分散性土鉴定试验步骤和计算.ppt

第四节分散性土鉴定试验步骤和计算 定义 分散性土系指土颗粒能在水中散凝呈悬浮状态 被雨水或渗流冲蚀带走而引起土体破坏的土 分散性土性状 自然界某些粘土 可称为 分散性土 具有被水冲蚀的现象 甚至比细砂或粉土还严重 这些粘土的分散性质 主要由于土颗粒之间的排斥力超过了相吸力 范德华力 故一旦接触水 土体的表面土粒逐渐依次脱落 成为悬液 如属流动水 分散土粒即被带走 这些粘土的主要特点 在于孔隙水中钠离子数量较多 钠促使土粒周围双电层水膜增加厚度 因此土粒间相吸力减小 促使粘土分散性管涌的另一个主要原因 是决定于水库蓄水所含不溶解盐类的总量 该总量越低 土坝土料的分散性管涌可能性越大 这是产生离子的 解吸附作用 之故 定义 可交换钠离子百分比 ESP为ESP Na CEC 100 式中Na 可交换钠离子数量 以100克干土内毫克当量计 CEC 可交换的离子总量 当土料ESP 7 10 库水相对说比较纯洁 土属中等分散性 当土料ESP 15 即有严重管涌的可能性 具有较高ESP值的土坝 当发生集中渗流时 有两种可能的后果 如渗水流速极慢 由于流道四周土的膨胀 流道会逐渐被封闭 如渗水初速较快 分散土粒被陆续带走 流道的扩大比土膨胀所引起的封闭为快 于是最后导致管涌失事 ESP值与其他常规土工试验所得指标之间无一定的关系 但是经验表明 管涌失事的土料一般属中等塑性 液限wL 30 50 少数也有属高塑性者 具有高ESP值 而且分散性极强的土 所含粘土一般均属蒙脱土 某些伊利土也有高度分散性 一般来讲 高岭土ESP值不高 管涌失事极少 分散性土调查与评判 搜集分散性土分布区水文 气象 气候资料 调查土壤类型 盐碱土分布情况 植物生长情况 土壤水和潜水状况 自然冲蚀和工程受损破坏情况以及防治分散性土灾害的工程措施与效果 查明分散性土形成的地质背景和特征 粘土矿物成份 化学成份 结构 构造 含盐类型 水盐动态及其与分散性土形成的关系 粘土矿物的特性 粘土矿物类型平均比表面积 m2 g 阳离子交换量塑性指数压缩指数高岭石103200 2伊利石1002550 650 6 1蒙脱石800100100 6501 6场强固定层扩散层距离双电层模型 研究地表水 地下水和土壤的水盐动态规律及其与分散性的关系 分散性土的判定应以野外调查为主 结合室内试验综合判定 并应符合以下四种鉴定试验的有关规定 分散性土工程地质评价 应根据分散性土的矿物成份和化学成份 环境水的化学成份等评价分散性土的分散性及其对工程的影响 提出防治与处理措施的建议 分散性土鉴定步骤 分散性土目前有四种鉴定的方法 针孔冲刷试验 双比重计分散度试验 孔隙水可溶盐试验 碎块试验 针孔冲刷试验 将土样制成1 5in厚 放置在针孔试验设备中固定好 在土样中间部位刺一个直径为1mm的细孔 安装好所有仪器设备部件 施加50mm水头 在常水头作用下 蒸馏水流过土样1mm直径的细孔 观测5 10分钟之间出来的水是否带有颜色 对于分散性土 5 10分钟之间出来的水带有颜色 且细孔很快被冲蚀扩大 对于非分散性土 即使在380mm水头作用下 出水还是洁净的 而且没有冲蚀现象 针孔试验评价土的分散性标准分散性试验水头试验持续时间最终孔径dz出水混浊情况 mm min mm 高分散性土5010dz 3 0很混浊分散性土50102 0 dz 3 0很混浊过渡型土180101 5 dz 2 0混浊非分散性土1020 5dz 1 5微混浊 针孔冲刷试验示意图如下 孔隙水可溶盐试验 土与蒸馏水拌和到接近液限的稠度 再用真空法将孔隙水汲出 测定孔隙水中四种金属阳离子 钙 镁 钠和钾 总量 称为TDS 以每立升中毫克当量计 meq l 可交换钠离子百分数PS Na TDS 100 判定指标PS 60 为分散性土 双比重计法 该法也称SCS 即美国土壤保持局 法 其主要步骤是对土样进行两次比重计试验 第一次使用化学分散剂与机械振动 得曲线1 第二次不使用化学分散剂及机械振动 得曲线2 