企业培训_土工试验员培训

土工试验培训 土工试验的现状与发展 我国系统地开展土工试验技术工作起源于建国初期 经过半个世纪的努力 我国的土工试验技术达到了一个新的水平 但在工程勘察单位的生产性试验方面 无论设备条件或技术水平以及人员配备 都存在较大的差距 现状1 土工试验室是勘察单位的一个部门 与市场没有直接的沟通渠道 缺乏技术发展的市场推动力 留不住人才 2 业务范围窄 单一的室内常规土工试验与水质分析 一般不从事非常规的 研究开发型的试验 一般不从事现场试验与原位测试 3 仪器设备 大多数试验室仍沿用上世纪六 七十年代的土工仪器 80年代初期 先进的数据采集和处理系统开始研发 到了80年代的后期 数据采集和处理系统自动化得到了较大的发展与普及 进入二十一世纪后 全自动气压固结仪在全国占了一定的市场 试验精度更高了 劳动强度降低了 工作效率提升了 4 人员问题 缺乏熟练的试验人员 留不住高学历的人才 试验人员的培训机制不健全 技术水平与人员素质不能适应工程的需求 发展对策1对人员进行技术培训 提高试验技术水平 2在经济条件改善的基础上添置新的设备 3逐步扩展业务范围 争取更大的市场份额占有率 4做好试验室的计量认证工作 为社会出具更加准确 可靠 公正 可信的试验数据 第一部分土力学基础知识 第一篇计量基础与数据处理 第一章计量基本概念 一 计量 为实现单位统一 量值准确可靠而进行的科技 法制和管理活动 计量的特点 准确性 一致性 溯源性 法制性 所谓 量值溯源 是指自下而上通过不间断的校准而构成溯源体系 而 量值传递 则是自上而下通过逐级检定而构成检定系统 计量认证是我国通过计量立法 对凡是为社会出具公证数据的检验机构进行强制考核的一种手段 也可以说计量认证是具有中国特点的政府对实验室的强制认可 校准和检定 在规定条件下 为确定测量仪器或测量系统所指示的量值 与对应的由标准物质所复现的量值之间关系的一组操作 称为校准 1 校准的含义 1在规定的条件下 用一个可参考的标准 对包括参考物质在内的测量器具的特性赋值 并确定其示值误差 2将测量器具所指示或代表的量值 按照校准链将其溯源到标准所复现的量值 2 校准的目的 1确定示值误差 并可确定是否在预期的允许范围内 2得出标准值偏差的报告值 可高速测量器具或对示值加以修正 3给任何标尺标记赋值或确定其它特性 或给参考物质特性赋值 4实现溯源性 3 检定 是查明确认计量器具是否符合法定要求的程序 它包括检查 加标记和出具检定证书 检定具有法制性由下计量检定机构执行 4 校准与检定的主要区别 1校准不具法制性 是企业自愿行为 检定具有法制性 属计量管理范畴的执法行为 2校准主要确定测量器具的示值误差 检定是对测量器具的计量特性及技术要求的全面评定 3校准的依据是校准规范 校准方法 可统一规定也可自行制定 检定的依据检定规程 4校准不判断测量器具合格与否 检定要对所检的测量器具作出合格与否的结论 5校准结果通常是发校准证书或校准报告 检定结果合格的发检定证书 不合格的发不合格通知书 试验室管理 试验室的管理是通过质量管理体系的建立和运行来实现的 质量管理体系文件包括 质量管理手册 程序文件以及质量体系运行中产生的各种质量文件 质量管理手册 是试验室从事各项质量活动的唯一法规性文件 是质量体系在试验室运行的依据 质量管理手册包括以下内容 