水利部水利质检培训-土工试验检测PPT课件

.,1,土工质量检测,宋新江安徽省水利部淮委水科院（淮河流域水工程质量检测中心）2009年6月,.,2,目录,第一章概述第二章土样取样和制备第三章土的物理力学指标及其室内测定（含水率、密度、比重、颗粒分析、界限含水率、击实试验）第四章土的力学性质指标及其室内测定（渗透、固结、三轴压缩和直剪试验）第五章土工试验的原始记录和报告编写第六章土工实验室管理,.,3,.,4,一、水利工程质量的意义水利工程是一种特殊的产品。水利工程位置险要，对国民经济的影响大。水利工程地处江、河、湖、库等水域，水文条件、地质条件复杂，工程的地理位置险要，而且影响范围大，建设时效长，对国民经济的影响大。无论是灌溉、防洪，还是蓄水发电，都与人民的财产和安全息息相关，关系到国计民生的大事。工程质量是水利的生命。,.,5,水利工程质量管理和质量检测的目的和意义目的：发现问题，减少偏差；防止缺陷；将以上三项内容从速解决。对于水利工程而言，质量管理的目的是通过对施工全过程的质量控制，使工程质量符合设计和标准规定的要求，建造出符合要求的高质量产品，从而为人民大众谋利益。,.,6,作用：提高水利工程质量不符合质量要求的缺陷改正在产品形成过程中，提交合格的工程提高工程的效益准确的检测数据，为工程质量的优劣提供可靠的依据。使管理者增强紧迫感和危机感，采取切实有效的措施，把产品质量、工程质量和服务质量提高到一个新的水平。土工测试为工程提供设计需要的数据。,.,7,土工测试是探测各种土工程性质的重要途径土工测试是建筑物基础和地基承载力设计的依据，是保证岩土工程设计准确性及经济合理的基础。土工测试是土力学理论发展的基础。,.,8,四土工测试的局限性土是天然形成的材料，其性质受诸多因素影响，规律性差；土是一种古老而普通的建筑材料，是天然的大自然的产物，其性质受密度、湿度、粒度、粘土矿物及孔隙水中化学成分等多种因素的影响；当土体与建筑物共同作用时，其力学性状又会因受力状态、应力历史、加载速率和排水条件等的不同而变化。,.,9,土工试验模型已对诸多影响因素进行了简化；适合各种情况的土工试验是有困难或者是不经济的，为此，应将试验方法标准化。所以说，作为设计依据的土的各种参数，均是在高度简化条件下测定的。,.,10,试验人员应充分认识土工测试的作用和局限性及规范操作的重要性。并掌握试验原理、仪器设备、方法步骤、误差分析和与实际问题的联系等。,.,11,根据试验原理，设计试验方法时，所预想的情况也是多种多样的。例如土的强度试验，如何选定试验方法，包括剪切类型（不固结不排水剪、固结不排水剪和固结排水剪）、试验方式（直剪、单剪、三轴）、控制形式（应力控制、应变控制）等,.,12,所以要求试验人员既要学习和理解试验原则，又要训练和掌握试验方法，并能熟悉和使用仪器设备，综合起来就是要掌握土工试验基本理论，基本知识和基本技能，在此基础上向测试技术的深度和广度发展。,.,13,第二节土工测试和地基工程检测项目,室内土工试验原位测试原型观测,.,14,一、室内土工试验（1）土的物理性试验土的密度、比重、含水率、界限含水率（液限、塑限、缩限）、颗粒大小分析等，这些试验用于土的工程分类及判断土的状态。（2）土的力学性试验渗透性、压缩性和强度试验等，主要目的是提供设计参数，如渗透系数，固结系数，变形参数，抗剪强度参数等。,.,15,（3）土的化学性试验土的矿物鉴定，易溶盐，中溶盐和难溶盐，有机质，酸碱度等，这些试验用于分析土的物质成份（化学成份，矿物组成），土粒与介质溶液间的物理化学作用以及土的结构对其力学性质的影响。,.,16,表1室内岩土物理性和力学性试验项目及其成果的应用,.,17,续表1室内岩土物理性和力学性试验项目及其成果的应用,.,18,续表1室内岩土物理性和力学性试验项目及其成果的应用,.,19,续表1室内岩土物理性和力学性试验项目及其成果的应用,.,20,.,21,二、原位测试（1）特点：不用取样，扰动小；测定范围大，能反映微观，宏观结构对土性的影响，有些测试方法能连续测试获得土层的完整剖面。缺点是只能测定天然应力状态下的参数。有限的测试技术还不能测得加荷、卸荷条件下参数的变化;边界条件也不明确。,.,22,（2）试验方法静载荷试验、静力触探试验、动力触探试验、标准贯入试验、十字板剪切试验、旁压试验及波速试验等。这些测试可提供以下几类土特性指标。,.,23,土类的判别及剖面分层：孔压静力触探可较准确的判定土类并提供剖面分层，可分辨薄夹层；静力触探也可判定土类。,.,24,强度特性参数：十字板剪切试验适用于测定饱和软粘土及一般粘土的天然强度。但不适用于粉土或细砂土。载荷试验可判定粘性土的不排水强度、地基土承载力及变形参数。动力触探，静力触探及孔压静力触探试验可由经验关系间接评定强度指标。,.,25,固结特性：孔压静力触探试验可测定水平向固结系数，自钻旁压试验可测定固结系数。变形特性：载荷试验可测定承荷板影响范围的不排水杨氏模量及砂土的杨氏摸量。波速试验可测定小应变（10-5）的剪切模量，仅限于水平层的场地。自钻旁压试验可测定土的水平向剪切模量。,.,26,承载力：载荷试验及旁压试验可以测定此项系数。判别是否液化：标准贯入试验和孔压静力试验均可应用。