两曲线的分歧即代表土的自然界的分散性 分散百分比 的定义是这两曲线在颗粒大小为0 005mm处的百分数之比 分散性土通常大于50 碎块试验 将1 4 3 8in的一块土 放在盛蒸馏水约150ml的烧杯中 观察5 10分钟 视粘土粒转入胶体悬液的情况 分成下列四种等级 等级1 没有反应 土块在杯底塌散 等级2 微有反应 土块表面附近水有混浊 等级3 中等反应 容易辨别悬液中的胶体 等级4 强烈反应 杯底有一薄层胶体沉淀 整杯水混浊 第六节反滤料试验 目的和适用范围 反滤料试验的目的是用以确定在渗透水流作用下 被保护土的反滤层土样的合理级配 适用于无粘性土 仪器设备 垂直渗透变形仪 包括仪器筒 顶盖 底座 透水板及支架 仪器筒身内径为20cm和30cm两种 仪器高度分别为直径的3倍和2倍 顶盖中心为一活塞套 透水板分上透水板和下透水板 上透水板兼起传递荷载作用 透水板孔径分别为3 5 7mm 在下渗透板之下 也可设置斜透水板 坡度为 1 1 1 1 5 用以排除水中含气 斜透水板上端设有排气孔 下图为垂直渗透变形仪示意图 供水设备 供水箱 提升架 橡皮管 供水箱设置溢流堰 能保持常水头 加荷设备 活塞杠 加荷框架 加荷杠杆和百分表支架 量测设备 测压管 量筒 秒表 温度计 百分表和测压装置 其他设备 击锤 或振动器 台秤 天平及标准筛等 试验步骤 进行渗透由上向下试验时 下游溢水箱水面应高于或位于被保护土和滤层的接触面 试验开始时 以相应于0 1 0 2的渗透坡降的水头作为第一级水头进行试验 以后每隔1h加一级水头 每抬高一级水头后 隔30min读数1次 每级水头应测读两次 流量也应进行2次测量 取其平均值 若试样未发生任何变化 流量未随时间增大 测压管无变化 无细粒移动和水色变浑等迹象 即可进行下一级水头的试验 以后各级水头 大致按0 3 0 5 1 0 1 5 2 0 3 0 4 0 的坡降逐次升高 每升高一次水头 均应按 的规定进行读数 在本级水头下 如发现细粒通过接触面跑入滤层 或发现滤层中的测压管水头差不断增大时 则本级水头和以后步骤中的每一级水头试验持续时间需延长到3 4h 当渗入滤层中细粒停止移动 位于滤层中的测压管水头差不再继续增大时 应继续升高水位 进行下一级水头的试验 不宜中断 有下列情况之一者 可以结束试验 当升高水头后 流量不断变大 被保护土中的渗流坡降减小 滤层中的渗透坡降等于被保护土中的渗透坡降 被保护土为粘质土 渗透坡降大于50 100时 被保护土为无粘性土 渗透坡降大于10时 被保护土仍未破坏 试验结束后 应缓慢降低水箱水位 以防止上层细粒在停水过程中掉入下层 或通过透水板掉入下漏斗 仪器中水放完后 分层取样 进行颗粒分析 在分层取样时 记录下列现象 滤层淤填厚度 接触带变化情况 被保护土中细粒流失粒径 流失部位 深度等 计算和制图 计算公式及有关指标 干密度 d md 2h 6 1 孔隙率 n 1 d wGS 100 6 2 式中md 试样干质量 g r 试样半径 cm h 试样高度 cm d 干密度 g cm3 w 水的密度 g cm3 n 孔隙率 Gs 土粒比重 土粒比重Gs应为粗细颗粒混合比重 即 Gs 1 P1 Gs1 P2 Gs2 6 3 式中Gs1 Gs2 分别为粒径大于和小于5mm的土粒比重 P1 P2 分别为粒径大于和小于5mm土的含量 渗透坡降 i H L 6 4 式中i 渗透坡降 H 测压管水头差 cm L 与水头差 H相应的渗径长度 cm 渗透流速 Q A 6 5 式中Q 渗流量 cm3 s A 试样面积 cm2 渗透流速 cm s 渗透系数 kT i 6 6 绘制被保护土的lgi lg 曲线和 t曲线 绘制被保护土和滤层在试验前后的颗粒级配曲线 用以确定从被保护土层中带出的土粒量及滤层内淤填量 二 回弹模量试验 目的和适用范围 本试验的目的是通过对试样进行规定压力下的加载和卸载 测定土的回弹变形量 以确定土的回弹模量值 本试验采用杠杆压力仪法和强度仪法 杠杆压力仪法用于含水率较大 硬度较小的试样 