土工试验的基本知识及操作流程（51页)ppt课件

1、土工实验的根本知识及操作流程一、土的演化及与工程的关系二、土的组成及根本物理目的三、土工实验工程四、实验前的预备五、实验的操作六、实验认识的误区七、实验的一些阅历性总结土工实验的根本知识及操作流程目录一、土的演化及与工程的关系1.土的构成土是岩石风化的产物。物理风化-岩石暴露在大气层内，受风、霜、雨、雪的侵蚀，以及受温度升降变化的影响，裂隙水结冰等缘由，使岩石崩解成块。化学风化-这些碎块再与水、二氧化碳、氧气接触发生化学作用。生物风化-岩石在风化过程中与自然界的生物发生相互作用。一、土的演化及与工程的关系2、土与工程的关系地基-作为建筑物(桥涵、楼房等)或构筑物(路基等)的地基，如承载力、变形

2、；填料-作为土工构筑物(路基、堤坝等)的填料；介质-作为构筑物(渠道、黄土隧道等)的周围介质，如基坑支护、降水、渗漏等。一、土的演化及与工程的关系3、土工实验的重要意义土用于地基，会出现地基的变形和稳定问题；用作填料，存在土的压实和变形问题；用于介质，需思索土的渗流和抗渗稳定性问题。研讨处理以上问题，涉及到土的物理、力学、化学性能。要评价土的以上性能，须经过土工实验来获取土的各项性能目的。尤其在研讨不良地基处置方案时，实测的实验目的是优选技术措施的重要根据。二、土的组成及根本物理目的1、土的三相体概念土是由固体颗粒、水分和空气三相组成。其中每种成分的质量、体积的相对比例有所增减，都会引起土的物

3、理力学性质的变化。二、土的组成及根本物理目的2、土的根本物理目的及换算关系土的根本物理目的有九项,他们是：密度、颗粒密度、含水率、干密度、饱和密度、有效重度、孔隙比、孔隙率及饱和度。其中前三项是直接检测出来的，后六项是计算出来的。前3项中密度最关键，实验方法简单，最能代表土的特性。密度越大，空隙比越小，土的力学性质越好，湿陷性越低，反之相反。二、土的组成及根本物理目的2、土的根本物理目的及换算关系只需记住两个换算公式，其它的公式均好推导，这两个公式是:1知密度和含水率推导干密度公式2干密度推导孔隙比公式其它的目的均可快速推导，二、土的组成及根本物理目的2、土的根本物理目的及换算关系三、土工实验

4、工程土工实验工程应根据土的用途决议，实验工程包括物理、力学、化学、动力特性等性能实验，详细实验工程确实定稍后会专门引见。三、土工实验工程1.物理性质土的物理性能实验：含水率、密度、颗粒密度、界限含水率液限、塑限、颗粒分析、浸透、砂的相对密度、击实等，前五项实验统称常规物理五项。实验成果用于土的工程分类，土的形状的断定，浸透计算，砂的相对密度包括砂的最大和最小孔隙比的测定，由此确定砂的相对密度，断定砂的疏密形状，用于填土工程施工方法的选择和碾压质量控制。三、土工实验工程2.力学性质变形与强度土的变形实验：包括固结、紧缩、湿陷性和膨胀性等。这些实验为工程设计提供变形参数：紧缩系数、紧缩模量、体积紧

5、缩系数、紧缩指数、回弹指数、前期固结压力、固结系数、湿陷系数、自重湿陷系数、膨胀率、膨胀力等。变形这些目的主要用于承载力评价、沉降计算、稳定性分析等。三、土工实验工程2.力学性质变形与强度土的强度实验：包括直接剪切实验、反复直接剪切实验、三轴紧缩实验、无侧限抗压强度实验等。这些实验为设计提供土的抗剪目的参数(粘聚力、内摩擦角)、无侧限抗压强度、灵敏度。强度这些目的主要用于基坑支护、承载力计算、稳定性评价。三、土工实验工程3.化学性质土的化学性实验：易溶盐、中溶盐石膏和难溶盐碳酸钙。包括粘土矿物鉴定、有机质和盐渍土实验等。粘土矿物成分是决议土的物理化学性质的重要要素，主要是膨胀土；有机质实验提供

