土的三相组成及物性指标换算.doc

一、土的三相组成及物性指标换算：了解：土的形成过程。广泛分布在地壳表面的土,主要特征是分散性、复杂性和易变性。因其组成是由固体颗粒 和孔隙及存在于孔隙中的水和气体的分散体系,土颗粒之间没有或只有很弱的联结,因而土的 强度低且易变形。由于受不同自然力作用且于不同的环境下沉积,构成土的分布和性质方面的复杂性。又因为土具有分散性,它的性质极易受到外界温度和湿度的变化而发生变化,表现出多变性。土的这些特征无疑都将反映到它的物理、化学和力学性质中。在工程建设中,土往往是作为不同功能的研究对象。如在土层上修建房屋、桥梁、道路、堤坝时,土对路堤、是用来支承建筑物传来的载,这时士是被用作地基土坝等土工构筑物,土 则被用作为建筑材料;对于隧道、涵洞及地下建筑物,这时土成为建筑物周围的介质或环境。对于土的不同用途,在测试的内容上亦有所不同。熟悉：（1）、土的三相组成。( 一 ) 三种组成物质的基本状况1. 固相 : 土的固相物质分为元机矿物颗粒和有机质 ,成为土体的骨架。矿物颗粒由原生矿物和次生矿物组成。原生矿物是指岩浆在冷凝过程中形成的矿物 ,如石英、长石、云母等。原生矿物经化学风化作用后发生化学变化而形成新的次生矿物 ,如三氧化二铁、三氧化二铝、次生二氧化硅、粘土矿物及盐类等。次生矿物按其与水相互作用的程度,可分为可溶于水与不可溶于水的土颗粒。 溶于水的按其溶解的难易性,又可分为易溶、中等溶解和难溶的土颗粒。次生矿物的成分和性 质比较复杂,对土的工程性质影响较大。土在风化过程中,往往有微生物参与,在土中产生有机质成分。在土中有机质成分分解完善的 ,称为腐殖质土。若土中有机质成分分解不完善,尚存在有残余物的称为泥炭。有机质成分对土的工程性质产生不利影响 ,在公路工程中不应采用。2. 液相: 土的液相是指土孔隙中存在的水。一般把这种水看成与自由水一样 ,是无色、无味、无嗅的中性液体,其密度等于 lg/cm3, 容重为 9.81KN/m3, 在0时冻结 ,在100时沸腾。但实质上,土中水是成分复杂的电解水溶液 ,它与土粒间有着复杂的相互作用。(1) 气态水 : 土孔隙的空气中任何时候都存在有水汽,它与空气形成气态混合物。在大多数情况下,土中空气被水汽饱和达100%,这时土中水汽的含量约为0.001% 。只有当土中水含量达最大吸湿量(即士中含强结合水)时,土中空气的湿度才低于100%温度增高时,土内空气中水汽压力随之增大;温度降低导致空气被水汽饱和水汽凝结。水汽不断地在土中形成,不断地从这一部分土层进入另一部分土层,并以凝结或吸附方式,不断地转变为其他形态的水。负温引起气态水特别强烈和快速地凝结与冻结成冰。在大气压力、温度、湿度变化的影响下,气态水被迫随着土中空气在土中移动,或者由于水汽压力梯度的存在,以扩散的方式积极地移动。水分以气态运动时,盐类自然不迁移。但是气态水形成过程经常伴随着原先存在于 水溶液中的物质在蒸发层中积累。在干旱和半干旱地区,由于这种积累发生盐胀,往往会使公 路路面遭到破坏。(2) 液态水:可分为存在于矿物颗粒内部的水一一化学结构水和化学结晶水,及存在矿物颗粒表面的水一一结合水和自由水( 包括毛细水和重力水 ) 。化学结构水是以 H+ 、 OH- 离子的形式存在于次生粘土矿物结晶格的组成中 ,这种水只有 在 165175 温度作用下才能被释放 , 对某些矿物如氢氧化铝、氢氧化硅之类 , 甚至要高达500以上时才能被释放出来。化学结晶水是以 H20 水分子存在的形式较大数量的结晶水。含不同盐类的盐渍士 , 化学结晶水可在不同的温度下被分离出 , 石膏在60 65 时 , 化学结晶水即开始逸出 .结合水 : 已经为实验证明 , 高度分散的土颗 粒和有机质颗粒对水的关系来说 , 主要是负电荷 , 如图 4-1 中所示。水分子极易牢固地被土颗粒表面吸附 , 形成水的定向偶极体的水膜。紧靠土颗粒的表面 , 被吸附水分子定向排列程度 和固着强度最大 , 随着远离颗粒表面的程度 , 此种定向排列程度和固着强度则逐渐减弱。 根据被吸附的程度可分为两种形态的结合水 : 强结合水和弱结合水.