公路工程试验检测辅导

公路工程试验检测人员考试公路材料辅导第一部分土工第一节土的三相组成及物理性质指标换算一、土的形成土是由地表面的岩石经风化、剥蚀、搬运、沉积，形成固体矿物、流体水和气体的一种集合体。不同的风化作用形成不同性质的土。风化作用有下列三种。1、物理风化岩石经受风、霜、雨、雪的侵蚀，温度、湿度的变化，不均匀膨胀与收缩，使岩石产生裂隙，崩角为碎石。这种风化作用，只改变颗粒的大小和形状，不改变原来的矿物成份，称为物理风化。由物理风化生成的土为巨粒土，这种土呈松散状态，总称无黏性土。2、化学风化当岩石的碎屑，与水、氧气和二氧化碳等物质相互接触，使这些岩石碎屑逐渐发生化学变化，改变了原来组成矿物的成份，产生一种新的成份——次生矿物。这类风化称为化学风化。经化学风化生成的土为细粒土，具有黏结力，如黏土与粉质土，总称黏性土。3、生物风化由动物、植物和人类活动对岩石的破坏称生物风化。二、土的三相组成固相——土颗粒，由无机矿物颗粒和有机质组成，构成土的骨架；液相——土孔隙中存在的水；气相——土孔隙中填充的空气。土的三相比例变化，引起的状态和工程性质的变化：固体+液体+气体——湿土。当液体=0，固体+气体——干土。当气体=0，固体+液体——饱和土。三、土中的水土中的水可分为结晶水、结合水和自由水。结晶水——存在于土颗粒矿物晶体内部或参与矿物构造的水。要通过高温才能从土颗粒矿物中折出。结合水——吸着在土颗粒表面呈薄膜状的水，受土粒表面引力作用而不服从静水力学规律，根据靠近土颗粒表面的距离，分强结合水和弱结合水。强结合水一般在105℃～150℃下才能折出。自由水——存在于土颗粒孔隙中的水，分为毛细水和重力水，在105℃～110℃时就能从土体中折出。四、土的物理性质指标及指标换算工程设计和工程检验中常用的物理性质指标：土的密度（湿密度）、土颗粒比重、饱和密度、干密度、浮密度、含水率、孔隙比、孔隙率、饱和度9个指标。其中：土的比重、土的密度、土的含水率三个指标是实验指标（土的三相基本物理指标），其它的指标是换算指标。1、常用物理性质指标和定义（1）土的湿密度ρ：是指土单位体积的质量。mρ=———（kg/m3）V（2）土颗粒比重（或土颗粒相对密度）Gs：是土粒在温度105℃～110℃下烘至恒重时的质量与同体积4℃时纯水质量的比值。ms/VsGs=————mw/Vw4℃(3)土的含水率ω：是指土中水的质量和固体颗粒质量之比，通常以百分数表示。mwω=———×100ms(4)干密度ρd：是指土的固体颗粒质量与土的总体积之比。msρd=——(kg/m3)V（5）饱和密度ρsat：是指土孔隙中全部被水充满时的密度。ms+Vv.ρwρsat=——————(kg/m3)V（6）浮密度（或称浸水密度）ρ′：是指土浸入水中受到水的浮力作用时的单位体积质量。ms-Vs.ρwρ′=——————(kg/m3)V（7）孔隙比e：是土中孔隙体积与固体颗粒体积之比。Vve=——Vs（8）孔隙率n：是指土中孔隙体积与总体积之比。Vvn=———×100V（9）饱和度Sr：是指孔隙中水的体积与空隙体积之比VwSr=——×100Vv2、土的物理指标换算关系3、土的其它指标（1）常用的物理状态指标：液限含水率ωL、塑限含水率ωP、塑性指数Ip、液性指数IL、相对密度Dr等。（2）常用的力学性质指标：压缩系数、压缩指数、固结系数、抗剪强度指标、承载比、回弹模量、无侧限抗压强度等。（3）常用土的水理性指标：渗透系数、湿化崩解量和毛细管水上升高度等。五、土的含水率试验含水率是土的基本物理性质指标之一。它反映土的状态，它的变化将使土的一系列力学性能随之而异；它又是计算土的干密度、孔隙比、饱和度等指标的依据。测量土的含水率方法：烘干法、酒精燃烧法和比重法。烘干法是测定含水率的标准方法，适用于黏土、粉质土、砂类土、砂砾土、有机质土和冻土类。酒精燃烧法适用于快速简易测定细粒土（含有有机质土除外）的含水率。