《粗粒土試驗(yàn)規(guī)程》編制說明

2術(shù)語與符號(hào)

2.1.4根據(jù)多個(gè)工程料源勘察和實(shí)際檢測(cè)取樣中發(fā)現(xiàn)，技術(shù)文件中給定的最大粒徑的顆粒含量幾乎很

少，可視為散布在土內(nèi)的零星顆粒，對(duì)于壩料性能指標(biāo)影響較小。所以本規(guī)程中提出了有效最大粒徑概

念，即設(shè)計(jì)要求的平均級(jí)配曲線上累計(jì)質(zhì)量大于95%的顆粒粒徑，表2.1.4列舉了一些工程中現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)

中各粒徑組所占比例與工程中技術(shù)文件給定的最大粒徑的對(duì)比結(jié)果。

表2.1.4壩料設(shè)計(jì)最大粒徑與實(shí)際檢測(cè)最大粒徑結(jié)果統(tǒng)計(jì)表

粒徑mm

＞800800～700700～600600～500500～400400～300＜300備注

壩料種類

貴州省黔中水利樞紐一期工程水源樞紐一期工程平寨水庫(kù)、設(shè)計(jì)最大粒徑800mm

次堆石145組0112187332

主堆石327組01738183889

青海公伯峽水電站工程、設(shè)計(jì)最大粒徑：砂礫石500mm、堆石料800mm

砂礫石127組06277618

爆破料268組071247849523

青海積石峽水電站工程、設(shè)計(jì)最大粒徑800mm

爆破料787組0243932332594

新疆奴爾水利樞紐工程、設(shè)計(jì)最大粒徑600mm

砂礫石1803組0895810890

新疆大石門水利樞紐工程、設(shè)計(jì)最大粒徑500mm

砂礫石239組0977153

新疆大河沿大壩工程、設(shè)計(jì)最大粒徑600mm

砂礫石1135組0028172935

163

3基本規(guī)定

3.0.3本規(guī)程為無粘性粗粒土試驗(yàn)規(guī)程。GB/T50145、SL237規(guī)定，粗粒土是試樣中粗粒組（0.075mm＜

d＜60mm）質(zhì)量大于總質(zhì)量50%的土，本規(guī)程涉及的粗粒土是一個(gè)寬泛的概念，包含了GB/T50145、SL237

中的粗粒組、巨粒組兩部分內(nèi)容，按照習(xí)慣統(tǒng)稱為粗粒土。

現(xiàn)行規(guī)程SL237-054、DL/T5356“粗粒土相對(duì)密度試驗(yàn)”等中規(guī)定，能自由排水的粗粒土中細(xì)粒含

量（d＜0.075mm）不超過12%。本規(guī)程歸納分析現(xiàn)行規(guī)程粗粒土的定義和概念，以及現(xiàn)場(chǎng)粗粒土試驗(yàn)檢

測(cè)經(jīng)驗(yàn)，提出了“粗粒土是能自由排水的粗粒組和巨粒組土的總稱，是指粒徑小于0.075mm土的質(zhì)量不

大于總質(zhì)量12%的顆粒”。

3.0.4根據(jù)試驗(yàn)檢測(cè)項(xiàng)目，室內(nèi)試驗(yàn)及樣品的力學(xué)試驗(yàn)時(shí)試樣直徑與試驗(yàn)料最大粒徑的徑徑比宜取5倍，

現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)時(shí)試樣直與試驗(yàn)料最大粒徑的徑徑比宜取3倍。

164

4粗粒土土樣和試樣制備

4.1.1按照《土的工程分類標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定，土的粒組根據(jù)土的顆粒粒徑分為細(xì)粒組、粗粒組、巨粒組，

在工程實(shí)際應(yīng)用中粗粒土主要以粗粒組和巨粒組為主，并含有少量細(xì)粒組，結(jié)合天然或人工粗粒土的各

粒組特性和工程技術(shù)要求，細(xì)粒組含量在不超過12%下，粗粒土顆粒之間不會(huì)因細(xì)顆粒含量過多而產(chǎn)生

粘聚力，影響粗粒土的自由排水功能。

4.1.2土樣制備是為了使各項(xiàng)試驗(yàn)所用的土樣制備有統(tǒng)一的程序，并提供具有統(tǒng)一級(jí)配的試樣進(jìn)行各

項(xiàng)試驗(yàn)。

4.4.1風(fēng)干土樣制備。

3大于100mm土樣可采用機(jī)械篩、尺量法或套環(huán)法分級(jí)稱量。機(jī)械篩：根據(jù)檢測(cè)需要定制200mm、

400mm試驗(yàn)篩。套環(huán)法：用φ8光圓鋼筋制作直徑分別為200mm、400mm、600mm、800mm鋼環(huán)。200mm～

100mm、400mm～200mm選用其中任意一種方法即可；大于800mm、800mm～600mm、600mm～400mm用尺量

法或套環(huán)法，進(jìn)行土樣分級(jí)。

4.5.1試驗(yàn)用土樣級(jí)配選擇是影響粗粒土工程特性的重要因素。就同一地區(qū)的同一類土料而言，盡管

成因相同，級(jí)配組成也會(huì)有所變化。因此在進(jìn)行試驗(yàn)時(shí)，一般應(yīng)按料場(chǎng)或土料的天然級(jí)配，或人工合成

級(jí)配，或設(shè)計(jì)確定的級(jí)配進(jìn)行試樣配制，或模擬工程實(shí)際情況合理地選擇試樣級(jí)配，以使試驗(yàn)成果具有

代表性，總之試樣級(jí)配的選擇要結(jié)合工程材料實(shí)際并保持一致。本條規(guī)定在試驗(yàn)設(shè)備或試驗(yàn)環(huán)境具備的

情況下宜采取與實(shí)際材料一致的原型級(jí)配進(jìn)行，即盡可能避免縮尺效應(yīng)引起的試驗(yàn)結(jié)果偏離。

目前，試驗(yàn)采用的級(jí)配類型有兩種，即天然級(jí)配和人工級(jí)配，統(tǒng)稱為原級(jí)配。天然級(jí)配是根據(jù)料場(chǎng)

或土的天然級(jí)配制備試樣，進(jìn)行各項(xiàng)物理力學(xué)性能試驗(yàn)，并按此來確定各項(xiàng)指標(biāo)的范圍及采用值。人工

級(jí)配是根據(jù)料場(chǎng)或?qū)嶋H填筑料試驗(yàn)所得級(jí)配成果，按統(tǒng)計(jì)方法整理得出的級(jí)配，隨統(tǒng)計(jì)方法的不同有多

種型式：有采用土料方量百分率級(jí)配曲線的方法統(tǒng)計(jì)，得出典型級(jí)配，包括上包線級(jí)配、下包線級(jí)配和

加權(quán)平均級(jí)配；也有根據(jù)多組級(jí)配曲線的外包輪廓作出級(jí)配范圍線，以最細(xì)者為上包線，最粗者為下包

線，各組加權(quán)平均為平均級(jí)配。外包線級(jí)配是控制料場(chǎng)的極端情況，多用作驗(yàn)證性或探索性試驗(yàn)的依據(jù)；

加權(quán)平均級(jí)配曲線系代表料場(chǎng)的平均級(jí)配情況，大多以此作為物理力學(xué)性質(zhì)試驗(yàn)的依據(jù)。對(duì)于級(jí)配變化

較大的土料，如風(fēng)化料，則不能固定在某一級(jí)配情況下試驗(yàn)，一般在一定范圍內(nèi)進(jìn)行研究。此外，人工

級(jí)配也包括了設(shè)計(jì)工程類比或視料場(chǎng)的實(shí)際情況確定的級(jí)配，屬工程要求的級(jí)配。

總之，試樣級(jí)配選擇是一個(gè)復(fù)雜的問題，實(shí)際選用時(shí)需以反映客觀實(shí)際情況為原則，防止由于試樣

級(jí)配選擇不當(dāng)而影響試驗(yàn)成果的可靠性。

4.5.2用原級(jí)配土料進(jìn)行試驗(yàn)是最適當(dāng)?shù)?，但常常由于儀器尺寸對(duì)試樣最大粒徑的限制要求，有時(shí)不

