膨胀岩室内试验方案

1、膨胀岩室内试验方案1.膨胀岩室内试验内容(1) 膨胀岩的的基本物理指标：密度、干密度、重度、孔隙率n、含水量、塑限液限、最大干密度、最优含水量、颗粒组成（平均粒径、不均匀系数）、渗透系数k(2) 膨胀岩的力学指标：自由膨胀率、膨胀含水率、凝聚力c和内摩擦角值、单轴抗压强度P2.试验原理和试验方法(1)密度：指膨胀岩单位体积的质量。本试验采用环刀法。 试验仪器：环刀：内径68cm，高23cm；台秤：称量500g，感量0.01g； 其他：切土刀、凡士林等 试验步骤：按工程所需取原状土或软岩，整平其两端，将环刀内壁涂抹一层凡士林，刃口向下放在土样上。 用切土刀将土样削成略大于环刀直径的土柱。然后将环

2、刀垂直下压，边压边削，直到土样伸入环刀为止。将两端余土削平，取剩余的的代表性土样测定含水量。 擦净环刀外壁称量，称出环刀与试样总重量，在减去环刀的重量即试样重量。试样的体积即环刀内的体积。按下式计算密度和干密度： 式中： m 试样质量 v 试样体积 试样含水量（2）重度：指膨胀岩所受的重力与膨胀岩的总体积的比值。它可以通过膨胀岩的密度计算出来。（3）含水量：指膨胀岩在100105下烘干到恒量是所失去水的质量与达到恒量后土颗粒质量的比值。可以通过烘干法测得。 试验仪器：烘箱；天平：称量500g，感量0.01g；碎土刀；称量盒。 试验步骤：取代表性试样1530g，放入称量盒内，立即盖好盒盖，称量结

3、果为湿土与盒的质量，在减去盒子质量就是湿土质量。 打开盒盖将试样和盒子放入烘箱内烘烤，在温度100105下烘干至恒量。 将烘干后的试验和盒子取出，盖好盒盖，称量干土与盒子重量，减去盒重即为干土重量。按下式计算含水量： 式中，m 湿土质量 干土质量(4) 塑限：土由可塑状态过渡到半固体状态的界限含水量。通常有搓条法塑限试验测得，即用手掌在毛玻璃板上搓滚土条，当土条直径达到3mm时产生裂缝并断裂，改时的含水量为塑限。 试验仪器：毛玻璃板：200mm×300mm ； 卡尺或直径3mm的金属丝；烘箱；孔径0.5mm的筛。 试验步骤：取通过 0.5mm筛的土样50g，加纯水拌合，浸润静置。 为

4、了使试验前试样的含水量接近塑限，可以将试样在手中搓揉至不粘手，或用吹风机稍微吹干，然后将试样弄扁，如果出现裂缝，表示含水量已接近塑限。 取接近塑限的试样一小块，先用手错成椭圆形，然后再用手掌在毛玻璃板上轻轻搓滚。搓滚时手掌均匀施加压力于土条上，不得使土条在毛玻璃板上无力滚动。土条长度不宜超过手掌宽度，在滚动时不应从手掌下任一边脱出。在任何情况下土条不得产生空现象。 若土条搓成3mm时，仍未产生裂缝或断裂，表示这时的含水量高于塑性，应该将其弄成一团继续搓滚，直到直径到3mm时出现裂隙或者断裂为止。如果直径大于3mm就断裂了，表示试验含水量小于塑限，应该舍去，重新取土试验。 取合格断裂土条35g，

5、放入盒内，测其含水量。此时的含水量即为塑限。按以下计算公式计算： 式中，m 湿土质量 干土质量试验记录格式如下： 搓条法塑限试验试验编号盒号湿土质量干土质量含水量塑限mw(5) 液限：土由可塑状态过渡到流动状态的界限含水量。可以通过圆锥仪法进行测量，即用76g的圆锥仪测定在5s时土在不同含水量时圆锥下沉深度，在对数坐标纸上绘成圆锥下沉深度和含水量的关系直线，在直线上查的圆锥下沉深度17mm处的相应含水量为液限。 试验仪器：圆锥仪（由锥体、微分尺、平衡装置三部分组成）；秒表；试样碟；天平；烘箱，孔径0.5mm的筛，凡士林等、防水膜。试验步骤：取0.5mm筛的土样约400g，分成3份，分别放入三个

