土工试验员培训.ppt

1、,土工试验员培训,土工试验的现状与发展,我国系统地开展土工试验技术工作起源于建国初期，经过半个世纪的努力，我国的土工试验技术达到了一个新的水平；但在工程勘察单位的生产性试验方面，无论设备条件或技术水平以及人员配备，都存在较大的差距。 现状： 1土工试验室是勘察单位的一个部门，与市场没有直接的沟通渠道；缺乏技术发展的市场推动力；留不住人才； 2业务范围窄，单一的室内常规土工试验与水质分析；一般不从事非常规的、研究开发型的试验；一般不从事现场试验与原位测试； 3仪器设备：大多数试验室仍沿用上世纪六、七十年代的土工仪器；80年代初期，先进的数据采集和处理系统开始研发，到了80年代的后期，数据采集和处

2、理系统自动化得到了较大的发展与普及。进入二十一世纪后，全自动气压固结仪在全国占了一定的市场，试验精度更高了，劳动强度降低了，工作效率提升了； 4人员问题：缺乏熟练的试验人员；留不住高学历的人才；试验人员的培训机制不健全；技术水平与人员素质不能适应工程的需求； 发展对策： 1对人员进行技术培训，提高试验技术水平； 2在经济条件改善的基础上添置新的设备； 3逐步扩展业务范围，争取更大的市场份额占有率； 4做好试验室的计量认证工作，为社会出具更加准确、可靠、公正、可信的试验数据。,土工试验的作用,1 土工试验在岩土工程中的地位和作用 随着中国现代化建设事业的飞速发展，对岩土工程测试技术提出新的、更高

3、的要求。如重型厂房、高层、超高层建筑、大型水电枢纽、铁路、公路桥梁与隧道以及民用建筑物的兴建是否经济、合理，大部分取决于岩土的工程 性质。要很好地解决一个岩土工程问题，必须首先进行勘察和测试、试验与分析，并利用土力学、工程 地质学等的理论与方法，对各类土建工程进行系统性研究。因此，土工试验是岩土工程规划设计的前期工作，也是地基与基础设计工作中不可缺少的中心环节。 2 土工试验规划： 针对任务明确试验目的； 采取代表性试样； 试验方法选择； 试样组数应满足规定要求；,3 土工试验项目 土的物理性试验：包括含水量、密度、土粒相对密度、界限含水量、 颗粒分析等 砂土相对密实度试验：包括砂的最大和最小

4、孔隙比试验。 土的变形试验：包括固结、压缩、湿陷和膨胀试验等。 土的强度试验：包括直接剪切、三轴压缩、无侧限抗压强度等 土的动力试验：包括动三轴、动单剪、共振柱等试验 土的流变试验：主要研究土的流变特性和规律，预估它们的蠕变时间； 土的矿化试验：包括有机质、易溶盐等试验以及水、土腐蚀性分析； 冻土试验和岩石试验,4土样的要求和管理,4.1 土样采取的数量 应满足要求进行的试验项目和试验方法的需要；详见附表 4.2 土样的验收与管理 （1）土样到达试验室时，必须附送样单及试验委托书。 送样单内容包括：工程名称、钻孔编号、取土深度、取土日期、水位埋深以及土样描述等； 试验委托书包括：工程名称、试验

5、项目、试验方法及提交成果时间要求等； （2）试验室接收土样时，应按委托书进行验收。 验收内容包括：土样数量、编号是否相符，所送土样是否满足试验项目和试验方法的要求，并进行登记； 登记内容有：工程名称、委托单位、送样日期、试验项目以及需要提交报告的时间等。 （3）土样验收登记后，试验室应及时组织试验工作，土样从取样之日到试验之时不得超过3周； （4）试验结束后，余土应做好贮存工作，保持工程名称及室内土样编号，以备审核成果时使用，保管期限不少于3月； （5）处理余土时应做好环保工作；,土试样质量等级,5 试验方法与仪器设备,5.1试验方法与主要仪器 含水量试验：烘干法-恒温烘箱、电子天平等； 土粒

6、相对密度试验：比重瓶法-比重瓶、恒温水槽、砂浴、天平等； 密度试验：环刀法-环刀、电子天平等 界限含水量试验：液、塑限联合测定法-液塑限联合测定仪； 粘粒含量试验：密度计法-甲种密度计； 砂的相对密实度试验：量筒法与振动锤击法-长颈漏斗，量筒，振动叉，击锤等； 击实试验：轻型击实与重型击实-标准击实仪； 黄土湿陷性试验：双线法-固结仪； 固结试验：固结仪、数据采集仪等； 三轴压缩试验：不固结不排水，固结不排水，固结排水-三轴仪； 直接剪切试验：快剪，固结快剪，慢剪-应变控制式直剪仪； 无侧限抗压强度试验：无侧限压缩仪； 自由膨胀率试验：量土杯，搅拌器，无颈漏斗等； 渗透试验：变水头渗透装置；,

7、5 试验方法与仪器设备,5.2室内土工仪器和要求 （1） 国家标准：所有试验仪器设备都应满足土工仪器的基本参数及通用技术条件 GB/T15406； （2）土工仪器的校准： a 所有土工仪器在使用前应按有关校验规程进行校准； b 仪器中配备有计量标准器具时，应按规定的校验周期送交有计量检定能力的单位检定； (3)不合格仪器及处理方法： a 不合格仪器：已明显损坏、工作不正常、过载或误动作以及超过规定的间隔时间等； b 处理方法： 凡不合格仪器应停止使用，并做出明显标记； 能进行调整或修理的，经仔细检查检定或校准后可重新用； 对不能调整或修复的仪器应及时报废； （4） 仪器设备的管理 建立仪器设备