6、土中有机质含量，区分泥炭土、有机质土和淤泥质土；盐渍土是土中易溶盐含量大于5%的土，盐渍土实验目的供地基评价、采取工程措施或选料之用。此外，还存在污染土，由于致污物质不同，性状与实验方法也不同。三、土工实验工程4. 动力特性包括动三轴、动单剪或共振柱实验，属于地震动参数目的，主要用于分析液化和震陷， 地震安评中能够涉及该目的。四、实验前的预备1、取样数量1土1易溶盐的土样不小于0.5kg。2常规实验原状样1筒，假设剪切和紧缩均做需取原状样2筒。3黄土湿陷性实验需取原状样2筒，试样直径不宜小于120mm，假设剪切和紧缩均做需取原状样2筒高度为20cm。四、实验前的预备1、取样数量1土4)颗分实验

7、的取样数量需满足下表1：5)软土实验需用专门的软土取土器取样,取样长度不宜少于50cm；如不是软土取土器取土，取样数量不宜少于3筒(高度为20cm)。6一个配比的改良土实验需取样60Kg,每添加一个配比需多取样30Kg；并按配比计算的量取相应的掺合料。四、实验前的预备1、取样数量2水每组水样均需两桶，一桶2.5L,一桶250mL(加大理石粉12g)。3岩样1抗压强度实验取样数量为每组6节，每节的高径比必需大于2：1。2自在膨胀率实验的取样数量为1000g.3)膨胀率、膨胀力实验的岩样必需用样筒包装并蜡封。四、实验前的预备2、包装运输1土1样品取好后，蜡封并粘贴样签。原状样标签可结实粘贴于样筒上

8、，扰动样要将样品标签用塑料袋与样品隔开放置。2原状样不应倒置，更不宜长间隔运输，尤其是黄土和软土及易碎散岩样，更要做好防震措施。3样品送样时应按钻孔分开，以便及时核对数量。如样品不多，也可按工点送样。4运输样品时应有专门的运输箱，防止土样震动、晃动。搬运和装卸时尽量轻拿轻放，以免样品损坏。四、实验前的预备2、包装运输2水1盛水容器运用耐酸碱的干净塑料容器，大桶需标识2.5kg的长宽高 -0.20.10.3(m) 新塑料桶，小桶可用洗干净的250-500ml矿泉水瓶或新塑料桶。2水样不可盛满，须留1520ml的孔隙，以防挤破。3水样取好后，盖好瓶塞，先用胶布粘再用石蜡密封瓶口。按要求填写样品标签

9、并贴牢，特别留意要注明哪桶水加了大理石粉普通小桶中加大理石粉。同时应保证送至实验室后标签内容明晰。2、包装运输2水4采集的水样应及时送往实验室分析，自取好样后七日内必需寄到实验室，过期不接纳。以验证为目的的水样，3日内必需送达。5水样必需用木箱托运，水样应垂直装入木箱，并用纸屑或泡沫塞紧，防止挤压漏水。四、实验前的预备2、包装运输3岩样1不能用胶带大量直接粘贴于岩石上，使岩石无法做饱水实验。可将岩石放入塑料袋中，再将岩样标签用胶带结实粘贴于塑料袋上。2用木箱装运。木箱板材厚度不小于20mm，装钉结实可靠，便于长途运输，每箱分量不宜大于40Kg。3木箱应一致编号，在木箱顶面应明晰注明工点称号、标

10、段、送样单位、其内样品的孔号及样品数量。岩样应程度装入木箱，并用纸屑塞紧，防止运送过程中受震损坏。4最好一孔一箱，箱内并用纸屑或者泡沫塞紧，防止运送过程中受震损坏。5当同一批次的样品有多箱时，要对箱子按顺序进展编号，委托书上应写明箱号。四、实验前的预备3、实验委托书的填写普通的岩土实验，可按规范的、通用的方法进展。但是，岩土工程师必需留意到岩土性质和现场条件中存在的许多复杂情况，包括应力历史、应力场、边境条件、非均质性、非等向性、不延续性等等，使岩土体与岩土试样的性状之间存在不同程度的差别。实验时应尽能够模拟实践，运用实验成果时不要忽视这些整别。委托书的填写就显得至关重要。四、实验前的预备3、