165

得不對(duì)土料中某些超過試樣允許粒徑的顆粒進(jìn)行處理，本規(guī)程根據(jù)業(yè)內(nèi)對(duì)超徑顆粒處理的習(xí)慣名稱統(tǒng)稱

為縮尺處理。

國(guó)內(nèi)外對(duì)土樣縮尺處理的基本方法有四種，分別剔除法、等量替代法、相似級(jí)配法、混合法。

1剔除法。剔除法是將超粒徑顆粒剔除，剩余部分作為整體，再分別計(jì)算各粒組含量。這樣將使

小于5mm顆粒含量相對(duì)增加，改變了原級(jí)配土的性質(zhì)。因此，除超粒徑含量極小外，一般不采用此法。

2等量替代法。等量替代法是以試樣允許的最大粒徑以下且大于5mm的粗粒按比例等量替代超粒

徑顆粒，等量替代后的級(jí)配雖保持了粗、細(xì)料含量不變，但改變了粗料的級(jí)配、不均勻系數(shù)及曲率系數(shù)。

超粒徑含量較小時(shí)也可用最大一級(jí)粒徑粒組等量替代超徑粒。

3相似級(jí)配法。相似級(jí)配法系將原級(jí)配的土料根據(jù)確定的允許最大粒徑按幾何相似的原則等比例

將原土樣粒徑縮小，使顆分曲線向右平移，仍保持與原級(jí)配曲線相似，故Cu和Cc可以保持不變。但由

于級(jí)配截尾誤差的影響，如果縮尺后細(xì)粒含量過高時(shí)可能出現(xiàn)“砂化”，或者滲透系數(shù)急劇降低導(dǎo)致試

樣不能自由排水的問題。大量堆石料、砂礫料的相對(duì)密度試驗(yàn)結(jié)果表明，顆粒最優(yōu)充填關(guān)系對(duì)應(yīng)的臨界

粒度分形維數(shù)Dc在2.58附近，對(duì)應(yīng)最大粒徑dmax級(jí)配的小于5mm顆粒質(zhì)量百分比為：

3Dc

5

P5c100

dmax

室內(nèi)縮尺試驗(yàn)時(shí)，可先對(duì)原級(jí)配粗粒料采用相似級(jí)配法進(jìn)行預(yù)縮尺，若縮尺后小于5mm顆粒含量不

大于P5c時(shí)，可直接使用該縮尺級(jí)配作為制樣級(jí)配，以保持與原級(jí)配曲線幾何相似，此時(shí)縮尺料的干密

度等物理力學(xué)性質(zhì)與現(xiàn)場(chǎng)最為接近。

4混合法?；旌戏ㄊ窍扔孟嗨萍?jí)配法比較適宜的比例縮小粒徑，控制不大于5mm顆粒含量增加到

不超過試驗(yàn)要求的含量，超徑顆粒含量再用等量替代法處理?；旌戏ㄒ欢ǔ潭壬媳３至伺c原級(jí)配的結(jié)構(gòu)

相似，但由于縮尺同時(shí)使用了等量替代技術(shù)，仍然部分改變了粗料的級(jí)配、不均勻系數(shù)及曲率系數(shù)。一

般而言，相似級(jí)配法縮尺后細(xì)粒含量過高的土料，可使用混合法。

在實(shí)際處理超粒徑顆粒的縮尺時(shí)，可根據(jù)土料的性質(zhì)和試驗(yàn)項(xiàng)目的要求選擇使用。

4.6.1采用縮尺級(jí)配料進(jìn)行試樣制備，確定制樣密度時(shí)宜考慮原級(jí)配料干密度的縮尺效應(yīng)。宜采用與

現(xiàn)場(chǎng)振動(dòng)碾壓實(shí)土體相同的相對(duì)密度標(biāo)準(zhǔn)制樣，且室內(nèi)相對(duì)密度試驗(yàn)的振動(dòng)參數(shù)，應(yīng)采用現(xiàn)場(chǎng)相對(duì)密度

試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行標(biāo)定，以保持室內(nèi)試樣與現(xiàn)場(chǎng)土體的緊密程度一致，使得室內(nèi)試驗(yàn)結(jié)果更客觀反映現(xiàn)場(chǎng)的

真實(shí)情況。

166

5顆粒分析試驗(yàn)

5.1.3采用鋼尺法或套環(huán)法測(cè)量前，應(yīng)將粗顆粒表面附著的細(xì)顆粒清理干凈，鋼尺法測(cè)量時(shí)應(yīng)取試樣

最小斷面尺寸；套環(huán)法測(cè)量時(shí)，用φ8光圓鋼筋制作直徑分別為200mm、400mm、600mm、800mm鋼環(huán)，

測(cè)量試樣最小斷面尺寸。

5.3.1粗粒料取樣數(shù)量一般與顆粒的大小有關(guān)，以最大顆粒粒徑為標(biāo)準(zhǔn)確定試樣的用量，比較直觀易

于掌握，本規(guī)程按最大顆粒粒徑確定取樣數(shù)量。根據(jù)料場(chǎng)復(fù)查過程挖坑的尺寸大小確定試驗(yàn)用量，同時(shí)，

結(jié)合顆粒最大粒徑，充分考慮試樣的代表性綜合確定，具體實(shí)施過程中，應(yīng)根據(jù)工程具體情況適當(dāng)進(jìn)行

調(diào)整。

堆石料爆破一般有臺(tái)階爆破法和洞室爆破法兩種方法，根據(jù)以往工程實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，爆破料具有方量大、

級(jí)配不均勻等特點(diǎn)，考慮爆破料試樣的代表性及工程特性，確保試樣具有代表性，堆石料爆破試驗(yàn)的級(jí)

配試驗(yàn)，一般宜按砂礫料5～8倍標(biāo)準(zhǔn)取樣。

由于粗粒土其顆粒偏粗，風(fēng)干和烘干試樣并無差異，采用風(fēng)干試樣，其含水率對(duì)各粒組的影響甚微，

且粗粒土粒徑和取樣數(shù)量過大，無法采用烘箱烘干試樣，因此，通常采用風(fēng)干試樣進(jìn)行試驗(yàn)。

167

6含水率試驗(yàn)

6.2.2為準(zhǔn)確測(cè)得粗粒土的含水率，一般代表性試樣應(yīng)能反映對(duì)象土的顆粒級(jí)配。為縮短烘焙時(shí)間，

可采用紅外線烘箱，利用紅外線使物體迅速吸收熱量，快速加熱以便達(dá)到干燥的目的，紅外線熱效應(yīng)較

一般電爐的效能高，能有效的避免梯度溫差及溫度過沖現(xiàn)象，且能提高溫度均勻性，土樣內(nèi)部和外部的

水分可同時(shí)蒸發(fā)，干燥效果較好。

6.4.2晾曬法適用于粒徑大于60mm的無粘性粗粒土，應(yīng)選擇光照充足，空氣濕度小于50%的晾曬環(huán)境，

人工翻到3～5次。因水分蒸發(fā)較快，濕樣稱量時(shí)，應(yīng)防止水分散失。一般堆石料和砂礫石料晾曬時(shí)間

應(yīng)不少于6h，對(duì)于風(fēng)化嚴(yán)重的粗粒料，可增加晾曬時(shí)間。

6.5.3～6.5.4當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)筑壩料粒徑偏大且無明水，檢測(cè)取樣頻次較高時(shí)，為提高工作效率，快速準(zhǔn)確檢

