分散性土鑒定試驗(yàn)步驟和計(jì)算

第四節(jié)分散性土鑒定試驗(yàn)步驟和計(jì)算⑷促使粘土分散性管涌的另一個(gè)主要原因，是決定于水庫蓄水所含不溶解鹽類的總量。該總量越低，土壩土料的分散性管涌可能性越大，這是產(chǎn)生離子的“解吸附作用”之故。⑸定義“可交換鈉離子百分比”ESP為

ESP=Na/CEC(100)式中

Na—可交換鈉離子數(shù)量，以100克干土內(nèi)毫克當(dāng)量計(jì)；CEC—可交換的離子總量。當(dāng)土料ESP=7～10，庫水相對(duì)說比較純潔，土屬中等分散性；當(dāng)土料ESP≥15，即有嚴(yán)重管涌的可能性。⑹具有較高ESP值的土壩，當(dāng)發(fā)生集中滲流時(shí)，有兩種可能的后果：①如滲水流速極慢，由于流道四周土的膨脹，流道會(huì)逐漸被封閉；②如滲水初速較快，分散土粒被陸續(xù)帶走，流道的擴(kuò)大比土膨脹所引起的封閉為快，于是最后導(dǎo)致管涌失事。⑺ESP值與其他常規(guī)土工試驗(yàn)所得指標(biāo)之間無一定的關(guān)系。但是經(jīng)驗(yàn)表明，管涌失事的土料一般屬中等塑性（液限wL=30～50%），少數(shù)也有屬高塑性者。⑻具有高ESP值，而且分散性極強(qiáng)的土，所含粘土一般均屬蒙脫土，某些伊利土也有高度分散性，一般來講，高嶺土ESP值不高，管涌失事極少。分散性土調(diào)查與評(píng)判：⑴搜集分散性土分布區(qū)水文、氣象、氣候資料，調(diào)查土壤類型，鹽堿土分布情況，植物生長(zhǎng)情況，土壤水和潛水狀況，自然沖蝕和工程受損破壞情況以及防治分散性土災(zāi)害的工程措施與效果；⑵查明分散性土形成的地質(zhì)背景和特征，粘土礦物成份，化學(xué)成份、結(jié)構(gòu)、構(gòu)造、含鹽類型、水鹽動(dòng)態(tài)及其與分散性土形成的關(guān)系；

粘土礦物的特性粘土礦物類型平均比表面積（m2/g）陽離子交換量塑性指數(shù)壓縮指數(shù)

高嶺石

伊利石

蒙脫石800100100-6501-6

場(chǎng)強(qiáng)固定層擴(kuò)散層

距離雙電層模型⑶研究地表水、地下水和土壤的水鹽動(dòng)態(tài)規(guī)律及其與分散性的關(guān)系；

⑷分散性土的判定應(yīng)以野外調(diào)查為主，結(jié)合室內(nèi)試驗(yàn)綜合判定，并應(yīng)符合以下四種鑒定試驗(yàn)的有關(guān)規(guī)定；⑸分散性土工程地質(zhì)評(píng)價(jià)，應(yīng)根據(jù)分散性土的礦物成份和化學(xué)成份、環(huán)境水的化學(xué)成份等評(píng)價(jià)分散性土的分散性及其對(duì)工程的影響，提出防治與處理措施的建議。分散性土鑒定步驟：分散性土目前有四種鑒定的方法：⑴針孔沖刷試驗(yàn)、⑵雙比重計(jì)分散度試驗(yàn)、⑶孔隙水可溶鹽試驗(yàn)、⑷碎塊試驗(yàn)。⑴針孔沖刷試驗(yàn)：

將土樣制成厚，放置在針孔試驗(yàn)設(shè)備中固定好，在土樣中間部位刺一個(gè)直徑為1mm的細(xì)孔；安裝好所有儀器設(shè)備部件，施加50mm水頭；在常水頭作用下，蒸餾水流過土樣1mm直徑的細(xì)孔，觀測(cè)5～10分鐘之間出來的水是否帶有顏色；對(duì)于分散性土，5～10分鐘之間出來的水帶有顏色，且細(xì)孔很快被沖蝕擴(kuò)大；對(duì)于非分散性土，即使在380mm水頭作用下，出水還是潔凈的，而且沒有沖蝕現(xiàn)象。針孔試驗(yàn)評(píng)價(jià)土的分散性標(biāo)準(zhǔn)分散性

