工程用土 河南交通职业技术学院

工程用土,河南交通职业技术学院,曹学禹,2,第一节土的三相组成及物理性质指标换算,3,土是地壳表层的物质,在长期风化、搬运、磨蚀、沉积作用的过程中，形成的大小不等，未经胶结的一切松散物质。,4,二,土的三相组成,5,固相：土颗粒-构成土的骨架,决定土的性质-大小、形状、成分、组成、排列液相：水和溶解于水中物质气相：空气及其他气体,干土=固体+气体（二相）湿土=固体+液体+气体（三相）饱和土=固体+液体（二相）,6,7,1.天然密度土体的天然密度也称湿密度，是指天然状态下土体试样单位体积的质量。,2.干密度干燥状态下土体试样单位体积的质量称为干密度。即土体中固体土粒的质量与土样总体积的比值，,8,3.饱和密度：指土体的孔隙中全部被水充满的情况下，土体试样单位体积的质量。即土粒的质量及孔隙中充满水的质量之和与土样的总体积的比值：,4.浮密度:土体的水下密度也称浮密度或浸水密度，是指土体在地下水面以下单位体积的质量。因土体处于水面以下，孔隙全被水充满，同时又受到水的浮力作用，使土粒质量被减轻。这时的土体的质量为土粒质量（,）加上孔隙中满水的质量(,)再减去土的体积在水下产生的浮重(),，所得,质量与土的总体积的比值即为水下密度。,9,5.土粒的相对密度：指土体固体颗粒本身的密度与水的密度之比。即土在105110下烘至恒重时的质量与同体积4时蒸馏水质量的比值。土粒的相对密度可用下列式表达：,6.土的含水率土的含水率是指土体孔隙中所含水分的质量与干土颗粒质量的百分比。,7.孔隙比：指土体中孔隙的体积（VV）与土粒的体积（VS）的比值，用小数表示。,10,8.孔隙率在天然状态下，土体中的孔隙体积与整个土体体积的百分比，称为孔隙度或孔隙率。用表示：,9.饱和度指天然土体中所含水份的体积与土体的全部孔隙体积的百分比，用来表示孔隙被水充满的程度。,或,11,四,相关试验,（一）含水量试验,1.烘干法适用于各类土，标准方法；2.酒精燃烧法适用于细粒土（有机土和石膏土除外）；3.比重法适用于砂类土。,12,烘干法1.定义和适用范围（1）土的含水率是土在105110下烘至恒量时所失去的水分质量和达到恒量后干土质量的比值，用百分数表示，本法是测定含水率的标准方法。（2）本试验方法适用于粘质土、粉质土、砂类土和有机土类。2.仪器设备（1）烘箱：可采用电热烘箱或温度能保持105110的其它能源烘箱，也可用红外线烘箱。（2）天平：感量0.01g。（3）其他：干燥器、称量盒（为简化计算手续，可将盒质量定期（36个月）调整为恒质量值）等。,13,3.试验步骤（1）取具有代表性试样，细粒土1530g，砂类土、有机土为50g，砂砾石为12Kg,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砝码，移动天平砝码，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，对砂类土不得少于6h。对含有机质超过5%的土或含石膏的土，应将温度控制在6070的恒温下，干燥1215小时为好。（3）将烘干后的试样和盒取出，放入干燥器内冷却（一般只需0.51h即可）。冷却后盖好盒盖，称质量，准确至0.01g。4.结果整理按下式计算含水率：,14,5.允许平行差值,15,酒精燃烧法1.目的及适用范围本试验方法适用于快速简易测定细粒土（含有机质的除外）的含水率。2.仪器设备(1)称量盒定期调整为恒质量；(2)天平感量0.0lg；(3)酒精纯度95；(4)其他滴管、火柴、调土刀等。,16,3.试验步骤(1)称取称量盒质量m1，准确至0.01g。(2)取具有代表性试样(1530g)，放入称量盒内，称量湿土与称量盒的质量m2，准确至0.0lg。(3)用滴管将酒精注入放有试样的称量盒中，直到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。(4)点燃盒中酒精，燃至火焰熄灭。(5)将试样冷却数分钟，按本试验3、4条方法重新燃烧两次。(6)待第三次火焰熄灭后，盖好盒盖，立即称干土质量与称量盒的质量m3，准确至0.01g。4.结果计算(1)按式计算含水率，精确至0.1。,17,18,答案,19,（二）密度试验,1.环刀法适用于细粒土，无机结合料稳定细粒土（龄期2天）；2.电动取土器法适用于硬塑土密度的快速测定；3.蜡封法适用于易破裂土和形状不规则的坚硬土；4.灌砂法适用于细粒土、砂类土和砾类土的密度，但不适用于填石路堤、大孔隙材料密度检测；5.