8、台帐，内容包括：仪器名称、制造厂家、购置日期、保管人等； 编制仪器设备检定周期表，内容包括：仪器设备名称、编号、检定周期、检定单位、最近送检 日期、送检人等； 所有仪器设备应有统一格式的标志： a:标志分“合格”“准用”“停用”三种，分别以绿、黄、红三种颜色表示； b:标志内容：仪器编号、检定结论、检定日期、检定单位； （5） 仪器说明书应妥善保存； （6） 建立仪器档案 其内容有：使用记录、故障及维修情况记录。,6计量认证与试验室管理,6.1计量认证 计量是为实现单位统一、量值准确可靠而进行的科技、法制和管理活动。准确性、一致性、溯源发表主法制性是计量工作的重要特点。 所谓“量值溯源”是指自

9、下而上通过不间断的校准而构成溯源体系；而“量值传递”则是自上而下通过逐级检定而构成检定系统。 计量认证是我国通过计量立法，对凡是为社会出具 公证数据的检验机构进行强制考核的一种手段，也可以说计量认证是具有中国特点的政府对实验室的强制认可。 校准和检定： 在规定条件下，为确定测量仪器或测量系统所指示的量值，与对应的由标准物质所复现的量值之间关系的一组操作，称为校准； （1） 校准的含义： 1在规定的条件下，用一个可参考的标准，对包括参考物质在内的测量器具的特性赋值，并确定其示值误差； 2将测量器具所指示或代表的量值，按照校准链将其溯源到标准所复现的量值；,计量认证与试验室管理,（2）校准的目的：

10、 1确定示值误差，并可确定是否在预期的允许范围内； 2得出标准值偏差的报告值，可高速测量器具或对示值加以修正； 3给任何标尺标记赋值或确定其它特性，或给参考物质特性赋值； 4实现溯源性； （3）检定：是查明确认计量器具是否符合法定要求的程序，它包括检查、加标记和出具检定证书。检定具有法制性由下计量检定机构执行。 （4）校准与检定的主要区别： 1校准不具法制性，是企业自愿行为；检定具有法制性，属计量管理范畴的执法行为。 2校准主要确定测量器具的示值误差；检定是对测量器具的计量特性及技术要求的全面评定。 3校准的依据是校准规范、校准方法，可统一规定也可自行制定；检定的依据检定规程。 4校准不判断测

11、量器具合格与否；检定要对所检的测量器具作出合格与否的结论。 5校准结果通常是发校准证书或校准报告；检定结果合格的发检定证书，不合格的发不合格通知书。,计量认证与试验室管理,6.2试验室的管理 试验室的管理是通过质量管理体系的建立和运行来实现的。质量管理体系文件包括：质量管理手册、程序文件以及质量体系运行中产生的各种质量文件。 质量管理手册： 是试验室从事各项质量活动的唯一法规性文件，是质量体系在试验室运行的依据。,质量管理手册包括以下内容： 1 组织与管理 2质量体系的建立 3人员 4试验室设施和环境 5仪器设备的管理 6量值溯源和校准 7试验方法的选用 8试验样品的管理 9试验记录管理 10

12、试验报告 11外部支持服务和供应 12试验的分包 13抱怨的处理,计量认证与试验室管理,程序文件应包括下列内容： 1质量体系文件的控制和维护程序； 2质量体系管理评审程序 ； 3质量体系审核程序； 4保护委托方的机密信息和所有权程序； 5开展新试验项目管理程序； 6允许偏离和纠正程序； 7控制偏离的管理程序； 8试验工作管理程序； 9量值溯源程序； 10仪器设备控制与管理程序； 11仪器设备购置、验收及流转程序； 12培训与考核程序； 13试验环境的建立、维护和管理程序；,14现场试验管理程序、 15试验方法管理程序； 16复验程序； 17抽样程序； 18保护数据完整和安全性管理程序； 19计

13、算机软件管理程序； 20消耗材料的采购、验收和贮存程序； 21样品管理程序； 22记录管理程序； 23档案管理程序； 24试验报告的编制和管理程序； 25试验工作的分包管理程序； 26外部支持服务和供应管理程序； 27抱怨处理程序；,试验数据处理与分析,土工试验数据 试验数据误差 有效数据与计算法则 土工试验中常用单位换算,质量：g, kg 长度：m,1m=100cm 体积：m3 面积：cm2 时间：s 力 ：kN 压力：kpa 温度：t,土工试验中常用单位换算,试验数据误差,观测值与真值之差即为误差； 真值：它是通过完善的或完美无缺的测量，才能获得的值。 测量结果是由测量所得到的赋于被测量的

14、值，是客观存在的量的实际表现，不知道的，需要测定的值； 误差一般分为三类： 1 系统误差 2 偶然误差 3 过失误差,试验数据误差,系统误差 仪器不良，如刻度不准、砝码未校正 ； 试验环境的变化，如温度、压力、湿度的变化； 操作人员的习惯，如从侧面读数； 可以用校正仪器、控制环境和改正不良习惯来消除系统误差。 偶然误差 已消除系统误差，但所测的数据仍在末一位或末二位数字上有差别，称为偶然误差； 偶然误差时大时小，时正时负，方向不一定； 偶然误差产生的原因不清楚，也无法控制； 用同一精度的仪器，在同一条件下，对同一物理量作多次测量，若测量的次数足够多，则可发现偶然误差完全服从统计规律，偶然误差的

15、算术平均值将逐渐接近于零。 人为（过失）误差 完全人为因素造成，如粗枝大叶、过度疲劳或操作不正确； 消除过失误差的方法是提高工作人员的责任感，健全工作制度，加强对数据的审核；,有效数据与计算法则,一、有效数据的概念 对于任何数，包括无限不循环小数和循环小数，截取一定位数后所得的值即是近似数，根据误差公理，测量总是存在误差，测量结果只能是一个接近于真值的估计值，其数字也是近似值。 近似数有效数字的概念就是：当该按近似数从左边的第一个非零数字数字算起，直到最末一位数字为止的所有数字都是有效数字；测量结果的数字，其有效位数代表结果的不确定度。有效位数的不同，它们的测量不确定度也不同，有效位数越多，其

