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文檔簡介
土工試驗員培訓(xùn)土工試驗的現(xiàn)狀與發(fā)展我國系統(tǒng)地開展土工試驗技術(shù)工作起源于建國初期,經(jīng)過半個世紀(jì)的努力,我國的土工試驗技術(shù)達(dá)到了一個新的水平;但在工程勘察單位的生產(chǎn)性試驗方面,無論設(shè)備條件或技術(shù)水平以及人員配備,都存在較大的差距?,F(xiàn)狀:1土工試驗室是勘察單位的一個部門,與市場沒有直接的溝通渠道;缺乏技術(shù)發(fā)展的市場推動力;留不住人才;2業(yè)務(wù)范圍窄,單一的室內(nèi)常規(guī)土工試驗與水質(zhì)分析;一般不從事非常規(guī)的、研究開發(fā)型的試驗;一般不從事現(xiàn)場試驗與原位測試;3儀器設(shè)備:大多數(shù)試驗室仍沿用上世紀(jì)六、七十年代的土工儀器;80年代初期,先進(jìn)的數(shù)據(jù)采集和處理系統(tǒng)開始研發(fā),到了80年代的后期,數(shù)據(jù)采集和處理系統(tǒng)自動化得到了較大的發(fā)展與普及。進(jìn)入二十一世紀(jì)后,全自動氣壓固結(jié)儀在全國占了一定的市場,試驗精度更高了,勞動強度降低了,工作效率提升了;4人員問題:缺乏熟練的試驗人員;留不住高學(xué)歷的人才;試驗人員的培訓(xùn)機(jī)制不健全;技術(shù)水平與人員素質(zhì)不能適應(yīng)工程的需求;發(fā)展對策:1對人員進(jìn)行技術(shù)培訓(xùn),提高試驗技術(shù)水平;2在經(jīng)濟(jì)條件改善的基礎(chǔ)上添置新的設(shè)備;3逐步擴(kuò)展業(yè)務(wù)范圍,爭取更大的市場份額占有率;4做好試驗室的計量認(rèn)證工作,為社會出具更加準(zhǔn)確、可靠、公正、可信的試驗數(shù)據(jù)。土工試驗的作用1土工試驗在巖土工程中的地位和作用隨著中國現(xiàn)代化建設(shè)事業(yè)的飛速發(fā)展,對巖土工程測試技術(shù)提出新的、更高的要求。如重型廠房、高層、超高層建筑、大型水電樞紐、鐵路、公路橋梁與隧道以及民用建筑物的興建是否經(jīng)濟(jì)、合理,大部分取決于巖土的工程性質(zhì)。要很好地解決一個巖土工程問題,必須首先進(jìn)行勘察和測試、試驗與分析,并利用土力學(xué)、工程地質(zhì)學(xué)等的理論與方法,對各類土建工程進(jìn)行系統(tǒng)性研究。因此,土工試驗是巖土工程規(guī)劃設(shè)計的前期工作,也是地基與基礎(chǔ)設(shè)計工作中不可缺少的中心環(huán)節(jié)。2土工試驗規(guī)劃:針對任務(wù)明確試驗?zāi)康?;采取代表性試樣;試驗方法選擇;試樣組數(shù)應(yīng)滿足規(guī)定要求;
試驗樣品物理試驗項目力學(xué)試驗項目其它試驗項目含水量、濕密度、液塑限、顆粒分析、相對密實度、天然坡角壓縮系數(shù)、壓縮模量、抗剪強度、濕陷系數(shù)、先期固結(jié)壓力等擊實試驗、無側(cè)限抗壓強度、自由膨脹率、滲透系數(shù)等4土樣的要求和管理4.1土樣采取的數(shù)量應(yīng)滿足要求進(jìn)行的試驗項目和試驗方法的需要;詳見附表4.2土樣的驗收與管理(1)土樣到達(dá)試驗室時,必須附送樣單及試驗委托書。送樣單內(nèi)容包括:工程名稱、鉆孔編號、取土深度、取土日期、水位埋深以及土樣描述等;試驗委托書包括:工程名稱、試驗項目、試驗方法及提交成果時間要求等;(2)試驗室接收土樣時,應(yīng)按委托書進(jìn)行驗收。驗收內(nèi)容包括:土樣數(shù)量、編號是否相符,所送土樣是否滿足試驗項目和試驗方法的要求,并進(jìn)行登記;登記內(nèi)容有:工程名稱、委托單位、送樣日期、試驗項目以及需要提交報告的時間等。(3)土樣驗收登記后,試驗室應(yīng)及時組織試驗工作,土樣從取樣之日到試驗之時不得超過3周;(4)試驗結(jié)束后,余土應(yīng)做好貯存工作,保持工程名稱及室內(nèi)土樣編號,以備審核成果時使用,保管期限不少于3月;(5)處理余土?xí)r應(yīng)做好環(huán)保工作;土試樣質(zhì)量等級級別擾動程度試驗內(nèi)容Ⅰ不擾動土類定名、含水量、密度、強度、固結(jié)試驗Ⅱ輕微擾動土類定名、含水量、密度Ⅲ顯著擾動土類定名、含水量Ⅳ完全擾動土類定名5試驗方法與儀器設(shè)備5.2室內(nèi)土工儀器和要求(1)國家標(biāo)準(zhǔn):所有試驗儀器設(shè)備都應(yīng)滿足《土工儀器的基本參數(shù)及通用技術(shù)條件》GB/T15406;(2)土工儀器的校準(zhǔn):a所有土工儀器在使用前應(yīng)按有關(guān)校驗規(guī)程進(jìn)行校準(zhǔn);b儀器中配備有計量標(biāo)準(zhǔn)器具時,應(yīng)按規(guī)定的校驗周期送交有計量檢定能力的單位檢定;(3)不合格儀器及處理方法:a不合格儀器:已明顯損壞、工作不正常、過載或誤動作以及超過規(guī)定的間隔時間等;b處理方法:①凡不合格儀器應(yīng)停止使用,并做出明顯標(biāo)記;②能進(jìn)行調(diào)整或修理的,經(jīng)仔細(xì)檢查檢定或校準(zhǔn)后可重新用;③對不能調(diào)整或修復(fù)的儀器應(yīng)及時報廢;(4)儀器設(shè)備的管理