强结合水 : 土在风干状态下,都含有一定数量的强结合水,这种水是处于干燥的土颗粒吸附土孔隙气体中的水汽形成。它受到约 1 万 2 万个大气压的力 ,被吸附于土表面,它的密度 达到 1.51.86cm3.强结合水只有转变为气态,才能够移动。这种转变依赖于温度和湿度的变化 , 仅在 105110 时才可完全被释放。没有溶解能力不能使盐类迁移。强结合水以若干 分子层组成的薄膜包裹着土粒,因而减小了土孔隙的容积。强结合水的含量决定于土的矿物成分和粒度成分,对颗粒愈细、比表面积愈大,含粘土矿物和腐殖质的土中,强结合水含量则高 .弱结合水 : 在强结合水外一定范围内的水分子,还要受到大约 110 个大气压的力 ,被吸附在土粒表面。弱结合水处于一种粘滞一液体形态 ,密度大于 1g/cm3 。它能够由水膜厚处向 水膜薄处移动 , 但移动的速度特别小。它具有溶解和移动盐分的能力。特别是向蒸发点移动 的同时 , 弱结合水可以把土中的盐分在水平方向或垂直方向上带走 46m 。弱结合水难于冻 结。其冻结温度约为一 70-80 。土中含有弱结合水时可使土具有塑性 ( 即士可以被捏成 各种形状而不破裂 , 也不流动的特性 ) 。结合水 ( 包括强结合水和弱结合水 ) 有时占据很大的容积 , 因而减少了内部孔隙和毛细管 的断面 ( 有时减少 20%40%) 。在高粘粒含量的土中 , 结合水完全能够充满细小孔隙 , 这就 造成了土的不透水性.毛细水 : 水与土孔隙管壁接触时 , 由于湿润和静电引力的作用 , 在毛细管中形成弯液面。 毛管的直径愈细 , 弯液面的曲率愈大 , 则负毛管压力值就愈高 , 从而引起水分在毛管孔隙中的 上升。这种由于表面张力作用 , 在土孔隙中移动正是毛细水的特点。它能够溶解盐分并使之 发生迁移 ; 在季节冰冻地区 , 若地下水位较高 , 毛细水可成为已冻土层中的弱结合水不断补充 的水源 , 使冻土层中的聚冰体膨胀 , 造成严重冻胀从而破坏道路及构造物。重力水 : 重力水的特征是液体状态 , 在重力作用下倾向于垂直的下行 ( 或侧向的沿地面坡 度 ) 运动 , 具有很强的溶解作用 , 能够以溶液状态转运盐分、胶体溶液和很细的悬浮体。在地下 水位埋藏很深的情况下 , 重力水在下行移动的过程中逐渐扩散 , 同时转变为毛管水和弱结合水 的状态。(3) 冰 : 冰即处于固态的晶体状态中的水 , 是自由水的一个特殊类型.水以冰的形态出现 ,具有季节性或永久性的特点。 土中水以冰的形态呈季节性出现 , 称为季节性冻结 , 在我国北方广大地区冬季可见到。除此,在我国东北及西北的部分地区 , 还存在有多年冻结土层及永久性冻结士层。3. 气相 : 土中气相主要指土孔隙中充填的空气 .土的含气量与含水量有密切关系。土孔隙中占优势的是气体还是水 , 土的性质就会有很大的不同。土中气体成分与大气成分相比较 , 主要的区别在于 C02 、 02 及陀的含量不同。一般土中 气体含量更多的 C02, 较少的 02, 较多的 N20 土中气体与自然界气体的交换愈困难 , 两者的差 别就愈大。土中的气体可分为两类:与大气相连通的自由气体和与大气隔绝的封闭气体 ( 气泡 ) 。在受到外力作用时,自由气体能很快地从孔隙中被挤出,一般不影响士的工程性质。封闭气体在 受到外力作用时,随着压力的增大,气泡可被压缩或溶解于水中,压力减少时 , 气泡会恢复原状或重新游离出来。气泡的存在增加土体的弹性,减小土的渗透性。这种含气体的土称为非饱和土。如前所述土是由固体颗粒、水和气体三相组成的集合体,这三种物质在体积上和质量上的比例关系不同,则会反映出士的物理状态上的变化,土中孔隙体积大,土就松,土中水分多,则土就软。所以研究土的状态 , 首先就要分析土的三相比例关系 , 并利用土的三相在体积上和重 量 ( 质量 ) 上的相对比值,作为衡量土的基本物理性质的指标。为了便于说明和记忆 ,把土中交错分布的土颗 粒、水和气分别集中起来 , 按体积划分为国相、液相、 气相三部分 .（2）、土的物理性质指标及指标换算。