16、不确定度越小； 二、计算法则： 1 记录测量数据时，只保留一位可疑数字； 2 当有效数字位数确定后，其余数字应一律舍去。舍去办法：凡末位有效数字后的第一位数字大于5，在前一位增加1 ，小于5则舍去，等于5 时，如前一位为奇数，则增加1 ，如前一位为偶数则舍去不计。（奇进偶不进） 3 不能连续修约（12.51-15.25-12.2），因为多次连续修约会产生累计不确定度。,土的基本特性及其指标,1 物理性指标： 天然密度、含水量、土粒比重、孔隙比、液性指数、塑性指数、液限、塑限、曲率系数、不均匀系数、相对密度、饱和度、粘粒含量； 2 力学性指标： 2. 1 变形指标： 压缩系数、压缩模量、渗透系数

17、、先期固结压力、压缩指数、回弹指数、回弹模量、湿陷系数、自重湿陷系数、湿陷起始压力、自由膨胀率、收缩系数； 2. 2 强度指标；内摩擦角、粘聚力、无侧限抗压强度、灵敏度 3渗透性指标：渗透系数、固结系数； 4压实性指标：最优含水量、最大干密度； 5化学性指标： 腐蚀性分析,1.1土的三相特征土是由固体颗粒、空气和水组成的三相体系，基本概念有： 含 水 量：土中水的质量与土颗粒质量比； 土颗粒密度：土粒质量与同体积的4时水的质量之比； 质 量 密 度：土的总质量与其体积之比即单位体积的质量 干 密 度: 土粒质量与土的总体积之比； 重 度：土所受的重力与土的总体积之比； 孔 隙 比：土中孔隙体积

18、与土粒体积之比； 孔 隙 率：土中孔隙体积与土的总体积之比； 饱 和 度：土中水的体积与土中孔隙体积之比；前三项指标是试验室直接测定的。其余各指标间的换算公式如下： 干密度： d=/(1+0.01w) 孔隙比： e= ( ds(1+0.01w)/ )-1 饱和度： Sr= w ds/e 孔隙率：=(e/(1+e)100 重 度：=g 饱和密度：sr= (ds+0.85e)w/(1+e),1土的物理性指标,1土的物理性指标,1.2 土的可塑性指标 土从一种状态转入到另一种状态时的含水量称为界限含水量，流动状态与可塑状态之间的分界含水量定义为液限WL；从可塑状态转入到半固体状态的分界含水量称为塑限

19、WP； 液限与塑限是试验室直接测定的，由此可计算求得其它指标如下； 塑性指数IP：土呈可塑状态时含水量变化的范围，代表土的可塑程度；IP=WL-WP 液性指数IL：土抵抗外力的量度，其值越大，抵抗外力的能力越小； IL= (W- WP)/( WL- WP) 含水比u：土的天然含水量与液限含水量之比；u= W/WL 活动度A：土的含水量变化时，土的体积相应变化的程度，其值越大，变化程度越大；A=IP/P0.002 根据塑性指数的大小可将粘性土分类如下： 3 0.075mm的粒径含量不超过50%） 10 17 粘土 当天然含水量大于液限，天然孔隙比大于1.0的粉质粘土或天然孔隙比大于1.3的粘土称

20、为淤泥质土。,1土的物理性指标,1.3颗粒组成及砂土的密度指标 在自然界所存在的土，都是由大小不同的土粒（矿物、岩石）组成，土粒的粒径由粗到细逐渐变化时，土的性质相应地出发生变化。 土的固体颗粒（土粒）大小通常是以直径尺寸表示，简称“粒径”，单位为毫米；划分粒径的分界尺寸称为界限粒径，主要有200，20，5，0.5，0.075mm， （1） 直接测定的指标有； 颗粒组成；土颗粒按粒径大小分组所占的质量百分数； 最大干密度；土在最紧密状态时的干密度； 最小干密度；土在最松散状态时的干密度； （2） 计算求得的指标有； 界限粒径；小于该粒径的颗粒占总质量的60%； 平均粒径：小于该粒径的颗粒占总质

21、量的50%； 中间粒径：小于该粒径的颗粒占总质量的30%； 有效粒径；小于该粒径的颗粒占总质量的10%； 不均匀系数：界限粒径与有效粒径之比，土的不均匀系数越大，表明土的粒度组成愈分散；Cu=d60/d10 曲率系数：表示某种中间粒径的粒组是否缺失的情况； Cs=d302/(d60d10),1土的物理性指标,（3）指标应用： Cu值越小，表明土的粒径分布均匀，曲线较陡，级配不良；反之，Cu值越大，表明土的粒径分布不均，曲线平缓，级配良好，容易压实。 工程中分类： Cu5为级配良好的非均粒土; 1Cs3 的土称为级配不良的土。 砂土的相对密度；砂土最疏松状态的孔隙比和天然状态的孔隙比之差，与砂土

22、最疏松状态的孔隙比和最紧密状态的孔隙比之差的比值。即 Dr=(emax-e)/(emax-emin) 天然状态下的孔隙比介于最大与最小孔隙比之间，所以，Dr值变化在0-1之间，通常把作为砂土的结构指标，分为以下三种状态； 0 Dr 0.33 疏松 0.33 Dr 0.67 中密 0.67 Dr 1 密实,1土的物理性指标,1.4土的分类 （1）碎石土 粒径大于200的颗粒含量超过全重的50%的土称为碎石土； 根据粒组含量及颗粒的形成分为漂石、块石、卵石、碎石、圆砾和角砾。 土的名称 颗粒形状 颗粒级配 漂石 圆形及亚圆形为主 粒径大于200mm的颗粒含量超过全重的50% 块石 棱角形为主 卵石