試驗(yàn)水頭

試驗(yàn)持續(xù)時(shí)間

最終孔徑dz出水混濁情況

(mm)(min)(mm)高分散性土

5010dz≥3.0很混濁

分散性土

50102.0≤dz<3.0很混濁

過渡型土

180101.5≤dz<2.0混濁

非分散性土

1020≥5dz≤1.5微混濁

針孔沖刷試驗(yàn)示意圖如下：⑵孔隙水可溶鹽試驗(yàn)：土與蒸餾水拌和到接近液限的稠度，再用真空法將孔隙水汲出。測(cè)定孔隙水中四種金屬陽離子（鈣、鎂、鈉和鉀）總量，稱為TDS，以每立升中毫克當(dāng)量計(jì)（meq/l）。可交換鈉離子百分?jǐn)?shù)PS=Na+/TDS×100%

，判定指標(biāo)PS＞60%為分散性土。

⑶雙比重計(jì)法：該法也稱SCS（即土壤保持局）法，其主要步驟是對(duì)土樣進(jìn)行兩次比重計(jì)試驗(yàn)。第一次使用化學(xué)分散劑與機(jī)械振動(dòng)，得曲線1；第二次不使用化學(xué)分散劑及機(jī)械振動(dòng)，得曲線2。兩曲線的分歧即代表土的自然界的分散性?！胺稚俜直取钡亩x是這兩曲線在顆粒大小為處的百分?jǐn)?shù)之比，分散性土通常大于50%。⑷碎塊試驗(yàn)：將1/4～3/8in的一塊土，放在盛蒸餾水約150ml的燒杯中，觀察5～10分鐘，視粘土粒轉(zhuǎn)入膠體懸液的情況，分成下列四種等級(jí)：等級(jí)1——沒有反應(yīng)，土塊在杯底塌散；等級(jí)2——微有反應(yīng)，土塊表面附近水有混濁；等級(jí)3——中等反應(yīng)，容易辨別懸液中的膠體；等級(jí)4——強(qiáng)烈反應(yīng)，杯底有一薄層膠體沉淀，整杯水混濁。第六節(jié)

反濾料試驗(yàn)

目的和適用范圍：反濾料試驗(yàn)的目的是用以確定在滲透水流作用下，被保護(hù)土的反濾層土樣的合理級(jí)配。適用于無粘性土。儀器設(shè)備：⑴垂直滲透變形儀：包括儀器筒、頂蓋、底座、透水板及支架。儀器筒身內(nèi)徑為20cm和30cm兩種；儀器高度分別為直徑的3倍和2倍。頂蓋中心為一活塞套。透水板分上透水板和下透水板，上透水板兼起傳遞荷載作用。透水板孔徑分別為3、5、7mm（在下滲透板之下，也可設(shè)置斜透水板，坡度為（1：1）～（1：），用以排除水中含氣，斜透水板上端設(shè)有排氣孔）。下圖為垂直滲透變形儀示意圖。

在分層取樣時(shí)，記錄下列現(xiàn)象：濾層淤填厚度、接觸帶變化情況、被保護(hù)土中細(xì)粒流失粒徑、流失部位、深度等。高分散性土5010dz≥3.杠桿壓力儀法用于含水率較大、硬度較小的試樣。接觸面下移距離（mm）預(yù)壓方法按下列步驟進(jìn)行：在杠桿壓力儀的加載架上施加砝碼，用預(yù)定的最大壓力p進(jìn)行預(yù)壓。⑴杠桿壓力儀：最大壓力1500N，杠桿壓力儀如圖所示。ρd—干密度，g/cm3；第六節(jié)反濾料試驗(yàn)⑴進(jìn)行滲透由上向下試驗(yàn)時(shí)，下游溢水箱水面應(yīng)高于或位于被保護(hù)土和濾層的接觸面。但在與夯擊底板的立柱聯(lián)接的缺口板上多一個(gè)內(nèi)徑5mm、深5mm的螺絲孔，用來安裝千分表支架。式中md—試樣干質(zhì)量，g；P1、P2—分別為粒徑大于和小于5mm土的含量，%。⑴試樣制備按重型擊實(shí)法制備試樣，得出最大干密度和最優(yōu)含水率。“分散百分比”的定義是這兩曲線在顆粒大小為處的百分?jǐn)?shù)之比，分散性土通常大于50%。當(dāng)土料ESP≥15，即有嚴(yán)重管涌的可能性。⑵供水設(shè)備：供水箱、提升架、橡皮管。供水箱設(shè)置溢流堰，能保持常水頭。⑶加荷設(shè)備：活塞杠、加荷框架、加荷杠桿和百分表支架。⑷量測(cè)設(shè)備：測(cè)壓管、量筒、秒表、溫度計(jì)、百分表和測(cè)壓裝置。⑸其他設(shè)備：擊錘（或振動(dòng)器）、臺(tái)秤、天平及標(biāo)準(zhǔn)篩等。