測(cè)筑壩料含水率，宜用數(shù)理統(tǒng)計(jì)的回歸分析方法，建立20mm以下粒級(jí)料與全級(jí)配料含水率的關(guān)系曲線，

相關(guān)系數(shù)R不得小于0.95，以測(cè)試小于等于20mm土粒組分的含水率確定全級(jí)配料含水率。

168

7比重試驗(yàn)

7.1.1土粒比重是土的基本物理指標(biāo)之一，它是計(jì)算孔隙比和評(píng)價(jià)土類的主要指標(biāo)。根據(jù)現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)

準(zhǔn)《巖土工程基本術(shù)語標(biāo)準(zhǔn)》GB/T50279仍使用“土粒比重”這個(gè)無量綱的名詞，作為土工試驗(yàn)中的

專用名詞。土粒比重定義為土粒在105～110℃溫度下烘至恒量時(shí)的質(zhì)量與同體積4℃時(shí)純水質(zhì)量的比

值。

7.1.2在工程建設(shè)中，作為水利工程主要建筑材料的土，有細(xì)料和粗粒（以粒徑5mm為界限）之區(qū)分，

因此標(biāo)準(zhǔn)中根據(jù)顆粒粒徑大小分別采用比重瓶法、浮稱法和虹吸筒法。

7.4.1粒徑大于20mm的粗顆粒較多時(shí)，比重試驗(yàn)應(yīng)加工專用虹吸筒，虹吸筒的直徑為粗粒土最大粒徑

的2～3倍，有效高度與粗粒土最大粒徑的高徑比≥2。

7.4.2(5)虹吸筒法適用于測(cè)定粒徑大于100mm的粗粒土全級(jí)配試樣比重，干燥試樣時(shí)，室內(nèi)有烘箱且

粒徑滿足烘箱要求時(shí)，采用烘干法；現(xiàn)場(chǎng)無烘箱或試樣粒徑較大無法采用烘箱干燥時(shí)，可采用風(fēng)干法，

試樣質(zhì)量偏差連續(xù)1小時(shí)不超過總質(zhì)量0.5%時(shí)，即認(rèn)為已達(dá)到干燥狀態(tài)。

7.4.3顆粒大于5mm的礫石、碎石和卵石等粗粒，顆粒本身有孔隙存在，孔隙又分為閉口的與開口的

兩部分，當(dāng)浸水時(shí)，開口孔隙被水填充，閉口孔隙則水不能浸入。根據(jù)以上情況，粗粒土比重的種類，

通常以下列四中方法來表示。

1視比重：土粒干質(zhì)量與相當(dāng)于土粒自身實(shí)體體積加閉口孔隙體積的純水4℃時(shí)質(zhì)量的比值，即：

md

Gs

VsV00

式中：0——4℃時(shí)水的密度，g/cm3；

Vs——土粒自身實(shí)體體積，cm3；

V0——土粒閉口孔隙體積，cm3。

2干比重：土粒干質(zhì)量與相當(dāng)于土粒總體積（包括土粒自身實(shí)體體積、閉口孔隙體積和開口孔隙

體積）的純水4℃時(shí)質(zhì)量的比值，即：

md

Gs2

VsV0V10

式中：V1——土粒開口孔隙體積，cm3。

3飽和面干比重：當(dāng)土粒呈飽和面干狀態(tài)時(shí)的土?？傎|(zhì)量與相當(dāng)于土?？傮w積的純水4℃時(shí)質(zhì)量

的比值，即：

169

md'

Gs2

VsV0V10

式中：md'——土粒飽和面干總質(zhì)量，g。

4比重：土粒干質(zhì)量與相當(dāng)于土粒自身實(shí)體體積的純水4℃時(shí)質(zhì)量的比值，即：

md

Gs

Vs0

規(guī)程中采用視比重未考慮閉口孔隙影響，這樣做比較方便，它與細(xì)粒土的比重定義在實(shí)用上是一致

的，也是切合實(shí)際的，因?yàn)橐话阒傅目障?，?shí)際上是指能被水填充的空隙。

5粗、細(xì)土?；旌蠝y(cè)定問題。天然粗粒土常為粗細(xì)顆?；旌隙?，對(duì)這類土的比重應(yīng)區(qū)別情況進(jìn)行

測(cè)定，以不影響準(zhǔn)確度為原則。

（1）當(dāng)其中大于5mm的粗粒含量較少時(shí)，可直接用比重瓶法一次測(cè)定。也允許將少量大于5mm

顆粒打碎拌合均勻后取樣，顆粒打碎有助于排出空隙里的空氣。

（2）當(dāng)大于5mm粗顆粒含量較多時(shí)，根據(jù)實(shí)際情況分別用浮稱法（或虹吸筒法）和比重瓶法測(cè)定，

然后再求其加權(quán)平均值。

170

8相對(duì)密度試驗(yàn)

8.1.1粗顆粒土包括天然砂礫石和人工爆破堆石料，本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定細(xì)粒土（小于0.075mm）的含量不超

過12%，其目的是要求土樣能自由排水，顆粒之間不因細(xì)粒土含量過多而產(chǎn)生粘聚力。

本試驗(yàn)適用于測(cè)定無黏性粗粒土的最大與最小干密度。粗粒土的力學(xué)性質(zhì)與其孔隙比有密切關(guān)系，

但不同的粗粒土，即使孔隙比相同，性質(zhì)也不盡相同，孔隙比不能表示緊密程度。相對(duì)密度則可以表示

粗粒土的緊密程度，表示天然狀態(tài)或填筑密度介于最密實(shí)與最松散之間的某種狀態(tài)。相對(duì)密度相當(dāng)于黏

性土的壓實(shí)度，常用來作為壩體設(shè)計(jì)和施工控制的標(biāo)準(zhǔn)。

振動(dòng)臺(tái)法與表面振動(dòng)壓實(shí)法均是采用振動(dòng)方法測(cè)定土的最大干密度，是利用振動(dòng)壓力作用使土顆粒

相互擠密，可以統(tǒng)稱為振動(dòng)法，是現(xiàn)行行業(yè)規(guī)程中規(guī)定的試驗(yàn)方法。振動(dòng)臺(tái)法是在土樣表面施加一定的

靜壓力，通過土樣下面振動(dòng)臺(tái)的振動(dòng)和表面靜壓力的壓實(shí)作用使土樣顆?；ハ嗵畛涿軐?shí)。其壓實(shí)效果取

決于土樣的級(jí)配特征、表面靜壓力、振動(dòng)頻率、振幅和振動(dòng)持續(xù)時(shí)間。

表面振動(dòng)壓實(shí)法是在土樣表面施加一定的靜壓力，并對(duì)土樣表面給予一定的激振力作用使土樣顆粒

互相填充密實(shí)，其壓實(shí)效果取決于土樣的級(jí)配特征、表面靜壓力、激振力、振動(dòng)頻率、振幅和振動(dòng)持續(xù)

時(shí)間。

研究結(jié)果表明:這兩種方法前者是整個(gè)土樣同時(shí)受到垂直方向的振動(dòng)作用，而后者是振動(dòng)作用自土

體表面垂直向下傳遞。對(duì)無黏性自由排水粗粒土最大干密度試驗(yàn)的測(cè)定結(jié)果基本一致，但表面振動(dòng)法更

接近于現(xiàn)場(chǎng)振動(dòng)碾壓的實(shí)際狀況。因此，試驗(yàn)室可根據(jù)試驗(yàn)實(shí)際情況進(jìn)行選擇。

密度桶法是現(xiàn)場(chǎng)確定原級(jí)配無黏性粗粒土相對(duì)密度的試驗(yàn)方法，解決了以往縮尺、推導(dǎo)確定相對(duì)密

度的弊端，更符合現(xiàn)場(chǎng)施工的實(shí)際狀況?，F(xiàn)行水利水電工程對(duì)粗粒土料的壓實(shí)標(biāo)準(zhǔn)基本都采用相對(duì)密度