,.,27,三、原型观测进行土工原型观测除了能及时掌握建筑物的工作性态，确保其安全外，还在验证设计与施工，预测未来工程性况，确定工程事故的法律责任及进行科学研究各方面均是十分必要的。,.,28,原型观测的必要性（1）检测的需要原型观测资料可以检验设计的合理性与科学性,评价工程施工质量，评估和验证施工新技术的优越性，对不安全迹象及险情进行检测、诊断并确定合理的加固方案。通过不断取得的观测资料证明建筑物的运行状况。,.,29,（2）预测的需要运用长期积累的观测资料分析其变化规律，对土工建筑物的未来性态作出评价及预报。（3）法律的需要对由于工程事故而引起的责任和赔偿问题，观测资料有助于确定其原因和责任，以使法庭作出公正的裁决。,.,30,（4）研究的需要观测资料是建筑物工作性态的真实反映，研究这些资料能为未来的设计提供定量的信息，可改进施工技术，有利于对建筑物破坏机理的了解及设计概念的更新。,.,31,原型观测的项目：表面变形观测：垂直位移和水平位移；内部变形观测：内部沉降观测，内部水平位移观测；孔隙水压力观测和土压力观测。,.,32,第二章土样取样和试样制备,.,33,第一节土样的取样和管理,一、概述取样方法：天然土层作用的土压力，应采取原状土；土坝等填土作用的土压力，应采取扰动土取样地点：试坑、平洞、竖井、天然地面及钻孔中取样原则：原状土不扰动、具有代表性扰动土具有代表性,.,34,二、取土仪器1采样质量土试样采取的质量可按下表2.1-1分为四个等级。表2.1-1土试样质量等级,.,35,2取样工具和取样方法采取原状土试样的取样工具和方法薄壁、回转和厚壁敞口取土器，标准贯入器，螺纹和岩芯钻头，探井（槽）取样等。注意:采取砂土试样应有防止试样失落的补充措施；有经验时，可用束节式取土器代替薄壁取土器。,.,36,土样的采取、包装及运输1、土样的采取数量：是否足够质量：选用的取土器是否合适，土样是否具有代表性，是否符合要求信息量：是否记录和提供了足够的采样信息,.,37,土样的包装及运输密封取土筒、没取满的土与筒包装：之间的缝隙装箱运输：避免在运输过程中受震、受冻以及雨水淋湿造成土样损坏。,.,38,第二节土样和试样的制备,.,39,一、目的和适用范围,1、目的：土样和试样制备是试验工作的第一个质量要素，为了保证试验成果的可靠性和试验数据的可比性，必须统一土样和试样的制备方法和程序，方法和程序正确与否，直接影响试验成果。,.,40,2、适用范围：适用于颗粒粒径小于60的扰动土样的预备程序。不同试验中原状土试样和扰动土试样的制备程序，分别在相关试验项目中进行叙述。,.,41,二、土样的验收和管理1、土样的接收和验收试验单位接收委托方土样时,应作以下检查：检查是否附有送样单及试验委托书及其他有关资料。明确试验项目、试验组数和试验方法。接收的土样数量和土样状态。,.,42,试验委托书至少应包括：委托单位、委托试验项目、依据标准、试验方法、工程名称、工程项目、试验方法及要求。送样单：应有原始记录和编号。内容应包括工程名称、试坑或钻孔编号、高程、取土深度、取样日期等。原状土送样单的原始记录上还应有地下水位高程、土样现场鉴别、描述及定名、取土方法等。,.,43,（2）按送样单和委托书进行验收土样的数量是否足够原状土筒外包装质量是否符合合同或试验委托书的要求；验收、登记并对土样进行标识后，将土样按顺序妥善存放，保持天然含水率的扰动土应置于阴凉的地方，尽量防止扰动和水分蒸发。土样从取样之日起至开始试验的时间一般不应超过3周,.,44,（3）土样的贮存和管理样品标识样品接收后，应对样品进行唯一性编号，以使样品在贮存、流转和试验过程中不发生混淆。样品贮存接收后的样品，应贮存于样品室，样品室的环境条件应能确保在贮存期不改变土样原有的物理力学性状。,.,45,样品管理样品室还应有一定的管理制度，有专人管理，以保证样品贮存的安全。样品进、出库对于样品进库和出库都应有记录，并有责任人签字。,.,46,（4）土样的处置土样留样：土工试验往往为破坏性试验，经试验后的土不能再重复使用，为了保证试验成果能符合要求和被委托方接受，试验前，应预先保留一部分土样（即留样）贮存于留样室保管。试验后土的处置：应注意不要污染环境,.,47,（5）注意事项原状土样除小心搬运和妥善存放外，试验前不应开启。开启原状土筒时，应按土样筒标明的上下方向放置，小心开启后检查土样结构，描述它的层次、气味、颜色、有无杂质、土质是否均匀、有无裂缝等。当确定原状土样已受扰动或取土质量不符合要求时，应尽快与委托方沟通，妥善处理并记录处理过程。同时不应制备力学性试验试样。,.,48,三、土样制备程序1、土样制备内容扰动土的土样制备包括土的风干、碾散、过筛、匀土、分样和贮存等预备程序和击实（击样法和压样法）、饱和等试样制备程序。原状土的土样制备包括开启试样筒和切样等。,.,49,注意点：要对土样进行描述（如顔色、土类、气味及夹杂物等）。碾土时应注意不要把土颗粒碾碎，应将扰动土置于橡皮板上用木碾碾散。,.,50,2、扰动土试样的预备程序土样描述和碾散应先进行土样状态描述，如颜色，气味、夹杂物等，并初步对土进行分类。测定其含水率。然后将土样风干并碾散，碾土时应将块状土置于橡皮板上用木碾碾压，直到碾散为止；如用碎土器，则应注意不要将土颗粒碾碎。