土工试验教程

1、目目 录录1概述2土的工程性质的相关知识3土样取样和制备4土的物理、化学性质指标5土的力学性质指标第第1章章 概述概述11.1 水利工程质量检测的目的和意义水利工程质量检测的目的和意义1.2 室内土工试验的分类室内土工试验的分类1.3 试验人员应掌握的知识试验人员应掌握的知识1.1水利工程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。 意义：u提高水利工程质量u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u提高工程的效益u准确的检测数据，为工程质量的优劣提供可靠的依据u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

2、提高到一个新的水平1.2室内土工试验分类大致可以分为以下五类：u土的物理性质试验：土的物理性质试验：包括土的含水率试验、密度试验、土粒比重试验，颗粒分析试验、界限含水率试验（液限、塑限和缩限试验）u土的力学性质试验：土的力学性质试验：包括土的固结试验、抗剪强度试验、击实试验、静止侧压力系数K0试验、流变试验1.2u土的水理性质试验：包括土的渗透试验、湿化试验u土的动力性质试验：包括土的振动三轴试验、共振柱试验、动单剪试验u土的特殊性质试验：包括非饱和土试验、黄土湿限试验、膨胀率试验、膨胀力试验、收缩试验、有机质试验室内土工试验分类1.3试验人员应掌握的基本知识u试验要达到什么目的，依据什么原理

3、u使用的仪器设备，方法步骤u试验应获得那些数据，得出什么结论u试验中的注意事项和误差分析u分析试验设计与实际问题的联系 第第2章章2 2.1 土的工程分类土的工程分类2.2 土的渗透性土的渗透性2.3 达西定律达西定律2.4 土的压缩性土的压缩性工程性质相关知识2.1土的工程分类分类总体思路与规定： 土的分类体系就是根据土的工程性质差异将土划分成一定的类别。以土的特性指标为依据，分类简明，反映不同类工程用土的主要不同性质。特性指标：u土颗粒组成及其特性SL237-006-1999颗粒分析试验u土的塑性指标SL237-007-1999界限含水率试验u土的有机质含量SL237-066-1999有机

4、质试验2.2土的渗透性土的渗透性： 土具有使水通过其孔隙流动的性能称为土的渗透性。渗透性是土的重要力学性质之一，它对工程设计、施工都具有重要意义渗透的危害： 渗漏，造成水量损失 改变建筑物地基或土坝、边坡等的稳定条件。 2.2土的渗透性了解土的渗透性的重要意义u 建筑物稳定和安全的要求：渗流将细土粒或局部土体冲走，使土体发生渗透变形，土体的稳定条件变坏，甚至危及整个建筑物的安全；或因渗透力过大会引起土坡发生滑动或坍塌。u研究建筑物或地基沉降的需要：饱和土地基在建筑物荷载作用下产生压缩（固结）变形需经过一定时间才能稳定，而经历时间的长短与土的渗透性直接有关u开挖基坑时估算涌水量2.3达西定律 基

5、本假设：u达西采用了以整个土样断面积计算的假想渗流速度，或单位时间内土样通过单位总面积的流量，而不是土样孔隙流体的真正速度。实际上土试样断面内，仅土颗粒骨架间的孔隙是渗水的，而沿试样长度的各个断面，其孔隙大小和分布是不均匀的。u达西考虑了以试样长度计算的平均水力梯度，而不是局部的真正水头损失。 土中水的实际流程是十分弯曲的，比试样长度大得多，而且也无法知道。2.3达西定律表达式当水流是层流的时候，水力梯度与土中水的流速之间呈线性关系。 kiv这个关系称为达西定律，比例系数 k 为土的渗透系数，其物理意义是当水力梯度等于1时的渗透速度 达西定律 2.4土的压缩性土的压缩性：是指土在压力作用下体积

6、缩小的特性压缩量的组成n固体颗粒的压缩n土中水的压缩n空气的排出n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说明：说明：土的压缩被认为只是由于孔隙体积减小的结果土的固结：土的固结：是对饱和土而言，饱和土孔隙中充满水，在荷载作用下，土体中孔隙水排出、孔隙比减小而使土逐渐被压密的过程称为土的固结。 2.4压缩试验压缩试验：研究土的压缩性大小及其特征的室内试验方法，亦称固结试验三联固结仪三联固结仪土的压缩性2.4土的压缩性刚性护环刚性护环加压活塞加压活塞透水石透水石环刀环刀底座底座透水石透水石土样土样荷载荷载注意：注意：土样在竖直压力作用下，由于环刀和刚性护环的限制，只产生竖向压