①建立儀器設(shè)備臺帳,內(nèi)容包括:儀器名稱、制造廠家、購置日期、保管人等;②編制儀器設(shè)備檢定周期表,內(nèi)容包括:儀器設(shè)備名稱、編號、檢定周期、檢定單位、最近送檢日期、送檢人等;③所有儀器設(shè)備應(yīng)有統(tǒng)一格式的標(biāo)志:a:標(biāo)志分“合格”“準(zhǔn)用”“停用”三種,分別以綠、黃、紅三種顏色表示;b:標(biāo)志內(nèi)容:儀器編號、檢定結(jié)論、檢定日期、檢定單位;(5)儀器說明書應(yīng)妥善保存;(6)建立儀器檔案其內(nèi)容有:使用記錄、故障及維修情況記錄。6計量認(rèn)證與試驗室管理6.1計量認(rèn)證計量是為實現(xiàn)單位統(tǒng)一、量值準(zhǔn)確可靠而進(jìn)行的科技、法制和管理活動。準(zhǔn)確性、一致性、溯源發(fā)表主法制性是計量工作的重要特點。所謂“量值溯源”是指自下而上通過不間斷的校準(zhǔn)而構(gòu)成溯源體系;而“量值傳遞”則是自上而下通過逐級檢定而構(gòu)成檢定系統(tǒng)。計量認(rèn)證是我國通過計量立法,對凡是為社會出具公證數(shù)據(jù)的檢驗機(jī)構(gòu)進(jìn)行強制考核的一種手段,也可以說計量認(rèn)證是具有中國特點的政府對實驗室的強制認(rèn)可。校準(zhǔn)和檢定:在規(guī)定條件下,為確定測量儀器或測量系統(tǒng)所指示的量值,與對應(yīng)的由標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)所復(fù)現(xiàn)的量值之間關(guān)系的一組操作,稱為校準(zhǔn);(1)校準(zhǔn)的含義:1在規(guī)定的條件下,用一個可參考的標(biāo)準(zhǔn),對包括參考物質(zhì)在內(nèi)的測量器具的特性賦值,并確定其示值誤差;2將測量器具所指示或代表的量值,按照校準(zhǔn)鏈將其溯源到標(biāo)準(zhǔn)所復(fù)現(xiàn)的量值;計量認(rèn)證與試驗室管理(2)校準(zhǔn)的目的:1確定示值誤差,并可確定是否在預(yù)期的允許范圍內(nèi);2得出標(biāo)準(zhǔn)值偏差的報告值,可高速測量器具或?qū)κ局导右孕拚?給任何標(biāo)尺標(biāo)記賦值或確定其它特性,或給參考物質(zhì)特性賦值;4實現(xiàn)溯源性;(3)檢定:是查明確認(rèn)計量器具是否符合法定要求的程序,它包括檢查、加標(biāo)記和出具檢定證書。檢定具有法制性由下計量檢定機(jī)構(gòu)執(zhí)行。(4)校準(zhǔn)與檢定的主要區(qū)別:1校準(zhǔn)不具法制性,是企業(yè)自愿行為;檢定具有法制性,屬計量管理范疇的執(zhí)法行為。2校準(zhǔn)主要確定測量器具的示值誤差;檢定是對測量器具的計量特性及技術(shù)要求的全面評定。3校準(zhǔn)的依據(jù)是校準(zhǔn)規(guī)范、校準(zhǔn)方法,可統(tǒng)一規(guī)定也可自行制定;檢定的依據(jù)檢定規(guī)程。4校準(zhǔn)不判斷測量器具合格與否;檢定要對所檢的測量器具作出合格與否的結(jié)論。5校準(zhǔn)結(jié)果通常是發(fā)校準(zhǔn)證書或校準(zhǔn)報告;檢定結(jié)果合格的發(fā)檢定證書,不合格的發(fā)不合格通知書。計量認(rèn)證與試驗室管理程序文件應(yīng)包括下列內(nèi)容:1質(zhì)量體系文件的控制和維護(hù)程序;2質(zhì)量體系管理評審程序;3質(zhì)量體系審核程序;4保護(hù)委托方的機(jī)密信息和所有權(quán)程序;5開展新試驗項目管理程序;6允許偏離和糾正程序;7控制偏離的管理程序;8試驗工作管理程序;9量值溯源程序;10儀器設(shè)備控制與管理程序;11儀器設(shè)備購置、驗收及流轉(zhuǎn)程序;12培訓(xùn)與考核程序;13試驗環(huán)境的建立、維護(hù)和管理程序;14現(xiàn)場試驗管理程序、15試驗方法管理程序;16復(fù)驗程序;17抽樣程序;18保護(hù)數(shù)據(jù)完整和安全性管理程序;19計算機(jī)軟件管理程序;20消耗材料的采購、驗收和貯存程序;21樣品管理程序;22記錄管理程序;23檔案管理程序;24試驗報告的編制和管理程序;25試驗工作的分包管理程序;26外部支持服務(wù)和供應(yīng)管理程序;27抱怨處理程序;試驗數(shù)據(jù)處理與分析土工試驗數(shù)據(jù)試驗數(shù)據(jù)誤差有效數(shù)據(jù)與計算法則土工試驗中常用單位換算質(zhì)量:g,kg長度:m,1m=100cm體積:m3面積:cm2時間:s力:kN壓力:kpa溫度:t土工試驗中常用單位換算量公制準(zhǔn)確換算近似換算重度2.0t/m319.6kN/m320kN/m3模量100kg/m29.81Mpa10Mpa壓縮系數(shù)0.05cm2/kg0.49Mpa-10.50Mpa-1承載力10t/m298.1kpa100kpa試驗數(shù)據(jù)誤差系統(tǒng)誤差儀器不良,如刻度不準(zhǔn)、砝碼未校正;試驗環(huán)境的變化,如溫度、壓力、濕度的變化;操作人員的習(xí)慣,如從側(cè)面讀數(shù);可以用校正儀器、控制環(huán)境和改正不良習(xí)慣來消除系統(tǒng)誤差。
偶然誤差已消除系統(tǒng)誤差,但所測的數(shù)據(jù)仍在末一位或末二位數(shù)字上有差別,稱為偶然誤差;偶然誤差時大時小,時正時負(fù),方向不一定;偶然誤差產(chǎn)生的原因不清楚,也無法控制;用同一精度的儀器,在同一條件下,對同一物理量作多次測量,若測量的次數(shù)足夠多,則可發(fā)現(xiàn)偶然誤差完全服從統(tǒng)計規(guī)律,偶然誤差的算術(shù)平均值將逐漸接近于零。
人為(過失)誤差完全人為因素造成,如粗枝大葉、過度疲勞或操作不正確;消除過失誤差的方法是提高工作人員的責(zé)任感,健全工作制度,加強對數(shù)據(jù)的審核;有效數(shù)據(jù)與計算法則一、有效數(shù)據(jù)的概念對于任何數(shù),包括無限不循環(huán)小數(shù)和循環(huán)小數(shù),截取一定位數(shù)后所得的值即是近似數(shù),根據(jù)誤差公理,測量總是存在誤差,測量結(jié)果只能是一個接近于真值的估計值,其數(shù)字也是近似值。近似數(shù)有效數(shù)字的概念就是:當(dāng)該按近似數(shù)從左邊的第一個非零數(shù)字?jǐn)?shù)字算起,直到最末一位數(shù)字為止的所有數(shù)字都是有效數(shù)字;測量結(jié)果的數(shù)字,其有效位數(shù)代表結(jié)果的不確定度。有效位數(shù)的不同,它們的測量不確定度也不同,有效位數(shù)越多,其不確定度越??;二、計算法則:1記錄測量數(shù)據(jù)時,只保留一位可疑數(shù)字;2當(dāng)有效數(shù)字位數(shù)確定后,其余數(shù)字應(yīng)一律舍去。舍去辦法:凡末位有效數(shù)字后的第一位數(shù)字大于5,在前一位增加1,小于5則舍去,等于5時,如前一位為奇數(shù),則增加1,如前一位為偶數(shù)則舍去不計。(奇進(jìn)偶不進(jìn))3不能連續(xù)修約(12.51--15.25--12.2),因為多次連續(xù)修約會產(chǎn)生累計不確定度。土的基本特性及其指標(biāo)1物理性指標(biāo):