1组织与管理2质量体系的建立3人员4试验室设施和环境5仪器设备的管理6量值溯源和校准7试验方法的选用8试验样品的管理9试验记录管理10试验报告11外部支持服务和供应12试验的分包13抱怨的处理 程序文件应包括下列内容 1质量体系文件的控制和维护程序 2质量体系管理评审程序 3质量体系审核程序 4保护委托方的机密信息和所有权程序 5开展新试验项目管理程序 6允许偏离和纠正程序 7控制偏离的管理程序 8试验工作管理程序 9量值溯源程序 10仪器设备控制与管理程序 11仪器设备购置 验收及流转程序 12培训与考核程序 13试验环境的建立 维护和管理程序 14现场试验管理程序 15试验方法管理程序 16复验程序 17抽样程序 18保护数据完整和安全性管理程序 19计算机软件管理程序 20消耗材料的采购 验收和贮存程序 21样品管理程序 22记录管理程序 23档案管理程序 24试验报告的编制和管理程序 25试验工作的分包管理程序 26外部支持服务和供应管理程序 27抱怨处理程序 1 米 m 国际单位制 SI 2 千克 kg 3 秒 s 4 安 A 5 开 K 6 摩 mol 7 坎 cd SI导出单位 二 法定计量单位 土工试验中常用单位换算 三 法定计量单位的使用规则 1 法定计量单位名称 法定计量单位名称一般指其中文名 用于叙述文字和口述中 组合单位的名称与其符号表示的顺序一致 遇到除号读 每 如J mol K 焦耳每摩尔开尔文 乘方形式的单位举例 m4 四次方米 s 1 每秒 计算单位的符号分为单位符号 SI 通用 和单位的中文符号 单位符号一般用正体小写字母 以人名命名的第一个字母大写 N W N m 2 计量单位符号 词头的名称紧接单位的名称 如 平方千米 而不是 千平方米 通过相乘构成的组合单位在加词头时 词头在第一个单位前 如力矩单位kN m 不宜写成N km组合单位的符号中 某单位符号同时又是词头 尽量将它置于单位符号右侧 如力矩单位N m词头h da d c 百 十 分 厘 一般只用于某些长度 面积 体积单位和已惯用的地方 一般不在组合单位的分子分母中同时使用词头 如J K或kJ K 而不是J mK 选用词头时一般使量的数值在0 1 1000范围内 万和亿可放在单位号之前作为数值之用 其它中文词不得放在单位号前做数值 如3千秒 1 3每千秒 而不是 3千每秒 建议所有量使用SI 国际单位制 3 词头使用方法 第二章数据处理和测量误差 一 近似数对任何数 包括无限不循环小数和循环小数 截取一定位数后所得的即是近似数 二 有效数字当近似数从左边的第一个非零数字算起 直到最末一位数字为止的所有数字都是有效数字 19 8mm三位有效数字 19 80mm四位有效数字 在计量中 小数点右边第一个非 0 数后的 0 不能舍去 都是有效数字 三 数据修约根据保留的数位的要求 按一定规则将多余的位数舍去 留下需要数位的数字代替原数 这一过程称为数据修约 1 记录数据时只保留一位可疑数字 2 除非另有规定 可疑数字表示末位上有 1个单位 或下一位有 5个单位的误差 3 当有效数字位数确定后 其余数字一律舍去 逢5进1 等于5时 前一位为奇数加1 偶数则舍去不计 数据修约基本法则 四 近似数运算 1 加 减运算近似数的加减中 其位数以小数位最少的数为准 其余各数均修约成比该数多保留一位 结果与小数位最少的数相同 例 18 3 1 4546 0 876 18 3 1 45 0 88 20 63 20 6 2 乘 除 