1、 m= （kN/m3）V 土的密度变化范围一般在 1622kN/m3 之间。2、 土颗粒的比重(或土粒密度)Gs：是指土的固体颗粒的单位体积质量与水4时单位体积的质量之比。 ms/vsGs= mw/vw4 土粒密度：s=ms/vs土粒比重取决于土的矿物成分 , 其变化范围一般在 26.O27.5 之间。3、 土的含水量 w : 是指土中水的质量与固体颗粒质量之比,通常以百分数表示： w=mw/ms 100%含水量是表示土湿度的指标。士的天然含水量变化范围很大,从干砂接近于零,一直到饱和粘土的百分之几百.上述三项指标是通过试验直接测定的指标 , 称之为基本物理性质指标。 4、 干密度 Pd: 是指土的固体颗粒质量与土的总体积之比。 Pd=ms/v (kN/m3)土的干密度越大 , 土越密实。所以干密度常用作填土压实的控制指标。5、 饱和密度Psat:是指土孔隙中全部被水充满时土的密度。 ms+vvPwPsat= (kN/m3) v式中Pw是水的密度，Pw=9.81X10-3 N/cm36、 浮密度（或称浸水密度）： 是指土浸在水中受到水的浮力作用时的单位体积的质量。 ms-vs*w= (kN/m3)v 或 =sat-w (kN/m3)7、 孔隙比e：是土中空隙的体积与固体颗粒体积之比。 vv孔隙比 e=vs 孔隙比是一个应用十分广泛的指标，可用来评价土的紧密程度。8、 孔隙率n：是指土中孔隙体积与总体积之比。vv 孔隙率n= 100%v 孔隙比与孔隙率之间存在下述换算关系： en=1+e9、 饱和度Sr：是指孔隙中水的体积与孔隙体积之比。vwSr=100%vv 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 ,则土为完全饱和的。按饱和度把砂土划分为三种状态 ：0 Sr0.5 稍湿的 0.5 Sr 0.8 潮湿的 0.8 Sr1.0 饱和的二、土的粒组划分及工程分类了解：（1）、土粒大小及粒组划分（2）、粒度、粒度成分及其表示方法粒度：土粒的大小称为粒度。土粒的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。常用的粒度成分的表示方法有：表格法、累计曲线法和三角形坐标法。（1） 、表格法：以列表形式直接表达各粒组的百分含量。（2） 、累计曲线法：它是一种比较完善的图示方法。（3） 、三角形坐标法：（3）、水力直径、司笃克斯定律。熟悉：（1）、土的工程分类及命名土的工程分类依据：1、土颗粒组成特征。 2、土的塑性指标：液限(wl)、塑限(wp)和塑性指数(Ip)。 3、土中有机质存在情况。 巨粒组粗粒组细粒组漂石（块石）卵石（小块石）砾（角砾）砂粉粒粘粒粗中细粗中细（2）、土粒级配指标：Cn、Cr三、 相对密度试验及界限含水量了解：天然稠度试验试验步骤：11.0.3.1 按含水量试验中烘干法的试验步骤测定原状土的天然含水量。11.0.3.2 切削具有天然含水量、土质均匀的试件1快，其长度、宽度（或直径）不小于5cm，厚度不小于3cm，平整上下面。对于软粘土，若能用环刀切入土体时，将切入环刀后的土体整平上下面。11.0.3.3 将制备好试件置于LP-100型液限塑限联合测定法按本规程 测定其锥入深度，填入记录表内。11.3.4 改变锥尖在试件表面的位置35处（锥尖之间的距离不小于1cm），测其锥入深度，并记入记录表内。结果整理11.0.4.1 由联合测定，已知土的液限wl和塑限Ip，由含水量试验，将这些数据代入下式，即可计算该土的天然稠度wc： wl- wwc=Ip11.0.4.2 土体的含水量w和锥入深度h为曲线关系，可用下式表示： lgh=+lgw 或 lgh=+lg(wl-Ipwc)式中： lgwl-lgwp= lg20-lghp=lg20-lgwl在联合测定法中，wl、wp、hp 和Ip 均为已知，测得锥入深度h后，由公式或查由该式绘制的诺谟图，即可求得稠度wc.由测得的多个锥入深度中取占多数的值，作为计算锥入深度。根据联合测定时的该土样的塑限入土深度hp，并查得相应的稠度wc值。