本试验适用于不同含水率和不同干密度的细粒土 杠杆仪法 仪器设备 杠杆压力仪 最大压力1500N 杠杆压力仪如图所示 击实筒 内径152mm 高166mm的金属圆筒 但在与夯击底板的立柱联接的缺口板上多一个内径5mm 深5mm的螺丝孔 用来安装千分表支架 护筒 高50mm 筒内垫块 直径151mm 高50mm 夯击底板与击实仪同 承载板 直径50mm 高80mm 千分表 2只 量程2 0mm 分度值0 001mm 秒表 分度值0 1s 试样筒与承压板 操作步骤 按重型击实法制备试样 得出最大干密度和最优含水率 按最优含水率制备试样 以规定击数在击实筒内制备试样 将装有试样的击实筒底面放在杠杆压力仪的底盘上 将承载板放在试样的中心位置 并与杠杆压力仪的加压球座对正 将千分表固定在立柱上 并将千分表的测头安装在承载板的表架上 在杠杆压力仪的加载架上施加砝码 用预定的最大压力p进行预压 对含水率大于塑限的土 p 50 100kPa 对含水率小于塑限的土 p 100 200kPa 预压应进行1 2次 每次预压1min卸载 预压后调整承载板位置 并将千分表调到零位 将预定的最大压力分为4 6级进行加载 每级加载时间为1min 记录千分表读数 同时卸载 当卸载1min时 记录千分表读数 再施加下一级荷载 如此逐级进行加载和卸载 并记录千分表读数 直至最后一级荷载 为使试验曲线的开始部分比较准确 可将第1 第2级荷载再分别分成2小级进行加载和卸载 试验中最大压力也可略大于预定的最大压力 土的回弹模量测定应进行3次平行试验 每次试验结果与回弹模量的均值之差应不超过5 计算及制图 按下列公式计算每级荷载下试样的回弹模量 E pD 1 2 4l式中E 回弹模量 kPa p 承载板上的压力 kPa D 承载板直径 cm 5 0cm l 相应于压力的回弹变形 加载读数减卸载读数 cm 土的泊松比 一般取0 35 以压力p为横坐标 回弹变形l为纵坐标 绘制p l曲线 每个试样的回弹模量取p 曲线上任一压力与其对应的按下列公式 E pD 1 2 4l计算 对于较软的土 如果p l曲线不通过原点 允许用初始直线段与纵坐标轴的交点当作原点 修正各级荷载下的回弹变形和回弹模量 强度仪法 仪器设备 路面材料强度仪 同CBR试验贯入仪 仪器示意图如下 击实筒 内径152mm 高166mm的金属圆筒 其形式和尺寸应符合SL237 011 1999规程3 1 1的规定 但在与夯击底板的立柱联接的缺口板上多一个内径5mm 深5mm的螺丝孔 用来安装千分表支架 护筒 高50mm 筒内垫块 直径151mm 高50mm 夯击底板与击实仪同 承载板 直径50mm 高80mm 千分表 量表 支杆与表夹 支杆长200mm 直径10mm 一端带有长5mm与击实筒上螺丝孔联接的螺丝杆 表夹可用钢制 也可用硬塑料制成 千分表 2只 量程2 0mm 分度值0 001mm 秒表 分度值0 1s 操作步骤 试样制备按重型击实法制备试样 得出最大干密度和最优含水率 按最优含水率制备试样 以规定击数在击实筒内制备试样 将制备好的试样和击实筒的底面放在强度仪的升降台上 千分表支杆拧在击实筒两侧的螺丝孔上 承载板放在试样表面中央位置 并与强度仪的贯入杆对正 千分表和表夹安装在支杆上 并将千分表测头安放在承载板两侧的支架上 摇动摇把 用预定的最大压力进行预压 预压方法按下列步骤进行 在杠杆压力仪的加载架上施加砝码 用预定的最大压力p进行预压 对含水率大于塑限的土 p 50 100kPa 对含水率小于塑限的土 p 100 200kPa 预压应进行1 2次 每次预压1min卸载 预压后调整承载板位置 并将千分表调到零位 将预定的最大压力分为4 6级进行加载 应预先将每级压力折算成测力计百分表的读数 可按百分表读数逐级加载 加载卸载按下列步骤进行 将预定的最大压力分为4 6级进行加载 每级加载时间为1min 记录千分表读数 同时卸载 当卸载1min时 记录千分表读数 再施加下一级荷载 如此逐级进行加载和卸载 并记录千分表读