灌水法适用于现场测定粗粒土和巨粒土的密度；6.核子法适用于快速测定路基或路面材料的密度和含水量。不宜用做仲裁试验或评定验收试验。,20,1.目的及适用范围(1)本试验用于了解土体内部结构的密实情况。(2)本试验方法适用于易破裂土和形态不规则的坚硬土。2.仪器设备(1)天平：感量0.0lg；(2)其他：烧杯、细线、石蜡及熔蜡设备、针、削土刀等。,土的密度试验(蜡封法),21,3.试验步骤(1)用削土刀切取体积大于30cm3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0.0lg。取代表性土样进行含水率测定。,22,(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。,23,(3)待冷却后，将蜡封试件在天平上称量m1,准确至0.01g。,24,(4)用细线将蜡封试件置于天平一端，使其浸浮在盛有蒸馏水的烧杯中，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。并测量蒸馏水的温度。,25,(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，将其与第3步中称量的质量相比，若质量增加,表明水分进入试件中；若浸入水分质量超过0.03g，应重作。,26,4.结果计算整理,m试件质量，g；m1蜡封试件质量，g；m2蜡封试件水中质量，g；wt蒸馏水在t时密度，g/cm3，准确至0.001g/cm3；n石蜡密度，g/cm3，应事先实测，准确至0.001g/cm3；w含水率，；土的湿密度，g/cm3；d土的干密度，g/cm3。,27,（三）比重（相对密度）试验,比重瓶法适用于粒径小于5mm的土；浮力法浮称法虹吸筒法,适用于粒径大于或等于5mm的土，且粒径大于或等于20mm的土质量应小于总土质量的10%。,均进行二次平行测定，平行差值不得大于0.02,28,第二节土的粒组划分及工程分类,29,一、粒组的划分,30,（1）土类名称可用一个基本符号表示。（2）当由两个基本符号组合表示土类时，第一个符号表示土的主成分，第二个符号表示土的副成分（土的液限或土的级配）。例如：GM粉土质砾石，GP不良级配砾石，ML低液限粉土，S-M微含粉土砂（两个字母间用短线连接，表示微含）。（3）当由3个基本符号组合表示土类时，第一个符号表示土的主成分，第二个符号表示液限的高低或级配的好坏，第三个符号表示土中所含次要成分。例如：GHC高液限含粘土砾石，CLM粉质低液限粘土，SP-M微含粉土不良级配的砂。,二、土的定名,31,32,三、土的工程分类,1.粗粒土按粒度成分及级配特征；2.细粒土按塑性指数和液限，即塑性图法；3.有机土和特殊土则分别单独各列为一类；,1.分类原则,33,2.工程分类,冻土,34,公路土工试验规程中土的分类根据土类、土组和土名的次序区分，首先按相应的粒级含量超过50来划分土类。对于混合土类，其中粒级含量小于5为不含，515为微含，1550为含量界限。对于细粒土类，按液限划分为低、中、高、很高4级。,35,4.细粒土的分类,36,位于塑性图A线或A线以上时：在B线或B线以右，称高液限粘土，记为CH；在B线以左，IP=7线以上，称低液限粘土，记为CL。2.位于塑性图A线以下：在B线或B线以右，称高液限粉土，记为MH；在B线以左，IP=4线以下，称低液限粉土，记为ML。,37,四、粒度成分分析方法,常用方法：粒径0.075mm：筛分法粒径0.075mm：密度计法、移液管法既有粒径0.075mm，又有粒径0.075mm：联合测定,38,颗粒分析试验,1.试验目的颗粒大小分析试验是测定干土中各种粒组所占该土总质量的百分数，借以明确颗粒大小分布情况，供土的分类与概略判断土的工程性质及选料之用。适用范围：0.075粒径60mm2.仪器设备：（1）标准筛：粗筛（圆孔）：孔径为60mm、40mm、20mm、10mm、5mm、2mm；细筛：孔径为2mm、1mm、0.5mm、0.25mm、0.1mm、0.075mm。（2）天平：称量5000g；称量1000g；称量200g。（3）其它：烘箱、研钵、振筛机、瓷盘、毛刷、木碾等：,39,3.试验步骤（无凝聚性土的筛分法）（1）从风干、松散的土样中，用四分法按下列规定取出代表性试样：粒径小于2mm颗粒的土取100g300g；最大粒径小于10mm的土取300g900g；最大粒径小于20mm的土取1000g2000g；最大粒径小于40mm的土取2000g4000g；最大粒径大于40mm的土取4000g以上。