23、 圆形及亚圆形为主 粒径大于20mm的颗粒含量超过全重的50% 碎石 棱角形为主 圆砾 圆形及亚圆形为主 粒径大于2mm的颗粒含量超过全重的50% 角砾 棱角形为主 （2）砂土 粒径大于2的颗粒含量不超过全重的50%，粒径大于0075的颗粒超过全重的50%的土称为砂类土；根据粒组含量可分为砾砂、粗砂、中砂、细砂和粉砂。 土的名称 粒组含量 砾砂 粒径大于2 mm的颗粒占全重的25-50% 粗砂 粒径大于0.5mm的颗粒超过全重的50% 中砂 粒径大于0.25mm的颗粒超过全重的50% 细砂 粒径大于0.075mm的颗粒超过全重的85% 粉砂 粒径大于0.075 mm的颗粒超过全重的50%,1土

24、的物理性指标,（3）粉土 粒径大于0.075的颗粒不超过全重50%，且塑性指数小于等于10的土定名为粉土。 粉土的密实度和湿度分别根据孔隙比、含水量分为以下三种： e 0.9 稍密 w 30 很湿 （4）粘性土 当塑性指数大于10，且小于17时，定名为粉质粘土，当塑性指数大于17时，应定名为粘土。根据液性指数可以将粘性土的状态分为以下几类： IL0 坚硬 01.0 流塑 （5）填土 填土系指由人类活动而堆填的土。根据其物质组成和堆填方式，可分为以下三类： a 素填土：由天然土经人工扰动和搬运堆填而成，不含杂质或杂质很少，由碎石、砂、粉土和粘 性土等一种或几种材料组成，不含杂质或杂质很少； b

25、杂填土：含有大量建筑垃圾、工业废料或生活垃圾等杂物；按其组成物质成分和特征分为：建筑垃圾土、工业废料土、生活垃圾土等。 c 冲填土：由水力冲填泥砂组成的；,1土的物理性指标,填土按堆积时间可分为三类： a 古填土：堆填时间在50年以上的； b 老填土：堆填时间在15-50年的填粘土或填粉质粘土； c 新填土：堆填时间在15年以下的填粘土或填粉质粘土； （6）软土 天然孔隙比大于或等于1.0，且天然含水量大于液限含水量的细粒土即为软土；包括淤泥、淤泥质土，其压缩系数大于0.5MPa，不排水抗剪度宜小于20kpa。分类标准如下： 软土的工程性质：触变性、流变性、高压缩性、低强度、低透水性、不均匀性

26、。 （7） 特殊土 是指在特定的地理环境下形成的具有特殊性质的土。主要有：湿陷性黄土、膨胀土、红粘土、冻土等。 湿陷性土： 指浸水后产生附加沉降，其湿陷系数大于或等于0.015的土； 膨胀土： 是指土中黏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特性，其自由膨胀率不小于40%的黏性土。 红黏土： 是指碳酸盐系的岩石经红土化作用形成的高塑性黏土。其液限一般大于50；红黏土经搬运后仍保留其基本特征，其液限大于45的为次生红黏土。,21土的力学性指标 1土的压缩性： 是指土体在荷重作用下产生变形的特性。就室内试验而言，就是土体在荷重作用下孔隙体积逐渐变小的特性。试验方法主要就是采用

27、固结仪在有侧限和两面排水的条件下进行的，测定的压缩性指标有：压缩系数、压缩模量、体积压缩系数、固结系数、次固结系数、前期固结压力、压缩指数、回弹指数、变形模量等； （1）压缩系数： 压缩曲线中某一压力范围的割线斜率；通常采用100kpa-200kpa压力段所得的压缩系数来判定土的压缩性： a1-20.5Mpa-1 属高压缩性 计算公式如下： a1-2=（(ei-ei+1)/(Pi+1-Pi)）1000 ei=e0-(1+e0)hi/h0 hi 表示某一级压力下试样稳定后的变形量mm (减去仪器变形量后的值) h0 表示试样初始高度 mm,2 土的力学性指标,（2）压缩模量： 在无侧向膨胀条件下

28、，压缩时垂直压力增量与垂直应变增量的比值称为压缩模量；压缩模量越大，表明土在同一压力变化范围内土的压缩变形越小，则土的压缩性越低；计算公式如下： Es=(1+e0)/av 根据100-200kpa压力段的压缩模量标准判定如下： Es 5 MPa 高压缩性 5 MPa 15 MPa 低压缩性 （3）体积压缩系数： 土压缩时单位体积垂直应变与垂直压力增量之比，即压缩模量的倒数称为体积压缩系数；体积压缩系数越大，表明土的压缩越高。计算公式为： mv=1/Es=av/(1+e0) (4) 压缩指数：e-p曲线一直线部分的斜率称为压缩指数，压缩指数愈大，表明土的压缩性愈高。对于同一个试样，压缩指数是个定

29、量，不随压力增大而变化。计算方法如下： Cc=(ei-ei+1)/(Pi+1-Pi),2 土的力学性指标,(5) 回弹指数： e-p曲线回弹圈中虚线的斜率称为回弹指数。回弹指数愈大，表明土的回弹变形量愈大。计算方法如下：Cs=(ei-ei+1)/(Pi+1-Pi) (6) 先期固结压力： 是指该土层在地质历史上所曾经承受过的上履土层自重压力或其他作用力，并在该力作用下，己固结稳定的最大压力。先期固结压力与目前上履土层自重压力的比值称为超固结比，用OCR表示。根据OCR值可以判断该土层的应力状态和压密状态，见下表： 根据先期固结压力判断土的压密状态 土的状态 Pc与P0的比较 OCR值 典型土类

30、 超压密土 PcP0 OCR1 老黏性土 正常压密土 Pc=P0 OCR=1 一般黏性土 欠压密土 PcP0 OCR1 新近沉积土，新近堆积黄土,2 土的力学性指标,2 土的力学性指标,（7）变形模量： 通常采用现场载荷试验来测定地基土的变形性质和地基的承载能力。 载荷试验与室内压缩试验两者之间有很大差异；室内压缩试验土样侧向不容许有变形发生，所以它是单向压缩变形，而载荷试验地基土的竖向变形是在有侧向变形情况下发生的。根据载荷试验，就可以从p-s曲线求得地基的变形模量: E0=(1-2)d/s 变形模量与压缩模量之间的关系： E0=Es =1-22/(1-),2.2土的强度指标 （1）抗剪强度