,.,51,过筛：一般规定物理性试验土样过0.5mm筛；力学性试验（直剪、无侧限压缩、三轴剪切等）土样过2mm筛；击实试验土样过5mm筛。,.,52,.,53,测定含水率制样时或试验前对配制好的土样测定其含水率，在不同位置平行测定不少于两个含水率，其差值不应大于1%。,.,54,3、扰动土试样的制备程序1）按委托要求进行试验设计2）试样控制指标：规定同一组试样的密度与要求的密度之差不应大于0.02g/cm3；同一组试样含水率与要求的含水率之差不应大于1%。同时预留12个备用样。,.,55,3）试样制备方法击样法：根据环刀容积及要求的干密度所需要的湿土倒入装有环刀的击样器内，击实到所需密度。压样法：根据环刀容积及要求的干密度所需要的湿土倒入装有环刀的压样器内，通过活塞用静力将土样压实到所需密度。,.,56,击实法：根据试样所需要的干密度和含水率，配制相应质量的土样，按照击实试验的方法，完成试样击实，并将试样从击实筒中推出并切成所需试样。击实法往往因分层击实造成试样密度上下不一致，土体结构状况也不好，所以，如用击实法制备试样，最好采用单层击实为佳。击样和压样两种方法对土样的密度影响不大。,.,57,4、原状土试样制备程序首先应将土样筒按标明的上下方向放置，剥去蜡封和胶带，小心开启土样筒取出土样，整平试样两端。检查土样结构，并描述它的层次、气味、颜色、有无杂质、土质是否均匀、有无裂缝等。为了保证试验成果的可靠性、当确定土样已受扰动或取土质量不符合要求时，不应制备力学性试验的试样；同时应与委托方取得联系，告知土样筒开启情况，并商讨解决办法。,.,58,2）根据试验要求切取试样，应注意环刀下压时一定要垂直。根据力学性试验项目要求，原状土样同一组试样间密度的允许差值为0.03g/cm3；切取的试样如不马上进行饱和或试验时，应小心地将试样保存在保湿缸内。3）从余土中取代表性的试样测定含水率，并进行比重、颗粒分析、界限含水率等物理性试验。将剩余土样密封包装好，置于保湿缸内，以备补充试验之用。,.,59,实验室资质认定评审准则5.6抽样和样品处置中规定：5.6抽样和样品处置5.6.1实验室应有用于检测和/或校准样品的抽取、运输、接收、处置、保护、存储、保留和/或清理的程序，确保检测和/或校准样品的完整性。5.6.2实验室应按照相关技术规范或者标准实施样品的抽取、制备、传送、贮存、处置等。没有相关的技术规范或者标准的，实验室应根据适当的统计方法制定抽样计划。抽样过程应注意需要控制的因素，以确保检测和/或校准结果的有效性。,.,60,5.6.3实验室抽样记录应包括所用的抽样计划、抽样人、环境条件、必要时有抽样位置的图示或其他等效方法，如可能，还应包括抽样计划所依据的统计方法。5.6.4实验室应详细记录客户对抽样计划的偏离、添加或删节的要求，并告知相关人员。5.6.5实验室应记录接收检测或校准样品的状态，包括与正常（或规定）条件的偏离。5.6.6实验室应具有检测和/或校准样品的标识系统，避免样品或记录中的混淆。5.6.7实验室应有适当的设备设施贮存、处理样品，确保样品不受损坏。实验室应保持样品的流转记录。,.,61,第三节试样饱和1、浸水饱和适用于粗粒土，可直接在仪器上饱和。2、毛细管饱和适用于渗透系数大于10-4cm/s的细粒土，选用框式饱和器。将饱和器放入水箱内，注入清水，水面不宜将试样淹没，使土中气体得以排出。关上箱盖，防止水分蒸发，借土的毛细管作用，使试样饱和。浸水时间不少于两昼夜。,.,62,3、抽气饱和适用于渗透系数小于、等于10-4cm/s的细粒土，选用框式或叠式饱和器和真空饱和装置。,真空饱和装置1、饱和器，2、真空缸，3、橡皮塞，4、接抽气机，5、排气管，6、二通阀，7、管夹，8、引水管，9、盛水器,.,63,饱和器（a）叠式（b）框式1、夹板，2、透水板，3、环刀，4、拉杆,.,64,4、二氧化碳饱和由于二氧化碳比空气重且易溶于水，从试样底部注入二氧化碳后，试样孔隙中的空气逐渐从试样顶端排出。二氧化碳是气体，用一种气体驱赶另一种气体，不会出现气泡阻滞现象。又因二氧化碳在水中的溶解度远比空气大（约60倍），因而，当试样孔隙充满二氧化碳后，用水头饱和法饱和时，试样孔隙中的二氧化碳气泡很快溶于水成碳酸，继续水头饱和时，又可以成为一种液体（水）驱赶另一种液体（稀碳酸），最后使试样孔隙中充满纯净水，达到饱和的目的。,.,65,5、反压力饱和对试样施加反压力以使试样饱和已成为一种常用的饱和方法。反压力饱和是人为地在试样内增加孔隙水压力，使试样内的孔隙气体在压力作用下完全溶解于水中，在增大孔隙水压力的同时，等量地对试样增加周围压力，以保证作用于试样的有效压力或试样的内外应力差不变。这个在孔隙水和压力室液体中同时作用的力即为反压力。,.,66,第三章土的物理、化学性质指标及其室内测定,.,67,第一节土的密度试验,.,68,一、概述密度和比重在岩土工程中广泛应用，有时容易混淆。其实这两个名词在岩土工程中的含义是不同的。密度是单位体积的质量，用表示。容重是单位体积土的重力，用表示。（重力等于质量乘以重力加速度，即=g。而比重是土颗粒的质量与4蒸馏水（即同体积无气水）的质量的比值。