开方运算在进行数的乘除运算 以有效数字位数最少的数为准 其余各数的有效数字位比它多保留一位 结果与有效数字位最少的数相同 例 1 1 0 3268 0 10300 1 1 0 327 0 103 0 037049 0 037 五 测量误差测量结果减去被测量的真值所得的差 称为测量误差 测量误差 测量结果 真值 六 相对误差测量误差除于被测量的真值所得的商 称为相对误差 七 偏差个别测量结果与几次测定结果平均值的差 绝对偏差 相对偏差 标准偏差 相对标准偏差 八 随机误差和系统误差 1 随机误差 测量结果与在重复条件下对同一被测量进行无限多次测量所得的平均值之差 2 系统误差 在重复条件下 对同一被测量进行无限多次测量所得的平均值与被测量真值之差 九 修正值用代数方法与未修正测量结果相加 以补偿其系统误差的值 十 误差来源 1 仪器误差 2 环境误差 3 人员误差 4 方法误差1 方法本身的缺陷2 引用规范 试验方法错误或过时 一 勘察行业职业道德规范诚信为本 质量第一 崇尚科学 追求卓越 受岗敬业 团结协作 遵纪守法 公平竞争 第五章全国勘察行业关于职业道德规定和规范 二 勘察设计行业职业道德准则 1 8 条P30 三 勘察设计行业职业从业公约 1 8 条P31 第三篇土力学理论 土的基本特性及其指标 1物理性指标 天然密度 含水量 土粒比重 孔隙比 液性指数 塑性指数 液限 塑限 曲率系数 不均匀系数 相对密度 饱和度 粘粒含量 2力学性指标 2 1变形指标 压缩系数 压缩模量 渗透系数 先期固结压力 压缩指数 回弹指数 回弹模量 湿陷系数 自重湿陷系数 湿陷起始压力 自由膨胀率 收缩系数 2 2强度指标 内摩擦角 粘聚力 无侧限抗压强度 灵敏度3渗透性指标 渗透系数 固结系数 4压实性指标 最优含水量 最大干密度 5化学性指标 腐蚀性分析 土 是岩石经过风化后在不同条件下形成的自然历史的产物 搬运 沉积 土的形成过程形成条件 物理力学性质 风化 影响 第六章土的结构与物理性质 生物风化 物理风化 化学风化 量变 无粘性土 原生矿物 质变 粘性土 次生矿物 动植物的活动 1 风化 有机质 岩石和土的粗颗粒受各种气候因素的影响产生胀缩而发生裂缝 或在运动过程中因碰撞和摩擦而破碎 母岩表面和碎散的颗粒受环境因素的作用而改变其矿物的化学成分 形成新的矿物 物理风化 温度变化 水的冻胀 波浪冲击 地震 化学风化 岩体与空气 水和各种水溶液相互作用 水解作用 水化作用 氧化作用 溶解作用 酸化作用 2 搬运与沉积 残积土无搬运 运积土有搬运 土质较好 残积土强风化弱风化微风化母岩体 颗粒表面粗糙多棱角粗细不均无层理 母岩表层经风化作用破碎成岩屑或细小颗粒后 未经搬运残留在原地的堆积物 风化所形成的土颗粒 受自然力的作用搬运到远近不同的地点所沉积的堆积物 运积土有搬运 风 风积土 重力 坡积土 流水 洪积土冲积土湖泊沼泽沉积土海相沉积物 冰川 冰积土 土粒粗细不同 性质不均匀 有分选性 近粗远细 浑圆度分选性明显 土层交迭 含有机物淤泥 土性差 颗粒细 表层松软 土性差 土粒粗细变化较大 性质不均匀 颗粒均匀 层厚而不具层理 土是由固体颗粒 水 气三相组成 土具有孔隙 部分孔隙相通 具有透水性 土颗粒间联结很弱或无联结 荷载作用会产生相对位移 孔隙水排出孔隙减小 土的变形较大 土中水的排出非加荷瞬间完成 土的变形需要一定的时间完成 5 土的变形除了产生弹性变形 