天然密度、含水量、土粒比重、孔隙比、液性指數(shù)、塑性指數(shù)、液限、塑限、曲率系數(shù)、不均勻系數(shù)、相對密度、飽和度、粘粒含量;2力學(xué)性指標(biāo):2.1變形指標(biāo):壓縮系數(shù)、壓縮模量、滲透系數(shù)、先期固結(jié)壓力、壓縮指數(shù)、回彈指數(shù)、回彈模量、濕陷系數(shù)、自重濕陷系數(shù)、濕陷起始壓力、自由膨脹率、收縮系數(shù);2.2強度指標(biāo);內(nèi)摩擦角、粘聚力、無側(cè)限抗壓強度、靈敏度3滲透性指標(biāo):滲透系數(shù)、固結(jié)系數(shù);4壓實性指標(biāo):最優(yōu)含水量、最大干密度;5化學(xué)性指標(biāo):腐蝕性分析1土的物理性指標(biāo)
1.2土的可塑性指標(biāo)土從一種狀態(tài)轉(zhuǎn)入到另一種狀態(tài)時的含水量稱為界限含水量,流動狀態(tài)與可塑狀態(tài)之間的分界含水量定義為液限WL;從可塑狀態(tài)轉(zhuǎn)入到半固體狀態(tài)的分界含水量稱為塑限WP;液限與塑限是試驗室直接測定的,由此可計算求得其它指標(biāo)如下;塑性指數(shù)IP:土呈可塑狀態(tài)時含水量變化的范圍,代表土的可塑程度;IP=WL-WP液性指數(shù)IL:土抵抗外力的量度,其值越大,抵抗外力的能力越??;IL=(W-WP)/(WL-WP)含水比u:土的天然含水量與液限含水量之比;u=W/WL活動度A:土的含水量變化時,土的體積相應(yīng)變化的程度,其值越大,變化程度越大;A=IP/P0.002根據(jù)塑性指數(shù)的大小可將粘性土分類如下:3<IP≦10粉土(>0.075mm的粒徑含量不超過50%)10<IP≦17粉質(zhì)粘土IP>17粘土當(dāng)天然含水量大于液限,天然孔隙比大于1.0的粉質(zhì)粘土或天然孔隙比大于1.3的粘土稱為淤泥質(zhì)土。1土的物理性指標(biāo)1.3顆粒組成及砂土的密度指標(biāo)在自然界所存在的土,都是由大小不同的土粒(礦物、巖石)組成,土粒的粒徑由粗到細(xì)逐漸變化時,土的性質(zhì)相應(yīng)地出發(fā)生變化。土的固體顆粒(土粒)大小通常是以直徑尺寸表示,簡稱“粒徑”,單位為毫米;劃分粒徑的分界尺寸稱為界限粒徑,主要有200,20,5,0.5,0.075mm,(1)直接測定的指標(biāo)有;顆粒組成;土顆粒按粒徑大小分組所占的質(zhì)量百分?jǐn)?shù);最大干密度;土在最緊密狀態(tài)時的干密度;最小干密度;土在最松散狀態(tài)時的干密度;(2)計算求得的指標(biāo)有;界限粒徑;小于該粒徑的顆粒占總質(zhì)量的60%;平均粒徑:小于該粒徑的顆粒占總質(zhì)量的50%;中間粒徑:小于該粒徑的顆粒占總質(zhì)量的30%;有效粒徑;小于該粒徑的顆粒占總質(zhì)量的10%;不均勻系數(shù):界限粒徑與有效粒徑之比,土的不均勻系數(shù)越大,表明土的粒度組成愈分散;Cu=d60/d10曲率系數(shù):表示某種中間粒徑的粒組是否缺失的情況;Cs=d302/(d60×d10)1土的物理性指標(biāo)(3)指標(biāo)應(yīng)用:Cu值越小,表明土的粒徑分布均勻,曲線較陡,級配不良;反之,Cu值越大,表明土的粒徑分布不均,曲線平緩,級配良好,容易壓實。工程中分類:Cu<5為級配不良的均粒土;Cu>5為級配良好的非均粒土;1>Cs>3的土稱為級配不良的土。砂土的相對密度;砂土最疏松狀態(tài)的孔隙比和天然狀態(tài)的孔隙比之差,與砂土最疏松狀態(tài)的孔隙比和最緊密狀態(tài)的孔隙比之差的比值。即Dr=(emax-e)/(emax-emin)天然狀態(tài)下的孔隙比介于最大與最小孔隙比之間,所以,Dr值變化在0-1之間,通常把作為砂土的結(jié)構(gòu)指標(biāo),分為以下三種狀態(tài);0<Dr<0.33疏松0.33<Dr<0.67中密0.67<Dr<1密實1土的物理性指標(biāo)(3)粉土粒徑大于0.075的顆粒不超過全重50%,且塑性指數(shù)小于等于10的土定名為粉土。粉土的密實度和濕度分別根據(jù)孔隙比、含水量分為以下三種:e<0.75密實w<20稍濕0.75≦e≦0.9中密20≦w≦30濕e>0.9稍密w>30很濕(4)粘性土當(dāng)塑性指數(shù)大于10,且小于17時,定名為粉質(zhì)粘土,當(dāng)塑性指數(shù)大于17時,應(yīng)定名為粘土。根據(jù)液性指數(shù)可以將粘性土的狀態(tài)分為以下幾類:
IL≦0堅硬0<IL≦0.25硬塑0.25<IL≦0.75可塑(0.25-0.5硬可塑,0.5-0.75軟可塑)0.75<IL≦1.0軟塑IL>1.0流塑(5)填土填土系指由人類活動而堆填的土。根據(jù)其物質(zhì)組成和堆填方式,可分為以下三類:a素填土:由天然土經(jīng)人工擾動和搬運堆填而成,不含雜質(zhì)或雜質(zhì)很少,由碎石、砂、粉土和粘性土等一種或幾種材料組成,不含雜質(zhì)或雜質(zhì)很少;b雜填土:含有大量建筑垃圾、工業(yè)廢料或生活垃圾等雜物;按其組成物質(zhì)成分和特征分為:建筑垃圾土、工業(yè)廢料土、生活垃圾土等。c沖填土:由水力沖填泥砂組成的;1土的物理性指標(biāo)填土按堆積時間可分為三類:a古填土:堆填時間在50年以上的;b老填土:堆填時間在15-50年的填粘土或填粉質(zhì)粘土;c新填土:堆填時間在15年以下的填粘土或填粉質(zhì)粘土;(6)軟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細(xì)粒土即為軟土;包括淤泥、淤泥質(zhì)土,其壓縮系數(shù)大于0.5MPa,不排水抗剪度宜小于20kpa。分類標(biāo)準(zhǔn)如下:軟土的工程性質(zhì):觸變性、流變性、高壓縮性、低強度、低透水性、不均勻性。(7)特殊土是指在特定的地理環(huán)境下形成的具有特殊性質(zhì)的土。主要有:濕陷性黃土、膨脹土、紅粘土、凍土等。