試驗(yàn)步驟：⑴進(jìn)行滲透由上向下試驗(yàn)時(shí)，下游溢水箱水面應(yīng)高于或位于被保護(hù)土和濾層的接觸面。⑵試驗(yàn)開始時(shí)，以相應(yīng)于～的滲透坡降的水頭作為第一級(jí)水頭進(jìn)行試驗(yàn)，以后每隔1h加一級(jí)水頭。⑶每抬高一級(jí)水頭后，隔30min讀數(shù)1次。每級(jí)水頭應(yīng)測(cè)讀兩次。流量也應(yīng)進(jìn)行2次測(cè)量，取其平均值。⑷若試樣未發(fā)生任何變化，流量未隨時(shí)間增大，測(cè)壓管無變化，無細(xì)粒移動(dòng)和水色變渾等跡象，即可進(jìn)行下一級(jí)水頭的試驗(yàn)。以后各級(jí)水頭，大致按、、、、、、、…的坡降逐次升高。每升高一次水頭，均應(yīng)按⑶的規(guī)定進(jìn)行讀數(shù)。⑸在本級(jí)水頭下，如發(fā)現(xiàn)細(xì)粒通過接觸面跑入濾層，或發(fā)現(xiàn)濾層中的測(cè)壓管水頭差不斷增大時(shí)，則本級(jí)水頭和以后步驟中的每一級(jí)水頭試驗(yàn)持續(xù)時(shí)間需延長(zhǎng)到3～4h。⑹當(dāng)滲入濾層中細(xì)粒停止移動(dòng)，位于濾層中的測(cè)壓管水頭差不再繼續(xù)增大時(shí)。應(yīng)繼續(xù)升高水位，進(jìn)行下一級(jí)水頭的試驗(yàn)，不宜中斷。⑺有下列情況之一者，可以結(jié)束試驗(yàn)：①當(dāng)升高水頭后，流量不斷變大，被保護(hù)土中的滲流坡降減小。②濾層中的滲透坡降等于被保護(hù)土中的滲透坡降。

③被保護(hù)土為粘質(zhì)土，滲透坡降大于50～100時(shí)；被保護(hù)土為無粘性土，滲透坡降大于10時(shí)，被保護(hù)土仍未破壞。⑻試驗(yàn)結(jié)束后，應(yīng)緩慢降低水箱水位。以防止上層細(xì)粒在停水過程中掉入下層，或通過透水板掉入下漏斗。⑼儀器中水放完后，分層取樣，進(jìn)行顆粒分析。在分層取樣時(shí)，記錄下列現(xiàn)象：濾層淤填厚度、接觸帶變化情況、被保護(hù)土中細(xì)粒流失粒徑、流失部位、深度等。計(jì)算和制圖⑴計(jì)算公式及有關(guān)指標(biāo)。