比重法是通过测定湿土体积，估计土粒比重，间接计算土的含水率，由于试验时没有考虑温度的影响，所以结果准确度较差。土内气体能否充分排出,直接影响试验结果的精度,故比重法仅适用于砂类土。检测的要素规定的原理和方法、规定的检测装置、条件约定和结果处理。（一）土的含水率试验（烘干法）原理和方法：土样在105℃～110℃烘干至恒重，土样中水质量（湿土质量与干土质量的差）占干土质量的百分比。规定的检测装置：电热烘箱（或红外加热烘箱）、天平，感量0.01g、干燥器和称量盒。条件约定：试样称量细粒土15g～30g，砂类土和有机质土50g。烘干温度105℃～110℃，60℃～70℃。烘干时间：细粒土不少于8h，砂类土不少于6h，含有机质5%以上或含有石膏的土60℃～70℃，12h～15h。结果处理：称样精度0.01g。计算公式。误差控制。(二)土的含水率试验（酒精燃烧法）见教材P5要点：适用范围（不适合有机质土的含水率测定）注意:1、阅读试验说明与注意事项。2、整理一下试验程序。一个试验规程一般分三个部分：1、试验准备；2、试验过程；3、结果处理。六、土的密度试验密度试验是土的基本物理指标之一，用它可以换算土的干密度、孔隙率、饱和度等指标。密度的基本公式是：m/V（即单位体积的质量）。引伸出的不同密度除非是采用不同的质量（m）和体积（V）。在密度试验过程中，土的质量测定比较容易，一般采用不同精度的天平或秤来实现；试验规程中用大量的篇幅来描述的是体积测定，说明土的体积测定相对比较复杂，它受人为因素和粒度成份影响很大。体积测定的几种常用方法：1、量取法——用已知体积容器进行量取。如环刀、容量筒、击实筒等。2、浮力定义法——根据浮力定义，在液体中物体的体积等于排开该液体的体积。也等于所排开液体的质量。如蜡封法、比重瓶法等。3、替代法——用已知密度的物质填充被测体积。如灌砂法、灌水法等。测定土密度常用的方法有：环刀法、电动取土器法、蜡封法、灌砂法、灌水法等。方法的适用性：1、环刀法——适用细粒土。2、电动取土器法——适用石灰土、硬塑土。3、蜡封法——适用坚硬易碎、含有粗颗粒和形状不规则的土。4、灌砂法和灌水法——适用于野外。(一)土的密度试验（环刀法）见教材P6（二）土的密度试验（蜡封法）见教材P7（三）土的密度试验（灌砂法）见教材P8七、土的比重试验土的比重试验是土的三大基本物理性指标（比重、密度、含水率）之一，是计算孔隙比和评价土类的主要指标。比重无量纲！（一）土的比重试验（比重瓶法）见教材P11要点：1、目的和使用范围；2、比重瓶的校准；3、排气方式；4、公式的理解。（二）土的比重试验（浮力法）见教材P13要点：1、目的和使用范围；2、称样的方式；3、计算公式的理解。（三）土的比重试验（浮称法）见教材P14要点：1、目的和使用范围；2、称样的方式；3、计算公式的理解。注：与浮力法比较，称样方式的差异。（四）土的比重试验（虹吸筒法）见教材P15要点：1、目的和适用范围；2、计算公式的理解。第二节土的粒组划分和工程分类一、粒度、粒组划分、粒度成分及表示方法粒度——土粒大小称为粒度。粒组——将大小相近的土合并成组。粒度成分——土中各种不同粒组的相对含量。粒度成分的表示方法：1、表格法，以列表形式直接表示各粒组的百分含量。它用于粒度成分的分类是比较方便的。2、累计曲线法，它是一种比较完善的图示方法，通常用半对数纸绘制。横坐标（对数比例尺）表示某一粒径，纵坐标表示小于某一粒径的土粒的累计百分含量。采用半对数纸可以把细粒含量更好地表达清楚，如采用普通坐标纸刚不可能做到这一点。由累计曲线可以直观地判断土中各粒组的分布情况。3、三角坐标法，三角坐标法可用来表达三种粒组的含量。用一点表示土的粒度成分，在一张图上能同时表示几种土的粒度成分。二、司笃克斯定律：球体（土粒）在介质（水）中沉降，其沉降速度与球体（土粒）半径的平方成正比，而与介质（水）的黏滞系数成反比。