濕陷性土:指浸水后產(chǎn)生附加沉降,其濕陷系數(shù)大于或等于0.015的土;膨脹土:是指土中黏粒成分主要由親水性礦物組成,同時具有顯著的吸水膨脹和失水收縮特性,其自由膨脹率不小于40%的黏性土。紅黏土:是指碳酸鹽系的巖石經(jīng)紅土化作用形成的高塑性黏土。其液限一般大于50;紅黏土經(jīng)搬運后仍保留其基本特征,其液限大于45的為次生紅黏土。(5)回彈指數(shù):e-㏒p曲線回彈圈中虛線的斜率稱為回彈指數(shù)?;貜椫笖?shù)愈大,表明土的回彈變形量愈大。計算方法如下:Cs=(ei-ei+1)/(㏒Pi+1-㏒Pi)(6)先期固結(jié)壓力:是指該土層在地質(zhì)歷史上所曾經(jīng)承受過的上履土層自重壓力或其他作用力,并在該力作用下,己固結(jié)穩(wěn)定的最大壓力。先期固結(jié)壓力與目前上履土層自重壓力的比值稱為超固結(jié)比,用OCR表示。根據(jù)OCR值可以判斷該土層的應(yīng)力狀態(tài)和壓密狀態(tài),見下表:根據(jù)先期固結(jié)壓力判斷土的壓密狀態(tài)土的狀態(tài)Pc與P0的比較OCR值典型土類超壓密土Pc>P0OCR>1老黏性土正常壓密土Pc=P0OCR=1一般黏性土欠壓密土Pc<P0OCR<1新近沉積土,新近堆積黃土
2土的力學(xué)性指標(biāo)2土的力學(xué)性指標(biāo)(7)變形模量:通常采用現(xiàn)場載荷試驗來測定地基土的變形性質(zhì)和地基的承載能力。載荷試驗與室內(nèi)壓縮試驗兩者之間有很大差異;室內(nèi)壓縮試驗土樣側(cè)向不容許有變形發(fā)生,所以它是單向壓縮變形,而載荷試驗地基土的豎向變形是在有側(cè)向變形情況下發(fā)生的。根據(jù)載荷試驗,就可以從p-s曲線求得地基的變形模量:E0=ω(1-μ2)ρd/s變形模量與壓縮模量之間的關(guān)系:E0=βEsβ=1-2μ2/(1-μ)2.2土的強度指標(biāo)(1)抗剪強度:土在外力作用下在剪切面單位面積上所承受的最大剪應(yīng)力稱為土的抗剪強度。土的抗剪強度是由顆粒間的內(nèi)摩擦力以及由膠結(jié)物和水膜的分子引力所產(chǎn)生的黏聚力組成。(2)試驗方法:1按排水條件分:快剪(不排水剪):加荷速率快,排水條件差,適用于斜坡的穩(wěn)定性,厚度較大的飽和粘性土等;固結(jié)快剪(固結(jié)不排水剪):具有一定的固結(jié)作用,適用于一般建筑物地基的穩(wěn)定性;慢剪(排水剪):加荷速率慢,排水條件好,施工期長,適用于透水性好的低塑性土以及在軟弱飽和土層上的高填方分層控制填筑等;
2土的力學(xué)性指標(biāo)2按試驗儀器分:⑴直接剪切試驗試驗原理:將環(huán)刀切取的土試樣置入剪切盒中厚待剪切,通過不同垂直壓力作用下的剪切試驗所得的抗剪強度,求取土的粘聚力和內(nèi)摩擦角。計算方法:用同一土樣切取不少于4個試樣進(jìn)行不同垂直壓力作用下的剪切試驗后,用相同的比例尺在坐標(biāo)紙上繪制抗剪強度S與垂直壓力p的相關(guān)曲線。直線交S軸的截距即為土的粘聚力c,直線傾斜角即為土的內(nèi)摩擦角Φ。在法向應(yīng)力變化不大時,抗剪強度與法向應(yīng)力的關(guān)系近似為一條直線,這就是抗剪強度的庫侖定律。S=C+δtanφ優(yōu)點:試驗儀器簡單,操作方便;缺點:1剪切面不一定是試樣抗剪能力最弱的面;2剪切面上的應(yīng)力分布不均勻,而且受剪切面積越來越??;3不能嚴(yán)格控制排水條件,測不出剪切過程中孔隙水壓力的變化。
2土的力學(xué)性指標(biāo)2土的力學(xué)性指標(biāo)⑵三軸剪切試驗試驗原理:是在圓柱形試樣上施加最大主應(yīng)力和最小主應(yīng)力,保持其中之一不變,改變另一主應(yīng)力,使試樣中的剪應(yīng)力逐漸增大,直到達(dá)到極限平衡而剪切,由此求得土的抗強度。常用的試驗方法有:①不固結(jié)不排水剪(UU):試樣在完全不排水下施加周圍壓力后,快速增大軸向壓力到試樣破壞;②固結(jié)不排水剪(CU):試樣先在周圍壓力下進(jìn)行固結(jié),然后在不排水條件下快速增大軸向壓力到試樣破壞;③固結(jié)排水剪(CD):試樣先在周圍壓力下進(jìn)行固結(jié),然后繼續(xù)在排水條件下緩慢增大軸向壓力到試樣破壞。優(yōu)點:1試驗中能嚴(yán)格控制試樣排水及孔隙水壓力的變化;2剪切面不固定;3應(yīng)力狀態(tài)比較明確4除抗剪強度外,尚能測定其他指標(biāo);缺點:1操作復(fù)雜;2所需試樣多;3主應(yīng)力方向固定不變,而且是在令的軸對稱情況下進(jìn)行的,與實際情況不能完全符合。2土的力學(xué)性指標(biāo)(3)無側(cè)限抗壓強度和靈敏度土在側(cè)面不受限制的條件下,抵抗垂直壓力的極限強度稱為土的無側(cè)限抗壓強度。靈敏度是指原狀土的無側(cè)限抗壓強度與其重塑土(密度與含水量與原狀土相同)的無側(cè)限抗壓強度之比。靈敏度越大,表明土的結(jié)構(gòu)擾動影響越明顯。計算公式如下:qu=(10Pu(1-εu))/A0εu:試驗破壞時的總應(yīng)變;A0:試驗前試樣的橫截面積cm2對于飽和粘性土,¢=0時,土的抗剪強度S=qu/2粘性土軟硬程度按無側(cè)限抗壓強度分為;qu≧240kpa很硬240kpa>qu≧120kpa硬120kpa>qu≧60kpa中等60kpa>qu≧30kpa軟qu<30kpa很軟
粘性土結(jié)構(gòu)性按靈敏度分為;St<2不靈敏St=2-4中等靈敏St=4-8靈敏St=8-16高靈敏St>16極靈敏3土的滲透性指標(biāo)