熟悉：（1）、相对密实度Dr的基本概念及表达；当砂土样以最疏松状态制备时,其孔隙比达最大值emax; 当砂土样受振或捣实时， 砂粒相 互靠拢压紧 ,孔隙比达最小值 emin .砂土在天然状态的孔隙比为 e ,则砂土在天然状态的紧密程度 ,可用相对密实度Dr来表示： emax-eDr= emax- emin Dr一般用小数或百分比表示。当Dr =0,即e =emax 时,表示砂土处于最疏松状态；当 D =1.0,即e =emin时,表示砂土处于最紧密状态。砂土密实度划分标准 密实度土名密实中密稍密松散砾砂、粗砂、中砂细砂、粉砂e 0.60e 0.700.60 e 0.750.70e 0.850.75 e 0.850.500.85e0.95 砂土密实度表分级相对密度标准贯入平均击数密实Dr0.6730-50中密0.67 Dr 0.331029松散稍松0.33 Dr 0.2059极松Dr 0.20 5（2）、粘性土的界限含水量（液限Wl、塑限Wr、缩限Ws）；液限Wl： 土从液体状态向塑体状态过渡的界限含水量。塑限Wp：土由塑性体状态向脆性固体状态过渡的界限含水量。缩限Ws：当土达塑限后继续变干,土的体积随含水量的减少而收缩。但达某一含水量后,土体积不再收缩,这个界限含水量称为缩限。当土的含水量低于缩限时,土将是不饱和的。（3）、塑性指数IP、液限指数Il。塑性指数IP ：粘性土的塑性大小,可用土处于塑性状态的含水量变化范围来衡量。此范围即液限与塑限之差值,称为塑性指数Ip。塑性指数一般在习惯上用不带百分数符号的数值表示。 塑性指数越大,表示土越具有高塑性。 液限指数Il：表示天然含水量与界限含水量关系的指标，即液性指标。四、 土的动力特性与击实试验了解：（1）、击实的工程意义。在工程建设中,经常遇到填土压实、软弱地基的强奈和换土碾压等问题,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。（2）、击实试验原理。击实是指采用人工或机械对土施加穷压能量( 如打穷、碾压、振动碾压等方式),使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。研究土的压实性常用的方法有现场填筑试验和室内击实试验两种。前者是在某一工序动 工之前在现场选一试验路段。按设计要求和拟定的施工方法进行填筑,并同时进行有关测试 工作以查明填筑条件(如使用土料或其他集合料，堆填方法,碾压方法等)与填筑效果(压实度)关系,从而可确定一些碾压参数。后者室内击实试验是通过击实仪进行。熟悉：（1）、土的击实特性；由击实试验结果可以得到士的含水量与干密度关系曲线:1）、击实曲线有个峰点,这说明在一定击实功作用下,只有当土的含水量为某一定值(称为最佳含水量) 时,土才能被击实至最大干密度。若土含水量小于或大于最佳含水量时,则所得 的干密度都小于最大值。2）、当土含水量偏干时,含水量的变动对干密度的影响要比含水量偏湿时的影响更为明显,可看出曲线的左段较右段陡。3）、该图右上侧的一根曲线称为饱和曲线,它表示当土在饱和状态时的含水量与干密度之间的关系。根据土中各相的相对含量关系,可以推导得饱和曲线的表达式为 : pw 1 w=( - ) x 100%pd Gs 式中: w 一一土的含水量 ,%; Gs 一一土粒的比重 ; pw 一一水的密度 ,g/cm3 Pd 一一士的干密度 ,g/cm3事实上,当土的含水量接近和大于最佳值时,土内孔隙中的空气越来越多的处于与大气隔 离的封闭状态 ,击实作用已不能将这些气体排出,亦即击实土不可能达到完全饱和的状态。因此,击实曲线必然位于饱和曲线左下侧。当土的含水量偏干时,即wz时(为土的容重 ) 即为超固结状态。上覆压力由pc减小至rz,可能是由于地面上升或河流冲刷将其上部的一部分土体剥蚀掉了,或者古冰川下的土层曾经受过冰荷载(荷载强度为Pc)的压缩,后由于气候转暖、冰川融化以致使上覆压力减小等。