判定壓實(shí)質(zhì)量，而相對(duì)密度計(jì)算的基準(zhǔn)，最大、最小密度是通過縮尺進(jìn)行室內(nèi)試驗(yàn)，然后通過理論推算

確定原型級(jí)配粗粒土的壓實(shí)標(biāo)準(zhǔn)，與實(shí)際施工存在一定的差異。NB/T35016《土石筑壩材料碾壓試驗(yàn)規(guī)

程》附錄A“砂礫料原級(jí)配現(xiàn)場(chǎng)相對(duì)密度”中對(duì)砂礫石料的相對(duì)密度試驗(yàn)方法有過一定的規(guī)定和要求，

T/CEC5001-2016《水電水利工程砂礫石料壓實(shí)質(zhì)量密度桶法檢驗(yàn)技術(shù)規(guī)程》中對(duì)砂礫石料的壓實(shí)質(zhì)量

檢測(cè)從標(biāo)準(zhǔn)建立、檢驗(yàn)方法、標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用等方面制定系統(tǒng)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)范了砂礫石料壓實(shí)質(zhì)量檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)。

密度桶法自1998年開始進(jìn)行了系列研究，并應(yīng)用于許多工程實(shí)際，且已列入現(xiàn)行規(guī)范。說明本方

法已趨于成熟，有條件列入本標(biāo)準(zhǔn)正式使用。

8.2.1現(xiàn)行水利水電規(guī)范規(guī)定振動(dòng)臺(tái)法適用于最大粒徑≤60mm的無黏性粗粒土。經(jīng)過試驗(yàn)驗(yàn)證，

當(dāng)試樣筒尺寸滿足要求時(shí)，對(duì)于最大粒徑≤100mm的無黏性粗粒土，也可采用振動(dòng)臺(tái)法測(cè)定最大干密度。

因此，當(dāng)試驗(yàn)儀器滿足規(guī)定時(shí)，工程實(shí)際中涉及的最大粒徑≤100mm的過渡料、反濾料、墊層料經(jīng)過現(xiàn)

場(chǎng)論證也可采用振動(dòng)臺(tái)法測(cè)定最大干密度。

目前振動(dòng)臺(tái)法測(cè)定相對(duì)密度只有我國(guó)和美國(guó)有試驗(yàn)方法，試樣筒尺寸與美國(guó)ANST/ASTM.D2049

171

的對(duì)比見表1，試樣筒尺寸隨土粒最大粒徑而異，且應(yīng)滿足公認(rèn)的1/5徑徑比與徑高比的要求(顆粒最

大粒徑與容器直徑或高度之比)。

表1試樣筒尺寸比較

內(nèi)徑D高度H體積V允許最大粒徑dmax

（cm）（cm）（cm3）(mm)

本標(biāo)準(zhǔn)ASTM本標(biāo)準(zhǔn)ASTM本標(biāo)準(zhǔn)ASTM本標(biāo)準(zhǔn)ASTM

3021.943423.0924033141606076.2

2015.122315.52722628302038.1

國(guó)內(nèi)外現(xiàn)行規(guī)范中對(duì)振動(dòng)臺(tái)法測(cè)定粗粒土的技術(shù)參數(shù)對(duì)比見表2。

表2國(guó)內(nèi)外現(xiàn)行振動(dòng)臺(tái)法技術(shù)參數(shù)對(duì)比

試樣裝每層振動(dòng)表面靜試筒尺寸

振動(dòng)頻最大粒

振幅（mm）填層數(shù)持續(xù)時(shí)間壓力內(nèi)徑容積

采用標(biāo)準(zhǔn)率（Hz）徑（mm）

（層）（min）（kPa）（mm）（cm3）

《公路土工試驗(yàn)規(guī)程》20～6010（50Hz）

0～2可調(diào)三大于182801420060

（JTGE40-2007）可調(diào)8（60Hz）

《水電水利工程粗粒土試驗(yàn)規(guī)

40～600～2可調(diào)一8143002403360

程》（DL/T5356-2006）

水利部《土工試驗(yàn)規(guī)程》

40～600～±2可調(diào)一8143002403360

（SL237-1999）

《鐵路工程土工試驗(yàn)規(guī)程》（TB

40～600～2可調(diào)一8143002403360

10102-2004）

0.2～0.64

0～60（60Hz）10（50Hz）

一142801420076

美國(guó)ASTMD4253-2000（2006）可調(diào)0.3～0.918（60Hz）

（50Hz）

石頭河水庫(kù)應(yīng)用實(shí)例500.3～0.7三814600/100

通過對(duì)比試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，隨著附加荷重的增加，壓實(shí)干密度也增大。當(dāng)附加壓力從7kPa增至13.8kPa

時(shí)，干密度顯著增加，此后再增加附加荷重至21kPa時(shí)，干密度則無顯著增加。因此，本規(guī)程規(guī)定表面

靜壓力取14.OkPa。

8.2.2經(jīng)過風(fēng)干和不同含水量狀態(tài)下，最大、最小干密度試驗(yàn)研究對(duì)比，風(fēng)干狀態(tài)時(shí)最大、最小干密度

平行試驗(yàn)差值最小，結(jié)果可靠；不同含水量時(shí)，最大、最小干密度受環(huán)境等因素影響較大，平行試驗(yàn)結(jié)

果誤差較大，因此本規(guī)程建議采用風(fēng)干試樣進(jìn)行試驗(yàn)。

8.2.3最小干密度的試驗(yàn)方法在一般文獻(xiàn)中缺少詳細(xì)說明，只提及用人工松填灌注法進(jìn)行，并指出為了

降低系統(tǒng)誤差，需進(jìn)行平行試驗(yàn)。另外，為了保證試樣結(jié)構(gòu)相似和消除相對(duì)密度指標(biāo)的系統(tǒng)誤差，容器

尺寸與最大干密度試驗(yàn)保持一致。

現(xiàn)行規(guī)程中最小密度體積采用試樣筒體積。因粗粒料的頂面整平的難度較大，且人為誤差較大，本

規(guī)程建議距筒頂3～5cm的體積用灌砂法測(cè)定。

試驗(yàn)證明:當(dāng)細(xì)粒含量較多時(shí)，含水率的少量增加對(duì)最小密度的測(cè)定結(jié)果影響較大。因此，在最小

密度的測(cè)定中，只能用烘干料或充分風(fēng)干料進(jìn)行試驗(yàn)。

8.2.4目前國(guó)內(nèi)外無論采用干法或是采用濕法進(jìn)行最大干密度試驗(yàn)，均采用變體積法。對(duì)有些試樣，用

振動(dòng)法測(cè)得的研究成果表明:當(dāng)含水率相當(dāng)于飽和度為0.8時(shí)，含少量細(xì)粒(小于0.075mm）的粗粒土能

172

得到最好的振動(dòng)密實(shí)；同時(shí)，當(dāng)含水率為零時(shí)，與最優(yōu)含水率時(shí)所得的干密度極相近。因此，本規(guī)程采

用風(fēng)干料。

關(guān)于振動(dòng)加速度和振動(dòng)時(shí)間的選擇。試驗(yàn)表明:當(dāng)振動(dòng)頻率為25Hz～30Hz時(shí)，有一個(gè)最優(yōu)振幅為

0.5mm，相應(yīng)的振動(dòng)加速度為1.81g（g=9.81m/s2）；當(dāng)頻率為47.5Hz～50Hz時(shí)，有一個(gè)最優(yōu)振幅為0.30mm，