3.1土的滲透性土的透水性指標(biāo)以滲透系數(shù)來表示,其物理意義為當(dāng)水力梯度等于1時的滲透速度。1室內(nèi)測定方法有:①南55型滲透儀(變水頭滲透儀),適用于粘性土的滲透試驗。試驗原理:在某一初始水頭差h0作用下,水流過試樣,由于水流動,量管內(nèi)水頭不斷下降,在時間t終了時的水頭差為h1,由量管測得的水量為Q,量管的內(nèi)截面積為a,因為整個試驗時間內(nèi)水頭都在變化,所以達(dá)西定律用微分方程來表示,經(jīng)過積分便得到滲透系數(shù)的計算公式.變水頭滲透試驗方法:(1)將裝有試樣的環(huán)刀(直徑61.8mm,高度40mm)裝入滲透容器,密封至不漏水不漏氣;(2)將滲透容器的進(jìn)水口與變水頭管連接,利用供不瓶中的純水向進(jìn)水管注滿水,并滲入滲透容器,開排氣閥,排除滲透容器底部的空氣,直至溢出水中無氣泡,關(guān)排氣閥,放平滲透容器,關(guān)進(jìn)水管夾。(3)向變水頭管注純水,水頭不高度一般不應(yīng)大于2m,待水位穩(wěn)定后切斷水源,開進(jìn)水管夾,使水通過試樣,當(dāng)出水口有水溢出時開始測記變水頭管中起始水頭高度和起始時間,按預(yù)定時間間隔測記水頭和時間的變化,并測記出水口的水溫。3土的滲透性指標(biāo)(4)將水頭管中的水位變換高度,待水位穩(wěn)定再進(jìn)行測記水頭和時間變化,重復(fù)5-6次,取其平均值。當(dāng)不同開始水頭下測定的滲透系數(shù)在允許差值范圍內(nèi)時,試驗結(jié)束。(5)按下式計算變水頭滲透系數(shù):kt=〔2.3aL㏒(H1/H2)〕/A(t2-t1)a:變水頭管的斷面積(cm2)A:土試樣的截面積(cm2);L:試驗量管長度(cm);②70型滲透儀(常水頭滲透儀),適用于砂性土。2水平向滲透性測定土的水平向滲透系數(shù)比較困難,過去室內(nèi)比較簡單的辦法就是把土樣轉(zhuǎn)90°方向,再按測定豎向滲透系數(shù)的方法來測定。Rowe滲透儀的水流流向是徑向向內(nèi)的,其理論計算與井的抽水試驗情況相似,可以直接寫出水平向滲透系數(shù)的計算公式。3土的滲透性指標(biāo)
3.2非均質(zhì)土的滲透性天然土層是成層的,各土層的系數(shù)分別為k1,k2,k3……,厚度分別為上H1,H2,H3……,在水力坡降的作用下,水平方向的平均滲透系數(shù)為kx,垂直方向的滲透系數(shù)為中kz,其計算公式分別為:Kx=(k1H1+k2H2+k3H3+……)/HKz=H/((H1/k1)+(H2/k2)+H3/k3)+……)由上述分析可看出,各層土的滲透系數(shù)相差很大,水平向滲透由最透水的一層控制,豎向滲透由最不透水的土層控制。所以,成層土的水平滲透系數(shù)總是大于它的豎向滲透系數(shù)4.3固結(jié)系數(shù)是表示土的固結(jié)速度的一個特性指標(biāo),固結(jié)系數(shù)越大,表明土的固結(jié)速度越快,可用來計算實際受壓土層不同時間的固結(jié)度,其值大小取決于土在某一壓力范圍的滲透系數(shù)、孔隙比以及壓縮系數(shù)。4土的壓實性指標(biāo)
4.1土的擊實性在一定的擊實功能作用下,能使填筑土達(dá)到最大密度所需的含水量為最優(yōu)含水量,與其相應(yīng)的干密度稱為最大干密度。擊實試驗的原理是根據(jù)土的三相(顆粒、水、空氣)之間的體積變化理論而來的。土的擊實程度與含水量、擊實功能和擊實方法有著密切關(guān)系,當(dāng)擊實功能和擊實方法不變時,則土的干密度隨含水量的增加而增加。當(dāng)干密度達(dá)到某一最大值后,含水量的繼續(xù)增加反而使干密度減少。此最大值稱為最大干密度,其相應(yīng)的含水量稱為最優(yōu)含水量。4.2砂土的密實度砂土的相對密度:砂土最疏松狀態(tài)的孔隙比和天然狀態(tài)的孔隙比之差,與砂土最疏松狀態(tài)的孔隙比和最緊密狀態(tài)的孔隙比之差的比值。即Dr=(emax-e)/(emax-emin)天然狀態(tài)下的孔隙比介于最大與最小孔隙比之間,所以,Dr值變化在0-1之間,通常把Dr作為砂土的結(jié)構(gòu)指標(biāo),按值大小分為以下三種狀態(tài);0<Dr≦0.33疏松0.33<Dr≦0.67中密0.67<Dr≦1密實5土的化學(xué)分析試驗5.1土的易溶鹽含量分析:土中的易溶鹽是指易溶于水的鹽類,包括全部氯化物、易溶的硫酸鹽和易溶的碳酸鹽等;易溶鹽試驗是測定土中易溶鹽總量、陰離子(CO32-、HCO3-、SO42-等)和陽離子(Ca2+、Mg2+、K+、Na+等)5.2有機(jī)質(zhì)含量試驗:土中有機(jī)質(zhì)主要是指碳、氫、氮、氧及少量的硫、磷和金屬元素組成的有機(jī)化合物。土中有機(jī)質(zhì)含量在同一剖面中隨深度增加而降低。5.3場地水化學(xué)分析:水質(zhì)分析的目的是為了查清場地水,對建筑材料的腐蝕性,以便在設(shè)計和施工時采取必要的防護(hù)措施。水的室內(nèi)化學(xué)分析項目有:PH值、Ca2+、Mg2+、CO32-、HCO3-、SO42-、侵蝕性CO2、NH4+、OH-、總礦化度等。試驗操作規(guī)程
1界限含水量試驗
1.1液限試驗:圓錐液限儀---適用于粒徑小于0.5mm的細(xì)粒土;試驗方法;將重76g錐角30°的圓錐提起,慢慢放在調(diào)制好的試樣上,使其在自重作用下15s內(nèi)沉入土中,當(dāng)剛好下沉到17mm、10mm刻度時測定試樣的含水量,此含水量即為土的液限。2.2塑限試驗搓條法----適用于粒徑小于0.5mm的細(xì)粒土;2.3液塑限聯(lián)合測定法試驗要點:a:適用于粒徑小于0.5mm以及有機(jī)質(zhì)含量不大于試樣總質(zhì)量5%的細(xì)粒土;b:將制備好的試樣填滿試樣杯后刮平,放在聯(lián)合測定儀升降座上;c:電磁鐵吸住圓錐,調(diào)整零點和升降座,使圓錐尖接觸試樣表面。電磁鐵斷電,圓錐靠自重下沉,當(dāng)沉入試樣中5后,觀測并記錄圓錐入土深度。取出試樣測定含水量;d:按相同步驟測定另外兩種不同含水量試樣的圓錐入土深度含水量;e:資料整理:(1)繪制含水量與圓錐下沉深度曲線;(2)由含水量與圓錐下沉深度曲線上,查得:下沉深度為17mm所對應(yīng)的含水量即為17mm液限,下沉深度為10mm所對應(yīng)的含水量即為10mm液限,下沉深度為2mm所對應(yīng)的含水量即為塑限。