31、：土在外力作用下在剪切面单位面积上所承受的最大剪应力称为土的抗剪强度。土的抗剪强度是由颗粒间的内摩擦力以及由胶结物和水膜的分子引力所产生的黏聚力组成。 （2）试验方法： 1 按排水条件分： 快剪（不排水剪）：加荷速率快，排水条件差，适用于斜坡的稳定性，厚度较大的饱和粘性土等； 固结快剪（固结不排水剪）：具有一定的固结作用，适用于一般建筑物地基的稳定性； 慢剪（排水剪）：加荷速率慢，排水条件好，施工期长，适用于透水性好的低塑性土以及在软弱饱和土层上的高填方分层控制填筑等；,2 土的力学性指标,2 按试验仪器分： 直接剪切试验 试验原理：将环刀切取的土试样置入剪切盒中厚待剪切，通过不同垂直压力作用

32、下的剪切试验所得的抗剪强度，求取土的粘聚力和内摩擦角。 计算方法：用同一土样切取不少于4个试样进行不同垂直压力作用下的剪切试验后，用相同的比例尺在坐标纸上绘制抗剪强度S与垂直压力p的相关曲线。直线交S轴的截距即为土的粘聚力c，直线倾斜角即为土的内摩擦角。 在法向应力变化不大时，抗剪强度与法向应力的关系近似为一条直线，这就是抗剪强度的库仑定律。 S= C+tan 优点：试验仪器简单，操作方便； 缺点：1剪切面不一定是试样抗剪能力最弱的面； 2剪切面上的应力分布不均匀，而且受剪切面积越来越小； 3不能严格控制排水条件，测不出剪切过程中孔隙水压力的变化。,2 土的力学性指标,2 土的力学性指标,三轴

33、剪切试验 试验原理：是在圆柱形试样上施加最大主应力和最小主应力，保持其中之一不变，改变另一主应力，使试样中的剪应力逐渐增大，直到达到极限平衡而剪切，由此求得土的抗强度。 常用的试验方法有： 不固结不排水剪（UU）：试样在完全不排水下施加周围压力后，快速增大轴向压力到试样破坏； 固结不排水剪（CU）：试样先在周围压力下进行固结，然后在不排水条件下快速增大轴向压力到试样破坏； 固结排水剪（CD）：试样先在周围压力下进行固结，然后继续在排水条件下缓慢增大轴向压力到试样破坏。 优点： 1试验中能严格控制试样排水及孔隙水压力的变化； 2剪切面不固定； 3应力状态比较明确 4除抗剪强度外，尚能测定其他指标

34、； 缺点： 1操作复杂； 2所需试样多； 3主应力方向固定不变，而且是在令的轴对称情况下进行的，与实际情况不能完全符合。,2 土的力学性指标,（3）无侧限抗压强度和灵敏度 土在侧面不受限制的条件下，抵抗垂直压力的极限强度称为土的无侧限抗压强度。 灵敏度是指原状土的无侧限抗压强度与其重塑土（密度与含水量与原状土相同）的无侧限抗压强度之比。灵敏度越大，表明土的结构扰动影响越明显。计算公式如下： qu=（10Pu(1-u)）/A0 u：试验破坏时的总应变； A0：试验前试样的横截面积cm2 对于饱和粘性土，=0时，土的抗剪强度S= qu/2,粘性土软硬程度按无侧限抗压强度分为； qu240kpa 很

35、硬 240kpaqu120kpa 硬 120kpaqu60kpa 中等 60kpaqu30kpa 软 qu16 极灵敏,3土的渗透性指标,3.1土的渗透性 土的透水性指标以渗透系数来表示，其物理意义为当水力梯度等于1时的渗透速度。 1室内测定方法有： 南55型渗透仪（变水头渗透仪），适用于粘性土的渗透试验。 试验原理：在某一初始水头差h0作用下，水流过试样，由于水流动，量管内水头不断下降，在时间 t终了时的水头差为h1，由量管测得的水量为Q，量管的内截面积为a，因为整个试验时间内水头都在变化，所以达西定律用微分方程来表示，经过积分便得到渗透系数的计算公式. 变水头渗透试验方法： （1）将装有试

36、样的环刀（直径61.8mm, 高度40mm）装入渗透容器，密封至不漏水不漏气； （2）将渗透容器的进水口与变水头管连接，利用供不瓶中的纯水向进水管注满水，并渗入渗透容器，开排气阀，排除渗透容器底部的空气，直至溢出水中无气泡，关排气阀，放平渗透容器，关进水管夹。 （3）向变水头管注纯水，水头不高度一般不应大于2m，待水位稳定后切断水源，开进水管夹，使水通过试样，当出水口有水溢出时开始测记变水头管中起始水头高度和起始时间，按预定时间间隔测记水头和时间的变化，并测记出水口 的水温。,3土的渗透性指标,（4）将水头管中的水位变换高度，待水位稳定再进行测记水头和时间变化，重复5-6次，取其平均值。当不同

37、开始水头下测定的渗透系数在允许差值范围内时，试验结束。 （5）按下式计算变水头渗透系数： kt=2.3aL(H1/H2)/A(t2-t1) a：变水头管的断面积（cm2） A：土试样的截面积（cm2）； L：试验量管长度（cm）； 70型渗透仪（常水头渗透仪），适用于砂性土。 2 水平向渗透性 测定土的水平向渗透系数比较困难，过去室内比较简单的办法就是把土样转90方向，再按测定竖向渗透系数的方法来测定。 Rowe渗透仪的水流流向是径向向内的，其理论计算与井的抽水试验情况相似，可以直接写出水平向渗透系数的计算公式。,3土的渗透性指标,3.2 非均质土的渗透性 天然土层是成层的，各土层的系数分别为