7、缩，不产生侧向变形 压缩仪示意图2.4土的压缩性e -p 曲线研究土在不同压力作用下，孔隙比变化规律Vve0Vs1H0/(1+e0)H0VveVs1H1/(1+e)pH1s土样在压缩前后变土样在压缩前后变形量为形量为s，整个过整个过程中土粒体积和底程中土粒体积和底面积不变面积不变eHeH11100土粒高度在受压前土粒高度在受压前后不变后不变)1(000eHsee整理整理1)1(000wswGe其中中p根据不同压力根据不同压力p作用下，达到稳定的孔隙比作用下，达到稳定的孔隙比e，绘制绘制e- -p曲线曲线，为压缩曲线，为压缩曲线2.4土的压缩性e0eppe曲线A曲线B曲线A压缩性曲线B压缩性e-

8、p曲线压缩性指标压缩性不同的土，曲线形状不同，曲线愈陡，说明在相同压力增量作用下，土的孔隙比减少得愈显著，土的压缩性愈高根据压缩曲线可以得到三个压缩性指标1.压缩系数a 2.压缩模量Es 3.变形模量E02.4土的压缩性 1.压缩系数a土体在侧限条件下孔隙比减少量与竖向压应力增量的比值p1p2e1e2M1M2e0epe-p 曲线pe规范规范用p1100kPa、 p2200kPa对应的压缩系数a1-2评价土的压缩性n a1-20.1MPa-1 低压缩性土低压缩性土n0.1MPa-1a1-20.5MPa-1 中压缩性土中压缩性土n a1-20.5MPa-1 高压缩性土高压缩性土1221 ppeep

9、ea斜斜率率2.4土的压缩性2.压缩模量Es土在侧限条件下竖向压应力与竖向总应变的比值，或称为侧限模量aeEs11说明：土的压缩模量Es与土的的压缩系数a成反比， Es愈大， a愈小，土的压缩性愈低3.变形模量E0土在无侧限条件下竖向压应力与竖向总应变的比值。变形模量与压缩模量之间关系sEE01212土的泊松比，一般00.5之间 土土的抗剪强度是土体抵抗剪切破坏的极限能力，也就是当土体受到剪应力作用时，土体对剪应变增大所产生的阻力称为抗剪强度抗剪强度。 抗剪强度是土的重要力学指标之一。在外荷载作用下，建筑物地基或土工构筑物内部将产生剪应力和剪切变形，而土体具有抵抗剪应力的潜在能力抗剪力抗剪力，

10、它随着剪应力的增加而逐渐发挥，当抗剪力完全发挥时，土就处于剪切破坏的极限状态，此时抗剪力也就达到极限。这个极限值就是土的抗剪强度。2.4 土的抗剪强度库仑定律 ：土的抗剪强度是剪切面上的法向总应力的线性函数 f = tan 砂土砂土 f粘土粘土c f f =c+ tan tanfcftanc c : : 土的粘聚力土的粘聚力 : : 土的内摩擦角土的内摩擦角2.4 土的抗剪强度土体抗剪强度影响因素 摩擦力的两个来源 1.滑动摩擦：剪切面土粒间表面的粗糙所产生的摩擦 2.咬合摩擦：土粒间互相嵌入所产生的咬合力 粘聚力：由土粒之间的胶结作用和电分子引力等因素形成 抗剪强度影响因素摩擦力：剪切面上的

11、法向总应力、土的初始密度、土粒级配、土粒形状以及表面粗糙程度粘聚力：土中矿物成分、粘粒含量、含水量以及土的结构2.4 土的抗剪强度莫尔库仑破坏准则 莫尔应力圆与库仑强度线相切的应力状态作为土的破莫尔应力圆与库仑强度线相切的应力状态作为土的破坏准则坏准则 目前判别土体所处状态的最常用准则目前判别土体所处状态的最常用准则 强度线强度线 2.4 土的抗剪强度2.4 土的抗剪强度土的剪切试验方法： 直接剪切试验、三轴剪切试验、无侧限抗剪、十字板剪切试验 1、直接剪切试验试验仪器：试验仪器：直剪仪（应力控制式，应变控制式） 直剪试验的三种方法： 快剪、固结快剪、慢剪快剪： 快剪试验是在土样上下两面均贴以