2土粒相對密度試驗2.1試驗?zāi)康模和恋南鄬γ芏仁墙M成土顆粒礦物成分相對密度的平均值,其定義為土粒的密度與4℃時蒸餾水的密度之比,亦即土粒的干質(zhì)量與其同體積4℃蒸餾水的質(zhì)量之比;2.2試驗方法:比重瓶法---適用于粒徑小于5mm的土;浮稱法---適用于粒徑等于或大于5mm的土,且其中粒徑為20土質(zhì)量應(yīng)小于土總質(zhì)量的10%;虹吸筒法---適用于粒徑等于或大于5mm的土,且其中粒徑為20土質(zhì)量應(yīng)大于、等于土總質(zhì)量的10%;2.3操作規(guī)程:(1)比重瓶校正:A比重瓶洗凈、烘干后稱其質(zhì)量(精確至0.001g);B將煮沸、排氣、冷卻后的蒸餾水注滿比重瓶,放入恒溫槽至瓶內(nèi)水溫穩(wěn)定后擦凈外壁,稱瓶、水總質(zhì)量及測定恒溫水槽溫度;C按5℃間隔調(diào)節(jié)恒溫水槽溫度,測定不同溫度下比重瓶、水質(zhì)量,每級溫度需進(jìn)行兩次平行測定,差值不大于0.002g。繪制溫度與瓶水總質(zhì)量關(guān)系曲線;(2)試驗方法:A在烘干的100ml比重瓶內(nèi)裝入烘干試樣15g稱量瓶、土質(zhì)量后注入半瓶蒸餾水搖動并在砂浴上煮沸。砂性土不應(yīng)小于30min,粘性土不應(yīng)小于1h;B在裝有試樣的比重瓶中注入煮沸冷卻后的蒸餾水(液面高度與比重瓶校正時相同)放置于恒溫水槽內(nèi),直到溫度穩(wěn)定、瓶上部懸液澄清,取出比重瓶擦凈外壁,稱量瓶水試樣總質(zhì)量并測定瓶內(nèi)水溫;C比重瓶法應(yīng)進(jìn)行兩次平行測定,其平行差值不得大于0.002;(3)資料整理:根據(jù)試驗結(jié)果可按下式計算土粒的相對密度(ds):ds=md×dIt/(mbw+md-mbws)md---干土質(zhì)量g;mbw---比重瓶、水總質(zhì)量g;mbws---比重瓶、水、土總質(zhì)量g;dIt---T℃時蒸餾水的相對密度;見下表;蒸餾水的相對密度溫度水的相對密度修正系數(shù)溫度水的相對密度修正系數(shù)溫度水的相對密度修正系數(shù)41.0000001.0009130.9994061.0003220.9978000.998750.9999921.0009140.9992731.0001230.9975680.998460.9999681.0008150.9991291.0000240.9973270.998270.9999301.0008160.9989720.9998250.9970750.997980.9998771.0007170.9988040.9997260.9968140.997790.9998091.0007180.9986250.9995270.9965440.9974100.9997281.0006190.9984350.9993280.9962640.9971110.9996341.0005200.9982340.9991290.9959760.9968120.9995261.0004210.9980220.9989300.9956780.9965
3顆粒分析試驗2.1試驗?zāi)康模侯w粒分析試驗就是將土按顆粒大小不同,分成粒組的過程。因顆粒大小變化范圍較大,試驗中不同的粒組方興未艾采用不同的方法測定,目前常用的有篩分法和重力沉降法;2.2篩分法:就是將粗顆粒試樣通過不同孔目的篩進(jìn)行土的粒組分級,適用于粒徑小于、等于60mm大于0.075的土。粗篩孔徑為:60、40、20、10、5、2mm;細(xì)篩孔徑為:2.0、1.0、0.5、0.25、0.1、0.075mm;2.3密度計法:就是利用土壤密度計通過測量不同深度處懸液的密度和土粒沉降的距離來計算不同粒徑所占的百分比。此方法適用于粒徑小于0.075mm的土;主要試驗設(shè)備:土壤密度計----甲種密度計;土壤密度計的校正:由于土壤密度計的刻度是以溫度20℃、土粒相對密度2.65為準(zhǔn)設(shè)計的,試驗時應(yīng)對土壤密度計的刻度、土粒沉降距離、溫度、土粒相對密度等進(jìn)行校正,校正值見有關(guān)附表。2.4試驗規(guī)程:(1)選取代表性土樣200g~300g風(fēng)干;(2)稱取試樣30g或40g倒入錐形瓶并注入約200ml蒸餾水浸泡一夜后過0.075篩,篩上試樣沖洗、烘干、稱量篩析,篩下試樣倒回錐形瓶煮沸(40min),冷卻后倒入量筒加入4%濃度的分散劑(六偏磷酸鈉)10ml,再注蒸餾水至1000ml;(3)懸液攪拌1min后取出攪拌器,立即放入密度計觀測1、2、5、15、30、60、240和1440min時的密度計讀數(shù)及水溫;(4)每次讀數(shù)后取出密度計;資料整理:(1)計算小于某粒徑的試樣占總質(zhì)量的百分比:x=100×CG×(Rm+T)/md(2)土顆粒的粒徑按下式計算:d=k√L/t(3)繪制顆粒大小級配曲線試驗操作規(guī)程4相對密實度試驗相對密實度指標(biāo)試驗是通過測求砂礫土最大孔隙比與最小孔隙比來計算確定的;常用的試驗方法有:4.1最大孔隙比(最小干密度)試驗:采用量筒法、漏斗法或松砂器法等;適宜和于粒徑不大于5mm的土,而且粒徑為2-5mm的試樣質(zhì)量不大于試樣總質(zhì)量的15%。量筒法試驗方法:(1)將錐形塞桿自長頸漏斗下口穿入,并向上提起,使錐底堵住漏斗管口,一并放入1000ml的量筒內(nèi),使其下端與量筒底接觸。(2)稱取烘干的代表性試樣700g,均勻緩慢地倒入漏斗中,將漏斗和錐形塞桿同時提高,移動塞桿,使錐體略離開管口,管口應(yīng)經(jīng)常保持高出砂面1-2cm,使試樣緩慢且均勻地落入量筒中。(3)試樣全部落入量筒后,取出漏斗和錐形塞,用砂面拂平器將砂面拂平、測記試樣體積,估讀至5ml。(4)用手掌或橡皮板堵住量口,將量筒倒轉(zhuǎn)并緩慢地轉(zhuǎn)回到原來位置,重復(fù)數(shù)次,記下試樣在量筒內(nèi)占體積的最大值,估讀至5ml。(5)取上述兩種方法測得的較大體積值,計算最小干密度:ρdmin=md/Vd最大孔隙比按下式計算:emax=(ρwds/ρdmin)-1試驗操作規(guī)程
4.2最大干密度(最小孔隙比)試驗:與擊實試驗相同,是用一定質(zhì)量的錘擊自適當(dāng)高度擊實砂土以求得其最小孔隙比。試驗方法有:錘擊法、振動法和錘擊振動聯(lián)合法。錘擊振動聯(lián)合法的試驗規(guī)程是:將試樣2000g分三次倒入金屬圓筒內(nèi),用振動叉敲打振動圓筒周圍,150-200次/min,并用錘擊試樣30-60次/min,至試樣體積不變后,刮平圓筒表面試樣,稱量試樣質(zhì)量。試樣的最大干密度按下式計算:ρdmax=md/Vd試樣的最小孔隙比按下式計算emin=(ρwds/ρdmax)-1砂土的相對密實度:Dr=(emax–e0)/(emax-emin)試驗操作規(guī)程5天然坡角試驗5.1試驗?zāi)康模禾烊黄陆鞘菬o凝聚性土在自然堆積時其天然坡面和水平面所形成的最大傾角。5.2試驗方法:圓盤法、抽板法、傾到法等;適用范圍:不含粘?;蚍哿5募兩巴粒覂?nèi)試驗的粒徑一小于5,測試干燥狀態(tài)的天然坡角,要求試樣充分風(fēng)干;5.3操作規(guī)程:圓盤法是在天然坡角儀圓盤上自然、輕輕堆積試樣,然后輕輕提起,記讀錐頂與圓盤中心豎桿接觸處刻度,作平行測定;水下試驗是將堆積的試樣沉入水中,并使氣泡充分逸出,然后輕輕提起,記讀豎桿刻度,計算由砂土形成的錐體坡面所保持的最大傾角即為天然坡角。