6、盛土皿中，加入不同量的纯水，含水量分别要达到下沉深度为45mm,910mm和1618mm，调成均匀的土膏，然后用防水膜包裹放置一昼夜。 将圆锥仪，锥体上涂抹上薄层润滑油脂放在土面上，圆锥仪在自重作用下深入土内，秒表开始计时，经过5s测得圆锥下沉深度。然后在试样杯中取10g左右的土测其含水量。 重复以上步骤测试其余两个试样的下沉深度和含水量 计算制图，按计算含水量，将三个含水量与相应的圆锥下沉深度绘于对数坐标纸上，三点连一线（如下图A线），如果三点不在一条直线上，通过高含水量的一点与其余两点连两根直线，在圆锥下沉深度为2mm处查的相应的两个含水量，如果差值不超过2%，用平均值的点与高含水量点做一

7、条直线（如下图B线）。若含水量值超过2%，应补做试验。(6)最大干密度和最优含水量： 在一定的击实功能作用下，能使添筑土达到最大密度所需的含水量称为最优含水量，与其相应的干密度称为最大干密度。测定采用标准击实试验方法，来测定这两个值。标准击实试验仪器：标准击实仪：击锤：质量2.5kg，锤底直径5.0cm，落高30cm 击实筒：直径100mm，筒高127.3mm 单位体积击实功能607.5台秤，5mm的筛，烘箱、喷水设备，盛土器，推土器，修土刀、保湿膜等。试验步骤：将代表性土样风干或在低于60温度下烘干，放在橡皮板上用木弄散，过5mm筛拌均匀备用。土样量不少于20kg。 测定土样风干含水量，按土

8、的塑限估计其最优含水量，并依次相差约2%的含水量制备一组试样（不少于5个），其中两个大于最优含水量和两个小于最优含水量。需加水量可以按下式计算： 式中： 所需加水量 风干含水量时土样的重量 风干土样含水量 要求达到的含水量 将击实仪放在地面上，击筒底面和筒内壁须涂润滑油。制备好的土样600g至800g（其量应使击实后试样略高于筒的1/3）倒入筒内，整平其表面，然后击27次进行击实。手工击实时，击锤应自由铅直下落。锤迹必须均匀分布于土面上。 当按规定击数击实完第一次后，安装套环，把土面刨毛，重复第一层的步骤进行第二层第三层击实。击实完后超出击实筒的余土高度不得大于6mm。 用修土刀沿套环内壁削挖

9、后，扭动并取出套环。齐筒顶细心削平试样，拆除底板。如果试样底面也超出筒底，也需要修平。擦干净筒外壁壁，称量筒与土重，精确到1g。 用推土器推出试样，从试样中心处取两个约1530g土测定其含水量， 按以上步骤进行不同含水量试样的击实试验。 计算与制图： 按下式计算击实后各点的干密度： 以干密度为纵坐标，含水量为横坐标，绘制干密度与含水量的关系曲线。曲线上峰值点的纵、横坐标分别表示土的最大干密度和最优含水量。如下图所示: (7)颗粒组成（平均粒径、不均匀系数、曲率系数）： 平均粒径：小于该粒径的颗粒占总质量50%的颗粒直径 不均匀系数：界限粒径与有效粒径之比，不均匀系数越大表明粒度组成越分散， 曲