12、蜡纸，在加法向压力后立即施加水平剪力，使土样在35min内剪坏固结快剪： 固结快剪是在法向压力作用下是土样完全固结，然后很快施加水平剪力，使土样在剪切过程中来不及排水慢剪： 快剪试验是在土样上下两面均贴以蜡纸，在加法向压力后立即施加水平剪力，使土样在35min内剪坏2.4 土的抗剪强度固结稳定标准：在试样上施加垂直压力后，如果每小时垂直变形读数变化不超过0.005mm，认为已达到固结稳定。破坏值的选定：2.4 土的抗剪强度三轴剪切试验 应变控制式三轴仪：压力室，加压系统，量测系统组成 应力控制式三轴仪n试验步骤:2.施加周围压力3.施加竖向压力1.装样 3 3 3 3 3 32.4 土的抗剪强

13、度 三轴剪切试验的三种方法： 不固结不排水（快剪）、固结不排水（固结快剪）、固结排水（慢剪）快剪：试样在施加周围应力和随后施加偏应力直至破坏的整个试验过程中都不允许排水，这样从开始加压直至试样剪坏，土中的含水量始终保持不变，孔隙水压力也不可能消散固结快剪： 试样在施加周围压力时，允许试样充分排水，待固结稳定后，再在不排水的条件下施加轴向压力，直至试样剪切破坏，同时在受剪过程中，测得土体的孔隙水压力慢剪： 试样先在周围压力下排水固结，然后允许试样在充分排水的条件下增加轴向压力直至破坏，同时在试验过程中测读排水量以计算试样的体积变化2.4 土的抗剪强度抗剪强度包线 分别在不同的周围压力分别在不同的

14、周围压力 3 3作用下进行剪切，得到作用下进行剪切，得到3 34 4 个个不同的破坏应力圆，绘出各应力圆的公切线即为土的抗不同的破坏应力圆，绘出各应力圆的公切线即为土的抗剪强度包线剪强度包线 抗剪强度包线 c 2.4 土的抗剪强度无侧限抗压强度试验 ququ加压框架量表量力环升降螺杆无侧限压缩仪无侧限抗压强度试验是三轴剪切试验的特例，对试样不施加周围压力，即3=0，只施加轴向压力直至发生破坏，试样在无侧限压力条件下，剪切破坏时试样承受的最大轴向压力qu，称为无侧限抗压强度 试试样样2.4试验方法适用条件不固结不排水剪地基土的透水性和排水条件不良，建筑物施工速度较快固结不排水剪建筑物竣工以后较久

15、，荷载又突然增大，或地基条件等介于上述两种情况之间排水剪地基土的透水性好，排水条件较佳，建筑物加荷速率较慢 土的抗剪强度指标随试验方法、排水条件的不同而异，对于具体工程问题，应该尽可能根据现场条件决定采用实验室的试验方法，以获得合适的抗剪强度指标 抗剪强度指标选用 第3章 土样的取样与制备33.1 取样与管理取样与管理3.2 土样的制备土样的制备3.3 试样饱和试样饱和3.1 取样与管理取样与管理u取样方法：天然土层作用的土压力，应采取原状土；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，应采取扰动土土坝等填土作用的土压力，应采取扰动土u取样地点：试坑、平洞、竖井、天然地面及钻孔

16、中试坑、平洞、竖井、天然地面及钻孔中u 取样原则： 原状土原状土不扰动、具有代表性不扰动、具有代表性 扰动土扰动土具有代表性具有代表性土样的接收和验收1、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。 确认委托方的要求：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。3.1 取样与管理取样与管理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

17、过3周 土样的贮存和管理样品标识：土样接收后，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：接收后的土样，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样品管理：样品室应有一定的管理制度，有专人管理，对于土样进库和出库都应有记录，并有责任人签字，以保证样品贮存的安全。3.1 取样与管理取样与管理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3.1 取样与管理取样与管理3.2