（2）正常固结状态:指的是土层在历史上最大固结压力作用下 pc 压缩稳定,但沉积后土层厚度元大变化,也没有受到过其他荷载的继续作用 , 因此 ,现地面以下 z 深度处的 A 点 , 目前的上覆压力rz就是历史上的最大固结压力pc,即 rz =pc 的情况。(1) 欠固结状态:土层历史上曾在 pc 作用下压缩稳定,固结完成。以后由于某种原因使土层继续沉积或加载,形成目前大于 pc 的自重压力rz,但因时间不长,rz作用下的压缩固结还没有完成,还在继续压缩中。因此这种团结状态的土层 pc1 时， 是为超团结状态ORC=1 时， 正常固结状态ORC1 时， 欠固结状态（3）、强度指标C、强度指标C、反映士的抗剪强度变化的规律性。按照库仑定律,对于某一种土,它们是 作为常数来使用的。实际上它们是随着具体试验条件变化的,不完全是常数。对于洁净的干砂,粘聚力 C =0, ,其实非干砂土也可以有一些很小的粘聚力( 一般不超过 9.81kPa),这或者是由于砂土中夹有一些粘土颗粒 ,或者是因为砂土处于潮湿 ( 但不是饱和 ) 状 态 , 由于毛细水的作用而形成粘聚力。砂土的内摩擦角值取决于砂粒间的摩擦阻力以及联锁作用。一般可以取中砂、粗砂、砾砂的=3240； 粉砂、细砂的=2836。孔隙比愈小时,愈大。但是,含水饱和的粉砂、细砂很容易失去稳定,因此必须采取慎重的态度,有时规定取 =20左右。关于粘性士的抗剪强度,主要是粘聚力C 的问题。这里包括：由于土粒间水膜与相邻土粒之间的分子引力所形成之粘聚力,通常称之为原始粘聚力。当土被压密时,土粒间的距离减小,原始粘聚力随之增大。当土的天然结构被破坏时,将丧失原始粘聚力的一部分,但会随着时间而恢复其中的一部分。由于土中化合物的胶结作用而形成的粘聚力, 通常称为固化粘聚力。当土的天然结构被破坏时,即丧失这一部分粘聚力,而且不能恢复。粘性士的抗剪强度指标的变化范围很大,与土的种类有关,并且与土的天然结构是否被破坏试样在法向压力下的排水固结、试验方法等因素有关。大致可以认为粘性土的粘聚力从小于 9.81KPa 到近似为200KPa 以上。掌握：（1）、含水量试验： 测定士的含水量 , 是指土颗粒表面以外的水分,包括土中结合水和自由水。根据定义： mw w=100%ms 式中：w含水量，% mw土中水的质量 ms干土的质量( 一 ) 烘干法1、试验步骤(l) 取具有代表性试样,细粒土 153Og, 砂类士、有机土为 5Og,放入称量盒内 ,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砖码,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 105110 恒温下烘干。烘干时间对细粒土不得少于8h，对于砂类土不得少于6h。对含有有机质超过5%的土，应将温度控制在6570的恒温下烘干。（3）、将烘干后的试样和盒取出，放入干燥器内冷却( 一般只需 0.5 1h 即可) 。冷却后盖好盒盖 ,称质量,准确至 0.01g2. 结果整理含水量按下式计算 , 计算至 0.1%。 m-ms w=100% ms 式中 : w一一含水量 ,%; m一一湿土质量 ,g ms一一干土质量 ,g4. 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表 43 的规定。含水量测定的允许平行差值含水量允许平行差值含水量允许平行差值5以下0.340以上240以下1对于粗粒土 , 称量盒可采用铝制饭盒、瓷盘等 , 相应的土样也应多些( 二 ) 酒精燃烧法在土样中加入酒精,利用酒精能在土上燃烧,使土中水分蒸发,将土样烘干。一般应烧三次 , 本法是快速测定法中较准确的一种,现场测试中用的较多。1. 试验步骤(1) 取代表性试样 ( 粘质土 5lOg, 砂类土 203Og) 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,按第(2)、(3) 步的方法重新燃烧两次。(5) 待第三次火焰熄灭后,盖好盒盖,立即称干土质量,准确至0.01g。其余同烘干法。3. 