它是一个无因次的量。,.,69,1、定义：土的单位体积质量。是土的基本物理性指标。2、试验原理：土样密度是采用测定试样体积和试样质量而求取。试验时，将土充满给定容积的容器，然后称取该体积土的质量；或者测定一定质量的土所占的体积。,.,70,.,71,二、环刀法1、试验仪器：环刀、天平等。2、操作步骤：首先在环刀内壁涂一薄层凡士林待用。按需要取原状土或制备的扰动土样，两端整平，将准备好的环刀刃口向下放在土样上；用切土刀（或钢丝锯）沿环刀外侧，削成略大于环刀直径的土柱，将环刀垂直下压，边削边压，至土样顶面伸出环刀为止。将两端余土削去修平，取剩余的代表性土样测定含水率。擦净环刀外壁并称量。,.,72,3、计算：d=（1+0.01）,.,73,注意问题:（1）环刀的尺寸室内试验中,考虑到与剪切、压缩等项试验所用环刀相配合，规定环刀容积为601503。一般可依土质均匀程度及土样尺寸选取不同容积的环刀尺寸。原位密度测量所用的环刀尺寸一般为1005003。,.,74,（2）切削方法在用环刀切取土样时，为防止土样扰动，沿环刀外侧削成略大于环刀直径的土柱，将环刀垂直下压，为避免环刀下压时挤压四周土样，边削边压，至土样顶面伸出环刀为止。但在野外施工现场，环刀容积较大，将土切成土柱耗时太长，一般采用直接压入法。对含水率较高的土，在刮平环刀两面时要细心，最好一次刮平，防止水分损失。另外环刀一定要购买符合要求的产品，同时要定期校验，以保证试验准确度。,.,75,三、蜡封法1、适用范围：坚硬、易碎、含有粗颗粒、形状不规则和难以切削的试样。2、试验仪器：蜡封法所需用的主要仪器设备有天平等机械式天平见下图,.,76,天平1、盛水杯，2、蜡封试样，3、细线，4、砝码,.,77,3、操作步骤；切取303的试样，削去松浮表土及尖锐棱角后，系于细线上称量得m，并测定含水率。持线将试样慢慢浸入刚过熔点的蜡中，待全部沉浸后，立即将试样提出，并检查试样表面的涂蜡是否存有气泡，若有，则用热针刺破并涂平孔口。冷却后称土加蜡质量m1。用线将试样吊在天平一端，并使试样浸没于纯水中称量得m2，取出试样，擦干蜡表面的水分后再称量一次，检查试样中是否有水浸入，如有水浸入，应重做。,.,78,.,79,5、注意事项：1）蜡封法适用于不能用环刀切取的坚硬、易碎或形状不规则的土样。2）蜡的温度蜡的温度过高，会对土样的含水率和结构造成一定影响；温度太低，蜡熔解不均匀，不易封好蜡皮。故规程规定刚过蜡的熔点。3）涂蜡方法试样表面和蜡之间是否产生气泡及试样的体积测量是否准确都将影响试验的误差。4）试验前应测量蜡的密度。,.,80,四、灌砂法1、适用范围：适用于砾类填土。2、仪器设备：灌砂法密度试验仪，包括漏斗、套环、台称、量砂等。,.,81,灌砂法密度试验仪1、漏斗，2、漏斗架，3、防风筒，4、套环,.,82,3、操作步骤：（不用套环时）在试验地点，将面积约40cm40cm的一块地面铲平，在检查填土压实密度时，应将表面未压实的土层清除掉，并将压实土层铲去一部分（其深度视需要而定），使试坑底能达到规定的深度。在刮平的地面上按规定的尺寸挖试坑。挖坑时应将已松动的试样全部取出，放入盛试样的容器内，将盖盖好，称容器加试样的质量，并取代表性试样测定含水率。,.,83,称盛量砂容器加量砂质量，在试坑上放置防风筒和漏斗，将量砂经漏斗灌入试坑内，量砂下落速度应大致相等，直至灌满试坑。试坑灌满量砂后，去掉漏斗和防风筒，用直尺刮平量砂表面，使与原地面齐平，将多余的量砂倒回量砂容器，称量砂容器加剩余量砂质量。,.,84,4、计算按公式计算湿密度和干密度。,用套环,不用套环,.,85,5、注意事项：1）量砂粒径的选择量砂密度较稳定的粒径0.250.5。2）试坑大小必须与粒径相配合，使所采取的试样有足够的代表性。规程给出了试坑体积与最大粒径关系（如P324表2.3.4)。,.,86,3）灌砂法操作中应注意的问题：操作时应尽量避免扰动周围砂粒，对试坑内已松动的颗粒须全部取出，如试坑坍塌应重新开挖。试坑面必须刮平。灌砂条件应尽量使每次灌砂条件（如灌砂落距、速度等）与测定量砂密度时一致。当试坑体积过大时，可在坑内放一已知体积的木箱，以减少砂的用量。,.,87,五、灌水法1、适用范围：适用于砾类填土。2、仪器设备：直径均匀附刻度的储水筒台秤聚乙烯塑料薄膜铲土工具、水准尺、直尺等。,.,88,灌水法密度试验示意图,.,89,3、操作步骤：与灌砂法类似。是在挖好的试坑内，先铺一层或两层厚0.1mm塑料薄膜,然后向试坑内灌满水,量测试坑体积，推算土的密度。其试验要点如下：在试验地点，整平地面，面积要大于套环面积。放上套环，在套环内铺塑料薄膜，灌水量测参考水平面至地面间的体积。在套环内挖试坑，应将松动的试样全部取出，放入盛试样的容器内，称容器加试样质量。,.,90,.,91,4、注意问题：灌水法试验比较简单，但由于塑料薄膜顺从性较差，由于坑壁凹凸不平，铺设塑料薄膜时若不注意，薄膜不能紧贴坑壁，可能会产生塑料薄膜与坑壁脱空，有时还会出现折、皱纹等现象，使测量的试坑体积偏小，导致密度变大。,.,92,六核子射线法测定原位密度1、测试原理：利用放射性物质中的高速中子和土体中氢原子撞击损失能量测定土中体积含水量；利用-射线通过土中时与土颗粒的原子冲击散射的特性，测定到达土中的-射线计数换算土的密度。