土的密度试验作业指导书

土的密度试验作业指导书一、试验的目的和方法土的密度是质量密度的简称，指单位体积土体的质量，即土的总质量(m)与其体积(V)之比，以符号ρ表示，单位为g/cm3。重力密度(重度)由于涉及到作用于质量上的重力，所以表示为单位体积的力，以符号γ表示(重度原称容重)，单位为kN/cm3。两者有以下的换算关系：γ＝g×ρ＝9.81×ρ≈10×ρ9-7土的密度是土的基本物理性指标之一，用它可以换算土的干密度、孔隙比、孔隙率等指标。在工程设计中，主要用于判断土的工程性质、计算土压力、土体稳定性及地基压缩时的沉降量等。测定土的密度常用的方法主要有。●环刀法：适用于粉土和黏性土。●蜡封法：适用于环刀难以切削并且易碎裂的土。●灌砂法、灌水法、气囊法：适用于砾类土。●核子射线法：适用于砂类土、黏性土。下面仅介绍环刀法、灌砂法、核子射线法。测定土体密度的难度在于测定土体的体积，环刀法、蜡封法、灌砂法等均是针对测定土体体积进行的。二、环刀法环刀法测定土体密度的原理在于，用确定体积的环刀切削土体，使在尽量少的扰动下，使土灌满环刀，从而达到测定密度的目的。1．试验所用主要仪器设备和器具(1)环刀：目前常用的环刀内径为61.8±0.15mm和79.8土0.15mm两种，高度为20土0.016mm。环刀的质量、容积须定期校验。(2)天平：称量500g，分度值0.1g；称量200g，分度值0.Olg。(3)其他：切土刀、钢丝锯等。2．主要试验步骤(1)在环刀的内壁涂上一薄层凡士林，刀口向下放在土样上，垂直下压环刀，同时旋转切削土样至环刀从土样另一端伸出为止。用钢丝锯或切土刀去掉环刀周围的土，使环刀与土柱分离，然后削去环刀两端的多余土(用做含水率试验)，并将环刀两端修平。(2)将环刀与所切土同时称量，然后再称环刀质量，从而称得试样质量，准确至0.lg。(3)应进行两次平行测定，其平行差值不得大于0.03g/cm3。(4)按式(9-8)和式(9-9)分别计算土的湿密度和干密度。9-8式中：ρ：土的湿密度(g/cm3)；mo：湿土的质量(g)；V刀：环刀体积(cm3)。9-9式中：ρd：干密度(g/cm3)。ω：含水率(％)。三、灌砂法利用在确定的灌入状态下，砂的密度(可以在相同灌入条件下事先测得)不会发生变化的原理，测定试坑中砂子质量，从而计算试坑的体积，达到测定土体密度的目的。1．试验所用主要仪器设备和工具（1)灌砂法密度测定仪：如下图9-2所示。图9-2灌砂法密度测定仪（2)天平：称量10kg，分度值5g；称量500g，分度值0.1g。（3)其他：小铁锹、小铁铲、盛土容器等。2．标准砂密度测定(1)选取一定量的粒径为0.25～0.50mm，密度为1.47～1.61g/cm3的洁净干燥砂。(2)称量组装好的密度测定仪质量(m1)。(3)将密度测定仪竖立(漏斗向上)，向容砂瓶内注满清水(用小玻璃板封口，以玻璃板下气泡最小为准)，称测定器和水的质量(m2)，同时测记水温。再重复测定两次。将三次测定结果换算为该温(4)按上述步骤将水换为标准砂，测定标准砂充满容量瓶后密度测定仪和标准砂的质量(m3)。(5)按式(9-10)计算容砂瓶的容积Vx=(m2-m1)Vw9-10式中：Vr：容砂瓶体积(ml)；m2：密度测定仪和水的质量(g)；m1：密度测定仪的质量(g)；Vw：每克水的体积(ml/g)。不同温度下，水的密度不同，在计算密度测定仪容砂瓶容积时，要根据测定时的温度使用不同的水的密度，其值见表9-1。表9-1不同温度下每克水的体积水温(℃)121416182022每克水体积(ml)1．000481．000731．001031．001381．001771．00221水温(℃)2426283032每克水体积(ml)1．002681．003201．003751．004351．004917按式(9-11)计算标准砂的密度：9-11式中：ρS：标准砂的密度；m3：测定仪和标准砂的质量。3.测定灌满漏斗所需标准砂的质量(1)将标准砂灌满容砂瓶，称测定器和标准砂的质量(m3)。