18、 土样制备土样制备1、土样制备内容u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。u原状土的土样制备包括开启试样筒和切样等。 注意点：u要对土样进行描述（如顔色、土类、气味及夹杂物等）u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。3.2 土样制备土样制备2、扰动土试样的预备程序u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。u过筛：一般规定物理

19、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。3.2 土样制备土样制备u匀土：用四分对角取样法，取出足够数量的代表性土样，用标签加以标识。u配制一定含水率的土样：取过2mm筛的风干土15，平铺于不吸水的盘内，计算所需的加水量，均匀加入预计水量后拌匀，装入密封容器，湿润备用。)(01. 001. 0100wwwmmwu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%。3.2 土样制备土样制备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

20、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 。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。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。 3.2 土样制备土样制备4、 原状土试样制备程序 1 1）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

21、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。 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。启情况，并商讨解决办法。3.2 土样制备土样制备 2 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试验时， 应小心地将试样保存在保湿缸内。 3 3）从余土中取代表性的试

22、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。3.3 土样饱和土样饱和二氧化碳饱和: 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。 反压力饱和： 对试样施加反压力以

23、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。 3.3 土样饱和土样饱和第4章 土的物理、化学性质指标44.1 4.1 土的物理性质指标土的物理性质指标4.2 4.2 含水率试验含水率试验4.3 4.3 密度试验密度试验 4.4 4.4 击实试验击实试验4.5 4.5 颗粒分析试验颗粒分析试验4.6 4.6 粘性土的稠度粘性土的稠度4.1土的物理性质指标土的物理性质指标

24、气气水水土粒土粒msmwmVsVwVVa质量m体积VVv 直接测量指标：直接测量指标：密度、相对密度、含水率 换算指标：换算指标：孔隙比、孔隙率、饱和度 1、密度：、密度：单位体积土的质量awswsVVVmmVm工程上常用重度工程上常用重度 表示单表示单位体积土的重力：位体积土的重力：g重力加速度，近似重力加速度，近似取取10m/s2 工程上常用重度表示单位体积土的重力：g重力加速度，近似重力加速度，近似取取10m/s2 4.1土的物理性质指标土的物理性质指标气气水水土粒土粒msmwmVsVwVVa质量质量m体积体积V2 2、土粒相对密度、土粒相对密度Gs（土粒比重）（土粒比重）：土粒质量与同

25、体积的4时纯水的质量之比 ssssVmG3 3、土的含水率、土的含水率：土中水的质量与土粒质量之比，以百分数表示%100%100sssmmmmm测定方法：通常用烘干法，亦可近似用酒精燃烧法 土粒相对密度变化范围不大：细粒土（粘性土）一般土粒相对密度变化范围不大：细粒土（粘性土）一般2.702.702.752.75；砂土一；砂土一般为般为2.652.65左右。土中有机质含量增加，土粒相对密度减小左右。土中有机质含量增加，土粒相对密度减小4.1换算指标换算指标1 1、孔隙比、孔隙比e e：土中孔隙体积与土粒体积之比气气水水土粒土粒msmwmVsVwVVVa质量质量m体积体积VsvVVe2 2、孔隙

26、率、孔隙率n ：土中孔隙体积 与总体积之比，以百分数表示 %100VVnv3.3.土的饱和度土的饱和度Sr ：土中孔隙水的体积与孔隙总体积之比，以百分数表示饱和度描述土中孔隙被水充满的程度。干土饱和度描述土中孔隙被水充满的程度。干土Sr= =0, ,饱和土饱和土Sr= =100%。砂土砂土根据饱和度分为三种状态根据饱和度分为三种状态: : Sr50%稍湿；稍湿； 50Sr80%很湿；很湿； Sr80%饱和饱和%100vrVVS4.1换算指标换算指标4.4.不同状态下土的密度不同状态下土的密度气气水水土粒土粒msmwmVsVwVVVa质量质量m体积体积V饱和密度饱和密度sat ：土体中孔隙完全被