10、率系数：，表示某种中间粒径的粒组是否缺失的情况 膨胀岩分析颗粒组成采用筛析法。 试验仪器：粗筛：圆孔孔径100、80、60、40、20、10、5、2mm 细筛：孔径2、1、0.5、0.25、0.1mm 洗筛：孔径0.1mm 台秤、烘箱、量筒、漏斗、瓷杯、瓷盘、毛刷等试验步骤：将土样放在橡皮板上用木碾将粘结的土团充分碾散，用四分对角法取出代表性试样：小于2mm颗粒的土100300g，最大颗粒不超过10mm者300900g，最大颗粒粒径不超过20mm者10002000g。 将代表性试样，置于盛有清水的瓷盆中，用搅棒搅拌，使试样充分浸润和粗细颗粒分离。 将浸润后的混合液过2mm细筛，边搅拌边冲洗边过

11、筛，直至筛上仅留大于2mm的土粒为止。然后将筛上的土风干称量，精确到0.01g。 由最大孔开始，顺序将各筛取下，在白纸上用手轻轻摇晃，如有砂粒漏下，应继续摇晃，直到无砂粒漏下为止。漏下的砂粒应该全部放入下级筛内。并留在各筛上的分别称量。各细筛上及底盘内土质量总和与原来所取2mm筛下试样质量之差不得大于1%。 用带橡皮头的研杆研磨小于2mm的混合液，挨稍沉淀，将上部悬液过0.1mm洗筛。再向瓷盆加清水研磨，将上部悬液过0.1mm洗筛。如此反复，直至盆内悬液澄清。最后将盆中全部土粒倒在洗筛上，用水冲洗，直至筛上仅留大于0.1mm的净砂为止。 将0.1mm筛上砂粒洗入蒸发皿内，倾去上部清水，烘干称量

12、，准确至0.01g,并按进行细筛分析。 将大于2mm和2一0.1mm的土质量相加，从原来所取总土质量中减去，其差即为小于0.1mm土粒的质量。小于0.1mm土粒质量如超过总土质量的10时，则应按比重计法或吸管法测定小于0.1mm的颗粒组。 计算及制图： 按下列公式计算小于某颗粒直径的土质量的百分数： 式中：X小于某颗粒直径的土质量百分数， 小于某颗粒直径的土质量，g 细筛分析时或比重计法分析时所取试样质量(粗筛分析时则为试样总质量)，g 粒径小于2mm的总土质量百分数，或粒径小于0.1mm的总土质量百分数()。如果土中无大于2mm的颗粒或无大于0.1mm的颗粒及计算粗筛分析土质量百分数时，则取

13、100% 用小于某粒径的土质量百分数为纵坐标，颗粒直径(mm)的对数值为横坐标，绘制颗粒大小分配曲线。如系用粗筛与细筛或筛析法与比重计法联合分析，应将各段曲线接绘成一条平滑曲线。 颗粒大小分析试验风干土的质量= 小于0.1mm的总土质量百分数=2mm筛上土质量= 小于0.2mm的总土质量百分数=2mm筛下土质量= 细筛分析时所取试样质量=筛号孔径累积留筛土质量（g）小于该孔径土的质量（g）小于该孔径的土质量百分数（%）小于该孔径的总土质量百分数（%）4020105210.50.250.1底盘总计(8) 渗透系数k： 渗透是水在多孔隙介质中运动的现象。若土中渗透水流呈层流状态，则渗透速度与水力坡

14、降i成正比；当水力坡降i=1时的渗透速度称为土的渗透系数k，以达西定理表示为： 试验仪器：渗透容器（见下图1） 水头装置：采用变水头。（见下图2） 其他：切土器、100ml的量筒、秒表、温度计、削土刀、凡士林。 1套筒 2上盖 3下盖 4进水管 5出水管 6排气管 7橡皮阀门 8螺栓 9环刀 10透水石 图1 渗透容器图1变水头管 2渗透仪器 3供水瓶，容量为5000ml 4接水管 5止水夹 6排气管 7出水管 图2 变水头（常水头）渗透试验装置 试验步骤：按上面仪器装置安装好。然后进行制样，用环刀在垂直或平行土样层面切取原状试样或制备成给定容重的扰动试样，并进行充水饱和。切土时，应该尽量避免