11、实验委托书的填写1纸质委托书应与样品应同时送达，委托书必需有地质组人员的签字。2实验委托书应有工程称号、实验工程、土样编号、实验方法、钻孔编号、取土深度、取样日期、地下水位高程、土样现场定名、要求实验完成的日期、联络方式等。3原状土进展力学性实验应明确试样是在天然含水率形状下还是饱和形状下进展实验。 1固结实验应明确固结的最大荷重，求哪一级荷重或某一个干密度孔隙比下的固结系数或湿陷浸透系数；黄土紧缩实验须提出设计荷重。 2三轴或直剪：需明确剪切实验方法,如快剪、固快、不固结不排水、固结不排水等。 3浸透实验是垂直还是程度方向。4扰动土样的力学性实验要提出初步设计干密度和施工现场能够到达的平均含

12、水率等目的。5实验单位接到土样后应按实验委托书验收，验收中需查明土样数量能否有误，编号能否相符；所送土样能否满足实验工程和实验方法的要求；必要时可抽验土样质量验收后登记编号。登记内容应包括工程称号委托单位送样日期土样室内编号和野外编号取土地点和取土深度实验工程的要求以及要求提出成果的日期等。6土样送交实验单位验收登记后，即将土样按顺序妥善存放，应将原状土样和坚持天然含水率的扰动土样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场实验的时间不应超越3周。土样经过实验之后余土应储存于适当容器内，并标志工程称号及室内土样编号妥善保管以备审核。实验成果普通保管到实验报告提出3个月以后，委托

13、单位对实验报告未提出任何疑义时方可处置。前4条是地质人员需明确，后2条需实验人员明确。四、实验前的预备 4、样质量量等级决议实验工程根据实验过程中土样情况可将样质量量分为四个等级。级样品：不扰动，坚持天然构造和天然含水形状，形状和尺寸完好，取样回收率hs95%，没有失水景象。可供做全部物理力学性实验工程。 hs = h1 / h2式中 hs土样回收率% h1土样平均长度四个方向长度的平均cm 或土样平均周长丈量部位为距土样顶、底部5cm和10cm处h2土样盒长度cm或土样盒内周长级样品：有细微扰动，构造变形，外形尺寸稍有改动，但土样回收率仍有hs95%，没有失水景象。可供做含水率、密度和液塑限

14、实验。级样品：土样出现明显构造扰动，土样回收率hs95%，外形尺寸明显改动如土样直径不够、上下端缺土较多、自重下变形等，但仍坚持天然含水形状、没有失水景象。只供做含水率和液塑限实验。级样品：完全扰动，不仅完全失去天然构造形状而且出现明显失水景象。只能做液塑限实验。四、实验前的预备 4、样质量量等级决议实验工程五、实验的操作五、实验的操作1、含水率1实验目的：土的根本物理目的之一，是计算干密度、孔隙比、饱和度、液性指数等目的的根本数据，用于评价土的工程性质。2检测方法：a.烘干法：适用于各类土。本法为测定含水率的规范方法，粘性土、粉土烘干时间不少于8h，砂类土不少于6h，砾、碎石类土不少于4h。

15、但当土中有机质含量超越5%或含石膏或硫酸盐时，应控制温度在65-70。b酒精熄灭法：适用于不含有机制的砂类土、粉土和粘性土。c.碳化钙减量法：适用于各类土。d.核子射线法：适用于现场原位测定填料为细粒土和砂类土的含水率五、实验的操作2、密度1实验目的：测定土的密度，用于计算土的干密度、压实度、孔隙比、孔隙率、饱和度等目的。2检测方法及适用范围：a、环刀法：适用于粉土和粘性土。b、蜡封法：适用于环刀难以切削并易碎裂的土。c、灌砂法、气囊法：适用于现场测定最大粒径小于20mm的土密度。d、灌水法：适用于现场测定最大粒径小于60mm的土密度。e、核子射线法：适用于现场测定填料为细粒土、砂类土的压实密