,40,（2）将称好的试样分批过2mm筛，分别称出筛上和筛下土质量。（3）把大于2mm筛上试样倒入依次叠好的粗筛的最上层筛中，进行筛分；若2mm筛下的试样数量过多，可以四分法缩分至100800g，然后也将试样倒入依次叠好的最上层细筛中，进行筛分，细筛也可放在振筛机上震摇，震摇时间一般为1015min。（4）由最大孔径筛开始，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。漏下的土粒应全部放入下一级筛内。并将留在各筛上的试样分别称量。（5）筛后各级筛上和筛底土的总质量与筛前所取试样质量之差不得大于1%。（6）若2mm筛下的土不超过试样总质量的10%，可省略细筛分析；若2mm筛上的土不超过试样总质量的10%，则可省略粗筛分析。,41,（1）按下式计算小于某孔径土质量百分比：式中：X小于某孔径土质量百分比（）；A小于某孔径土质量（g）；B称取试样的总质量（g）。（2）当小于2mm的土样用四分法缩分取样时，试样中小于某孔径土质量百分比：X=(ab)p100%式中：p小于2mm土占总土质量的百分比（）；a通过2mm筛的土样中小于某孔径土质量（g）；b通过2mm筛的土样中所取试样的质量（g）；,42,43,不均匀系数：Cu=d60/d10=7.7/0.5=15.4曲率系数：Cc=（d30）2/（d60d10)=2.32/(7.70.5)=1.37,44,五.粒粒度成分的表示方法,1表格法：以列表形式直接表达各粒组的相对含量,45,2累积曲线法：用一条曲线表示一种土的粒度成分，在一张图上能同时表示许多种土的级配成分。,不均匀系数：Cu=d60/d105曲率系数：Cc=（d30）2/（d60d10）13,46,3三角坐标法：用一点表示土的粒度成分，在一张图上能同时表示几种土的粒度成分。,47,第三节相对密度及界限含水量,48,一、土的天然稠度,二、相对密实度相对密实度指标是反映砂类土在天然状态下松密程度的指标。数值上它等于砂类土在最疏松状态和天然状态下孔隙比之差与最疏松状态和最密实状态下孔隙比之差的比值。即：,当,1时，土体为密实的,0时，土体为最疏松状态,49,在实际工程中，常利用标准贯入试验法或静力触探试验法，在现场测定其近似值，以作为Dr分级的参考。标准贯入试验法是用63.5kg的铁锤，悬高76cm自由下落，使之锤击内径35mm、外径51mm、长500mm的标准贯入器，向砂土层中贯入15cm后开始记数直至贯入30cm深处所需的锤击数N。,50,砂的相对密度试验,一、目的要求：掌握砂的相对密度试验方法及实验数据分析与整理，利用试验数据判断砂土的密实度。二、试验方法本试验方法适用于粒径不大于5mm的土，且粒径25mm的试样质量不大于试样总质量的15。砂的相对密度试验是进行砂的最大于密度和最小干密度试验，砂的最小干密度试验宜采用漏斗法和量筒法，砂的最大干密度试验采用振动锤击法。本试验必须进行两次平行测定两次测定的密度差值不得大于0.03gcm，取两次测值的平均值。,51,砂的最大孔隙比（最小干密度）测定,1.仪器设备（1）500ml量筒及内径600mm的1000ml量筒；（2）颈管的内径为12mm的长颈漏斗，颈口磨平；（3）直径15mm的锥形塞，并焊接在铁杆上；（4）砂面拂平器；（5）电动最小孔隙比仪；（6）称量1000g、最小分度值1g的天平。,52,2.操作步骤称取代表性的烘干或充分风干试样1.5kg，用手搓揉或用圆木在橡皮板上碾散，并拌和均匀。将锥形塞杆自长颈漏斗下口向上穿入，并向上提起，以使锥底堵住漏斗管口，一并放入容积1000ml的量筒内，并使其下端与量筒底接触。称取试样700g，分数次均匀缓慢地倒入漏斗中，将漏斗和锥形塞杆同时提高，然后下移塞杆，使锥体略离开管口，管口应经常保持高出砂面约12cm的距离，从而使试样缓慢且均匀颁布地落入量筒中。试样全部松散地落入量筒后，取出漏斗和锥形塞，用砂面拂平器将砂面拂平，然后测记试样体积，估读至5ml。在漏斗法试验测记试样体积后，紧接着用手掌或橡皮板堵住量筒口，将量筒倒转，然后缓慢地转回到原来位置，如此重复数次后，再记下试样在量筒内所占体积的最大值，估读至5ml。取漏斗法和量筒法两种方法中测得的较大试样体积值，并计算最小干密度及最大孔隙比。砂的最大孔隙比(最小干密度)试验必须进行两次平行测定，两次测定的密度差值不得大于0.03g/cm3，并取两次测值的平均值。