15、结构扰动，并禁止用修土刀反复涂抹试样表面，以免试样表面的孔隙堵塞或遭受压缩，影响试验结果。 将容器套筒内壁涂一薄层凡士林，然后将盛有试样的环刀推入套筒并压入止水垫圈。把挤出的多的凡士林小心刮净，装好带有透水石和垫圈的上下盖，并用螺丝拧紧，不得透气漏水。 把装好试样容器的进水口与水头装置连通，关变水头系统的止水夹5（2）、5（3）或关常水头系统的止水夹再开4使供水瓶3注满水，关4开止水夹5（2）、5（3），使水头管内充满水。 把容器侧立，排水管6向上，并打开排气管止水夹。然后开进水口止水夹5（1）充水排除容器底部的空气，直至水中无夹带气泡溢出为止。关闭排水管止水夹，平放好容器。 在不大于200c

16、m水头作用下，静置某一段时间，待上出水口7有水溢出后，开始测定。 当采用变水头时，将水头管充水至需要高度后，关止水夹5（2），开动秒表，同时测记起始水头h1，经过时间t后，在记录终了水头h2。如此连续记录23次后，再使水头管水位回升至所需高度，再连续测记次数，前后需6次以上，试验终止，同时记录试验开始时与终止时的水温。 开动秒表，同时用量筒接取出水口7处时间t的渗水量，并测记水头h及水温T，如此重复测记6次以上。每次测定的水量，应不少于5。 按下式计算渗透系数： 变水头法： 常水头法： 式中：a 变水头管截面积， L 渗径，等原因试样高度，cm 开始时水头，cm 终止时水头，cm h 常水头，

17、cm A 试样断面面积， Qt时间的渗水量 t 渗水时间，s 变水头渗透试验记录表工程名称： 土样说明： 试样面积： 试验者：土样编号： 测压管断面积： 孔隙比： 计算者：仪器编号： 试样高度： 试验日期： 校核者：开始时间终止时间经过时间t开始水头终了水头水温T时的渗透系数水温校正系数渗透系数平均渗透系数 常水头渗透试验记录表工程名称： 土样说明： 试样面积： 试验者：土样编号： 测压管断面积： 孔隙比： 计算者：仪器编号： 试样高度： 试验日期： 校核者：开始时间终止时间经过时间t渗透水量Q渗透水头h水温T时的渗透系数水温校正系数水温10渗透系数平均渗透系数(9)自由膨胀率：是扰动膨胀岩经

18、过粉碎风干后一定体积的松散颗粒，在水中没有任何限制的条件下充分吸水产生自由膨胀，体积增大的现象，即为试样膨胀稳定后的体积增量与初始体积之比，以百分数表示： 式中， 试样初始体积，一般为10 膨胀稳定后膨胀岩的体积， 试验仪器：3个量筒：容积为1000，内径10cm 长颈漏斗：径管内径约1.2cm，径口磨平 振动叉、台秤、金属容器（1000）、秒表 试验步骤：将试样粉碎，越细越好，分成三份，用金属容器盛入分别将粉碎的岩样倒入3个量筒中 将量筒振动，用振动叉搅动压平，使量筒重的岩样松散平整，记录各量筒中岩样的高度，并通过量筒内径计算出加水前试样的初始体积 向各量筒加入高出岩样高度一半以上的水，打开

19、秒表开始计时，分别在10、20、30分钟、1小时、2小时、6小时、12小时、24小时观察量筒刻度上岩样高度，如果24小时后岩样高度不再变化，即膨胀稳定，记录此时的岩样高度，并计算出膨胀后岩样的体积。如果高度继续变，继续观察直到高度不变为止。 通过以下公式计算3个试样自由膨胀率，最后求出平均值： 式中， 试样初始体积，一般为10 膨胀稳定后膨胀岩的体积，（10）膨胀含水率（）：是指的膨胀岩吸水膨胀稳定后的最大含水量，也就是膨胀岩产生的最大膨胀的极限含水量，一般称为胀限含水量。即试样吸水膨胀稳定后膨胀岩中所含水分的重量与固体颗粒重量之比，以百分数表示： 式中， 试样固体颗粒重量 膨胀稳定后膨胀岩中

