土工试验的基本知识及操作流程（PPT51页)

土工试验的基本知识及操作流程一、土的演变及与工程的关系二、土的组成及基本物理指标三、土工试验项目四、试验前的准备五、试验的操作六、试验认识的误区七、试验的一些经验性总结土工试验的基本知识及操作流程目录一、土的演变及与工程的关系•1.土的形成•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，裂隙水结冰等原因，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、土的演变及与工程的关系•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；•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、土的演变及与工程的关系•3、土工试验的重要意义•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，需考虑土的渗流和抗渗稳定性问题。研究解决以上问题，涉及到土的物理、力学、化学性能。要评价土的以上性能，须通过土工试验来获取土的各项性能指标。尤其在研究不良地基处理方案时，实测的试验指标是优选技术措施的重要依据。二、土的组成及基本物理指标•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，都会引起土的物理力学性质的变化。二、土的组成及基本物理指标•2、土的基本物理指标及换算关系•土的基本物理指标有九项,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，试验方法简单，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、土的组成及基本物理指标•2、土的基本物理指标及换算关系•只要记住两个换算公式，其它的公式均好推导，这两个公式是:•（1）已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•其它的指标均可快速推导，01w.011Gsd二、土的组成及基本物理指标•2、土的基本物理指标及换算关系三、土工试验项目•土工试验项目应根据土的用途决定，试验项目包括物理、力学、化学、动力特性等性能试验，具体试验项目的确定稍后会专门介绍。三、土工试验项目•1.物理性质•土的物理性能试验：含水率、密度、颗粒密度、界限含水率（液限、塑限）、颗粒分析、渗透、砂的相对密度、击实等，前五项试验统称常规物理五项。试验成果用于土的工程分类，土的状态的判定，渗透计算，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，判定砂的疏密状态，用于填土工程施工方法的选择和碾压质量控制。三、土工试验项目•2.力学性质（变形与强度）•土的变形试验：包括固结、压缩、湿陷性和膨胀性等。这些试验为工程设计提供变形参数：压缩系数、压缩模量、体积压缩系数、压缩指数、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。变形这些指标主要用于承载力评价、沉降计算、稳定性分析等。三、土工试验项目•2.力学性质（变形与强度）•土的强度试验：包括直接剪切试验、反复直接剪切试验、三轴压缩试验、无侧限抗压强度试验等。这些试验为设计提供土的抗剪指标参数(粘聚力、内摩擦角)、无侧限抗压强度、灵敏度。强度这些指标主要用于基坑支护、承载力计算、稳定性评价。三、土工试验项目•3.化学性质•土的化学性试验：易溶盐、中溶盐（石膏）和难溶盐（碳酸钙）。包括粘土矿物鉴定、有机质和盐渍土试验等。粘土矿物成分是决定土的物理化学性质的重要因素，主要是膨胀土；有机质试验提供土中有机质含量，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，盐渍土试验指标供地基评价、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，性状与试验方法也不同。三、土工试验项目•4.动力特性•包括动三轴、动单剪或共振柱试验，属于地震动参数指标，主要用于分析液化和震陷，地震安评中可能涉及该指标。四、试验前的准备•1、取样数量•（1）土•1）易溶盐的土样不小于0.5kg。•2）常规试验原状样1筒，如果剪切和压缩均做需取原状样2筒。•3）黄土湿陷性试验需取原状样2筒，试样直径不宜小于120mm，如果剪切和压缩均做需取原状样2筒（高度为20cm）。四、试验前的准备•1、取样数量•（1）土•4)颗分试验的取样数量需满足下表1：•5)软土试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）一个配比的改良土试验需取样60Kg,每增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、试验前的准备•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1～2g)。•（3）岩样•1）抗压强度试验取样数量为每组6节，每节的高径比必须大于2：1。•2）自由膨胀率试验的取样数量为1000g.•3)膨胀率、膨胀力试验的岩样必须用样筒包装并蜡封。四、试验前的准备•2、包装运输•（1）土•1）样品取好后，蜡封并粘贴样签。原状样标签可牢固粘贴于样筒上，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，更不宜长距离运输，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、试验前的准备•2、包装运输•（2）水•1）盛水容器应用耐酸碱的干净塑料容器，大桶需标识2.5kg的长×宽×高---0.2×0.1×0.3(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15～20ml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并贴牢，特别注意要注明哪桶水加了大理石粉（一般小桶中加大理石粉）。