16、度。五、实验的操作3、颗粒密度比重1检测目的：测定土的颗粒密度，用于计算土的孔隙比、孔隙度、饱和度等目的。土体内固体颗粒质量与颗粒体积之比值，即为颗粒密度2检测方法及适用范围：a、比重瓶法：粒径小于5mm的土；b、浮称法：粒径大于、等于5mm的土，且其中大于20mm的颗粒含量应小于总土质量的10%。c、虹吸法：粒径大于、等于5mm的土，且其中大于20mm的颗粒含量应大于总土质量的10%。颗粒密度普通可采用阅历值。五、实验的操作5、界限含水量1概述a.液限。土从塑态向流态过渡的界限含水量，或土处于可塑形状的上限含水量。以“%表示。b.塑限。土从半固态向塑态过渡的界限含水量，或土处于可塑形状的下限

17、含水量。以“%表示c.塑性指数。Ip=WL-WP,粘性土处于可塑形状时的含水量变化范围。Ip越大，可塑性越高，大紧缩性土。d.液性指数。IL,土的相对稠度。即土的天然含水量与界限含水量的关系。IL=W-WP/WL-WPe.缩限。当土到达塑限后继续变干，土的体积随之减小，当收缩到达某一含水量后土的体积不再收缩，此时的含水量为缩限。2实验的目的：根据WL、WP计算Ip、IL，为土的分类、工程设计、施工提供根据。3适用范围：粒径0.5mm，有机质5%。4检测方法：液限：结合测定法、碟式仪法 塑限：结合测定法、搓条法5结合测定法仪器设备：试锥76g,锥角30。五、实验的操作6、相对密度1概念。相对密度

18、即无黏性土处于最松散形状孔隙比与天然形状或给定孔隙比之差和最松散形状孔隙比与最严密形状孔隙比之差的比值。 2实验目的：测定相对密度，用以断定砂类土或碎石类土的密实形状，从而确定其工程特性，为设计和施工提供根据。3适用范围：砂的相对密度实验适用于颗粒粒径小于5 mm、且粒径25 mm的试样质量不大于试样总质量的15%及粒径小于0.075 mm的颗粒质量不大于总土质量的12%；砾和碎石类土的相对密度实验适用于最大粒径为60 mm、且粗颗粒中小于0.075 mm的颗粒含量不得大于12%。4本卷须知：a.相对密度Dr的变化范围在01之间,相对密度越大，越密实。b.砂类土尤其是碎石类土的颗粒级配不稳定，

19、其最大最小干密度也变化很大，在实践运用中应亲密关注其变化。五、实验的操作7、击实1实验目的：求得最大干密度和最正确含水量，用于指点路基填土施工和评价路基压本质量。2类型：轻型：Q1、Q2 , 重型：Z1、Z2、Z33适用范围：各种粗粒土和细粒土，最大粒径有5mm、20mm、40mm三种五、实验的操作8、固结紧缩1固结实验需提供每级压力下的孔隙比、紧缩系数、紧缩模量、和ep曲线。2固结实验适用于饱和黏性土，当只进展紧缩实验时，允许用于非饱和土。固结实验加压等级普通为50、100、200、300、400kPa。有特殊要求时，按地质专业技术人员要求进展。稳定规范为固结24h或每小时试样变形量不大于0

20、.005mm，另需提供固结系数、浸透系数估算。3对浸透性较大的非饱和土，主要为求紧缩系数和紧缩模量时，紧缩实验可采用1h快速实验方法。400 kPa以内的固结加压等级为50、100、200、300、400；400 kPa以上固结加压等级为50、100、200、400 、600、 800、1200、1600kPa。4高压固结实验的加压等级为12.5、25、50、100、200、400、800、1600、3200kPa，报告中需额外提供紧缩指数、前期固结压力和e-log(p)曲线。5回弹实验应由地质技术人员确定回弹压力。地质技术人员未确定回弹压力时，回弹压力不应大于前期固结压力且不宜大于400kP