水中測得的天然坡角比干燥狀態(tài)下測得的天然坡角為小。4.4按下式計算天然坡角:tgα=2h/dh—圓錐的堆積高度,cmd—圓錐底面直徑,cm6黃土濕陷性試驗6.1概述濕陷性黃土在垂直荷載作用下,有三種變形:壓縮變形、濕陷變形和滲透溶濾變形。1壓縮變形試驗:黃土的壓縮變形是在垂直荷載作用下,沒有受外部水作用時產(chǎn)生的垂直變形;這種變形符合一般粘性土的正常壓縮規(guī)律。2濕陷變形試驗:濕陷性黃土的濕陷變形是在垂直荷載和浸水的共同作用下,由于土體結(jié)構(gòu)的破壞而產(chǎn)生的垂直變形;這種濕陷變形在其壓縮穩(wěn)定后,一旦浸水仍然發(fā)生。這也是黃土不同于一般粘性土的重要特性。3滲透溶濾變形試驗:黃土的滲透溶濾變形,也是由于水的作用引起的。從某種程度上講,它是濕陷變形的繼續(xù),但從其變形的機(jī)理來講,它又不完全與濕陷變形相同,滲透溶濾變形主要是由于土粒之間重力的緩慢塑性變形和黃土長期受滲透水作用,土中鹽類的溶濾所引起。滲透溶濾變形的測定:將測定濕陷系數(shù)后的試樣,繼續(xù)用水滲透,每隔2h測記變形一次,24h后每日測記1~3次,變形穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)為每三天下沉增量不大于0.01mm,滲透用水宜用蒸餾水。按下式計算滲透溶濾變形系數(shù):δwt=(h2-h3)/h0試驗操作規(guī)程6.2濕陷系數(shù)的測定:6.2.1環(huán)刀直徑79.8mm,高度20mm,面積50cm2,透水石應(yīng)烘干冷卻;采取分級加荷,在0~200kpa壓力以內(nèi),每級增量為50kpa,在200kpa以上每級增量為100kpa;6.2.2測定濕陷系數(shù)時,應(yīng)將環(huán)刀試樣保持在天然濕度下,分級加荷至規(guī)定壓力,下沉穩(wěn)定后浸水,至濕陷穩(wěn)定為止;6.2.3測定自重濕陷系數(shù)時,應(yīng)將環(huán)刀試樣持在天然濕度下,采取快速分級加荷,加至試樣的上履土的飽和自重壓力,下沉穩(wěn)定后浸水,至濕陷穩(wěn)定為止;6.2.4測定不同壓力下的濕陷系數(shù)或濕陷起始壓力,可采用以下試驗方法:(1)單線法壓縮試驗:在同一取土點抽深度處,至少取5個環(huán)刀試樣,均在天然濕度下分級加荷,分別壓至不同的規(guī)定壓力,下沉穩(wěn)定后浸水,至濕陷穩(wěn)定為止,計算出各級壓力下的濕陷系數(shù)δs,并繪制曲線,在曲線上取δs=0.015時所對應(yīng)的壓力值即為濕陷起始壓力psh值。(2)雙線法壓縮試驗:在同一取土點的同一深度處,取2個環(huán)刀試樣,一個在天然濕度下分級加荷,加至規(guī)定壓力下沉穩(wěn)定后浸水,另一個環(huán)刀在天然濕度下加第一級荷重,下沉穩(wěn)定后浸水,至濕陷穩(wěn)定,再分級加荷至規(guī)定壓力,同樣計算出各級壓力下的濕陷系數(shù)δs,繪制成曲線,并在曲線上取δs=0.015時對應(yīng)的壓力值為濕陷起始壓力psh。值試驗操作規(guī)程6.2.5判穩(wěn)標(biāo)準(zhǔn):每級加荷后的下沉穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)以每1的下沉量不大于0.01mm為準(zhǔn)。6.2.6濕陷性計算:濕陷系數(shù):δs=(h1-h2)/h0自重濕陷系數(shù):δzs=(hz-hz′)/h0飽和密度:ρsri=ρd(1+Sr×e/ds),ρ85i=ρd+0.85e/(1+e)飽和自重壓力:P=ρsri×Hh1--某級壓力下,試樣變形穩(wěn)定后的高度(mm);h2--某級壓力下,試樣浸水濕陷變形穩(wěn)定后的高度(mm);hz--在飽和自重壓力下試樣變形穩(wěn)定后的高度(mm);hz′--在飽和自重壓力下試樣浸水濕陷變形穩(wěn)定后的高度(mm);h0--試樣原始高度(mm);Sr—土的飽和度,可取Sr=85%H--土的厚度(cm)試驗操作規(guī)程7膨脹性試驗
7.1膨脹土的特征:膨脹土多呈堅硬-硬塑狀態(tài),結(jié)構(gòu)致密,成棱形土塊者常具有脹縮性膨脹土多為細(xì)膩的膠體顆粒,斷口光滑,土內(nèi)常包含鈣質(zhì)結(jié)核和鐵錳結(jié)核,呈零星分布;土內(nèi)有裂隙,斜交剪切裂隙越發(fā)育,脹縮性越強;膨脹土的礦物成分主要是次生粘土礦物—蒙脫石和伊利石,具有較高的親水性,失水時土體即收縮,甚至出現(xiàn)干裂,遇水即膨脹隆起;膨脹土的粘粒含量愈高,吸水能力愈強,脹縮性就大;膨脹土的密度越大,孔隙比就越小,浸水膨脹強烈,失水收縮??;反之,浸水膨脹小,失水收縮大;膨脹土一般我呈灰白、灰綠、灰黃、棕紅和褐紅等顏色;自由膨脹率大于或等于40%的土,且具有以上特征的土應(yīng)定名為膨脹土。
7.2膨脹土的特性指標(biāo)自由膨脹率:是反映膨脹土吸水膨脹特性的指標(biāo)之一,由人工制備的烘干土,在水中增加的體積與原來體積之比;膨脹率:在一定壓力下,浸水膨脹穩(wěn)定后,土樣增加的高度與原高度之比;膨脹力:原狀土樣在體積不變時,由于浸水膨脹產(chǎn)生的最大內(nèi)應(yīng)力;收縮系數(shù):在膨脹土中,由于粘土礦物的作用,收縮性往往比一般粘土還會強烈。土的收縮大致可分為三個階段:直線收縮段;曲線過渡段;近水平直線段;其直線收縮段的斜率為收縮系數(shù);試驗操作規(guī)程7.3膨脹土的試驗方法a:自由膨脹率試驗:取代表性風(fēng)干土樣100g,碾碎過0.5mm篩;將過篩土樣拌勻,在100~105℃下烘至恒重,在干燥箱內(nèi)冷卻至室溫;將無頸漏斗放在支架上,漏斗中心對準(zhǔn)量土杯中心,并保持距離10cm;用取土匙取適量試樣倒入漏斗中,邊倒邊用細(xì)鐵絲輕輕攪動,避免漏斗堵塞,使匙中土全部落入量土杯中,刮去多余土樣后進(jìn)行稱量,要求兩次稱量的值不得大于0.1g;在量筒中注入30ml純水,并加入5ml濃度為5%的純氯化鈉溶液。將試樣倒入量筒中,上下攪拌各10次,用純水清洗懸液至50ml;待懸液澄清后,每隔5h測讀一次土面高度,直到兩次讀數(shù)差值不大于0.2,可認(rèn)為膨脹穩(wěn)定;按下式計算自由膨脹率:δef={(VW-V0)/V0}*100%VW—試樣在量筒中膨脹后的體積mlV0—試樣膨脹前體積ml本試驗應(yīng)進(jìn)行兩次平行測定,當(dāng)值小于60%時其差值不得大于5%;當(dāng)值大于等于60%時其差值不得大于8%,取其兩次的平均值;試驗操作規(guī)程注意事項:自由膨脹率試驗,其制備試樣是非常重要的,因此在取樣時應(yīng)充分注意試樣的代表性;其次在制備試樣時,應(yīng)充分碾細(xì),使土樣中細(xì)顆粒充分分散。試樣原始體積的量取、填裝或緊或松,對試驗結(jié)果影響較大,因此保持10cm的距離和防止振動是非常嚴(yán)格的。試驗時向量筒中純水加入氯化鈉,目的是起凝聚作用,加速土粒聚沉,以縮短試驗時間,結(jié)氯化鈉的濃度和加入量,應(yīng)按規(guī)定執(zhí)行,否則會影響試驗結(jié)果。