①干密度：

ρd=md/（πγ2h）（6-1）②孔隙率：

n=[1-ρd/（ρwGS）]*100（6-2）式中

md—試樣干質(zhì)量，g；

r—試樣半徑，cm；

h—試樣高度，cm；

ρd—干密度，g/cm3；

ρw—水的密度，g/cm3；

n—孔隙率，%；

Gs—土粒比重。土粒比重Gs應(yīng)為粗細(xì)顆粒混合比重，即：

Gs=1/（P1/Gs1+P2/Gs2）（6-3）式中

Gs1、Gs2—分別為粒徑大于和小于5mm的土粒比重；

P1、P2—分別為粒徑大于和小于5mm土的含量，%。③滲透坡降：

i=ΔH/L（6-4）

式中

i—滲透坡降；

ΔH—測(cè)壓管水頭差，cm；

L—與水頭差ΔH相應(yīng)的滲徑長(zhǎng)度，cm。

④滲透流速：

υ=Q/A（6-5）式中

Q—滲流量，cm3/s；

A—試樣面積，cm2；

υ—滲透流速，cm/s。⑤滲透系數(shù)：

kT=υ/i

（6-6）⑵繪制被保護(hù)土的lgi～lgυ曲線和υ～t曲線。⑶繪制被保護(hù)土和濾層在試驗(yàn)前后的顆粒級(jí)配曲線，用以確定從被保護(hù)土層中帶出的土粒量及濾層內(nèi)淤填量。

μ—土的泊松比，一般取。⑻試驗(yàn)結(jié)束后，應(yīng)緩慢降低水箱水位。⑶將制備好的試樣和擊實(shí)筒的底面放在強(qiáng)度儀的升降臺(tái)上，千分表支桿擰在擊實(shí)筒兩側(cè)的螺絲孔上，承載板放在試樣表面中央位置，并與強(qiáng)度儀的貫入桿對(duì)正；⑷量測(cè)設(shè)備：測(cè)壓管、量筒、秒表、溫度計(jì)、百分表和測(cè)壓裝置。加載卸載按下列步驟進(jìn)行：將預(yù)定的最大壓力分為4～6級(jí)進(jìn)行加載，每級(jí)加載時(shí)間為1min，記錄千分表讀數(shù)，同時(shí)卸載，當(dāng)卸載1min時(shí)，記錄千分表讀數(shù)，再施加下一級(jí)荷載。⑶研究地表水、地下水和土壤的水鹽動(dòng)態(tài)規(guī)律及其與分散性的關(guān)系；⑴進(jìn)行滲透由上向下試驗(yàn)時(shí)，下游溢水箱水面應(yīng)高于或位于被保護(hù)土和濾層的接觸面。儀器高度分別為直徑的3倍和2倍。0很混濁安裝好所有儀器設(shè)備部件，施加50mm水頭；土粒比重Gs應(yīng)為粗細(xì)顆粒混合比重，即：當(dāng)土料ESP≥15，即有嚴(yán)重管涌的可能性。試驗(yàn)前試樣高度h（cm）蒙脫石800100100-6501-6②濾層中的滲透坡降等于被保護(hù)土中的滲透坡降。滲透變形及反濾層試驗(yàn)記錄表表6.0.1工程編號(hào)試樣質(zhì)量（mg）土粒比重Gs反濾層層數(shù)土樣編號(hào)試樣面積A（cm2）試樣不均勻系數(shù)Cu反濾層厚度（cm）土樣采集點(diǎn)試驗(yàn)前試樣高度h（cm）曲率系數(shù)Cc反濾層中值粒徑D50mm土樣類別試驗(yàn)后試樣高度h’（cm）試樣中值粒徑d50（mm）反濾層不均勻系數(shù)Cu=D60/D10試驗(yàn)組次試樣干密度ρd（g/cm3）骨架粒徑（mm）荷載P（Pa）滲流方向試樣孔隙率n（%）填料含量Pz（%）接觸面下移距離（mm）試驗(yàn)次數(shù)記錄時(shí)間h測(cè)壓管編號(hào)測(cè)壓管讀數(shù)測(cè)壓管水位差Δh測(cè)壓管距離L滲透坡降滲水量時(shí)間t滲流量Q=mw/t滲流速度υ=Q/A滲透系數(shù)k=υ/i溫度校正系數(shù)滲透系數(shù)k20沉降量δ集砂量s反濾層淤填量Z水溫t室溫t試驗(yàn)現(xiàn)象描述mincmcmcmi=Δh/Lcm3scm3/scm/scm/sηT/η20cm/scmcm%℃℃二、