同时应保证送至试验室后标签内容清晰。2、包装运输（2）水4）采集的水样应及时送往试验室分析，自取好样后七日内必须寄到试验室，过期不接收。以验证为目的的水样，3日内必须送达。5）水样必须用木箱托运，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、试验前的准备•2、包装运输•（3）岩样•1）不能用胶带大量直接粘贴于岩石上，使岩石无法做饱水试验。可将岩石放入塑料袋中，再将岩样标签用胶带牢固粘贴于塑料袋上。•2）用木箱装运。木箱板材厚度不小于20mm，装钉牢固可靠，便于长途运输，每箱重量不宜大于40Kg。•3）木箱应统一编号，在木箱顶面应清晰注明工点名称、标段、送样单位、其内样品的孔号及样品数量。岩样应水平装入木箱，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，要对箱子按顺序进行编号，委托书上应写明箱号。四、试验前的准备•3、试验委托书的填写•一般的岩土试验，可按标准的、通用的方法进行。但是，岩土工程师必须注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、边界条件、非均质性、非等向性、不连续性等等，使岩土体与岩土试样的性状之间存在不同程度的差别。试验时应尽可能模拟实际，使用试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、试验前的准备•3、试验委托书的填写•（1）纸质委托书应与样品应同时送达，委托书必须有地质组人员的签字。•（2）试验委托书应有工程名称、试验项目、土样编号、试验方法、钻孔编号、取土深度、取样日期、地下水位高程、土样现场定名、要求试验完成的日期、联系方式等。•（3）原状土进行力学性试验应明确试样是在天然含水率状态下还是饱和状态下进行试验。•1）固结试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渗透系数；黄土压缩试验须提出设计荷重。•2）三轴或直剪：需明确剪切试验方法,如快剪、固快、不固结不排水、固结不排水等。•3）渗透试验是垂直还是水平方向。•（4）扰动土样的力学性试验要提出初步设计干密度和施工现场可能达到的平均含水率等指标。•（5）试验单位接到土样后应按试验委托书验收，验收中需查明土样数量是否有误，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；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名称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试验项目的要求以及要求提出成果的日期等。•（6）土样送交试验单位验收登记后，即将土样按顺序妥善存放，应将原状土样和保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始试验的时间不应超过3周。土样经过试验之后余土应贮存于适当容器内，并标记工程名称及室内土样编号妥善保管以备审核。试验成果一般保存到试验报告提出3个月以后，委托单位对试验报告未提出任何疑义时方可处理。•前4条是地质人员需明确，后2条需试验人员明确。四、试验前的准备•4、样品质量等级决定试验项目•根据试验过程中土样情况可将样品质量分为四个等级。•Ⅰ级样品：不扰动，保持天然结构和天然含水状态，形态和尺寸完整，取样回收率hs≥95%，没有失水现象。可供做全部物理力学性试验项目。•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•Ⅱ级样品：有轻微扰动，结构变形，形状尺寸稍有改变，但土样回收率仍有hs≥95%，没有失水现象。可供做含水率、密度和液塑限试验。•Ⅲ级样品：土样出现明显结构扰动，土样回收率hs＜95%，形状尺寸明显改变（如土样直径不够、上下端缺土较多、自重下变形等），但仍保持天然含水状态、没有失水现象。只供做含水率和液塑限试验。•Ⅳ级样品：完全扰动，不仅完全失去天然结构状态而且出现明显失水现象。只能做液塑限试验。四、试验前的准备•4、样品质量等级决定试验项目五、试验的操作五、试验的操作•1、含水率•（1）试验目的：土的基本物理指标之一，是计算干密度、孔隙比、饱和度、液性指数等指标的基本数据，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标准方法，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。但当土中有机质含量超过5%或含石膏或硫酸盐时，应控制温度在65-70℃。•b酒精燃烧法：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、试验的操作•2、密度•（1）试验目的：测定土的密度，用于计算土的干密度、压实度、孔隙比、孔隙率、饱和度等指标。•（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、砂类土的压实密度。五、试验的操作•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、饱和度等指标。（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%。•颗粒密度一般可采用经验值。五、试验的操作•5、界限含水量•（1）概述•a.液限。土从塑态