多 6 56 余水吸出，这对计算冻土总含水率没有影响。 关于层状和网状结构的冻土， 若采用一般取样方法进行试验， 当含水率小于液限时， 其平行试验的差值一般在 5 %， 个别的达到 1 0 %以上; 对于含冰层土，其平行试验差值一般均超过 1 0 0 a ，有 的竞达到2 0 %。因此， 对于层状和网状结构的冻土必须采用平均 试样法，其平行差值可控制在 1 %. 3 . 4 . 1 平均试样法测定含水率的 计算公式如下。 试样干土质量 : 刀之 2 1+ 0 . 0 1 w ( 3 . 4 . 1 - 1 ) 试样的含水率 : 。 一 (凳 一 卜 。 。 ( 3 - 4 . 1 - 2 ) 将式 ( 3 . 4 . 1 - 1 )代人式 ( 3 . 4 . 1 - 2 )中得: w 一 暇 ( + 。 0 1w ) - 1 x 10 0 (3 .4 .1-3 ) 式中呱试样干质量，g ; m冻土试样质量，9 ; m 2 一 一 调成糊状稠度后试样总质量，9 ; w糊状稠度时试样平均含水率，以小数计。 4 . 3 . 7 当试样完全融化并呈松散状态后， 筒中水面下降， 这时应 补充加水至虹吸管以上，以便测定土颗粒的排水体积 4 . 4 . 1 联合测定法含水率计算公式的推导。 土颗粒体积 : m 一刀哥 p g ( 4 - 4 . 1 - 1 ) (44lns 土颗粒在水 ( 排液筒)中的质量: v( g， 一 p )= ma 一 m 联立式 ( 4 - 4 . 1 - 1 ) 、式 ( 4 . 4 . 1 - 2 )可解得 ， 、为: g , m, +m ( g 一p w ) 一g , m m=g， 一 p . ( 4 - 4 . 1 - 3 ) 6 57 根据含水率定义: z 更 i 将式 ( 4 - 4 . 1 - 3 )代人式 刀 t 加 ” 2 一刀 2 加 ( 4 - 4 . 1 - 4 ) , m( g 一 1 ) 火1