回彈模量試驗(yàn)。

目的和適用范圍：⑴本試驗(yàn)的目的是通過對(duì)試樣進(jìn)行規(guī)定壓力下的加載和卸載，測(cè)定土的回彈變形量，以確定土的回彈模量值。⑵本試驗(yàn)采用杠桿壓力儀法和強(qiáng)度儀法。杠桿壓力儀法用于含水率較大、硬度較小的試樣。⑶本試驗(yàn)適用于不同含水率和不同干密度的細(xì)粒土。杠桿儀法：儀器設(shè)備⑴杠桿壓力儀：最大壓力1500N，杠桿壓力儀如圖所示。⑵擊實(shí)筒：內(nèi)徑152mm，高166mm的金屬圓筒。但在與夯擊底板的立柱聯(lián)接的缺口板上多一個(gè)內(nèi)徑5mm、深5mm的螺絲孔，用來安裝千分表支架。護(hù)筒：高50mm；筒內(nèi)墊塊：直徑151mm，高50mm。夯擊底板與擊實(shí)儀同。⑶承載板：直徑50mm，高80mm。⑷千分表：2只，量程。分度值。⑸秒表：分度值。

試樣筒與承壓板操作步驟⑴按重型擊實(shí)法制備試樣，得出最大干密度和最優(yōu)含水率。⑵按最優(yōu)含水率制備試樣，以規(guī)定擊數(shù)在擊實(shí)筒內(nèi)制備試樣。⑶將裝有試樣的擊實(shí)筒底面放在杠桿壓力儀的底盤上，將承載板放在試樣的中心位置，并與杠桿壓力儀的加壓球座對(duì)正。將千分表固定在立柱上，并將千分表的測(cè)頭安裝在承載板的表架上。⑷在杠桿壓力儀的加載架上施加砝碼，用預(yù)定的最大壓力p進(jìn)行預(yù)壓。對(duì)含水率大于塑限的土，p=50～100kPa；對(duì)含水率小于塑限的土，p=100～200kPa。預(yù)壓應(yīng)進(jìn)行1～2次，每次預(yù)壓1min卸載。預(yù)壓后調(diào)整承載板位置，并將千分表調(diào)到零位。⑸將預(yù)定的最大壓力分為4～6級(jí)進(jìn)行加載，每級(jí)加載時(shí)間為1min，記錄千分表讀數(shù)，同時(shí)卸載，當(dāng)卸載1min時(shí)，記錄千分表讀數(shù)，再施加下一級(jí)荷載。如此逐級(jí)進(jìn)行加載和卸載，并記錄千分表讀數(shù)，直至最后一級(jí)荷載。為使試驗(yàn)曲線的開始部分比較準(zhǔn)確，可將第1、第2級(jí)荷載再分別分成2小級(jí)進(jìn)行加載和卸載。試驗(yàn)中最大壓力也可略大于預(yù)定的最大壓力。⑹土的回彈模量測(cè)定應(yīng)進(jìn)行3次平行試驗(yàn)，每次試驗(yàn)結(jié)果與回彈模量的均值之差應(yīng)不超過5%。計(jì)算及制圖⑴按下列公式計(jì)算每級(jí)荷載下試樣的回彈模量：

E=πpD*（1-μ2）/4l式中

E—回彈模量，kPa；

p—承載板上的壓力，kPa；

D—承載板直徑，cm（）；

l—相應(yīng)于壓力的回彈變形（加載讀數(shù)減卸載讀數(shù)），cm；

μ—土的泊松比，一般取。⑵以壓力p為橫坐標(biāo)，回彈變形l為縱坐標(biāo)，繪制p～l曲線。⑶每個(gè)試樣的回彈模量取p～曲線上任一壓力與其對(duì)應(yīng)的按下列公式：E=πpD*（1-μ2）/4l計(jì)算⑷對(duì)于較軟的土，如果p～l曲線不通過原點(diǎn)，允許用初始直線段與縱坐標(biāo)軸的交點(diǎn)當(dāng)作原點(diǎn)，修正各級(jí)荷載下的回彈變形和回彈模量。

強(qiáng)度儀法：儀器設(shè)備⑴路面材料強(qiáng)度儀（同CBR試驗(yàn)貫入儀），儀器示意圖如下。

⑵擊實(shí)筒：內(nèi)徑152mm，高166mm的金屬圓筒，其形式和尺寸應(yīng)符合SL237—011—1999規(guī)程的規(guī)定。但在與夯擊底板的立柱聯(lián)接的缺口板上多一個(gè)內(nèi)徑5mm、深5mm的螺絲孔，用來安裝千分表支架。護(hù)筒：高50mm；筒內(nèi)墊塊：直徑151mm，高50mm。夯擊底板與擊實(shí)儀同。⑶承載板：直徑50mm，高80mm。⑷千分表（量表）支桿與表夾：支桿長(zhǎng)200mm，直徑10mm，一端帶有長(zhǎng)5mm與擊實(shí)筒上螺絲孔聯(lián)接的螺絲桿，表夾可用鋼制，也可用硬塑料制成。⑸千分表：2只，量程。分度值。⑹秒表：分度值。