2、注意问题：仪器开机后应预热1015分钟，否则，测量结果可能会出现较大的误差；每次测试前应在标准块上检查其仪器储存的标准计数；所测试的地面应铲平，以保证仪器底部与地面有良好的接触；测量时应保证源杆插入测孔既定深度，并根据测量要求规定测量时间。,.,93,七、密度试验中的误差密度试验中的误差主要是在体积测量中产生的。例如，试样修整的尺寸不准确；涂蜡时试样表面形成气泡等。各种方法之间的误差约达2%。为要提高测量的准确性，宜采用较大尺寸的试样。,.,94,第二节土的含水率试验一、概述1、定义：土样在105110温度下烘至恒量时所失去的水质量和恒量后干土质量的比值，以百分率表示。含水量这个术语不准确。含水率是土的基本物理性指标之一，它反映土的状态。含水率的变化将使土的一系列物理力学性质随之而异。,.,95,.,96,吸附水静电吸力吸附于土颗粒表面的薄层水，110不能烘掉，认为是固体颗粒一部分。第2层水与土颗粒联结的不很紧，可以烘掉，但不能用风干方法除掉。第3层水由毛管力与土颗粒联结，一般可以用风干方法除掉。重力水在土颗粒孔隙中可以移动，用重力方法即可除掉。化学结合水晶体结构中水，烘干法一般不能排除。,.,97,3、试验方法：测定含水率的方法较多，如烘干法、酒精燃烧法、炒干法、比重法、实容积法、微波法和核子射线法等等。4、适用范围：有机质含量低于5%的土。其试验原理为：土中的自由水在105110温度加热下，逐渐变成水蒸气蒸发，经过一段时间后，土中的自由水全部蒸发掉，然后土的质量不再变化，这时土的质量即为干土质量。,.,98,二、烘干法1、特点：试验简便，准确度高，结果稳定。其方法是将试样放入温度能保持在105110的电热烘箱中烘至恒值。是测定含水率的标准方法，准确度高，试验简便，结果稳定。故此法为室内测定含水率的标准方法，列入国家标准。在野外无烘箱设备或要求快速测定含水率，则可根据土的性质和工程情况分别采用其他方法。,.,99,2、主要仪器设备：天平（称量200g，0.01g）、烘箱、称量盒等天平应送法定计量检定单位进行检定，取得检定证书后方可使用，同时必须在有效的检定周期内。,.,100,3、操作步骤1）取代表性试样1530g，放入称量盒内，立即盖好盒盖，称量得湿土质量m；2）揭开盒盖，放入烘箱烘至恒量；3）将烘干后的试样连盒取出，于干燥器内冷却至室温，称干土质量md。,.,101,4、计算w=(m/md1)100试验应进行二次平行测定，取其算术平均值，允许平行差值应符合下表规定。,.,102,5、记录原始记录是试验成果和检测报告的基础，必须认真做好，应在正式的预先设计好的表格上填写；原始记录表格的信息量应充分，衡量是否充分的标准是试验能否再现。一般包括样品编号、工程名称、环境条件、仪器名称及编号、责任人等,.,103,三、酒精燃烧法：1、原理：在试样中放入酒精，利用酒精在试样上燃烧，使土中水分蒸发，将土烤干。是快速测定法中较准确的一种，适用于没有烘箱或土样较少的情况。由于此法难以控制105110的恒温条件，与定义不完全符合，故一般在现场使用，或者在制备试样时测定风干土样的含水率，供制样参考。酒精燃烧法测得的含水率略低于烘干法所测的含水率。,.,104,2、主要仪器设备：天平、称量盒、滴管等3、操作步骤：1）取代表性试样并称盒加湿土质量。2）用滴管将酒精注入试样。3）点燃酒精，烧至火焰熄灭。4）冷却数分钟，重复进行2次，火焰熄灭后，立即盖好盒盖，称盒加干土质量，准确至0.01g。,.,105,四、比重法：1、原理：该法是根据比重试验，测定湿土体积，估计土粒比重，间接计算土的含水率。由于试验时没有考虑温度的影响，所测得的结果准确度较差。土内气体能否充分排出，直接影响试验成果的精度，故此法仅适用于砂性土。,.,106,2、主要仪器设备：天平等3、试验步骤：1）取代表性砂质土样200g300g，放入土样盘内；2）注清水入玻璃瓶至瓶容积1/3左右，试样倒入瓶中，搅拌排气。3）再注清水入玻璃瓶至全部充满，盖上玻璃片，静止1min，吸去泡沫，补满清水，盖上玻璃片，擦干瓶外壁，称瓶加水加土加玻璃片质量。(4）倒掉混合液，洗净，瓶中注满清水，称瓶加水加玻璃片质量。,.,107,4、计算：,5、记录,.,108,五其他含水率测定方法1、炒干法用火炉或电炉将试样炒干，在炒干过程中，随时翻拌试样，至试样表面完全干燥。此法适用于砂性土及含砾较多的土，在工地使用。此法也不符合定义所规定的105110，炒干法温度在100150，所测的含水率略大于烘干法。,.,109,2、实容积法根据波义尔一马略特定律设计的速测含水率仪。它是通过测定土中固相和液相的体积，取土的经验比重值，换算出土的含水率。该法的原理是波义尔一马略特定律，首先要求气温基本保持不变，这在填筑工地上是很难达到的。若以标准温度为20，那么气温变化1，实容积的变化就达到5%，相应含水率的变化也约5%，为此，目前很少使用。,.,110,3微波法微波加热是近十几年来才发展的一门新技术。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，然后用波导（传送线）将微波能输送到微波加热器中，加热器中的试样受到微波的照射后就发热，使水分蒸发。