注意(1) 上一次的酒精燃烧熄灭后,必须确定完全熄灭时,才能加下一次酒精,以免发生危险。(2)本法适用于无粘性土和一般粘性土,不适用于含有机质士、含盐量较多的土和重粘土。( 三 ) 含水量的其他测试方法1. 红外线照射法 标准烘干法和非标准法的区别在于烘干的方式不同。红外线照射法系将土样置于红外线 灯光之下烘干,通常将土样放于距光源 515cm 距离内照射约 lh 左右即可干燥。 试验证明,用此法所得结果较烘干含水量略大1%左右。2. 比重法将土样放入一定容积的玻璃瓶中称重 , 算出土粒在水中的浮重 , 进一步求出土的含水量。适用于砂类土 , 我国现行公路土工试验规程 ( JTJ 051-93) 列入了此法。3. 微波加热法微波是一种超高频的电磁波,微波加热就是通过微波发生器产生微波能 , 再把这个微波能用波导输送到微波加热器中,加热器中物体受到微波作用后就自身发热。对于土中的水分子来说 ,其电荷分正、负两种 ,在微波场作用下不断快速排列和换向,这种运动使水分子本身发热、蒸发。微波加热器可用商业产品中的家用微波炉,一批士样一般几分钟就可烘干。经试验对比多数土的测试结果与标准烘干法相对误差小于 1.5%. 但对一些含金属矿物质的土不适用 ,因为一些金属物质本身在微波作用下发热,其温度会超过100 ,从而损坏微波炉。4. 碳化钙气压法碳化钙为吸水剂。将一定量的湿土样和碳化钙置于体积一定的密封容器中,吸水剂与土中的水发生化学反应,产生乙炔气体,乙烘气体在密封容器中产生的压强与土中水分子质量成 正比。通过测气体压强就可换算出相应的含水量。我国现行公路土工试验规程列入了此法。此法的缺点是要求一种性能稳定的电石粉,而这种要求在对试验需求量小的情况下往往不易达到 。( 四 ) 特殊土的含水量测试方法1. 含石膏土和有机质土的含水量测试法含石膏土和有机质土的烘干温度在110时,对含石膏土会失去结晶水,对含有机质土其有机成分会燃烧,测试结果将与含水量定义不符。这种试样的干燥宜用真空干燥箱在近乎1个大气压力作用下将土干燥,或将烘箱温度控制在6070 ,干燥 8h 以上为好。 ,2.无机结合料稳定土的含水量测试法 无机结合料在国外常称为水硬性结合料。它主要指水泥、石灰、粉煤灰和石灰或水泥粉煤灰,所用术语水泥稳定土、石灰稳定土、石灰粉煤灰稳定土等的总称为无机结合料稳定土。如水泥与水拌和就要发生水化作用,在较高温度下水化作用发生较快。因此 ,如将水泥混合料放在原为室温的烘箱内 , 再启动烘箱升温,则在升温过程中水泥与水的水化作用发生放热反应,使得出的含水量往往偏小,所以应提前将烘箱升温到110,使放人的水泥混合料一开始就能在105110的环境下烘干。另外,烘干后冷却时应用硅胶作干燥剂。（2）、密度试验l|liE测定密度常用的方法有环刀法、蜡封法、灌砂法、灌水法等。环刀法操作简便而准确 ,在室内和野外普遍采用;不能用环刀削的坚硬、易碎、含有粗粒、形状不规则的土，可用蜡封法;灌砂法、灌水法一般在野外应用。土的天然密度定义为 : p=m/V式中 :m 一一土的天然质量 ; V 一一与 m 相应的土体积。 ( 二 ) 环刀法1. 试验步骤(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 ml,准确至 0.1g。3. 结果整理按下式计算湿密度： m1-m2=v式中 :p 一一湿密度 ,g/cm3; ml 一一环刀与土合质量 , m2 一一环刀质量 ,g; V 一一环刀体积 4. 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 , 均按值不得大于0.03g/cm3 ( 三 ) 蜡封法1. 试验步骤(1) 用削土刀切取体积大于3Ocm3试件,削除试件表面的松、浮土以及尖锐棱角,在天平上称量 m，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m1, 准确至 0.01g。(4) 用细线将蜡封试件置于天平一端,使其浸浮在盛有蒸馆水的烧杯中,注意试件不要接触烧杯壁,称蜡封试件的水下质量m2, 准确至 0.01g, 并测量蒸馆水的温度 。