相應(yīng)的加速度為2.73g?？梢?，為得到較大的干密度，采用振動(dòng)頻率47.5Hz～50Hz時(shí)，最優(yōu)振幅0.25mm，

相應(yīng)的最優(yōu)加速度為2.5g。當(dāng)振動(dòng)加速度超過一定值（如3.63g）時(shí)，試樣顆粒會(huì)產(chǎn)生分離現(xiàn)象，這表

明加速度不可太大。試驗(yàn)研究還表明:振動(dòng)干密度隨振動(dòng)時(shí)間的延長(zhǎng)而增大，但增至8min左右，干密度

基本趨于穩(wěn)定值。故本規(guī)程振動(dòng)歷時(shí)規(guī)定為8min。

8.3.1對(duì)于表面振動(dòng)器的振動(dòng)頻率為40Hz～60Hz，對(duì)試樣的靜壓力為14kPa?？紤]到高土石壩的建設(shè)，

對(duì)粗顆粒土的碾壓標(biāo)準(zhǔn)不斷提高，試驗(yàn)單位可根據(jù)工程的實(shí)際情況調(diào)整靜壓力和振動(dòng)時(shí)間，需在試驗(yàn)報(bào)

告中指出。

8.3.2振動(dòng)臺(tái)法系現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的唯一最大干密度的室內(nèi)測(cè)試方法，本次修訂標(biāo)準(zhǔn)增加了表面振動(dòng)法與

之并列，該法已為英國(guó)、瑞典等國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)采用；振動(dòng)臺(tái)法和表面振動(dòng)法均是采用振動(dòng)方法測(cè)定土的最大

干密度，振動(dòng)臺(tái)法是整個(gè)土樣同時(shí)受到垂直方向的振動(dòng)作用，而表面振動(dòng)法是振動(dòng)作用自由土土體表面

垂直向下傳遞。國(guó)內(nèi)于20世紀(jì)80年代開始進(jìn)行了表面振動(dòng)法測(cè)試最大干密度，并應(yīng)用于許多工程實(shí)際，

說明該法已趨于成熟，有條件列入本標(biāo)準(zhǔn)正式使用，因此，試驗(yàn)室可根據(jù)設(shè)備擁有情況并結(jié)合工程實(shí)際

選取最大干密度試驗(yàn)方法。

8.4.1儀器設(shè)備

1振動(dòng)碾宜與施工一致，選用22t～26t自行式振動(dòng)碾。振動(dòng)碾自重太小，不易達(dá)到最大干密度；

振動(dòng)碾自重太大，破碎率太高，改變了試驗(yàn)用料的級(jí)配。

2密度桶：為帶底無蓋鋼桶。

通過現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)研究數(shù)據(jù)顯示，最大粒徑與桶高之比不小于2倍且不大于3倍時(shí)，最大干密度試驗(yàn)結(jié)

果更接近真值；

通過不同密度桶尺寸效應(yīng)影響試驗(yàn)得出，采用最大粒徑3～5倍密度桶直徑，最大干密度試驗(yàn)結(jié)果

更接近真值。

4分級(jí)直徑環(huán)直徑與粒徑分級(jí)相匹配。

說明：1、單位mm；

圖2、8.直4.徑1D分直別徑為環(huán)200示、4意00圖、600；

3、制作直徑環(huán)的鋼筋為φ6。

173

粗篩：圓孔，孔徑100、80、60、40、20、10、5mm。

6標(biāo)準(zhǔn)砂：為0.25mm～0.5mm的標(biāo)準(zhǔn)砂。

8.4.2.1經(jīng)對(duì)同一試驗(yàn)用料不同含水率最大干密度試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比分析，當(dāng)試驗(yàn)用料含水率在1%～3%時(shí)，

測(cè)定的最大干密度最小。當(dāng)含水率在3%～5%時(shí)測(cè)定的最大干密度值與風(fēng)干料接近，大于5%后最大干密

度開始呈降低趨勢(shì)。因此本規(guī)程規(guī)定采用風(fēng)干料作為試驗(yàn)用料，

試驗(yàn)用料級(jí)配是關(guān)系試驗(yàn)成果準(zhǔn)確可靠的關(guān)鍵因素之一，目前設(shè)計(jì)單位一般按照經(jīng)驗(yàn)或料場(chǎng)初步勘

探資料提供設(shè)計(jì)包絡(luò)線，該包絡(luò)線可以作為前期試驗(yàn)的依據(jù)。但由于設(shè)計(jì)單位的料場(chǎng)勘探到施工，往往

間隔時(shí)間較長(zhǎng)，料場(chǎng)實(shí)際情況可能發(fā)生變化。施工單位進(jìn)行相對(duì)密度試驗(yàn)前，宜對(duì)料場(chǎng)進(jìn)行復(fù)查，以確

保相對(duì)密度試驗(yàn)結(jié)果的可靠性。

平均級(jí)配線通過上包絡(luò)線、下包絡(luò)線算術(shù)平均計(jì)算取得。

理論上試驗(yàn)級(jí)配線選擇上包絡(luò)線、上平均級(jí)配線、平均級(jí)配線、下平均級(jí)配線、下包絡(luò)線5條級(jí)配

線可以滿足試驗(yàn)的需要，但由于砂礫石料源一般儲(chǔ)量大，成因復(fù)雜，層狀分布特點(diǎn)明顯，且因施工中各

種因素的影響，有可能出現(xiàn)粗料或細(xì)料集中的現(xiàn)象，有時(shí)料場(chǎng)復(fù)查取得的級(jí)配包絡(luò)線還不一定能完全覆

蓋料源全部級(jí)配范圍。為了盡可能的覆蓋全部料源級(jí)配，需要時(shí)，可對(duì)上、下包絡(luò)線的礫石含量減小、

增大10%平行上移、下移延伸，作為試驗(yàn)級(jí)配的上包絡(luò)延伸級(jí)配線和下包絡(luò)級(jí)配延伸線。某工程中7條

試驗(yàn)級(jí)配線的確定見表3：

表3某工程的7條試驗(yàn)級(jí)配線的確定

粒徑（mm）80060040020010080604020105

上包線延伸線10094.5574.2868.0062.1955.7247.0040.6536.12

小于上包線10084.5564.2858.0052.1945.7237.0030.6526.12

某粒

徑的上平均線10096.9592.6375.9156.7551.0045.1439.0430.7924.9921.27

料占

平均線10093.9085.2567.2849.2144.0038.1032.3624.5719.3316.42

總料

重的下平均線10090.8577.8858.6441.6837.0031.0525.6818.3613.6611.56

百分

比%下包線10087.8070.5050.0034.1430.0024.0019.0012.148.006.71

下包線延伸線10077.8060.5040.0024.1420.0014.009.002.140.000.00

試驗(yàn)用料的分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)依據(jù)料源級(jí)配組成確定，目前規(guī)范對(duì)大于60mm的粗粒土還沒有統(tǒng)一分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，

根據(jù)工程應(yīng)用實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，本條對(duì)大于60mm土樣按照80mm、100mm、200mm、400mm、600mm進(jìn)行分級(jí)。

試驗(yàn)用料由于其粒徑組成范圍較大，大于100mm的砂礫料采用直徑環(huán)分級(jí)，等同于通過同直徑的

174

圓孔篩，結(jié)果較為準(zhǔn)確。

8.4.2.2試驗(yàn)場(chǎng)地應(yīng)堅(jiān)實(shí)平整，基礎(chǔ)用施工擬用設(shè)備中最大工作質(zhì)量的振動(dòng)碾按2km/h～3km/h的速度

碾壓，直到每碾壓2遍后全場(chǎng)平均沉降量不大于2mm。場(chǎng)地高差小于20cm且局部起伏差小于5cm，為基

礎(chǔ)處理合格。

8.4.2.3試驗(yàn)工期要求較緊時(shí)可增加密度桶數(shù)量，同時(shí)增大試驗(yàn)場(chǎng)地范圍，可設(shè)置多桶布置同時(shí)進(jìn)行試