21、a。6次固结实验的加压等级普通为50、100、200、400 kPa，加压率不应小于1。每级压力下的固结时间普通为24小时或直至稳定为止，加压后按以下时间顺序测记量表读数:6、15、1min、2.25min、4min、6.25min、9min、12.25min、16min、20.25min、25min、30.25min、36min、42.25min、49min、64min、100min、200min、400min、23h、24h。报告中需额外提供固结系数、次固结系数、浸透系数估算以及elg(t)曲线。7高压固结实验时应留意，对于轴承式高压固结仪，开场应将加压杆调至向上倾斜5左右；对于刀口式高压

22、固结仪，应在每级压力的稳定读数读完后，下一级压力加压之前，将加压杆调整程度，以保证仪器的出力精度。8饱和试样或工程上要求浸水的试样，在施加第一级压力后，应立刻向容器内注水，使试样在水下进展实验。非饱和试样，运用湿棉纱围住加压盖板周围，防止实验过程中水分的蒸发。9固结仪应进展仪器变形校正，某级压力下土的变形量等于该压力下总的变形量减去该压力下仪器变形量的差。10用于固结实验的试样应测定其密度和含水率，且密度差值不大于0.03g/cm3，含水率差值不大于2.0。五、实验的操作9直接剪切实验1直剪实验应取4个环刀试样，对剪切点离散的尚应添加试样个数，以保证抗剪强度与垂直压力关系曲线呈线性。各实测点与

23、直线上对应点的抗剪强度之差不超越直线上对应点抗剪强度的5。2直剪实验最大加压应根据土的软硬形状确定。普通加压等级为50、100、150、200 kPa或50、100、200、300 kPa 。对于软土，应减小压力，最小压力宜为25 kPa，防止试样挤出。对于硬土，当取样深度大于20m时，加压等级为100、200、300、400 kPa。3剪切速率快剪应在0.81.2mm/min，慢剪应为0.002mm/min。4固结快剪实验应使试样固结稳定后再进展剪切实验。固结稳定规范为每小时变形量：黏性土不大于0.005mm，粉土和砂类土不大于0.01mm。5剪切实验记录应可以反映实验过程中抗剪强度值的变化

24、情况，可以确定峰值点或稳定值，不能仅仅记录一个峰值数据。对无明显峰值的试样，应剪切至位移量达6mm为止，并取剪切位移4mm所对应的剪应力为抗剪强度。 五、实验的操作10三轴实验必需制备4个以上性质一样的试样，在不同围压下进展实验，围压大小要与工程的实践荷载相顺应，尽能够使最大周围压力与土体最大实践荷载大致相等。普通要求2个样品的围压必需大于自重，固结样品的固结压力必需有2级大于土体自重压力，最后二级压力要分别大于自重压力50、150kPa。脆弱土可采用50、100、150、200 kPa围压以不破坏土体为原那么。不固结不排水UU实验：天然形状下的直接装样进展实验,需求抽气饱和的样品按要求抽气饱

25、和，再以0.5/min的剪切速率进展实验。施加的垂直压力必需有2级大于自重压力且要求土体必需剪损。实验终了后，将原始数据从采集器保管到计算机，采用数据处置软件，以主应力差的峰值作为破坏点，无峰值时以15%轴向应变所对应的主应力差作为破坏点绘制破损应力圆，求取Cuu、uu。固结不排水CU实验：天然形状下的直接进展固结，需求抽气饱和的样品先按要求抽气饱和，再对样品进展固结固结压力与实验采用的围压一样，固结固结度大于95完成后，黏性土以0.05%/min的剪切速率进展实验，粉土以0.8%/min的剪切速率进展实验，施加的垂直压力大于土体自重的剪切数据不少于2个且要求必需剪损。实验终了后经过处置软件，

26、以主应力差的峰值作为破坏点，无峰值时以15%轴向应变所对应的主应力差作为破坏点绘制破损应力圆，求取总应力强度目的Ccu、cu，同时对孔隙水压力量测，以破坏时的有效应力绘制有效破损应力圆，求取有效应力强度目的C、。有效应力途径确定强度参数按以下步骤进展：先绘制有效应力途径曲线，以曲线上密集点或转机点作为破坏点，将破坏点连成一条直线，经过直线斜率与截距反算出有效强度目的C、。六、实验认识的误区1.实验数据作为野外分层的独一根据，没有实验数据不能分层。地层情况错综复杂，取的样品不具代表性，土工实验不能正确反映土的分布情况。野外描画才是分层的主要根据，只需具有代表性土样的实验结果才干用于验证野外描画的