操作步驟⑴試樣制備按重型擊實(shí)法制備試樣，得出最大干密度和最優(yōu)含水率。⑵按最優(yōu)含水率制備試樣，以規(guī)定擊數(shù)在擊實(shí)筒內(nèi)制備試樣。⑶將制備好的試樣和擊實(shí)筒的底面放在強(qiáng)度儀的升降臺(tái)上，千分表支桿擰在擊實(shí)筒兩側(cè)的螺絲孔上，承載板放在試樣表面中央位置，并與強(qiáng)度儀的貫入桿對(duì)正；千分表和表夾安裝在支桿上，并將千分表測(cè)頭安放在承載板兩側(cè)的支架上。⑷搖動(dòng)搖把，用預(yù)定的最大壓力進(jìn)行預(yù)壓。預(yù)壓方法按下列步驟進(jìn)行：在杠桿壓力儀的加載架上施加砝碼，用預(yù)定的最大壓力p進(jìn)行預(yù)壓。但在與夯擊底板的立柱聯(lián)接的缺口板上多一個(gè)內(nèi)徑5mm、深5mm的螺絲孔，用來安裝千分表支架。試驗(yàn)中最大壓力也可略大于預(yù)定的最大壓力。⑷促使粘土分散性管涌的另一個(gè)主要原因，是決定于水庫蓄水所含不溶解鹽類的總量。過渡型土180101.雙電層模型高分散性土5010dz≥3.千分表和表夾安裝在支桿上，并將千分表測(cè)頭安放在承載板兩側(cè)的支架上。當(dāng)試樣較硬時(shí)，可以不受預(yù)定最大壓力值的限制，增加加載級(jí)數(shù)，至需要的壓力為止。⑶承載板：直徑50mm，高80mm。②濾層中的滲透坡降等于被保護(hù)土中的滲透坡降。預(yù)壓方法按下列步驟進(jìn)行：在杠桿壓力儀的加載架上施加砝碼，用預(yù)定的最大壓力p進(jìn)行預(yù)壓。距離h—試樣高度，cm；E=πpD*（1-μ2）/4l⑶每抬高一級(jí)水頭后，隔30min讀數(shù)1次。對(duì)含水率大于塑限的土，p=50～100kPa；對(duì)含水率小于塑限的土，p=100～200kPa。預(yù)壓應(yīng)進(jìn)行1～2次，每次預(yù)壓1min卸載。預(yù)壓后調(diào)整承載板位置，并將千分表調(diào)到零位。⑸將預(yù)定的最大壓力分為4～6級(jí)進(jìn)行加載。應(yīng)預(yù)先將每級(jí)壓力折算成測(cè)力計(jì)百分表的讀數(shù)，可按百分表讀數(shù)逐級(jí)加載。加載卸載按下列步驟進(jìn)行：將預(yù)定的最大壓力分為4～6級(jí)進(jìn)行加載，每級(jí)加載時(shí)間為1min，記錄千分表讀數(shù)，同時(shí)卸載，當(dāng)卸載1min時(shí)，記錄千分表讀數(shù)，再施加下一級(jí)荷載。如此逐級(jí)進(jìn)行加載和卸載，并記錄千分表讀數(shù)，直至最后一級(jí)荷載。為使試驗(yàn)曲線的開始部分比較準(zhǔn)確，可將第1、第2級(jí)荷載再分別分成2小級(jí)進(jìn)行加載和卸載。試驗(yàn)中最大壓力也可略大于預(yù)定的最大壓力。進(jìn)行。當(dāng)試樣較硬時(shí)，可以不受預(yù)定最大壓力值的限制，增加加載級(jí)數(shù)，至需要的壓力為止。⑹土的回彈模量測(cè)定應(yīng)進(jìn)行3次平行試驗(yàn)，每次試驗(yàn)結(jié)果與回彈模量的均值之差應(yīng)不超