还会产生残余变形 土的工程特征 土颗粒或粒团的空间排列和相互联结 一 土的结构 力学特性 土的结构和构造 影响 重塑土的强度 原状土的强度 表明 土的组成不是全部的决定因素 土的结构 包括微观结构和宏观结构两层概念 土的微观结构 指土粒的原位集合体特征 包括土粒的大小 形状 矿物成份 形状 排列 土中水和孔隙特征等 土的宏观结构 是同一土层中的物质成份和颗粒大小等都相近的各部分之间的相互关系 为土层的层理 裂隙及大孔隙等宏观特征 土的结构定义 土的结构性 在成土过程中所形成的土粒的空间排列及其联结形式 与组成土的颗粒大小 颗粒形状 矿物成分和沉积条件有关 1 单粒结构 粗矿物颗粒在水或空气中在自重作用下沉落形成的单粒结构 其特点是土粒间存在点与点的接触 根据形成条件不同 可分为疏松状态和密实状态 2 蜂窝结构 颗粒间点与点接触 由于彼此之间引力大于重力 接触后 不再继续下沉 形成链环单位 很多链环联结起来 形成孔隙较大的蜂窝状结构 3 絮状结构 细微粘粒大都呈针状或片状 质量极轻 在水中处于悬浮状态 当悬液介质发生变化时 土粒表面的弱结合水厚度减薄 粘粒互相接近 凝聚成絮状物下沉 形成孔隙较大的絮状结构 土的微观结构图 电镜扫锚 二 土的构造 土的构造是指土体中各结构单元之间的关系 主要特征是土的成层性和裂隙性 即层理构造和裂隙构造 二者都造成了土的不均匀性 1 层理构造 土粒在沉积过程中 由于不同阶段沉积的物质成分 颗粒大小或颜色不同 而沿竖向呈现出成层特征 2 裂隙构造 土体被许多不连续的小裂隙所分割 在裂隙中常充填有各种盐类的沉淀物 一 土中固体颗粒 气相 固相 液相 构成土骨架 起决定作用 重要影响 土体 次要作用 三 土的组成 物理状态力学特性 粒径级配 矿物成分 颗粒形状 土中固体颗粒 1 矿物成分 原生矿物石英 长石 云母等次生矿物主要是粘土矿物 包括三种类型高岭石 伊里石 蒙脱石 粘土矿物 由硅片和铝片构成的晶包所组合而成 土中矿物类型 2 粒径级配 颗粒大小 各粒径成分在土中占的比例 狭义的粒径级配 影响土性的主因 粒径级配 确定方法筛分法 适用于粗粒土 0 075mm 沉降分析法 比重计法 适用于细粒土 0 075mm 各粒组的相对含量 用质量百分数来表示 表述方法粒径级配累积曲线 d60 d50 d10 d30 特征粒径 d50 平均粒径d60 控制粒径d10 有效粒径d30 中值粒径 不均匀程度 Cu d60 d10 连续程度 Cc d302 d60 d10 曲率系数 不均匀系数 Cu 5 级配不均匀 粗细程度 用d50表示 不均匀系数 界限粒径与有效粒径之比 土的不均匀系数越大 表明土的粒度组成愈分散 Cu d60 d10曲率系数 表示某种中间粒径的粒组是否缺失的情况 Cs d302 d60 d10 指标应用 Cu值越小 表明土的粒径分布均匀 曲线较陡 级配不良 反之 Cu值越大 表明土的粒径分布不均 曲线平缓 级配良好 容易压实 工程中分类 Cu5为级配良好的非均粒土 1 Cs 3的土称为级配不良的土 砂土的相对密度 砂土最疏松状态的孔隙比和天然状态的孔隙比之差 与砂土最疏松状态的孔隙比和最紧密状态的孔隙比之差的比值 即Dr emax e emax emin 天然状态下的孔隙比介于最大与最小孔隙比之间 所以 Dr值变化在0 1之间 通常把作为砂土的结构指标 分为以下三种状态 0 Dr 0 33疏松0 33 Dr 0 67中密0 