由于微波具有一定的穿透深度，使被加热物体里外同时加热，因此具有均匀、快速的优点。显然，快速干燥工艺在土工试验中具有重要的意义。但微波加热的温度如何控制，烘干时间采用多长等，都是有待进一步研究的。美国于1998年将此列入ASTM标准。,.,111,4、核子射线法：利用核子法测定土石等材料原位密度和含水率是一项迅速发展的无损、快速检测新技术。目前我国已有相当数量各类进口的和国产的核子水分一密度仪在各类工程中使用，并成为质量检测和控制的一种重要工具。水利行业已制定核子水分一密度仪现场测试规程。规程名为：核子水分密度仪现场测试规程SL275-2001,.,112,表面型核子水分密度仪示意图,1、导杆，2、测杆，3、放射源，4、健盘，5、中子源，6、中子检测器，7、检测器,.,113,核子射线法测量依据是仪器所记录到的射线或热中子计数率分别与被测材料密度和含水率有确定的相关性。通过预先建立适合仪器进行密度或水分测量的标定曲线，则可根据仪器现场测量所记录的射线或热中子计数率，按相对应的标定曲线，确定被测材料的密度和含水率。,.,114,注意问题:(同密度测试)仪器开机后应预热1015分钟，否则，测量结果可能会出现较大的误差；每次测试前应在标准块上检查其仪器储存的标准计数；所测试的地面应铲平，以保证仪器底部与地面有良好的接触；测量时应保证源杆插入测孔既定深度，并根据测量要求规定测量时间。,.,115,六、含水率测定产生误差的可能原因：试样取样代表性不够，特别对于成层土以及粗细混合的土样。试样数量太少，如试样数量较多，所得的结果准确性高。土样在运输和存放期间保护不当，形成称土前水分蒸发或称干土前吸水。,.,116,烘箱温度不正确，或试样尚未达到恒量而从烘箱中取出。试样容器称量不准。为了消除误差，所用设备应定期进行检查，在操作中要细心。,.,117,第三节土粒比重试验,一、概述1、定义：土粒比重是土在105110下烘至恒值时的质量与土粒同体积4纯水质量的比值。2、含义：土是由固体颗粒组成的。固体颗粒可以是单一的矿物，如干净的石英砂。但一般是为不同比重的许多矿物的混合物。其比重是各种矿物比重的平均值。,.,118,3、比重的表示方式：1）比重（或称绝对比重）2）视比重自然界土的干质量与同体积在4时无气水质量的比值。表示土粒中含有封闭型的孔隙。3）容积比重在土中既包含有封闭型孔隙，也有开敞型孔隙。用于砾石类土。4）饱和面干比重土粒的开敞型或表面孔隙由水完全填充时的比重值。用于砾石类土。,.,119,4、检测方法：比重瓶法适用于粒径小于5的土。浮称法适用于粒径大于5的土，其中含粒径大于20颗粒小于10%。虹吸筒法适用于粒径大于5的土，其中含粒径大于20颗粒大于10%。其中小于5的土用比重瓶法测定，取加权平均值。,.,120,二、比重瓶法1、仪器设备:比重瓶,容量100ml或50ml天平恒温水槽真空抽气设备温度计等仪器的检定/校验按相关规定/标准进行。,.,121,2、测试原理比重瓶法测定土粒实体积的测试原理为:已知比重瓶的体积，一定质量的烘干土倒入瓶中排开水的体积即为土粒的实体积。,.,122,3、操作步骤：1）将烘干土装入烘干的比重瓶内；2）注纯水于比重瓶，并在砂浴上煮沸规定时间，以排除土中空气，注意土液不能溢出；3）比重瓶内注满纯水，静置，称瓶、水、土总质量；4）根据测得的温度，从已绘制的瓶、水总量中查得瓶、水总质量。注：本试验应进行二次平行测定，其平行差值不得大于0.02,取其平均值。,.,123,3）计算：mGs=Gwtm1+md-m2式中：Gs土料比重md干土质量m1瓶、水总质量m2瓶、水、土总质量Gwtt时纯水的比重。,.,124,4、注意问题：1）比重瓶大小的选择目前各单位都采用100ml的比重瓶，也有采用50ml的，经过对这两种比重瓶的比较试验，认为，比重瓶的大小对所测比重成果影响很小。但由于100ml的比重瓶采取的试样多，试样的代表性可以提高。,.,125,2）试样状态选择规程规定采用烘干土。认为烘焙对土中胶体并无有害的影响，同时烘干土可减少计算中的累计误差；但也有人认为高温烘干会引起胶体性质的变化，也会引起有机质中腐植物烧失，对于有机质含量高的土可以采用风干土，用纯水测定，等试验结束后再将土烘干。,.,126,3）干土质量的测定干土质量的测定，规程中采用将瓶烘干后加土，称量，这样可以避免土的飞扬和散失。当然也可以先称量后加土，可以提高比重瓶的周转速度，但必须注意不能发生土的飞扬和散失，确保试验质量。,.,127,4）试验用水和排气方法的选择试验用水采用纯水，要求水中不含有任何溶解的固体物质。煮沸法排气简单易行，效果好；当采用中性液体时，可采用真空抽气法；砂粒容易在煮沸时跳出，故对于砂允许采用真空抽气法。,.,128,三浮称法测定比重1、浮称法适用于粒径大于5的土，其中含粒径大于20颗粒应小于10%。2、主要仪器设备有浮称天平，如图。附带有孔径小于5、直径约1015，高约1020的铁丝筐和适合铁丝筐沉入用的盛水容器。,.,129,图5.3-1浮称天平1调平平衡砝码盘；2盛水容器；3盛土铁丝筐,.,130,3、试验步骤：1）清洗试样取代表性试样500g1000g，进行清洗，直至颗粒表面无尘土和其他杂物。