司笃克斯定律是一个土力学公式，一般用于沉降分析法对细粒土的粒径分析。司笃克斯定律得出如下结论：土粒在悬液中的沉降速度与粒径的平方成正比关系。三、土粒级配指标1、土的不均匀系数（Cu）——反映粒径分布曲线上的土粒径分布范围。不均匀系数（Cu）=土粒分布曲线上通过率60%的粒径（d60）/土粒分布曲线上通过率10%的粒径（d10）2、曲率系数（Cc）反映粒径分布曲线上的土粒分布形状。曲率系数（Cc）=土粒分布曲线上通过率30%的粒径的平方（d30）2/[土粒分布曲线上通过率60%的粒径（d60）×土粒分布曲线上通过率10%的粒径（d10）]土粒级配判断：（1）Cu＜5时为均匀土，级配不好；Cu＞10时为级配良好的土；（2）不能单独使用Cu一个指标，而是要和Cc同时考虑，当同时满足Cu＞、Cu=1～3，为级配良好的土；若不能同时满足，则为级配不良土。四、土的工程分类及命名我国公路用土根据下列特征作为土的分类依据：（1）土的颗粒组成特征；（筛分法）（2）土的塑性指标：液限、塑限、塑性指数；（液、塑限联合测定仪法）（3）土中有机质存在情况。（塑性图法）粒组划分表：（教材P17）土的基本代号表：（教材P17）（一）巨粒土的分类1、巨粒土的定名分类巨粒组质量多于总质量50%的土称巨粒土。(1)巨粒组质量多于总质量75%的土称漂（卵）石；(2)巨粒组质量多于总质量50%～75%的土称漂（卵）石夹土；(3)巨粒组质量多于总质量15%～50%（含50%）的土称漂（卵）石质土；(4)巨粒组质量少于总质量15%的土，可扣除巨粒，按粗粒土或细粒土的相应规定分类定名。2、漂（卵）石的定名（1）漂石粒组质量多于卵石粒组质量的土称漂石，记为B；（2）漂石粒组质量少于等于卵石粒组质量的土称为卵石，记为Cb3、漂（卵）石夹土的定名（1）漂石粒组质量多于卵石粒组质量的土称漂石夹土，记为BSl；（2）漂石粒组质量少于等于卵石粒组质量的土称为卵石夹土，记为CbSl。4、漂（卵）石质土的定名（1）漂石粒组质量多于卵石粒组质量的土称漂石质土，记为SIB（2）漂石粒组质量少于等于卵石粒组质量的土称为卵石质土，记为SICb；（3）如有必要，可按漂（卵）石质土中的砾、砂、细粒土含量定名。（二）粗粒土分类试样中巨粒组土粒质量少于或等于总质量的15%，且巨粒组土粒与粗粒组土粒质量之和多于总土质量50%的土称粗粒土。1、砾类土粗粒土中砾粒组质量多于砂砾组质量的土称砾类土，砾类土应根据其中细粒含量和类别以及粗粒组的级配进行分类。（1）砾类土中细粒组质量少于或等于总质量5%的土称砾，按下列级配指标定名：①当Cu≥5，Cc=1～3时，称级配良好砾，记为GW；②不同时满足Cu≥5，Cc=1～3条件时，称级配不良砾，记为GP。（2）砾类土中细粒组质量为总量5%～15%（含15%）的土称含细粒土砾，记为GF。（3）砾类土中细粒组质量大于总质量的15%，并小于或等于总质量的50%的土称细粒土质砾，按细粒土在塑性图中的位置定名：①当细粒土位于塑性图A线以下时，称粉性土质砾，记为GM；②当细粒土位于塑性图A线或A线以上时，称黏土质砾，记为GC。2、砂类土粗粒土中砾粒质量少于或等于砂粒组的土称砂类土，砂类土应根据其中细粒含量的类别以及粗粒组的级配进行分类。根据粒径分组由大到小，以首先符合者命名。（1）砂类土中细粒组质量少于或等于总质量5%的土称砂，按下列级配指标定名：①当Cu≥5，Cc=1～3时，称级配良好砂，记为SW；②不同时满足Cu≥5，Cc=1～3条件时，称级配不良砂，记为SP。需要时，砂可进一步细分为粗砂、中砂和细砂：粗砂：粒径大于0.5mm颗粒多于总质量50%；中砂：粒径大于0.25mm颗粒多于总质量50%；细砂：粒径大于0.075mm颗粒多于总质量75%；（2）砂类土中细粒组质量为总质量5%～15%（含15%）的土称含细粒土砂，记为SF（3）砂类土中细粒组质量大于总质量15%，并小于或等于总质量的50%时，按细粒土在