38、k1,k2,k3,厚度分别为上H1，H2，H3，在水力坡降的作用下，水平方向的平均渗透系数为kx,垂直方向的渗透系数为中kz,其计算公式分别为： Kx=(k1H1+k2H2+k3H3+)/H Kz=H/(H1/k1)+(H2/k2)+H3/k3)+) 由上述分析可看出，各层土的渗透系数相差很大，水平向渗透由最透水的一层控制，竖向渗透由最不透水的土层控制。所以，成层土的水平渗透系数总是大于它的竖向渗透系数 4.3固结系数 是表示土的固结速度的一个特性指标，固结系数越大，表明土的固结速度越快，可用来计算实际受压土层不同时间的固结度，其值大小取决于土在某一压力范围的渗透系数、孔隙比以及压缩系数。,4

39、土的压实性指标,4.1 土的击实性 在一定的击实功能作用下，能使填筑土达到最大密度所需的含水量为最优含水量，与其相应的干密度称为最大干密度。 击实试验的原理是根据土的三相（颗粒、水、空气）之间的体积变化理论而来的。土的击实程度与含水量、击实功能和击实方法有着密切关系，当击实功能和击实方法不变时，则土的干密度随含水量的增加而增加。当干密度达到某一最大值后，含水量的继续增加反而使干密度减少。此最大值称为最大干密度，其相应的含水量称为最优含水量。 4.2砂土的密实度 砂土的相对密度：砂土最疏松状态的孔隙比和天然状态的孔隙比之差，与砂土最疏松状态的孔隙比和最紧密状态的孔隙比之差的比值。即 Dr=(em

40、ax-e)/(emax-emin) 天然状态下的孔隙比介于最大与最小孔隙比之间，所以，Dr值变化在0-1之间，通常把Dr作为砂土的结构指标，按值大小分为以下三种状态； 0 Dr 0.33 疏松 0.33 Dr 0.67 中密 0.67 Dr 1 密实,5土的化学分析试验,5.1土的易溶盐含量分析： 土中的易溶盐是指易溶于水的盐类，包括全部氯化物、易溶的硫酸盐和易溶的碳酸盐等；易溶盐试验是测定土中易溶盐总量、阴离子（CO32-、HCO3-、SO42-等）和阳离子（Ca2+、Mg2+、K+、Na+等） 5.2有机质含量试验： 土中有机质主要是指碳、氢、氮、氧及少量的硫、磷和金属元素组成的有机化合物

41、。土中有机质含量在同一剖面中随深度增加而降低。 5.3场地水化学分析： 水质分析的目的是为了查清场地水，对建筑材料的腐蚀性，以便在设计和施工时采取必要的防护措施。水的室内化学分析项目有：PH值、 Ca2+ 、 Mg2+ 、 CO32- 、 HCO3- 、 SO42- 、侵蚀性CO2、NH4+、OH-、总矿化度等。,试验操作规程,1 界限含水量试验 1.1液限试验： 圆锥液限仪-适用于粒径小于0 .5mm的细粒土； 试验方法； 将重76g锥角30的圆锥提起，慢慢放在调制好的试样上，使其在自重作用下15s内沉入土中，当刚好下沉到17mm、10mm刻度时测定试样的含水量，此含水量即为土的液限。 2.

42、2塑限试验 搓条法-适用于粒径小于0 .5mm的细粒土； 2.3液塑限联合测定法 试验要点： a：适用于粒径小于0 .5mm以及有机质含量不大于试样总质量5%的细粒土； b：将制备好的试样填满试样杯后刮平，放在联合测定仪升降座上； c：电磁铁吸住圆锥，调整零点和升降座，使圆锥尖接触试样表面。电磁铁断电，圆锥靠自重下沉，当沉入试样中5后，观测并记录圆锥入土深度。取出试样测定含水量； d：按相同步骤测定另外两种不同含水量试样的圆锥入土深度含水量； e：资料整理： (1) 绘制含水量与圆锥下沉深度曲线； (2) 由含水量与圆锥下沉深度曲线上，查得：下沉深度为17mm所对应的含水量即为17mm液限，下

43、沉深度为10mm所对应的含水量即为10mm液限，下沉深度为2mm所对应的含水量即为塑限。,2土粒相对密度试验 2.1试验目的： 土的相对密度是组成土颗粒矿物成分相对密度的平均值，其定义为土粒的密度与4时蒸馏水的密度之比，亦即土粒的干质量与其同体积4蒸馏水的质量之比； 2.2试验方法： 比重瓶法-适用于粒径小于5mm的土； 浮称法 - 适用于粒径等于或大于5mm的土，且其中粒径为20土质量应小于土总质量的10%； 虹吸筒法-适用于粒径等于或大于5mm的土，且其中粒径为20土质量应大于、等于土总质量的10%； 2.3操作规程： （1）比重瓶校正： A比重瓶洗净、烘干 后称其质量（精确至0.001g

44、）; B 将煮沸、排气、冷却后的蒸馏水注满比重瓶，放入恒温槽至瓶内水温稳定后擦净外壁，称瓶、水总质量及测定恒温水槽温度； C 按5间隔调节恒温水槽温度，测定不同温度下比重瓶、水质量，每级温度需进行两次平行测定，差值不大于0.002g。绘制温度与瓶水总质量关系曲线；,（2） 试验方法： A在烘干的100ml比重瓶内装入烘干试样15g称量瓶、土质量后注入半瓶蒸馏水摇动并在砂浴上煮沸。砂性土不应小于30min,粘性土不应小于1h； B 在装有试样的比重瓶中注入煮沸冷却后的蒸馏水（液面高度与比重瓶校正时相同）放置于恒温水槽内，直到温度稳定、瓶上部悬液澄清，取出比重瓶擦净外壁，称量瓶水试样总质量并测定瓶