27、水充满时的土的密度 干密度干密度d ：单位体积中固体颗粒部分的质量 VVmvssatVmsd浮密度浮密度 ：土单位体积内土粒质量与同体积水的质量之差 VVmss4.2含水率试验烘干法：%100wddmmm注意事项：u烘干时间对于粘质土至8h，砂类土最少6hu对含有机质超过10%的土，应将烘干温度控制在6570误差原因：u试样的代表性不够u试样未达到恒重就从烘干箱中取出u试样称量不准确烘干法与酒精燃烧法比较：u对含有机质的土，不能用酒精燃烧法u对于粘性土，酒精燃烧法结果偏小，因为酒精难于将粘土烧干，而且潮湿的粘土不易破碎。4.3密度试验测密度的方法选择：环刀法：适用于较均一、可塑的粘性土蜡封法：

28、适用于土中含有粗粒，或者坚硬易碎难以用环刀切割的土，或者试样量少，只有小块、形状不规则的土样放射性同位素法：对于饱和松散土、淤泥、饱和软粘土，不易取出原状样的土灌砂法：砂土、砾石土4.3环刀法步骤（1）取原状土或制备的扰动土样，整平两端，将环刀内壁涂一层薄凡士林，刃口向下放在土样上，将环刀垂直向下压至约刃口深处，用切土刀将土样切成略大于环刀直径的土柱后，边压边削，直至土样伸出环刀顶部，将两端余土削平。（2）擦净环刀外壁，称环刀加土的质量m1（3）从余土中取代表性试样测定含水率w（4） 按下式计算试样密度Vm-m014.3环刀法切削方法： 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

29、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。4.3比重瓶法测比重原理：将已知质量的土样放入水中（或其他液体），排尽空气，求出由土壤置换出的液体的体积。以烘干土质量（105）除以求得的土壤固相体积，即得土粒密度。 注意事项：u比重瓶法适用于粒径小于5mm的各类土u对含有易溶盐、有机质和亲水性胶体的土必须用中性液态代替纯水，采用真空抽气法

30、排气4.4击实试验击实试验 试验目的是通过标准的击实方法，测定土的密度与含水率的关系，从而确定土的最大干密度与最优含水率。击实筒击实筒护筒护筒击锤击锤导筒导筒轻型击实试验轻型击实试验：适用于粒径小于5mm的黏性土，击实筒容积为947cm3，击锤质量为2.5kg。把制备成一定含水量的土料分三层装入击实筒，每层土料用击锤均匀锤击25下，击锤落高为30.5cm 重型击实试验：重型击实试验：适用于粒径小于20mm的黏性土，击实筒容积为2104cm3，击锤质量为4.5kg，击锤落高为45.7cm 。分五层击实，每层56击。根据击实后土样的密度和实测含水量计算相应的干密度4.4击实试验击实试验试样制备：试

31、样制备：1、干法制备（轻型为例）、干法制备（轻型为例） 取一定量的代表性风干土样20kg在橡皮板上碾散过5mm筛，将筛下土样拌匀，并测定风干土样含水率。根据土的塑限预估最优含水率，按依次相差约2%的含水率制备一组（不少于5个）试样，其中有2个含水率大于塑限，2个小于塑限，1个接近塑限。计算加水量公式如下：）（0001. 001. 01mwwwmwmw-土样所需加水质量,gm-风干含水率是的土样质量,gw0-风干含水率,%w-土样需要的含水率,%2、湿法制备、湿法制备 取天然含水率的土样，测定天然含水率，其余步骤与干法相同。4.4击实试验击实试验含水率与密度的关系：含水率与密度的关系：dmaxd

32、0op 当含水率较低时，击实后的干密度随含水量的增加而增大。而当干密度增大到某一值后，含水量的继续增加反招致干密度的减小。干密度的这一最大值称为该击数下的最大干密度，与它对应的含水量称为最优含水量 影响土压实性的因素很多，除了含水率外，还有击实功能、土的种类和级配等 4.5颗粒分析试验颗粒分析试验1、颗粒级配、颗粒级配 工程上将各种不同的土粒按其粒径范围，划分为若干粒组，为了表示土粒的大小及组成情况，通常以土中各个粒组的相对含量（即各粒组占土粒总量的百分数）来表示，称为土的颗粒级配 试验方法试验方法筛分法： 适用0.075mmd60mm密度计法： 适用于d0.075mmPPT模板下载： 4.5