67 Dr 1密实 粒度与粒组 粒组按粗细进行分组 将粒径接近的归成一类界限粒径 表1土的粒组划分方案 6大粒组 1 碎石土粒径大于200的颗粒含量超过全重的50 的土称为碎石土 根据粒组含量及颗粒的形成分为漂石 块石 卵石 碎石 圆砾和角砾 土的名称颗粒形状颗粒级配漂石圆形及亚圆形为主粒径大于200mm的颗粒含量超过全重的50 块石棱角形为主卵石圆形及亚圆形为主粒径大于20mm的颗粒含量超过全重的50 碎石棱角形为主圆砾圆形及亚圆形为主粒径大于2mm的颗粒含量超过全重的50 角砾棱角形为主 2 砂土粒径大于2的颗粒含量不超过全重的50 粒径大于0075的颗粒超过全重的50 的土称为砂类土 根据粒组含量可分为砾砂 粗砂 中砂 细砂和粉砂 土的名称粒组含量砾砂粒径大于2mm的颗粒占全重的25 50 粗砂粒径大于0 5mm的颗粒超过全重的50 中砂粒径大于0 25mm的颗粒超过全重的50 细砂粒径大于0 075mm的颗粒超过全重的85 粉砂粒径大于0 075mm的颗粒超过全重的50 3 粉土粒径大于0 075的颗粒不超过全重50 且塑性指数小于等于10的土定名为粉土 粉土的密实度和湿度分别根据孔隙比 含水量分为以下三种 e0 9稍密w 30很湿 4 粘性土当塑性指数大于10 且小于17时 定名为粉质粘土 当塑性指数大于17时 应定名为粘土 根据液性指数可以将粘性土的状态分为以下几类 IL 0坚硬01 0流塑 5 填土填土系指由人类活动而堆填的土 根据其物质组成和堆填方式 可分为以下三类 a素填土 由天然土经人工扰动和搬运堆填而成 不含杂质或杂质很少 由碎石 砂 粉土和粘性土等一种或几种材料组成 不含杂质或杂质很少 b杂填土 含有大量建筑垃圾 工业废料或生活垃圾等杂物 按其组成物质成分和特征分为 建筑垃圾土 工业废料土 生活垃圾土等 c冲填土 由水力冲填泥砂组成的 填土按堆积时间可分为三类 a古填土 堆填时间在50年以上的 b老填土 堆填时间在15 50年的填粘土或填粉质粘土 c新填土 堆填时间在15年以下的填粘土或填粉质粘土 6 软土天然孔隙比大于或等于1 0 且天然含水量大于液限含水量的细粒土即为软土 包括淤泥 淤泥质土 其压缩系数大于0 5MPa 不排水抗剪度宜小于20kpa 分类标准如下 软土的工程性质 触变性 流变性 高压缩性 低强度 低透水性 不均匀性 7 特殊土是指在特定的地理环境下形成的具有特殊性质的土 主要有 湿陷性黄土 膨胀土 红粘土 冻土等 湿陷性土 指浸水后产生附加沉降 其湿陷系数大于或等于0 015的土 膨胀土 是指土中黏粒成分主要由亲水性矿物组成 同时具有显著的吸水膨胀和失水收缩特性 其自由膨胀率不小于40 的黏性土 红黏土 是指碳酸盐系的岩石经红土化作用形成的高塑性黏土 其液限一般大于50 红黏土经搬运后仍保留其基本特征 其液限大于45的为次生红黏土 结晶水矿物内部的水结合水吸附在土颗粒表面的水自由水电场引力作用范围之外的水土中冰由自由水冻成 冻胀融陷 二 土中水 结合水 排列致密 定向性强密度 1g cm3冰点处于零下几十度具有固体的的特性温度高于100 C时可蒸发 强结合水 位于强结合水之外 电场引力作用范围之内外力作用下可以移动不因重力而移动 有粘滞性 弱结合水 自由水 重力水 毛细水 在重力作用下可在土中自由流动 存在于固气之间在重力与表面张力作用下可在土粒间空隙中自由移动 自由气体 与大气连通 