45、内水温； C比重瓶法应进行两次平行测定，其平行差值不得大于0 .002； （3）资料整理： 根据试验结果可按下式计算土粒的相对密度(ds)： ds=md dIt/(mbw+md-mbws) md -干土质量g; mbw -比重瓶、水总质量g； mbws-比重瓶、水、土总质量g ; dIt -T时蒸馏水的相对密度；见下表；,蒸馏水的相对密度,3 颗粒分析试验 2.1试验目的： 颗粒分析试验就是将土按颗粒大小不同，分成粒组的过程。因颗粒大小变化范围较大，试验中不同的粒组方兴未艾采用不同的方法测定，目前常用的有筛分法和重力沉降法； 2.2筛分法： 就是将粗颗粒试样通过不同孔目的筛进行土的粒组分级，适

46、用于粒径小于、等于60mm大于0.075的土。 粗筛孔径为：60、40、20、10、5、2mm； 细筛孔径为：2.0、1.0、0.5、0.25、0.1、0.075mm； 2.3密度计法： 就是利用土壤密度计通过测量不同深度处悬液的密度和土粒沉降的距离来计算不同粒径所占的百分比。此方法适用于粒径小于0.075mm的土； 主要试验设备：土壤密度计-甲种密度计； 土壤密度计的校正： 由于土壤密度计的刻度是以温度20、土粒相对密度2.65为准设计的，试验时应对土壤密度计的刻度、土粒沉降距离、温度、土粒相对密度等进行校正，校正值见有关附表。,2.4试验规程： （1）选取代表性土样200g300g风干；

47、（2）称取试样30g或40g倒入锥形瓶并注入约200ml蒸馏水浸泡一夜后过0.075筛，筛上试样冲洗、烘干、称量筛析，筛下试样倒回锥形瓶煮沸（40min），冷却后倒入量筒加入4%浓度的分散剂（六偏磷酸钠）10ml，再注蒸馏水至1000ml； （3）悬液搅拌1min后取出搅拌器，立即放入密度计观测1、2、5、15、30、60、240和1440min时的密度计读数及水温； （4）每次读数后取出密度计； 资料整理： （1）计算小于某粒径的试样占总质量的百分比：x=100CG(Rm+T)/md (2)土颗粒的粒径按下式计算：d=kL/t (3)绘制颗粒大小级配曲线,试验操作规程,4 相对密实度试验 相

48、对密实度指标试验是通过测求砂砾土最大孔隙比与 最小孔隙比来计算确定的； 常用的试验方法有： 4.1 最大孔隙比（最小干密度）试验： 采用量筒法、漏斗法或松砂器法等；适宜和于粒径不大于5mm的土，而且粒径为2-5mm的试样质量不大于试样总质量的15%。 量筒法试验方法： （1）将锥形塞杆自长颈漏斗下口穿入，并向上提起，使锥底堵住漏斗管口，一并放入1000ml的量筒内，使其下端与 量筒底接触。 （2）称取烘干的代表性试样700g，均匀缓慢地倒入漏斗中，将漏斗和锥形塞杆同时提高，移动塞杆，使锥体略离开管口，管口应经常保持高出砂面1-2cm，使试样缓慢且均匀地落入量筒中。 （3）试样全部落 入量筒后，

49、取出漏斗和锥形塞，用砂面拂平器 将砂面拂平、测记试样体积，估读至5ml。 （4）用手掌或橡皮板堵住量口，将量筒倒转并缓慢地转回到原来位置，重复数次，记下试样在量筒内占体积的最大值，估读至5ml。 （5）取上述两种方法测得的较大体积值，计算最小干密度： dmin=md/Vd 最大孔隙比按下式计算： emax=(w ds/dmin)-1,试验操作规程,4.2 最大干密度（最小孔隙比）试验： 与击实试验相同，是用一定质量的锤击自适当高度击实砂土以求得其最小孔隙比。 试验方法有：锤击法、振动法和锤击振动联合法。 锤击振动联合法的试验规程是：将试样2000g分三次倒入金属圆筒内，用振动叉敲打振动圆筒周围

50、，150-200次/min，并用锤击试样30-60次/min，至试样体积不变后，刮平圆筒表面试样，称量试样质量。 试样的最大干密度按下式计算： dmax=md/Vd 试样的最小孔隙比按下式计算 emin=(w ds/dmax)-1 砂土的相对密实度： Dr=( emax e0)/( emax- emin),试验操作规程,5 天然坡角试验 5.1试验目的： 天然坡角是无凝聚性土在自然堆积时其天然坡面和水平面所形成的最大倾角。 5.2试验方法：圆盘法、抽板法、倾到法等； 适用范围：不含粘粒或粉粒的纯砂土，室内试验的粒径一小于5，测试干燥状态的天然坡角，要求试样充分风干； 5.3操作规程： 圆盘法是

51、在天然坡角仪圆盘上自然、轻轻堆积试样，然后轻轻提起，记读锥顶与圆盘中心竖杆接触处刻度，作平行测定；水下试验是将堆积的试样沉入水中，并使气泡充分逸出，然后轻轻提起，记读竖杆刻度，计算由砂土形成的锥体坡面所保持的最大倾角即为天然坡角。水中测得的天然坡角比干燥状态下测得的天然坡角为小。 4.4按下式计算天然坡角： tg=2h/d h圆锥的堆积高度，cm d圆锥底面直径, cm,6黄土湿陷性试验 6.1概述 湿陷性黄土在垂直荷载作用下，有三种变形：压缩变形、湿陷变形和渗透溶滤变形。 1 压缩变形试验：黄土的压缩变形是在垂直荷载作用下，没有受外部水作用时产生的垂直变形；这种变形符合一般粘性土的正常压缩规

52、律。 2 湿陷变形试验：湿陷性黄土的湿陷变形是在垂直荷载和浸水的共同作用下，由于土体结构的破坏而产生的垂直变形；这种湿陷变形在其压缩稳定后，一旦浸水仍然发生。这也是黄土不同于一般粘性土的重要特性。 3 渗透溶滤变形试验：黄土的渗透溶滤变形，也是由于水的作用引起的。从某种程度上讲，它是湿陷变形的继续，但从其变形的机理来讲，它又不完全与湿陷变形相同，渗透溶滤变形主要是由于土粒之间重力的缓慢塑性变形和黄土长期受渗透水作用，土中盐类的溶滤所引起。 渗透溶滤变形的测定：将测定湿陷系数后的试样，继续用水渗透，每隔2h测记变形一次，24h后每日测记13次，变形稳定标准为每三天下沉增量不大于0.01 mm,渗