33、 筛分法筛分法 用一套孔径不同的筛子，按从上至下筛孔逐渐减小放置。将事先称过质量的烘干土样过筛，称出留在各筛上的土质量，然后计算其占总土粒质量的百分数 PPT模板下载： 4.5 密度计法原理：利此法是依据斯托克斯（Stokes）定律进行测定的。一般认为，对于粒径为0.20.002mm的颗粒，在液体中靠自重下沉时，做等速运动，这符合Stokes定律，并且大颗粒下沉比小颗粒快。密度计法，是将一定量的土样放在量筒中，然后加纯水，经过搅拌，使土的大小颗粒在水中均匀分布，制成一定量的均匀浓度的土悬浮液（1000mL）。静止悬液，让土粒沉降，在土粒下沉过程中，用密度计测出在悬浮液中对应于不同时间的不同悬液

34、密度，根据读数和下沉时间，就可以算出小于某粒径的颗粒占土粒的百分数。PPT模板下载： 4.5 密度计法注意事项：u宜采用风干试样u试样中易溶盐含量大于总质量0.5%时，应洗盐，易溶盐含量检测用电导法或目测法u每次测得悬浮液密度后，均应将密度计轻轻放在盛水的量筒中u读数要迅速准确，不宜将密度计在悬液中放置时间过久。在正式试验前，应多次联系密度计读数方法。u试验前，应将量筒放在固定平稳的地方，试验中不得移动，并保持悬液稳定稳定。PPT模板下载： 4.5 级配曲线级配曲线 纵坐标表示小于某粒径的土粒含量百分比,横坐标表示土粒的粒径(对数坐标）PPT模板下载： 4.5 颗粒级配的描述颗粒级配的描述对于

35、砾类土或砂类土，同时满足对于砾类土或砂类土，同时满足Cu5和和Cc= =13时，定名为良好级时，定名为良好级配砂或良好级配砾配砂或良好级配砾 工程上常用不均匀系工程上常用不均匀系数数Cu描述颗粒级配的描述颗粒级配的不均匀程度不均匀程度 d10、d30、d60小于某粒径的土粒含量为小于某粒径的土粒含量为10%、 30%和和60%时所对应的粒径时所对应的粒径Cu愈大，表示土粒愈不均匀。工愈大，表示土粒愈不均匀。工程上把程上把Cu5的土视为级配不良的土视为级配不良的土；的土； Cu10的土视为级配良的土视为级配良好的土好的土 曲率系数曲率系数Cc描述颗粒级描述颗粒级配曲线整体形态，表明配曲线整体形态

36、，表明某粒组是否缺失情况某粒组是否缺失情况 6010230dddCc1060ddCuPPT模板下载： 4.6 黏性土的稠度黏性土的稠度稠度：是指土的软硬程度或土受外力作用所引起变形或破坏的抵抗能力,是黏性土最主要的物理状态特征 0固态或半固态固态或半固态可塑状态可塑状态流动状态流动状态塑限塑限P液限液限L黏性土由某一种状态过渡到另一状态的界限含水量称为土的稠度界限液塑限测定根据土工试验规程(SL237-007-1999)规定，采用液塑限联合测定仪进行测定。PPT模板下载： 4.6 黏性土的稠度黏性土的稠度 液塑限联合测定仪下沉深度为下沉深度为17mm所对应的含水量为液限所对应的含水量为液限;

37、;下沉深度为下沉深度为2mm处所对应的含水量为塑处所对应的含水量为塑限限PPT模板下载： 4.6 塑性指数和液性指数塑性指数和液性指数塑性指数IP：是液限和塑限的差值(省去%)，即土处在可塑状态的含水量变化范围说明：说明：塑性指数的大小取决于土颗粒吸附结合水的能力,即与土中粘粒含量有关。粘粒含量越多,塑性指数就越高 说明：液性指数表征土的天然含水量与界限含水量间的相对关系。当IL0时,P,土处于坚硬状态;当IL1时,L,土处于流动状态。根据IL值可以直接判定土的软硬状态 PLpI液性指数IL：是粘性土的天然含水量和塑限的差值与塑性指数之比 PPLII状态状态液性指数液性指数坚硬坚硬硬塑硬塑可塑