将测定器倒置于洁净的平面上(漏斗朝下)，打开阀门，待砂停止流动后迅速关闭阀门，称剩余砂和测定器质量(m4)，计算流失砂的质量(m5)。(2)按式计算灌满漏斗所需标准砂的质量：m5＝m3-m4 (9-12)式中：m4：剩余砂和测定器质量；m5：灌满漏斗所需标准砂质量。4.灌砂法试验要点(1)将测定仪倒置(漏斗朝下)于整平的地面上，沿灌砂漏斗外缘画一轮廓线，在所画轮廓线内挖坑，试坑大小应根据土的最大粒径确定，见表9-2。(2)将挖出的土全部装入容器称出湿土总质量，同时取代表性试样测定含水率。表9-2试坑最小体积和测定含水率试样质量土的最大粒径(mm)试坑尺寸(mm)测定含水率应取试样质量(g)直径高度5～2515020010025～50200250300(3)将容砂瓶内充满砂，称标定器和标准砂质量(m3)，将测定器倒置(漏斗朝下)于挖好的坑口上(如坑口土质较松软，要采用底板。当使用底板时，应把底板空洞视为灌砂漏斗的一部分)，打开阀门，使标准砂流人试坑内，当砂停止流动时关闭阀门，称测定器和剩余砂质量(m6)。(4)按式(9-13)计算充满试坑所需砂质量：m7＝m3-m5-m6 9-13式中：m6：灌满试坑后测定仪和剩余砂质量(g)；m7：灌满试坑所需标准砂质量(g)。(5)按式(9-14)、式(9-15)计算密度和干密度：9-14式中：m：试坑内土的质量(g)。9-15式中：m：试坑内土的质量(g)。四、核子射线法核子射线法广泛用于路基填土压实工程中检测土的密度和含水率。核子湿度密度仪的原理是根据不同密度的土对γ射线(艳137-γ源，半衰期为33.2年)的反射，间接地求出该材料的密度；根据土中游离水中的氢离子对中子(媚241/铍中子源，半衰期为458年)的反射，测出氢离子含量，进而推算出游离水的含量，即计算出含水率。1．试验所用主要仪器设备核子湿度密度仪：由主机和附件组成。（1)主机：由放射源、探测器、微处理器、测深定位装置等组成，见图9-3所示。图9-3核子湿度密度仪示意图放射源：艳137-γ源，辐射活性3.7x108Bq媚241/铍中子源，辐射活性1.85x109Bq。●探测器：盖革一密勒计数管，接收γ射线；氢一3探测管，接收中子射线。●微处理器：将探测器接收到的射线信号转换成数据，并经运算后显示检测结果。●测深定位装置：将放射源放置到预定的测试深度。（2)附件：标准块、导板、钻杆、充电器。（3)技术指标：●测量范围：含水量0～0.64g/cm3；密度1.12-2.73g/cm3。●准确度：含水量±0.004g/cm3；密度±0.004g/cm3。●仪器应按《核子湿度密度测试仪检定规程》(JJG128一91)检定合格，检定周期两年。2．试验要点(1)标准计数和统计试验：将标准块放在坚硬的材质表面，按规定将仪器放置在标准块上，仪器手柄设置在安全位置。周围l0m以内无其他放射源，3m以内的地面上不得堆放其他材料。按下启动键，开始进行标准计数或统计试验。操作人员应退到离仪器2m以外区域。当仪器发出结束信号后，检查含水量、密度的标准计数或统计分析结果，如果其数值在规定的范围内，即可开始检测。(2)输人设定参数1)测量计数时间(不宜小于30s)。2)选择计量单位g/cm3或kg/m3。3)密度、含水量的偏移量，当无偏移量时输人“0”。4)测点记录号。(3)平整被测材料表面，必要时可用少量细粉颗粒铺平，然后用导板或钻杆造孔。孔深必须大于测试深度，孔应垂直，孔壁光滑，不得坍塌。(4)按规定方法将仪器就位，并将放射源定位到预定的测试深度，按下启动键开始测试，操作人员退到离仪器2m以外的区域。(5)当仪器发出结束信号后，储存或记录检测结果，并将放射源退回到安全位置。(6)试验误差应满足以下规定要求：本试验在同一测点，仪器在初始位置进行第一次读数，然后将仪器绕测孔旋转180°进行第二次读数，含水量及密度应分别取两次读数的平均值。其含水率的允许平行差值应符合规范的规定；密度的平行差值不应大于0.03g/cm3。如果两次测定的平行差值(含水率或密度)超过允许差值，则应将仪器再绕测孔旋转到90°和270°的位置进行两次读数，取其四次读