b膨脹率試驗(1)無荷載膨脹率試驗:是試樣在無荷載而有側(cè)限條件下浸水后的膨脹量與原始高度之比,用百分?jǐn)?shù)表示。試驗操作要點:原狀土試樣按固結(jié)試驗要求取樣,并將試樣裝入壓縮容器內(nèi),調(diào)整到位;自下而上向容器內(nèi)注入純水,并保持水面高出試樣5mm,注水后每2h測記一次,至兩次讀數(shù)差值不大于0.01mm時終止試驗。測定試驗土樣的含水量和密度并計算孔隙比。按下式計算無荷載膨脹率(%):δe=(Zt-Z0)×100/h0試驗操作規(guī)程(2)50kpa壓力下的膨脹率試驗:用原狀土進(jìn)行試驗,按壓縮試驗方法將試樣裝入容器,并加壓力,每1h讀數(shù)一次,兩次差值不大于0.01時,即認(rèn)為下沉穩(wěn)定。下沉穩(wěn)定后,自下而上向容器內(nèi)注入純水,水面設(shè)計眼出試樣頂面5并保持試驗結(jié)束;浸水后每2讀數(shù)一次,兩次讀數(shù)不大于001時即認(rèn)為在該壓力下的膨脹穩(wěn)定。取出試樣,稱量和計算試前及試后含水量、密度、和孔隙比。按下式計算50壓力下的膨脹率(%):δe50=(Z50+Zc-Z0)×100/h0(3)不同壓力下的膨脹率試驗:試驗相同,壓力不同,當(dāng)要求的壓力大于或等于150kpa時,就按50kpa分級加荷;當(dāng)壓力小于150kpa時,應(yīng)按25kpa分級加荷;資料整理如下:(1)各級壓力下的膨脹率:δepi=(Zp+Zc-Z0)×100/h0(2)試驗后的孔隙比:e=△h0/h0(1+e0)+e0△h0=Zp0+Zc0-Z0
以各級壓力下的膨脹率為縱坐標(biāo),壓力為橫坐標(biāo),繪制膨脹率與壓力關(guān)系曲線,該曲線與橫坐標(biāo)的交點即為該試樣的膨脹力
試驗操作規(guī)程c收縮試驗:主要試驗設(shè)備:收縮試驗裝置--測板直徑10mm,多孔板直徑70mm;環(huán)刀(直徑61.8mm,面積30cm2,高20mm);推土器(直徑60mm,推進(jìn)量為21mm);試驗要點:(1)用推土器將試樣推出,于多孔板上稱量,精確至0.1g,底土試樣裝在試驗裝置上,每1-4h測記百分表讀數(shù),并稱試樣質(zhì)量,兩天后每6-24h測記一次百分表讀數(shù),并稱量試樣質(zhì)量,試驗至兩次讀數(shù)基本不變?yōu)橹梗?2)試驗結(jié)束后,底土試樣在恒溫下烘干,稱量干土質(zhì)量,如須計算體收縮率,宜用蠟封法測出干試樣體積。(3)計算及制圖:各測點的含水量(%):Wi=﹝(mi/md)-1﹞×100豎向線縮率(%):δni=(Zi-Z0)×100/h0體收縮率(%):δv=(V0-Vd)×100/V0豎向收縮系數(shù):λs=Δδni/ΔWΔδni—與ΔW相對應(yīng)的兩點線縮率之差(%)ΔW—收縮曲線上第一階段兩點的含水量之差(%)試驗操作規(guī)程8固結(jié)(壓縮)試驗8.1固結(jié)試驗和壓縮試驗的基本概念固結(jié)試驗:飽和土體受到外力作用后,孔隙中的部分水分逐漸從土體中排出,土中孔隙水壓力逐漸減小,作用在土骨架上的有效壓力逐漸增加,土體積隨之壓縮,直到變形穩(wěn)定為止,土體這一變形的全過程稱之為固結(jié)。固結(jié)試驗用于測定飽和土的壓縮系數(shù)、體積壓縮系數(shù)、壓縮模量、壓縮指數(shù)、回彈指數(shù)、先期固結(jié)壓力、固結(jié)系數(shù)和次固結(jié)系數(shù)等;壓縮試驗:非飽和土體在外力作用下的變形通常是由孔隙中氣體排出或壓縮所引起,主要取決于有效應(yīng)力的改變,土體的這種變形稱為壓縮。壓縮試驗用于測定非飽和土的壓縮系數(shù)、體積壓縮系數(shù)、壓縮模量、壓縮指數(shù)、回彈指數(shù)、先期固結(jié)壓力試驗操作規(guī)程8.2固結(jié)(壓縮)試驗操作步聚:(1)將帶有環(huán)刀的試樣,小心裝入護(hù)環(huán),再裝入壓縮儀容器內(nèi),然后放上透水石和加壓蓋板,置于加壓框下,對準(zhǔn)加壓框架的正中,安裝量表;(2)為保證試樣與儀器上下各部件之間接觸良好,應(yīng)施加1kpa的預(yù)壓荷重,調(diào)整量表使指針讀數(shù)為零;(3)荷重等級為50kpa,100kpa,150kpa,200kpa,300kpa,400kpa,600kpa等,壓力大小依試驗委托要求為準(zhǔn);(4)壓縮穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定為每級荷重下每小時讀數(shù)不大于0.01mm,測記穩(wěn)定后施加第二級荷重,依次類推至試驗結(jié)束。(5)試驗結(jié)束后,卸除荷重取出環(huán)刀試樣;(6)計算指標(biāo)如下:天然孔隙比:e0={(1+0.01w)ds/ρ}-1各級壓力下的孔隙比:ei={(1+e0)hi/h}-1某一壓力范圍的壓縮系數(shù):av=10(ei-ei+1)/(Pi+1-Pi)某一壓力范圍的壓縮模量:Es=(1+ei)/av試驗操作規(guī)程8.3注意事項:(1)飽和土的固結(jié)需要一定時間才能完成,所以不得采用快速法進(jìn)行試驗。(2)在制備試樣時,應(yīng)選用合適的切削工具,盡可能避免破壞土試樣結(jié)構(gòu),不允許在削去環(huán)刀兩端余土?xí)r,用刀來回涂沫土面,而致
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