27、正确性。六、实验认识的误区2.实验数量越多，分析统计越准确。大自然中的地层千变万化，本来地层就存在着，有的地域成层的规律并不太明显，岩土工程师根据物理力学性质和阅历分出不同的地层，由于个人阅历、实验数据误差、规范限制、取样代表性、钻探工艺等差别，不同的人会对地层有不同的分层。规范中规定塑性指数为9.8为粉土，塑性指数为10.2为粉质粘土，两种土物理力学性质类似，不能够准确的划分土层。实验数量越大，这种交错出现的数据较多，硬生生的分层会使剖面中地层信息混乱。分层根据主要靠野外检定，按统计的塑性指数平均值确定定名，塑性指数平均值上下浮动1可列为同一层，对统计表中的其它异常数据进展分析，然后划定亚层

28、。此外，实验数量较大、工期较紧时会使实验室不按正常实验周期进展实验，更有甚者进展数据造价，这样的实验数据再多也仅是摆设。正常的实验周期如下：物理性质需求2天，4级荷重的固结需求4天，直剪实验可当天完成，1台三轴仪3天可以做UU实验12组，CU实验1组。一个具有8人熟练实验员，配备50组固结仪、1组4联的直剪仪、3组三轴仪的全自动仪器的实验室，一周周末不休憩最多可完成常规物理实验和紧缩实验约400组，7级荷重的固结实验50组，快剪实验100组，三轴UU实验24组，三轴CU实验2组。委托书要求完成日期可参照此周期。六、实验认识的误区3.委托书中实验工程填写未结合工程特性一切委托书千篇一概，缺乏针对

29、性。原状土物理实验含水率、密度、比重、液限、塑限普通均需委托，扰动样可委托定名、颗分筛分及粘粒含量、级配曲线、击实等实验。扰动土的力学实验需重塑，重塑时需求提密度、含水量等条件。剪切实验包括直剪和三轴剪切，按剪切前的固结程度和剪切时的排水条件，都可以分为快剪、固结快剪和慢剪三种。三轴中快剪不固结不排水可简写为UU；固结快剪固结不排水、固结不排水侧孔压CU、CU；慢剪固结排水剪CD。应根据工况和施工时间长短确定实验工程，详细如下：UU实验适用于工期短、排水条件差的地层，如地铁区间、高层建筑物地基等工点。CU实验适用于工期长、排水条件好的地层，如地铁车站、超高层建筑物地基等工点。CD实验适用于工期

30、很长、排水普通的地层，如大坝等水利工程。剪切实验主要用于稳定性验算和承载力验算，开挖地段、基坑范围内及稳定影响范围内做此实验。目前由于实验仪器所限，无地下水地段直剪仅能模拟20米范围内的地层，三轴可模拟50米范围内地层；地表为地下水地段直剪仅能模拟40米范围内的地层，三轴可模拟100米范围内地层。超越该深度的直剪和三轴数据均无效，剪切实验的数量需结合工程特点、统计需求、实验条件模拟等各种条件综合确定。如桩基处置的特大桥剪切实验做至60米，从上到下不断剪切紧缩究竟的这种委托书必定会闹出笑话。六、实验认识的误区3.委托书中实验工程填写未结合工程特性，一切委托书千篇一概，缺乏针对性。六、实验认识的误区4、固结和紧缩两个概念混淆。固结是普通是饱和样，紧缩普通针对非饱和样。固结：指的是在荷载或其他要素作用下，土体孔隙中水分逐渐排出、体积紧缩、密度增大、有效应力增大的景象。如今大部分实验模型均建立在饱和土实验模型上，非饱和土实际研讨规律性不强。固结实验可求固结系数、前期固结压力、紧缩指数、再紧缩指数、回弹指数，可推算浸透系数。紧缩实验只可求