2）浸泡排气试样浸泡于水中24h后取出，立即放入铁丝筐，缓缓沉没于水中，并在水中轻轻摇晃，至没有气泡溢出为止。3）称量称铁丝筐和试样在水中的总质量；取出试样烘干，并称量。4）称量测水温称铁丝筐在水中质量；同时立即测量盛水容器内水温。,.,131,.,132,按下式计算土粒平均比重：,.,133,四、虹吸筒法测定比重1、虹吸筒法适用于粒径大于5的土，其中含粒径大于20颗粒大于10%的土。2、主要仪器设备有虹吸筒、台秤、温度计等，,.,134,图5.3-2虹吸筒（单位：cm）1虹吸筒；2虹吸管；3橡皮管；4管夹；5量筒,.,135,3、操作步骤：1）取样清洗至颗粒表面无尘土及其他杂物。2）试样浸泡24h后取出、晾干或擦干表面称量。3）注清水入虹吸筒至管中有水溢出。无水流时关管夹。将试样缓缓放入筒中，边放边搅，至没有气泡逸出时为止。4）待虹吸筒中水面平静后，打开管夹，让试样排开的水通过虹吸管流入量筒中。5）称量筒与水总质量。测量筒内水温。6）取出虹吸筒内试样，烘干后称量。,.,136,4、计算：,.,137,五土粒比重测定的误差土粒比重测试的误差主要来源为：1）温度变化的影响在比重计算公式推导时,是假定在同一温度下测量瓶加水质量及瓶加水加土粒质量的，实际试验时，如果温度不能控制（无恒温水槽）时，则温度的变化使比重瓶的体积和水的密度均改变。2）封闭气泡没有完全排除这是比重试验中误差的主要来源。因此，在煮沸排气或真空抽气时应仔细观察，务必要排净悬液中的气泡。,.,138,3）试样的损失装样或煮沸时发生了少些试样的损失，因此，向比重瓶装烘干试样时不能有试样撒落在瓶外或产生飞扬；煮沸时，应注意不能有土液溢出。4）比重瓶加水、土等称量不准确因为土粒比重是根据称量的差值进行计算的，该差值与实物本身相比较小，因此，称量时应采用与比重瓶体积校正时相同的天平，以减小误差。5）比重瓶不清洁的影响因为污垢改变了比重瓶的质量，同时校正曲线也不再有效。,.,139,六注意问题1）浮称法和虹吸筒法测定比重时，由于需要将土洗净，冲洗过程中会把细粒土冲掉，所以，只适用于不含细粒土的粗粒土。实际操作表明，虹吸筒法不易掌握，测试误差较大，尽可能少用。2）对于含有机质、水溶盐、亲水性胶体的土粒比重测定，由于含有机质、水溶盐、亲水性胶体的土与水相互作用时，这类土的表面活性对水的影响，往往会额外增加比重值。所以需采用中性液体。,.,140,3）对于由粗、细颗粒混合的土粒比重测定问题，则以不影响准确度为原则，应分别进行测定。当大于5的粗粒含量较少时，可直接用比重瓶法一次测定；当大于5的粗粒含量较多时，根据实际情况分别用浮称法（或虹吸筒法）和比重瓶法测定，然后再求其加权平均值。,.,141,第四节土的颗粒分析试验,一、概述1、目的：了解土的颗粒组成、颗粒组成中粘土、砂和砾中哪一种为主要成分，哪一种粒组可能控制土的工程性质。2、成果表达方式：累积分布图，即通常称作颗粒大小分布曲线。3、定义：测定干土中各粒组含量占该土总质量的百分数的试验称颗粒分析试验。,.,142,4、试验方法1）机械分析法如筛析法，2）物理分析法如密度计法和移液管法等。5、试验原理1)筛析法将一定质量的土经由从上到下孔径自大至小的一套分析筛筛析后，得到不同孔径筛上土质量，进而计算出各粒组含量和累积含量。2)密度计法利用土壤密度计在不同时间和某一深度处测量土悬液的密度，再利用司笃克斯公式来计算土粒粒径和百分数。,.,143,依据三个假定，一是司笃克斯定律适用于土悬液；二是试验开始时土颗粒均匀地分布于水中；三是所用量筒的直径要比密度计的直径大很多。,.,144,量筒中土样和水的混合悬液，经过搅拌，大小颗粒均匀地分布,悬液浓度上下一致。粒径相同的土粒将以等速下降，经过t秒后所有粒径为d的颗粒下降的距离L=t。如取L平面处一单位体积悬液观察,大于d的颗粒已下降到L平面以下，L平面以上则仅有小于d的颗粒。该部分悬液中不大于d的颗粒分布情况与试验开始时完全一样。一部分颗粒降到L平面以下，同一时间内又有一部分颗粒从上面降下来。因此，量得L深度处悬液的比重与原来悬液的比重相比较，即可求得粒径小于d的颗粒占的百分数。在不同时间内量得不同L深度处悬液的比重，即可找出不同粒径的数量，就可以绘成颗粒大小分布曲线。,.,145,.,146,二筛析法1、筛析法所需用的主要仪器设备有天平、粗筛、细筛、台秤、天平等；用于颗粒分析用的振筛机，要求能在水平方向摇振、垂直方向定时拍击。,.,147,2、试验步骤：1）取样取代表性试样，过2筛，分别称出筛上和筛下土质量。2）摇振将筛按孔径由大到小叠放，取筛上土倒入粗筛的最上面筛中；筛下土倒入细筛的最上面筛中。用振筛机摇振15min30min。3）称量从最上层筛开始，按由大至小的顺序，分别称取各留在筛上的土质量。各筛上土质量之和与总土质量的差值不得大于总土质量的1%。4）计算画图计算粒组含量和累积含量，画出级配曲线，得到各特征粒径，分析土的级配。,.,148,.,149,注意对于含有细粒土的砂性土的筛析法试验，应取代表性试样，置于盛水容器中充分搅拌，使试样的粗细颗粒完全分离，然后将容器中的悬液过2筛，取筛上试样烘干后进行粗筛分析；筛下试样悬液研磨后过0.075筛，将筛上的试样烘干后进行细筛分析；如筛下的试样质量大于试样总质量的10%时，还应用密度计法或移液管法测定小于0.075的颗粒组成。