驗(yàn)。有多個(gè)工程采用一次布置5個(gè)密度桶進(jìn)行試驗(yàn)。

密度桶的布置還可采用挖槽置放式。根據(jù)密度桶的尺寸，在試驗(yàn)場(chǎng)地上挖槽，在槽底進(jìn)行基礎(chǔ)處理，

合格后在槽底均勻鋪一層5cm厚細(xì)砂，再將密度桶安放在細(xì)砂上，將其中心點(diǎn)位置對(duì)應(yīng)標(biāo)識(shí)在試驗(yàn)場(chǎng)外，

用灰線標(biāo)識(shí)。密度桶中心線應(yīng)在同一軸線上，桶與桶之間的凈間距應(yīng)不少于3m，周圍填充砂礫石。但

這種方法應(yīng)注意防止密度桶周圍密實(shí)的砂礫石托住振動(dòng)碾的滾輪，密度桶內(nèi)試驗(yàn)料壓不密實(shí)的現(xiàn)象發(fā)

生。

8.4.2.4最小干密度試驗(yàn)時(shí)按照選定的級(jí)配計(jì)算出各級(jí)料的百分含量和擬制備試驗(yàn)料的質(zhì)量，分級(jí)稱

取試驗(yàn)料。再將制備好的各級(jí)試驗(yàn)料攪拌均勻后，四分法分開，裝入密度桶內(nèi)。

裝填時(shí)將試樣輕輕放入桶內(nèi)，沿桶底部，從四周到中間均勻地放入，確保試樣保持自然松散狀態(tài)，

裝填過程中嚴(yán)禁將試料灑落在桶外。

8.4.2.5最大干密度試驗(yàn)時(shí)密度桶碾壓采用與現(xiàn)場(chǎng)施工相一致的碾壓機(jī)具，碾壓完成后需對(duì)桶內(nèi)試驗(yàn)料

進(jìn)行級(jí)配測(cè)定，桶內(nèi)料的礫石含量變化率。一般微風(fēng)化料不宜大于2%～3%，軟巖不宜大于5%～6%，強(qiáng)

風(fēng)化巖應(yīng)進(jìn)一步研究，特別軟巖應(yīng)論證后采用。幾個(gè)工程實(shí)際檢測(cè)結(jié)果如表4。

表4碾壓前后礫石含量變化工程實(shí)例

工程名稱填筑部位最大粒徑（mm）碾壓遍數(shù)（遍）礫石含量變化率（%）

公伯峽混凝土主堆石3BⅡ340102.5

面板堆石壩砂礫石料36081.7

潘口混凝土面主堆石3B砂430102.1

板堆石壩礫石料33082.2

龍背灣混凝土主堆石3C砂

28081.2

面板堆石壩礫石料

2經(jīng)類似工程試驗(yàn)，當(dāng)振動(dòng)碾壓12遍時(shí)，粗粒料密度增加已趨于穩(wěn)定，故最大干密度試驗(yàn)時(shí)，振動(dòng)碾

壓遍數(shù)確定為16遍后在每個(gè)密度桶范圍內(nèi)微動(dòng)振動(dòng)碾壓15min；為防止振動(dòng)碾原地不動(dòng)造成沉陷，因

此振動(dòng)碾在密度桶范圍內(nèi)碾壓時(shí)應(yīng)微動(dòng)。

4碾壓完成后，超出密度桶頂?shù)拇至Ａ显嚇痈叨葢?yīng)不大于10cm，是指桶頂?shù)侥雺好娓叨鹊钠骄怠?/p>

175

8.5在實(shí)際工程的設(shè)計(jì)和施工中也常用相對(duì)壓實(shí)度Rc和密度指數(shù)ID作為控制質(zhì)量的指標(biāo)，這兩個(gè)指

標(biāo)具有實(shí)用性，故本標(biāo)準(zhǔn)保留這兩個(gè)指標(biāo)。

176

9原位滲透試驗(yàn)

粗顆粒土的滲透變形試驗(yàn)，主要適用于擾動(dòng)的粗顆粒土試樣。對(duì)于原狀粗顆粒土試樣，考慮到粗顆

粒原狀土的制樣和運(yùn)輸難度非常大，不適宜在室內(nèi)進(jìn)行，建議進(jìn)行原位試驗(yàn)。

9.2.1加荷的目的在于使試驗(yàn)更好地符合天然受力狀態(tài)。小尺寸滲透儀目前一般采用杠桿式加荷設(shè)備。

對(duì)于大尺寸儀器，由于所需荷載總量較大，設(shè)備也要加大，應(yīng)用不便，且占地較多，宜采用液壓等其他

加荷方式。

9.2.2本標(biāo)準(zhǔn)所規(guī)定的儀器的尺寸主要是根據(jù)儀器的內(nèi)徑與試驗(yàn)土樣最大粒徑（或d85）之比值來確

定。個(gè)別地區(qū)可視當(dāng)?shù)夭牧隙唧w確定合適的比值。儀器分進(jìn)水段、試樣段和出水段。儀器筒身可用無

縫有機(jī)玻璃管制成，也可用嵌有玻璃的鐵質(zhì)圓筒，以便觀察。

測(cè)壓管的布置原則：

1在儀器進(jìn)水段及出水段應(yīng)各布置一個(gè)測(cè)壓管，以測(cè)定試樣總坡降。

2試樣段測(cè)壓管應(yīng)布置較密些，沿水流方向至少3～5個(gè)測(cè)試點(diǎn)。

3在作反濾層試驗(yàn)時(shí)，在反濾層與被保護(hù)土之間及后濾層每層之間的接觸面上必須布置測(cè)壓管。

4在作水平滲透變形及接觸沖刷試驗(yàn)時(shí)，在不同介質(zhì)接觸面上，應(yīng)至少布置3～5個(gè)測(cè)壓管。

5當(dāng)采用測(cè)壓板測(cè)量水頭時(shí)，測(cè)壓板上的玻璃管一定要垂直，各個(gè)玻璃管內(nèi)徑相互誤差不大于

2mm；測(cè)壓板上零點(diǎn)讀數(shù)，應(yīng)低于儀器的第一個(gè)測(cè)壓管，測(cè)壓板上的最高讀數(shù)應(yīng)比最高水箱的水位略高