20、水分的重量 试验仪器：烘箱、台秤、碎土刀、称量盒、量筒（500ml）、振动叉 试验步骤：将试样用碎土刀捣碎，放入称量盒中，拿进烘箱中烘干 用台秤称量烘干后试样和称量盒总重，再减去称量盒重量，即得试样固体颗粒重量 称量完后将固体颗粒放入量筒中，振动量筒使试样均匀松散分布，用振动叉整平，记录下加水前高度 根据岩样的自由膨胀率，估计计算大概的膨胀含水量，向量筒中加入估计值，并将量筒口密封，分别在10、20、30分钟、1小时、2小时、6小时、12小时、24小时观察量筒刻度上岩样高度，如果24小时后岩样高度不再变化，即膨胀稳定。 再将膨胀稳定的膨胀岩倒入称量盒中，称量此时膨胀岩和盒子总重，减去盒重即为膨

21、胀稳定时膨胀岩重量。 将膨胀稳定的膨胀岩放入烘箱中烘干，拿出测得此时膨胀岩的重量，计算膨胀膨胀稳定后膨胀岩中水分的重量。 根据公式就算膨胀含水率（11）凝聚力c和内摩擦角值： 测得膨胀岩的凝聚力c和内摩擦角值可采用直接剪切试验和三轴剪切试验测的。A直接剪切试验： 直接剪切试验是测定土的抗剪强度的一种常用方法。通常采用四个试样，分别在不同的垂直压力P下，施加水平剪切力进行剪切，求得破坏时剪应力，然后根据库伦定律确定土的抗剪强度参数：凝聚力c和内摩擦角。本试验适用于测定细粒土的抗剪强度参数。直接剪切试验分为快剪、固结快剪和慢剪三种试验方法。本试验采用快剪法进行，即在试样上施加垂直压力后，立即施加水

22、平剪切力。试验仪器：电动式应变控制直接剪切仪（见下图）、秒表、台秤、环刀、削土刀、滤纸、直尺、量表、孔径5、2、1、0.5mm的细筛和0.1mm、0.075mm的洗筛等。 1垂直变形量表 2垂直加荷框架 3推动座 4试样 5剪切容器6量力环 应变控制式直接剪切仪 1量表 2上盒 3透水石 4下盒 5加压盖板 6试样 7固定螺丝 8加压框架 9量表 应变控制式直接剪切仪 试验步骤：按工程需要，从原状土样中切取原状土试样或制备给定干密度及含水量的扰动土样。本试验是制备给定干密度及含水量的扰动土样。通过对膨胀岩的风干、碾散、过筛、匀土、分样和储存等预备程序，然后用环刀、过滤纸等制备相同含水量条件下符

23、合直接剪切仪上剪切盒体积大小的试样。每组试验至少取四个试样。 试样制备好后，对准上下盒，插入固定销。在下盒内放与透水石厚度相等的不透水板。将装有试样的环刀平口向下，对准剪切盒口，在试样上放不透水板，然后将试样徐徐推入剪切盒内，移去环刀。 转动手轮，使上盒前端钢珠刚好与量力环接触。调整量力环中的量表读数为零。顺次加上加压盖板，钢珠，压力框架，安装垂直量表，测记起始读数。 施加垂直压力后，立即拔去固定销，开动秒表，以每分钟412转的均匀速率旋转手轮，使试样在35min内剪损。如果量力环中量力表指针不再前进，或者有显著后退，表示试样已经剪损。但一般宜剪至剪切变形达到4mm。若量表指针继续前进，则剪切

24、变形达到6mm为止。手轮每转一圈，同时测记量力环量表读数并根据需要测记垂直量表读数，直至剪损为止。施加的垂直压力分别为100、200、300和400KPa 剪切结束后，吸去剪切盒中积水，倒转手轮，尽快移去垂直压力，框架钢珠加压板等。取出试样，测定剪切面附近土的含水量。 计算：根据计算应变控制式直接剪切仪所测得试样的剪应力和剪切位移。 式中， 剪应力，kPa C量力环率定系数，kPa/0.01mm R量力环量表读数，0.01mm 剪切位移，0.01mm n 手轮转数 根据下式可以计算剪应力： 式中，F水平剪切力，N f 某垂直压力下仪器的摩擦力，N A试样面积， Q砝码盘上施加的砝码重力, N