(5) 将蜡封试件从水中取出,擦干石蜡表面水分,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, 应重做。2. 结果整理按下式计算湿密度 ： m= m1-m2 m1-m - wt n 式中 : 一一土的湿密度 ,g/cm3; m 一一试件质量 ,g; m1 一蜡封试件质量 ,g; m2 一一一蜡封试件水中质量 ,g;Pwt 一一蒸馆水在 t 时密度 ,g/cm3, 准确至 0.001g/cm3 pn 一一石蜡密度,g/cm3(应事先实测,准确至0.01g/cm3,一般可采用 0.92g/cm3 )。 其余同环刀法。( 四 ) 现场抗试法对含有碎砾石的土层或人工填土层无法用环刀取样,则可在现场测点挖一测坑。挖的同 时测其挖出土石的质量和含水量,对不规则的试坑体积测量,可用不透水的薄膜袋放在坑内 , 然后向袋中灌水并测所灌水的体积,并按定义计算土的密度。也可按灌砂法测定体积。(3)比重试验： 土的比重试验目的:是求土在 105110下烘干至恒重时的质量,然后与同体积4时蒸馏水的质量的比值。 ( 一 ) 比重瓶法 比重瓶法适用于土粒径小于 5mm 的土。试验步骤：1. 将比重瓶烘干，将15g烘干土装入100mL比重瓶内，（若用50mL比重瓶，装烘干土约12g），称量。2. 为排除土中空气，将已装有干土的比重瓶，注蒸馏水至瓶的一半处，摇动比重瓶，并将瓶在砂浴中煮沸，煮沸时间自悬液沸腾时算起，砂及低液限黏土应不少于30min，高液限黏土应不少于1h，使土粒分散。注意沸腾后调节砂浴温度，不使土液，溢出瓶外。3. 如系长颈比重瓶，用滴管调整液面恰至刻度（以弯液面下缘为准），擦干瓶外及瓶内壁刻度以上部分的水，称瓶、水、土总质量。如系短颈比重瓶，将纯水注满，使多余水分自瓶塞毛细管中溢出，将瓶外水分擦干后，称瓶、水总质量，称量后立即测出瓶内水的温度，准确至0.5。4. 根据测得的温度，从已绘制的温度与瓶、水总质量关系曲线中查得瓶水总质量。如比重瓶体积事先未经温度校正，则立即倾去悬液，洗净比重瓶，注入事先煮沸过且与试验时同温度得蒸馏水至同一体积刻度处，短颈比重瓶则注水至满，按本试验调整液面后，将瓶外水分擦干，称瓶、水总质量。5. 如系砂土 , 煮沸时砂粒易跳出,允许用真空抽气法代替煮沸法排除土中空气。其余步骤与规程相同。对含有某一定量的可溶盐、非亲水性胶体或有机质的土,必须用中性液体(如煤油)测定,并用真空抽气法排除土中气体。真空压力表读数宜为100kPa, 抽气时间 12h( 直至悬液内无气泡为止), 其余步骤同规程。本试验称量应准确至 0.001g。结果整理：用蒸馏水测定时，按下式计算比重： msGs= Gwtm1 + ms - m2式中： Gs-土的比重； ms-干土质量，g m1-瓶、水总质量，g m2-瓶、水、土总质量，g Gwt-t时蒸馏水的比重（水的比重可查物理手册），准确至0.001。用中性液体测定时，按下式计算比重： ms Gs= Gktm1+ ms + m2 式中：m1-瓶、中性液体总质量，g； m2-瓶、土、中性液体总质量，g； Gkt-t时中性液体比重（应实测），准确至0.001。精密度和允许差本试验必须进行二次平行测定，取其算术平均值，以两位小数表示，其平行差值不得大于0.02。浮称法：试验步骤：1、 取代表性试样5001000g。彻底冲洗试样，直至颗粒表面无尘土和其他污物。2、 将试样浸在水中一昼夜取出，立即放入金属网篮，缓缓浸没于水中，并在水中摇晃，至无气泡溢出时为止。3、 称金属网篮和试样在水中的总质量。4、 取出试样烘干，称量。5、 称金属网篮在水中质量，并立即测量容量内水的温度，至0.5结果整理：按下式计算土粒比重： ms Gs= Gwtms -（m2- m1）式中：m1-金属网篮在水中质量，g m2-试样和金属网篮在水中总质量，g按下式计算土料平均比重： 1Gs= P1 P2 + Gs1 Gs2式中：Gs1-大于5mm土粒的比重； Gs2-小于5mm土粒的比重； P1-大于5mm土粒占总质量的百分数，%； P2-小于5mm土粒占总质量的百分数，%；计算至0.01。