38、可塑软塑软塑流塑流塑IL00IL0.250.25IL0.750.75IL1IL1PPT模板下载： 4.6 液塑限液塑限注意事项：u本试验是测定粒径小于0.5mm，有机质含量不大于5%细粒土的液塑限u试样中易溶盐含量大于总质量0.5%时，应洗盐，易溶盐含量检测用电导法或目测法u每次测得悬浮液密度后，均应将密度计轻轻放在盛水的量筒中u读数要迅速准确，不宜将密度计在悬液中放置时间过久。在正式试验前，应多次联系密度计读数方法。u试验前，应将量筒放在固定平稳的地方，试验中不得移动，并保持悬液稳定稳定。第第5章章5 5.1 膨胀土膨胀土5.2 湿陷性黄土湿陷性黄土5.3 冻土冻土特殊土5 特殊土 不同的地

39、理环境、气候条件、地质成因以及次生变化等原因，使土具有一些特殊的成分、结构和性质。当用其作为建筑物的地基时，如果不注意这些特点就会造成事故。通常把那些具有特殊工程性质的土类称为特殊土特殊土，又称地域性特殊土。 我国主要的区域性特殊土包括湿陷性黄土、膨胀土、软土和冻土等。5.1膨胀土 膨胀土应是土中粘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两种变形特性的粘性土 。膨胀土的胀缩性能指标： u自由膨胀率 efu膨胀率ep与膨胀力Peu线缩率s与收缩系数s5.1膨胀土 自由膨胀率ef 将人工制备的磨细烘干土样，经无颈漏斗注入量杯，量其体积，然后倒入盛水的量筒中，经充分吸水膨胀稳定后

40、，再测其体积。增加的体积与原体积的比值ef称为自由膨胀率自由膨胀率。00efVVVw5.1膨胀土 膨胀率 ep 膨胀率表示原状土在侧限压缩仪中，在一定压力下，浸水膨胀稳定后，土样增加的高度与原高度之比00hhhwep5.1膨胀土 膨胀力Pe 以各级压力下的膨胀率ep为纵坐标，压力p为横坐标，将试验结果绘制成p-ep关系曲线，该曲线与横坐标的交点Pe称为试样的膨胀力，膨胀力表示原状土样，在体积不变时，由于浸水膨胀产生的最大内应力。膨胀力在选择基础型式及基底压力时，是个很有用的指标。在设计上如果希望减少膨胀变形，应使基底压力接近于膨胀力。5.1膨胀土 膨胀土失水收缩，其收缩性可用线缩率与收缩系数表

41、示。线缩率s是指土的竖向收缩变形与原状土样高度之比。 线缩率 s与收缩系数 s 根据不同时刻的线缩率及相应含水量，可绘成收缩曲线，利用直线收缩段可求得收缩系数s，其定义为：原状土样在直线收缩阶段内，含水量每减少1%时所对应的线缩率的改变值，即：ssw5.1膨胀土判定 根据我国十余年来的实践经验，判别膨胀土的主要依据是工程地质特征与自由膨胀率。因此膨胀土规范中规定，凡具有下列工程地质特征的场地，且自由膨胀率ef40%的土应判定为膨胀土。1裂隙发育，常有光滑面和擦痕，有的裂隙中充填着灰白、灰绿色粘土。在自然条件下呈坚硬或硬塑状态；2多出露于二级或二级以上阶地、山前和盆地边缘丘陵地带，地形平缓，无明

42、显自然陡坎；3常见浅层塑性滑坡、地裂，新开挖坑（槽）壁易发生坍塌等4建筑物裂缝随气候变化而张开和闭合。5.2湿陷性黄土 黄土具有以下全部特征：u颜色以黄色、褐黄色为主，有时呈灰黄色u颗粒组成以粉粒(0.05-0.005mm)为主，含量一般在60%以上，几乎没有粒径大于0.25mm的颗粒u孔隙比较大，一般在1.0左右u富含易溶碳酸钙盐类u垂直节理发育u一般有肉眼可见的大孔隙5.2湿陷性黄土 黄土湿陷性的判定 黄土湿陷性在国内外都采用湿陷系数s值来判定，s可通过室内浸水压缩试验测定。把保持天然含水量和结构的黄土土样装入侧限压缩仪内，逐级加压，达到规定试验压力，土样压缩稳定后，进行浸水，使含水量接近饱和，土样又迅速下沉，再次达到稳定，得到浸水后土样高度，由下式求得土