对土的性质影响不大封闭气体 增加土的弹性 阻塞渗流通道 土体中的气 存在于土体孔隙中未被水所占据的部位 在粗粒沉积物中 土中气与大气相连 在外力作用下 易排出 所以对土体的力学性质影响不大 在细粒中 存在与大气隔绝的封闭气泡 外力作用下 易溶解 外力卸除又重新释放 使土体弹性增加 透水减小 其主要成份有 CO2 O2 N2等 二 土中气 土的三个组成相的体积和质量上的比例关系 密实程度干湿程度 特点 指标概念简单 数量很多 要点 名称 概念或定义 符号 表达式 单位或量纲 常见值或范围 联系与区别 定义 基本方法 三相草图法 四 土的物理指标 1 三相草图 质量 体积 三相草图 已知关系五个 共有九个参数 VVvVsVaV msm mam 三相草图法 对于饱和土 Va 0 实验室测定 其它指标 是一种简单而实用的方法 2 室内测定的三个基本指标 土的密度 土粒的比重 土的含水量 土的密度 土的容重 g 工程上更常用 用于计算土的自重应力 单位 kg m3或g cm3 单位 kN m3 一般范围 1 60 2 20g cm3 定义 土单位体积的质量 有时也称土的天然密度 表达式 相关指标 三相草图有助于直观理解物性指标的概念 土粒比重 s 土粒的密度 单位体积土粒的质量 单位 无量纲 土粒比重一般范围 粘性土2 70 2 75砂土2 65 4 C时纯蒸馏水的密度 1 0g cm3 土粒比重在数值上等于土粒的密度 定义 土粒的密度与4 C时纯蒸馏水的密度的比值 表达式 土的含水量 定义 土中水的质量与土粒质量之比 用百分数表示 注意 其实是含水比 可达到或超过100 表达式 表示土中孔隙含量的指标 孔隙比 孔隙率 孔隙度 其它常用的物理性质指标 关系 在某种程度上反映土的松密 砂类土 28 35 粘性土 30 50 有的可达60 70 定义 土中孔隙体积与固体颗粒体积之比 无量纲 表达式 定义 土中孔隙体积与总体积之比 用百分数表示 表达式 Vs 1 Vv e V 1 e 三相草图可用于确定物性指标之间的关系 表示土中含水程度的指标 含水量 饱和度 表达式 定义 土中水的体积与孔隙体积的比值 饱和度表示孔隙中充满水的程度 Sr 0 干土Sr 1 饱和土 表示土中密度和容重的指标 天然密度 干密度 饱和密度 天然容重 干容重 浮容重 浮密度 有效容重 饱和容重 单位 kN m3 定义 土被完全烘干时的密度 等于单位体积内土粒的质量 表达式 土从一种状态转入到另一种状态时的含水量称为界限含水量 流动状态与可塑状态之间的分界含水量定义为液限WL 从可塑状态转入到半固体状态的分界含水量称为塑限WP 液限与塑限是试验室直接测定的 由此可计算求得其它指标如下 塑性指数IP 土呈可塑状态时含水量变化的范围 代表土的可塑程度 IP WL WP液性指数IL 土抵抗外力的量度 其值越大 抵抗外力的能力越小 IL W WP WL WP 含水比u 土的天然含水量与液限含水量之比 u W WL活动度A 土的含水量变化时 土的体积相应变化的程度 其值越大 变化程度越大 A IP P0 002根据塑性指数的大小可将粘性土分类如下 30 075mm的粒径含量不超过50 1017粘土当天然含水量大于液限 天然孔隙比大于1 0的粉质粘土或天然孔隙比大于1 3的粘土称为淤泥质土 五 土的可塑性指标 第七章土的力学性质 一 土的渗透性 渗流 水 气等在土体孔隙中流动的现象 水头 水中某点所受压力 