些。當(dāng)采用壓力傳感器測(cè)量水頭，應(yīng)根據(jù)試驗(yàn)情況合理選擇傳感器量程，且其誤差應(yīng)小于±0.5%FS。

9.2.3.1試樣制備應(yīng)按下列步驟進(jìn)行：

1關(guān)于超粒徑處理辦法主要為剔除法、等量替代法、相似級(jí)配法和混合法，宜優(yōu)先考慮等量替代

法。

2試樣裝入儀器中，不可能與儀器邊壁很好結(jié)合，容易形成邊壁通道。滲流集中。因?yàn)椋苡客?/p>

往首先從邊壁孔隙內(nèi)發(fā)生。這樣，測(cè)得的管涌臨界坡降就會(huì)偏小，使得試驗(yàn)成果失真，必須進(jìn)行邊壁外

理。其處理辦法，目前均處于摸索階段，例如用凡士林或橡皮泥涂在側(cè)壁周圍等。這些處理辦法均是在

試樣分層裝入儀器時(shí)，同時(shí)逐層進(jìn)行的。

9.2.3.2試樣飽和應(yīng)按下列步驟進(jìn)行：

1過濾排氣可以起到一定作用，對(duì)于垂直滲透試驗(yàn)，當(dāng)水流自下向上流動(dòng)時(shí)，先通過傾斜透水板

濾氣并通過排氣孔排出，然后通過下透水板進(jìn)入試樣，可以收到一定效果。對(duì)于水平滲透試驗(yàn)，當(dāng)排氣

孔流出連續(xù)水流后，關(guān)閉排氣孔。

9.2.3.3滲透試驗(yàn)應(yīng)按下列步驟進(jìn)行：

177

為了縮短試驗(yàn)時(shí)間，將滲流坡降的遞增值，采用逐級(jí)加大的方法，即是隨著試驗(yàn)的不斷進(jìn)行，將其

相鄰兩級(jí)的坡降差額，逐步加大，類似于等比級(jí)數(shù)那樣。這樣做的目的是既節(jié)省了試驗(yàn)時(shí)間，又不會(huì)增

大相對(duì)誤差。但應(yīng)按既要取得試樣臨發(fā)生變形前的坡降值，又要能準(zhǔn)確找到變形的臨界坡降的原則，視

具體情況掌握。對(duì)于非管涌土，遞增值可大些，對(duì)于管涌土遞增值宜小些。在臨界狀態(tài)以后至破壞坡降

這一段，由于歷時(shí)較長(zhǎng)，遞增值可大些。

9.2.4試驗(yàn)中對(duì)管涌的鑒別，國(guó)內(nèi)外缺乏一個(gè)明確標(biāo)準(zhǔn)，概括起來，不外乎下列幾種：

1試驗(yàn)人員從儀器周壁及試樣表面，直接用肉眼觀察。

2在雙對(duì)數(shù)紙上，以滲流坡降（i）為縱坐標(biāo)，滲透速度（v）為橫坐標(biāo)，繪制關(guān)系曲線。若試驗(yàn)

期間，溫度變化不大，坡降較小，則根據(jù)達(dá)西定律：即管涌發(fā)生以前，線段應(yīng)為直線，其斜率等于1；

管涌開始后，一般說來，該直線段將發(fā)生明顯轉(zhuǎn)折。

3供水水箱位置升高，而上游測(cè)壓管水位并不相應(yīng)升高，甚至下降，流量加大，說明試樣內(nèi)部結(jié)

構(gòu)已起變化。

4垂直滲透試驗(yàn)試驗(yàn)時(shí)試樣表面有2/3的面積出現(xiàn)細(xì)粒跳動(dòng)，或泉眼翻滾，形成破壞。

從上面所列舉的幾條標(biāo)準(zhǔn)來看，立足點(diǎn)并不一致，有的是說明管涌的臨界坡降，有的則是說明管涌

的破壞坡降。對(duì)管涌而言，其變形有一個(gè)發(fā)展過程。在關(guān)系曲線上表現(xiàn)為：當(dāng)?shù)谝粋€(gè)階段接近終了時(shí)，

斜率為1的直線段發(fā)生轉(zhuǎn)折，到達(dá)管涌臨界坡降。管涌過程進(jìn)入第二階段，這時(shí)直線與橫軸成某一角度

繼續(xù)上升。在經(jīng)歷一個(gè)過程后，到達(dá)第三階段，此時(shí)曲線的縱坐標(biāo)值隨的增大而減小，此轉(zhuǎn)折點(diǎn)所對(duì)應(yīng)

的坡降值為破壞坡降。綜上所述，對(duì)管涌的鑒定，應(yīng)以曲線為主，并結(jié)合目測(cè)。

9.3.1滲透環(huán)有效直徑大小按照測(cè)定土樣最大粒徑的3倍～5倍，且不小于40cm、不大于200cm時(shí)，能

較好的反映被測(cè)對(duì)象的滲透能力，且易于操作，在工程中也得到了較好的應(yīng)用。

9.3.1.1對(duì)于單環(huán)法現(xiàn)場(chǎng)原位滲透試驗(yàn)，根據(jù)被測(cè)土料最大粒徑不同分別選擇滲透環(huán)直徑。當(dāng)被測(cè)土料

最大粒徑為80mm<dmax≤300mm時(shí)，滲透環(huán)直徑選擇為100cm。當(dāng)被測(cè)土料最大粒徑為300mm<dmax

≤800mm時(shí)，滲透環(huán)直徑選擇為200cm。滲透鋼環(huán)高度40cm，壁厚不小于4mm，具有足夠的剛度。

3埋管法參照日本電力土木技術(shù)協(xié)會(huì)《最新土石壩工程學(xué)》中的原位滲透試驗(yàn)方法進(jìn)行。埋管法中

的鋼管內(nèi)徑30cm、高度80cm～120cm，壁厚不小于6mm，底部、頂部不封閉，管身為梅花形布孔花管，

孔徑5mm，間距2～3cm。該方法已在陜西黑河金盆水利樞紐工程、青海公伯峽水電站大壩等工程填筑料

滲透系數(shù)原位測(cè)定中得到較好的應(yīng)用。

9.3.2.2單環(huán)滲透試驗(yàn)法中提出了兩種不同試坑深度的滲透系數(shù)測(cè)定方法。

一是直接在碾壓層面測(cè)定滲透系數(shù)。二是主要考慮在工程中利用軟巖、非硬巖筑壩及目前使用的振

動(dòng)碾噸位較大情況。非硬巖填筑料石料抗壓強(qiáng)度低，碾壓時(shí)會(huì)造成表層料破碎形成致密層，當(dāng)利用軟巖

178

時(shí)破碎更加嚴(yán)重，最大可影響約20cm～30cm深度，表層滲透系數(shù)很小，滲透系數(shù)一般降低10-1～10-2，

應(yīng)充分考慮該因素的客觀存在。根據(jù)設(shè)計(jì)要求，提供了文中的兩種試驗(yàn)深度的試驗(yàn)方法，其結(jié)果供設(shè)計(jì)

參考。

由于現(xiàn)行的有關(guān)規(guī)范和規(guī)程提供的雙環(huán)法不能客觀反映大粒徑料的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)情況，且沒有提供大粒

徑料的試驗(yàn)方法，故在本次編制時(shí)明確對(duì)于不同粒徑料的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試方法。該方法在老撾南歐江六級(jí)、七

級(jí)水電站工程中得到較好的應(yīng)用。

9.3.2.3單、雙環(huán)法測(cè)定的為水流向下滲透的滲透系數(shù)；埋管法主要測(cè)定的為水流沿水平方向的滲透系

數(shù)。埋管法可以根據(jù)需要測(cè)定單一碾壓層、跨兩層、多層的滲透系數(shù)，增加花管的長(zhǎng)度即可?；ü茴A(yù)埋

時(shí)應(yīng)力求保證豎直。本質(zhì)上三種方法均有滲透多向性的特征，但考量的主要滲透方向不同。

9.3.3本方法為現(xiàn)場(chǎng)原位滲透系數(shù)的近似測(cè)定，計(jì)算時(shí)不考慮水頭等情況。計(jì)算表格為建議表格，使用

時(shí)可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)需要自行設(shè)計(jì)制定。

179

10反濾試驗(yàn)