53、透用水宜用蒸馏水。 按下式计算渗透溶滤变形系数： wt=(h2-h3)/h0,试验操作规程,6.2湿陷系数的测定： 6.2.1 环刀直径79.8mm，高度20mm，面积50cm2，透水石应烘干冷却； 采取分级加荷，在0200kpa压力以内，每级增量为50kpa，在 200kpa以上每级增量为100kpa； 6.2.2测定湿陷系数时，应将环刀试样保持在天然湿度下，分级加荷至规定压力，下沉稳定后浸水，至湿陷稳定为止； 6.2.3测定自重湿陷系数时，应将环刀试样持在天然湿度下，采取快速分级加荷，加至试样的上履土的饱和自重压力，下沉稳定后浸水，至湿陷稳定为止； 6.2.4测定不同压力下的湿陷系数或湿陷

54、起始压力，可采用以下试验方法： （1）单线法压缩试验：在同一取土点 抽深度处，至少取5 个环刀试样，均在天然湿度下分级加荷，分别压至不同的规定压力，下沉稳定后浸水，至湿陷稳定为止，计算出各级压力下的湿陷系数s，并绘制曲线，在曲线上取s =0.015时所对应的压力值即为湿陷起始压力psh值。 （2）双线法压缩试验：在同一取土点的同一深度处，取2个环刀试样，一个在天然湿度下分级加荷，加至规定压力下沉稳定后浸水，另一个环刀在天然湿度下加第一级荷重，下沉稳定后浸水，至湿陷稳定 ，再分级加荷至规定压力，同样计算出各级压力下的湿陷系数s，绘制成曲线，并在曲线上取s =0.015时对应的压力值为湿陷起始压力

55、psh。值,试验操作规程,6.2.5判稳标准： 每级加荷后的下沉稳定标准以每1的下沉量不大于0.01mm为准。 6.2.6湿陷性计算： 湿陷系数： s=(h1-h2)/h0 自重湿陷系数：zs=(hz-hz)/h0 饱和密度：sri=d(1+Sre/ds)， 85i=d+0.85e/(1+e) 饱和自重压力：P=sriH h1 - 某级压力下，试样变形稳定后的高度（mm）； h2 - 某级压力下，试样浸水湿陷变形稳定后的高度（mm）； hz - 在饱和自重压力下试样变形稳定后的高度（mm）； hz- 在饱和自重压力下试样浸水湿陷变形稳定后的高度（mm）； h0 - 试样原始高度（mm）； Sr

56、 土的饱和度，可取Sr=85% H- 土的厚度(cm),试验操作规程,7 膨胀性试验 7.1 膨胀土的特征： 膨胀土多呈坚硬-硬塑状态，结构致密，成棱形土块者常具有胀缩性 膨胀土多为细腻的胶体颗粒，断口光滑，土内常包含钙质结核和铁锰结核，呈零星分布；土内有裂隙，斜交剪切裂隙越发育，胀缩性越强； 膨胀土的矿物成分主要是次生粘土矿物蒙脱石和伊利石，具有较高的亲水性，失水时土体即收缩，甚至出现干裂，遇水即膨胀隆起； 膨胀土的粘粒含量愈高，吸水能力愈强，胀缩性就大；膨胀土的密度越大，孔隙比就越小，浸水膨胀强烈，失水收缩小；反之，浸水膨胀小，失水收缩大； 膨胀土一般我呈灰白、灰绿、灰黄、棕红和褐红等颜色

57、； 自由膨胀率大于或等于40%的土，且具有以上特征的土应定名为膨胀土。 7. 2膨胀土的特性指标 自由膨胀率：是反映膨胀土吸水膨胀特性的指标之一，由人工制备的烘干土，在水中增加的体积与原来体积之比； 膨胀率：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； 膨胀力：原状土样在体积不变时，由于浸水膨胀产生的最大内应力； 收缩系数：在膨胀土中，由于粘土矿物的作用，收缩性往往比一般粘土还会强烈。土的收缩大致可分为三个阶段：直线收缩段；曲线过渡段；近水平直线段；其直线收缩段的斜率为收缩系数；,试验操作规程,7.3 膨胀土的试验方法 a:自由膨胀率试验： 取代表性风干土样100g，碾碎过0.5

58、mm筛；将过筛土样拌匀，在100105下烘至恒重，在干燥箱内冷却至室温；将无颈漏斗放在支架上，漏斗中心对准量土杯中心，并保持距离10 cm;用取土匙取适量试样倒入漏斗中，边倒边用细铁丝轻轻搅动，避免漏斗堵塞，使匙中土全部落入量土杯中，刮去多余土样后进行称量，要求两次称量的值不得大于0.1g；在量筒中注入30ml纯水，并加入5ml浓度为5%的纯氯化钠溶液。将试样倒入量筒中，上下搅拌各10次，用纯水清洗悬液至50ml；待悬液澄清后，每隔5h测读一次土面高度，直到两次读数差值不大于0.2，可认为膨胀稳定；按下式计算自由膨胀率： ef=(VW-V0)/V0 *100% VW试样在量筒中膨胀后的体积 ml V0试样膨胀前体积 ml 本试验应进行两次平行测定，当值小于60%时其差值不得大于5%；当值大于等于60%时其差值不得大于8%，取其两次的平均值；,试验操作规程,注意事项：自由膨胀率试验，其制备试样是非常重要的，因此在取样时应充分注意试样的代表性；其次在制备试样时，应充分碾细，使土样中细颗粒充分分散。 试样原始体积的量取、填装或紧或松，对试验结果影响较大，因此保持10cm的距离和防止振动是非常严