常以此压力相当的水柱高度来表示 水柱高即为水头 层流 水在流动时 其任意两点的运动轨迹 称为流线 各流线互不相交则称为层流 紊流 流线相交 使水流呈不规则状态 则称紊流 水力梯度 两点水头差与渗流长度的比值 i H L 一 基本概念 适用条件 i v o vcr i 层流 线性流 大部分砂土 粉土 疏松的粘土及砂性较重的粘性土 二 达西定律 i h L Q qt VAt V ki 三 渗透系数测定方法 室内试验方法1 常水头试验法 结果整理 试验装置 如图 试验条件 h A L const 量测变量 Q t 室内试验方法2 变水头试验法 试验装置 如图 试验条件 h变化 A L const 量测变量 h t 透水性较小的粘性土 常水头法仅适用于 透水性较大的砂性土 二 土的变形性 1 土在荷载作用下的变形 1 弹性变形 2 塑性变形 土颗粒在外力作用下发生剪切变形使土颗粒产生相对移动 引起不可逆变化 称为 塑性变形 3 压缩变形 土层受压 孔隙水空气排出 孔隙体积减小 固体颗粒挤紧 土体呈压状态 一 基本概念 2 土在无荷载作用下的变形 1 膨胀土 胀缩 2 黄土 湿陷 3 土的压缩变形土的压缩性是指土在压力作用下体积缩小的特性 压缩量的组成固体颗粒的压缩土中水的压缩空气的排出水的排出 占总压缩量的1 400不到 忽略不计 压缩量主要组成部分 透水性好 水易于排出 压缩稳定很快完成 透水性差 水不易排出 压缩稳定需要很长一段时间 水槽 内环 环刀 透水石 试样 传压板 百分表 施加荷载 静置至变形稳定逐级加大荷载 测定 轴向应力轴向变形 试验结果 二 固结 压缩 试验 土的压缩性可用图中割线的斜率表示 设割线与横座标的夹角为 则 压缩系数 土体在侧限条件下孔隙比减小量与有效应力增量的比值 为了便于应用和比较 通常采用压力间隔由增加到时所得的压缩系数来评定土的压缩性 土的体积压缩系数 土体在侧限条件下的竖向应变与竖向附加应力的比值 e P曲线 土的压缩模量 土体在侧限条件下的竖向附加应力与竖向应变的比值 e P曲线 压缩系数 KPa 1 MPa 1 侧限压缩模量 KPa MPa侧限变形模量 固体颗粒 孔隙 体积压缩系数 KPa 1 MPa 1 压缩系数 KPa 1 a1 2常用作比较土的压缩性大小 e 压缩指数 Ce 回弹指数 再压缩指数 Ce Cc 一般Ce 0 1 0 2Cc e p 曲线缺点 不能反映土的应力历史 特点 有一段较长的直线段 土的压缩指数 土体在侧限条件下孔隙比减小量与有效应力常用对数增量的比值 e lgp 曲线 前期固结应力pc 土在应力历史上 固结过程中 所受到的最大有效应力 超固结比OCR 前期固结应力与现有的自重应力之比 即OCR pc p1 正常固结土 OCR 1 土层历史上经受的最大压力等于现有覆盖土的自重 超固结土 OCR 1 土层历史上经受的最大压力大于现有覆盖土的自重OCR愈大 土受到超固结作用愈强 其它条件相同 压缩性愈低 欠固结土 OCR 1 土层历史上经受的最大压力小于现有覆盖土的自重 土体在自重作用下还没有完全固结 土的固结应力末全部转化为有效应力 即尚有一部分由孔隙水所承担 即pc p1 如人工填土或新近沉积粘性土 土的固结历史与前期固结压力 三联固结仪 三 土的强度 土的抗剪强度 土体抵抗剪切破坏的极限能力 其数值等于剪切破坏时滑动面上的剪应力 土的强度破坏主要是剪切破坏 一 基本概念 土的应力状态 