25、L杠杆比例 制图分析： 以剪应力为纵坐标，剪切位移为横坐标绘制剪应力与剪切位移 关系曲线图，见下图1，选取剪应力与剪切位移关系曲线上的峰值点或稳定值作为抗剪强度S，如下图1曲线上的箭头所示。如果无明显峰值，则取剪切位移为4mm处的剪应力作为抗剪强度S。 以抗剪强度S为纵坐标，垂直压力P为横坐标，绘制抗剪强度S与垂直压力P关系曲线图，如下图2。直线的的倾角为土的内摩擦角，直线在纵坐标轴上的截距为凝聚力c。 图1 剪应力与剪切位移关系曲线 图2 抗剪强度与垂直压力的关系曲线B三轴剪切试验： 三轴剪切试验是测定土的抗剪强度的一种方法，它通常用34个圆柱形试样，分别在不同的恒定周围压力（即小主应力）下

26、，施加轴向压力（即主应力差），进行剪切直至破坏，然后根据摩尔库伦理论，求得抗剪强度参数。本试验适用于测定细粒土和砂土的总抗剪强度参数和有效抗剪强度参数。 根据排水条件的不同，本试验分为不固结不排水剪（UU）；固结不排水剪（CU）和固结排水（CD）等三种试验类型。本次试验采用不固结不排水（UU）试验，即在施加周围压力和增加轴向压力直至破坏过程中均不容许试样排水。本试验可以测得试样的内摩擦角和凝聚力c。 试验仪器：应变控制式三轴剪切仪：如下图1所示，有压力室、轴向加压设备、施加周围压力系统、体积变化和孔隙压力量测系统等。 其他设备：击实筒（下图2）、切土盘、切土器、切土架、分样器、制样圆膜、台秤、

27、橡皮膜：对直径3.91cm和6.18cm的试样，橡皮膜厚度以0.10.2mm为宜量表：量程3cm或1cm 1调压筒 2周围压力表 3周围压力阀 4排水阀 5体变管 6排水管 7 变形量表 8量力环 9排气孔 10轴向加压设备 11压力室 12量管阀 13零位指示器 14孔隙压力表 15量管 16孔隙压力阀 17离合器 18手轮 19马达 20变速箱 图1 应变控制式三轴剪切仪 1套环 2定位螺丝 3导杆 4击锤 5底板 6套筒 7饱和器 8底板 图2 击实筒 试验步骤：选取一定质量的代表性土样（对直径3.91cm试样约取2kg，6.18cm试样取10kg），经过风干、碾碎、过筛、测出含水量，按

28、要求含水量算出所需加水量（计算方法参照击实试验） 将需加的水量喷洒到土料上，稍静置后装入塑料袋，然后置于密闭容器内至少20h，使含水量均匀。取出土料复测其含水量。若所测的含水量与要求含水量的差值在1以内，则可进行击实。否则需调整合水量至符合要求为止。 击样简的直径一般与试样直径相同。击锤的直径宜小于试样直径的小锤，但也允许采用与试样直径相等的击锤，击样简壁在使用前应洗擦干净，涂薄层凡士林。 根据要求的干密度，称取所需土质量，按试样高度不同，粉质土(瑰土)分35层，物质土(粘土)分58层击实。各层土料质量相等。每层击实至要求高度后，将表面刨毛然后再加第二层土料。如此继续进行，直至击完最后一层。将击实简中的试样两端整平，取出称其质量，各试样的密度相差不大于0.02g将试样放在仪器底座的不适水圆板上，在试样的顶部放置不进水试样帽。将橡皮膜套在承膜简内，将两端翻出筒外，从吸嘴吸气，使膜贴紧承膜简内壁，然后套在试样外，放气，翻起橡皮膜，取出承膜筒用橡皮圈将橡皮膜分别扎紧在仪器底座和试样