,53,砂的最小孔隙比(最大干密度)测定砂的最小孔隙比试验，也称砂的最大干密度试验，就是测定砂在最紧密状态的孔隙比及干密度的试验，砂的最小孔隙比(最大干密度)试验采用振动锤击法。1.仪器设备（1）金属圆筒，有两种：一种容积250ml、内径为5cm；另一种容积1000ml、内径为10cm，高度均为12.7cm，附护筒。（2）振动叉。（3）击锤，锤质量1.25kg，落15cm，锤直径5cm。,振动叉,击锤,54,2.操作步骤（1）称取代表性试样4000g，拌匀，分3次倒入金属圆筒内，且为圆筒容积的1/3，试样每次倒入圆筒后，先用振动叉以每分钟150200次的速度各敲打圆筒两侧，并在同一时间内以每分钟3060次的速度用击锤锤击试样表面，直至试样体积不变为止(一般需1510min)，如此重复第二层和第三层。（2）振毕后，取下护筒，并且修土刀齐圆顶面刮平试样，然后称圆筒内和试样的总质量，计算出试样质量，准确至1g，并记录试样体积。（3）砂的最小孔隙比(最大干密度)试验必须进行两次平行测定，两次测定的密度差值不得大于0.03g/cm3，并取两次测值的平均值。,55,三、成果整理,56,三、粘性土的界限含水量,粘性土从一种状态过渡到另一种状态，可用某一界限含水率来区分，这种界限含水率称为稠度界限或阿太堡界限。,57,液限（wL）从流动状态转变为可塑状态的界限含水率，也就是可塑状态的上限含水率；塑限（wp）从可塑状态转变为半固体状态的界限含水率，也就是可塑状态的下限含水率；缩限（ws）从半固体状态转变为固体状态的界限含水率，亦即粘性土随着含水率的减小而体积开始不变时的含水率。,58,土的界限含水量试验,试验方法：1.液塑限联合测定法液限、塑限2.滚搓法塑限3.碟式仪法液限,过0.5mm筛,缩限试验,59,土的界限含水率试验（液限塑限联合测定法）,1.目的及适用范围(1)本试验的目的是联合测定土的液限和塑限，为划分土类、计算天然稠度、塑性指数，供公路工程设计和施工使用。(2)本试验适用于粒径不大于0.5mm、有机质含量不大于试样总质量5的土。2.仪器设备(1)圆锥仪：锥质量为l00g（如LP-100型液限塑限联合测定仪）或76g，锥角为30，读数显示形式宜采用数码式、光电式、游标式或百分表式；(2)盛土杯：直径5cm，深度45cm；(3)天平：称量200g，感量0.01g；(4)其他：筛(孔径0.5mm)、调土刀、调土皿、称量盒、研钵(附带橡皮头的研杵或橡皮板、木棒)干燥器、吸管、凡士林等。,60,3.试验步骤(1)取有代表性的天然含水率或风干土样进行试验。如土中含大于0.5mm的土粒或杂物时，应将风干土样用带橡皮头的研杵研碎或用木棒在橡皮板上压碎，过0.5mm的筛。取0.5mm筛下的代表性土样200g，分开放入三个盛土皿中，加不同数量的蒸馏水，土样的含水率分别控制在液限(a点)、略大于塑限(c点)和二者的中间状态(b点)。用调土刀调匀，盖上湿布，放置18h以上。测定a点的锥入深度对于100g锥应为20mm0.2mm，对于76g锥应为17mm；测定c点的锥入深度对于100g锥应控制在5mm以下，对于76g锥应控制在2mm以下；对于砂类土，用100g锥测定c点的锥入深度可大于5mm，用76g锥测定c点的锥入深度可大于2mm。,61,(2)将制备的土样充分搅拌均匀，分层装入盛土杯，用力压密，使空气逸出。对于较干的土样，应先充分搓揉，用调土刀反复压实。试杯装满后，刮成与杯边齐平。(3)用光电式或数码式液限塑限联合测定仪测定时，接通电源，调平机身，打开开关，提上锥体(此时刻度或数码显示应为零)，锥头上涂少许凡士林。(4)将装好土样的试杯放在联合测定仪的升降座上，转动升降旋钮，待锥尖与土样表面刚好触时，指示灯亮，停止转动旋钮，按下检测按钮，锥体立刻自行下沉，5s时，自动停止下落，读数窗上或数码管上显示锥入深度，记作h1。(5)提起锥杆、擦净锥体并涂少许凡士林。,62,(6)改变锥尖与土接触位置(锥尖两次锥入位置距离不小于1cm)，重复步骤(4)，得锥入深度h2，h1、h2允许误差为0.5mm，否则应重作。取h1、h2平均值作为该点的锥入深度h。(7)去掉锥尖入土处的凡士林，取l0g以上的土样两个，分别装入称量盒内，称质量(准确至0.01g)，测定其含水率w1、w2(计算到0.1)。计算含水率平均值w。(8)重复本试验(2)至(7)步骤，对其他两个含水率土样进行试验，测其锥入度和含水率。,63,4.结果计算,64,65,66,67,20,2