正应力和剪应力 c粘聚力 内摩擦角 f 土的抗剪强度 tg 摩擦强度 正比于压力 c 粘聚强度 与所受压力无关 固定滑裂面 一般应力状态如何判断是否破坏 借助于莫尔圆 1 库仑公式1773 滑动摩擦 1 摩擦强度 tg 砂土 1 滑动摩擦 2 抗剪强度的构成 2 咬合摩擦引起的剪胀 滑动摩擦 咬合摩擦引起的剪胀 3 颗粒的破碎与重排列 滑动摩擦 颗粒破碎与重排列 咬合摩擦引起的剪胀 粘聚强度机理静电引力 库仑力 范德华力颗粒间胶结假粘聚力 毛细力等 粘聚强度影响因素地质历史粘土颗粒矿物成分密度离子价与离子浓度 2 凝聚强度 粘性土 1 和 2 二 极限平衡应力状态 极限平衡应力状态 当土体中某一点任意平面上的应力状态达到 f 称该点处于极限平衡状态 土的强度包线 所有达到极限平衡状态的莫尔园的公切线 f 三 试验目的和要求 1 测定最大抗剪强度 分析土体是否破坏 2 测定残余强度 土体破坏后的剩余强度 3 测定长期强度 土体破坏前的蠕变强度 4 测定应力 应变关系 四 试验仪器 1 直剪 单面直剪仪 双面直剪仪 单剪仪和直剪扭转仪 2 其它 通用三轴仪 无侧限抗压强度仪 搞拉强度试验仪和真三轴仪 通过控制剪切速率来近似模拟排水条件 1 固结慢剪 工期长 施加正应力 充分固结慢慢施加剪应力 小于0 02mm 分 以保证无超静孔压2 固结快剪 工期短 施加正应力 充分固结在3 5分钟内剪切破坏3 快剪 施工快 施加正应力后立即剪切3 5分钟内剪切破坏 直剪试验 压力室 压力水 排水管 阀门 轴向加压杆 有机玻璃罩 橡皮膜 透水石 顶帽 三轴试验 1 试样应力特点与试验方法 2 强度包线 3 试验类型 4 优缺点 方法 首先试样施加静水压力 室压 围压 1 2 3 然后通过活塞杆施加的是应力差 1 1 3 1 试样应力特点与试验方法 特点 试样是轴对称应力状态 垂直应力 z一般是大主应力 径向与切向应力总是相等 r 亦即 1 z 2 3 r 强度包线 1 f c 1 f 1 1 3 1 15 分别作围压 为100kPa 200kPa 300kPa的三轴试验 得到破坏时相应的 1 f 绘制三个破坏状态的应力摩尔圆 画出它们的公切线 强度包线 得到强度指标c与 2 强度包线 强度包线用库仑公式表示为 c tan 和 为剪切面上的剪应力和垂直应力 与大小主应力 1和 3及破坏面的倾角有如下关系 固结排水试验 CD试验 1打开排水阀门 施加围压 后充分固结 超静孔隙水压力完全消散 2打开排水阀门 慢慢施加轴向应力差 以便充分排水 避免产生超静孔压 固结不排水试验 CU试验 1打开排水阀门 施加围压 后充分固结 超静孔隙水压力完全消散 2关闭排水阀门 很快剪切破坏 在施加轴向应力差 过程中不排水 不固结不排水试验 UU试验 1关闭排水阀门 围压 下不固结 2关闭排水阀门 很快剪切破坏 在施加轴向应力差 过程中不排水 cd d ccu cu cu u 3 试验类型 1 试验条件 模拟工程排水条件 压力室 压力水 排水管 阀门 轴向加压杆 有机玻璃罩 橡皮膜 透水石 顶帽 施加围压 充分固结施加 1 时 排水阀门始终打开 速度慢足以使孔压消散始终u 0 u 1 固结排水试验 强度指标 cd d 在整个试验过程中 时间长 孔隙水压力始终为0 总应力等于有效应力 所以总应力圆就是有效应力圆 总应力破坏包线就是有效应力破坏包线 正常固结土 剪缩 超固结土 剪胀 正常固结土