虹吸筒法试验步骤：1、 取代表性试样10007000g。将试样彻底冲洗，直至颗粒表面无尘土和其它污物。2、 再将试样浸在水中一昼夜取出，晾干，称量。3、 注清水入虹吸筒，至管口有水溢出时停止注水。待管不再有水流出后，关闭管夹，将试样缓缓放入筒中，边放边搅，至无气泡溢出时为止，搅动时勿使水溅出筒外。称量筒质量。4、 待虹吸筒中水面平静后，开管夹，让试样排开的水通过虹吸管流入筒中。5、 称量筒与水质量后，测量筒内水的温度，准确至0.5。6、 取出虹吸筒内试样，烘干，称量。（准确至1g）结果整理：按下式计算比重： ms Gs=Gwt (m1- m0) (m - ms) 式中：m-晾干试样质量，g m1-量筒加水总质量。G M0-量筒质量。G 计算至0.01。掌握：颗粒分析试验。试验步骤8.1.4.1 对于无凝聚性的土(1) 按规定称取试样 , 将试样分批过 2mm 筛。(2) 将大于2mm的试样从大到小的次序,通过大于2mm 的各级粗筛。将留在筛上的土分别称量。(3)2mm筛下的土如数量过多,可用四分法缩分至100 80Og. 将试样从大到小的次序通过小于 2mm的各级细筛。可用摇筛机进行震摇。震摇时间一般为 1015min 。(4) 由最大孔径的筛开始,顺序将各筛取下,在白纸上用手轻叩摇晃,至每分钟筛下数量不大于该级筛余质量的1%为止。漏下的士粒应全部放入下一级筛内,并将留在各筛上的土样用软毛刷刷净,分别称量。(5) 筛后各级筛上和筛底土总质量与筛前试样质量之差,不应大于 1% 。(6)如2mm筛下的士不超过试样总质量的10%,可省略细筛、分析;如2mm筛上的土不超过试样总质量的10%,可省略粗筛分析。8.1.4.2 对于含有粘士粒的砂砾土(1) 将士样放在橡皮板上,用术碾将粘结的土团充分碾散,拌匀、烘干、称量。如土样过多时 , 用四分法称取代表性土样。(2)将试样置于盛有清水的瓷盆中,浸泡并搅拌,使粗细颗粒分散。(3)将浸润后的混合液过2mm筛,边冲边洗过筛,直至筛上仅留大于2mm以上的土粒为止然后将筛上洗净的砂砾风干称量。按以上方法进行粗筛分析。(4)通过2mm筛下的混合液存放在盆中,待稍沉淀,将上部悬液过0.074mm洗筛,用带橡皮头的玻璃棒研磨盆内浆液,再加清水,搅拌、研磨、静置、过筛,反复进行,直至盆内悬液澄清。最后,将全部土粒倒在 0.074mm 筛上,用水冲洗,直到筛上仅留大于0.074mm 净砂为止。(5) 将大于 0.074mm的净砂烘干称量 , 并进行细筛分析。(6) 将大于2mm颗粒及20.074mm的颗粒质量从原称量的总质量中减去,即为小于0.074mm 颗粒质量。(7) 如果小于0.074 颗粒质量超过总土质量的10%,有必要时,将这部分土烘干、取样,另做比重计或移液管分析。结果整理8.1.5.1 按下式计算小于某粒径颗粒质量百分数 :X=A/B 100式中 :X 一一一小于某粒径颗粒的质量百分数 ,%; A 一一小于某粒径的颗粒质量 ,g; B 一一试样的总质量 ,g 。8.1.5.2 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土质量的百分数 :X= a/bp 100式中 : 一一通过 2mm 筛的试样中小于某粒径的颗粒质量 , b 一一通过 2mm 筛的土样中所取试样的质量 ,g; p一一 -粒径小于 2mm的颗粒质量百分数。8.1.5.3 在半对数坐标纸上,以小于某粒径的颗粒质量百分数为纵坐标,以粒径(m1)为横坐标,绘制颗粒大小级配曲线,求出各粒组的颗粒质量百分数,以整数 (%) 表示。8.1.5.4 必要时按下式计算不均匀系数 : d60Cu= d10式中 :Cu 一一不均匀系数 ;d60一限制粒径 , 即土中小于该粒径的颗粒质量为 60% 的粒径d10一一有效粒径 , 即土中小于该粒径的颗粒质量为 10% 的粒径 ,mm。掌握：（1）、砂土相对密实度测试；试验步骤：1. 最大孔隙比的测定(1) 取