,.,150,三、密度计法1、主要仪器设备：1）密度计甲种密度计，其刻度单位是以20时每10003悬液内所含土粒质量的克数表示的，刻度为550，分度为0.5；乙种密度计，其刻度单位是以20时悬液的比重表示的，刻度为0.9951.020，分度值为0.0002。2）量筒、试验筛、天平和其他辅助设施。如温度计、搅拌器、煮沸设备（砂浴）、分散剂、纯水、秒表及分散剂、水溶盐检验试剂等。,.,151,2、试验步骤：1）易溶盐含量的检验电导法：试样配制成1：5的土水溶液，用电导率仪测定试样溶液的电导率，并测定溶液的温度，计算20时悬液的电导率。当试样中易溶盐含量超过0.5%时应洗盐。当20时的电导率大于1000S/时，应洗盐。,.,152,2）取样取具有代表性的试样200g300g过2筛，求出筛上试样占试样总质量的百分比。取筛下试样测定风干含水率。3）制样取干质量为30g的风干试样，倒入500mL锥形瓶中，加纯水200mL，浸泡过夜后于砂浴上煮沸约40min。风干试样质量计算公式:4）过洗筛将冷却后的悬液静止1min，将悬液通过洗筛漏斗过0.075筛。筛上砂粒进行细筛分析，并计算各粒组占试样总质量的百分比。,.,153,5）将过筛悬液倒入量筒，加入分散剂，再注入清水使悬液达1000mL。用搅拌器沿量筒上下搅拌1min，往复大约30次，取出搅拌器，将密度计放入悬液内，同时启动秒表，按规定时间读取读数。读数时均以弯液面上缘为准，每次读数时还需测记相应的悬液温度。,.,154,6）按下式计算小于某粒径的试样质量占试样总质量的百分数：甲种密度计：其中乙种密度计：其中,.,155,7）按下式计算土颗粒粒径，也可按土工试验规程（SL2370061999）中图4.5.2确定。式中：粒径计算系数，亦可从教材表（5.4-5）中查得。,.,156,四移液管法1、主要仪器设备有移液管（如图）、天平等。,移液管示意图1二通阀2三通阀3移液管4接吸球5放流口,.,157,2、试验步骤：1）取样取代表性试样（粘土为10g15g，砂土为20g）制备成悬液，倒入量筒后置于恒温水槽中，测记悬液温度。计算或从相关资料查阅小于0.05、0.01、0.005、0.0002等粒径土粒在不同温度静水中下沉某一深度所需的静置时间。2）吸取悬液悬液上下搅拌1min，根据各粒径下沉某一深度所需的静止时间让悬液静止，在静止时间终止前10s将移液管放入设定的悬液深度处，规程采用10cm深度。移液管接上吸球吸取悬液，吸取量不少于25mL。,.,158,3）移悬液将移液管下口放入烧杯内，用吸球将悬液挤入烧杯内。每吸取一组悬液后必须重新搅拌，再吸取另一组粒径的悬液。4）烘干称量将烧杯中悬液蒸发至半干，放入烘箱，在105110温度下烘至恒量，称烧杯内试样质量。,.,159,3、按下式计算小于某粒径的试样质量占试样总质量的百分比。式中：悬液总体积，mL；吸取悬液的体积，mL；吸取25mL悬液中试样干质量，g；试样干质量，g。4、绘制颗粒大小分析曲线。,.,160,五密度计法和移液管法中几个注意问题1、试样的状态和用量粘性土颗分结果主要取决于被分析的试样状态、制备方法和分析方法等因素。试样通常有天然湿度、风干和烘干三种状态。实践证明：用天然湿度的试样比风干和烘干试样所测得的粘粒含量均偏高。因为粘土中往往有非可溶性的胶体物质，经过干燥后细颗粒能胶结成团，难以再度分散，所以，用天然湿度状态下的试样分析更符合实际。但是在实际工作中，往往在土样取出后，经过长途运送，历时较长，无法保持其天然含水率，因此，建议采用风干试样，对于同一地区同一工程用途应采用相同状态的土进行分析，以便比较。,.,161,试样的用量：根据对移液管法进行研究结果表明，当悬液浓度在0.5%3%范围时，各粒组的含量没有显著出入，而当悬液浓度增加至4%5%时，则0.250.05粒组含量增加，并相应减少了粘粒含量。因此，用密度计法时，试样用量规定为30g，而移液管法可酌情减少，规定用10g20g。,.,162,2、洗盐对于易溶盐含量大于0.5%的试样，未经洗盐的试样和洗盐后的试样颗粒分析结果是不一样的，前者粉粒含量高、粘粒含量低；后者粉粒含量低、粘粒含量高。因此，对于易溶盐含量大于0.5%的试样，应进行洗盐。,.,163,洗盐方法电导率法具有方便、快速估计试样含盐状况的优点。其原理是根据电导率在低浓度溶液内，与悬液中易溶盐浓度成正比关系，电导率因盐性不同而异。一般，当电导率小于1000S/时，相应的含盐量不会大于0.5%，因此试验中规定用电导率法检验洗盐应洗到溶液的电导率小于1000S/。而电导率大于1000S/时，应将含盐量计入，否则会影响试验计算结果。,.,164,目测法比较简易，没有电导率仪时可采用目测法。目测法：取少量（约3g）试样放入烧杯中，加适量纯水调成糊状并研散，再加25mL纯水煮沸10min，冷却后移入试管中，静置过夜，如出现凝聚现象则应洗盐。,.,165,洗盐一般用滤纸过滤或抽气过滤。用纯水洗滤到滤液的电导率小于1000S/时，或对5%酸性硝酸银溶液和5%酸性氯化钡溶液无白色沉淀反应。,.,16