10.1.1保護(hù)滲流出口處不發(fā)生破壞，可以有效地防止?jié)B透變形的發(fā)生和發(fā)展，反濾層是防止流土及管

涌的重要措施。試驗(yàn)的目的是在細(xì)、粗料之間，選擇級(jí)配適宜的砂礫料組合層，使之既能防止細(xì)土流失，

又能暢通排水，保證建筑物有效使用和安全。

10.2.1反濾試驗(yàn)使用的儀器，因?yàn)榭紤]到反濾試驗(yàn)的裝樣、飽和以及測(cè)試方式和滲透變形試驗(yàn)近似，

利用垂直滲透變形儀能達(dá)以試驗(yàn)要求。故直接采用垂直滲透變形儀進(jìn)行反濾料試驗(yàn)。

10.3.1對(duì)于試驗(yàn)前后各層的土料均應(yīng)進(jìn)行顆粒分析，在同一顆粒分析坐標(biāo)紙上繪制被保護(hù)層和濾層試

驗(yàn)前后顆粒分析曲線，根據(jù)試驗(yàn)曲線，確定被保護(hù)土層中帶出土量，從而判斷所選定的濾層土料是否能

滿足反濾要求。

10.3.2高土石壩防滲體的反濾層應(yīng)按可能產(chǎn)生裂縫的原則設(shè)計(jì)已逐漸被認(rèn)可。黏性土考慮裂縫的反濾

試驗(yàn)方法有如裂縫自愈性能試驗(yàn)、松填黏性土反濾試驗(yàn)等，試驗(yàn)基本上是在大型垂直滲透變形儀上進(jìn)行。

常用的裂縫模擬方式有矩形縫和圓孔兩種，由于采用矩形縫隙模擬更接近實(shí)際裂縫的形態(tài)，本規(guī)范建議

采用矩形縫，造縫方法采用預(yù)埋式造縫法，這樣可避免后制縫（試驗(yàn)樣制備好后再鉆孔造縫）對(duì)縫周圍

土體干擾，裂縫尺寸控制及與反濾料的接合比較容易解決。試樣直徑或邊長(zhǎng)建議不小于20cm，且應(yīng)與

試樣最大顆粒粒徑之比不小于5。

試樣制好后，黏性土試樣不進(jìn)行飽和，立即施加水頭進(jìn)行試驗(yàn)，采用一次性加壓到位的方法施加水

頭，以模擬水庫(kù)在高水位運(yùn)行時(shí)心墻突然出現(xiàn)貫穿性裂縫的最不利條件。

180

11壓縮試驗(yàn)

11.2.1試樣尺寸的大小，應(yīng)與粗粒土的粒徑相適應(yīng)，即試樣直徑隨試樣高度與有效最大粒徑之比

（H/dmax）、試樣直徑與高度之比(D/H)而定，根據(jù)國(guó)內(nèi)外使用的壓縮儀試樣尺寸統(tǒng)計(jì)結(jié)果，考慮到粗粒

土粒徑范圍變化極大等因素，本規(guī)程規(guī)定D/H為2～2.5，H/dmax為4～6為宜。

11.2.2室內(nèi)壓縮試驗(yàn)?zāi)壳皣?guó)內(nèi)多數(shù)試驗(yàn)機(jī)構(gòu)采用的壓縮試樣桶尺寸為直徑500mm，高度300mm，適用試

樣最大粒徑不大于60mm，對(duì)于大于60mm的粗粒土須經(jīng)過縮尺處理方可進(jìn)行試驗(yàn)，本規(guī)程考慮到超高土

石壩在粗粒土試驗(yàn)研究方面的技術(shù)需要，列入了不用縮尺處理的原級(jí)配壓縮試驗(yàn)系統(tǒng)，該設(shè)備為中國(guó)水

電十五局依托某超高土石壩可研階段需要，依據(jù)現(xiàn)行試驗(yàn)規(guī)程，經(jīng)過充分研究論證，聯(lián)合江蘇永昌科教

儀器制造有限公司研發(fā)了“粗粒土大型壓縮試驗(yàn)系統(tǒng)”，可準(zhǔn)確全面的測(cè)定全級(jí)配粗粒土壓縮特性參數(shù)，

應(yīng)用效果良好；同時(shí)本規(guī)程還列入了應(yīng)用比較多技術(shù)也很成熟的錨樁法現(xiàn)場(chǎng)壓縮試驗(yàn)裝置，可根據(jù)項(xiàng)目

需要進(jìn)行選擇。

11.3.1原級(jí)配試驗(yàn)料制備，應(yīng)按照設(shè)計(jì)或碾壓試驗(yàn)選定級(jí)配要求進(jìn)行制備，采用人工篩分，人工將料

篩分成不同的粒徑級(jí)＜5mm，5mm～10mm、10mm～20mm、20mm～40mm、40mm～80mm、80mm～100mm，

100mm以上粒徑料采用鋼卷尺量測(cè)進(jìn)行分級(jí)成100mm～200mm料、200mm～300mm料等，再按照要求進(jìn)

行摻配組合。對(duì)于最大粒徑小于60mm的土料，一般分兩層裝樣。對(duì)原級(jí)配料壓縮試驗(yàn)，應(yīng)根據(jù)試樣最

大粒徑和試樣桶高度分2～4層裝樣，每層厚度宜大于土料最大粒徑。

11.3.3全級(jí)配粗粒土壓縮試驗(yàn)在加載分級(jí)時(shí)，由于試樣尺寸和粒徑較大，試驗(yàn)加載量往往比較高，在

分級(jí)加載超過3200kPa后或加載過程中測(cè)定數(shù)據(jù)變幅較大時(shí)，加載等級(jí)分級(jí)應(yīng)細(xì)化，分級(jí)加載量一般不

宜超過2000kN，以保證測(cè)定結(jié)果的穩(wěn)定和試驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確。試驗(yàn)穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)采用變形穩(wěn)定控制，即采用

相隔1h每個(gè)百分表變形均小于0.05mm的穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)。

181

12粗顆粒土直接剪切試驗(yàn)

12.2.1對(duì)粗顆粒土進(jìn)行直剪試驗(yàn)時(shí)，試樣尺寸取決于最大粒徑。根據(jù)國(guó)內(nèi)外現(xiàn)有資料，統(tǒng)計(jì)了各試驗(yàn)

研究單位所用試樣尺寸與最大粒徑的比值。

由統(tǒng)計(jì)分析可知：試樣直徑與最大粒徑的比值（）變化范圍較大，為～。其中徑徑

D/dmax412.5

比為7.5～10的統(tǒng)計(jì)數(shù)為64%，徑徑比小于7.5的占25%，徑徑比大于10的占11%；高徑比的變化為

1.5～10，其中高徑比為4～8的占53%，高徑比大于8的占17%，高徑比小于4的占30%。以上各單位

采用的比值較集中為：徑徑比為5～10，高徑比為2～8。

不同的徑徑比和不同的高徑比，對(duì)粗顆粒土的摩擦角有一定影響。為此，確定試樣尺寸與最大粒徑

關(guān)系時(shí)，應(yīng)同時(shí)考慮高徑比，推薦徑徑比為5～8，高徑比為，2～3。

根據(jù)統(tǒng)計(jì)資料分析，粗顆粒土直剪儀的剪切盒多數(shù)為圓形，其次是方形，少數(shù)為長(zhǎng)方形。因圓形受

力條件與應(yīng)力分布比方形的好，而方形的又比長(zhǎng)方形的好。故本試驗(yàn)推薦圓形直剪儀。

12.2.2.1試樣制備和安裝

1粗顆粒土在剪切過程中，顆粒的位置不斷調(diào)整。在剪切區(qū)產(chǎn)生錯(cuò)動(dòng)、翻滾和剪損現(xiàn)象。在直剪

儀中，試樣受剪力盒約束及剪切面固定，因此，剪切時(shí)粗粒要發(fā)生翻滾和錯(cuò)動(dòng)較困難，導(dǎo)致顆粒剪破，

剪切過程中伴隨著明顯的剪脹，使測(cè)得的強(qiáng)度偏高。為此，應(yīng)在上、下剪切盒之間開一定的縫隙。開縫

的目的在于避免顆粒剪破，使試樣沿弱面剪切。但開縫過大，也不恰當(dāng)，因剪切區(qū)側(cè)限作用過小，試樣

易從剪切縫擠出；開縫過小，不能消除約束的影響。根據(jù)國(guó)內(nèi)資料綜合分析，粗顆粒土直剪試驗(yàn)的開縫

尺寸推薦(1/3~1/4)d平均作為其使用標(biāo)準(zhǔn)。

2試樣制備選用以下方法：

（1）擊實(shí)法。采用與室內(nèi)擊實(shí)試驗(yàn)相同的功能分3～5層及層縫交錯(cuò)法將試料擊實(shí)至控制密度。

（2）振搗法。對(duì)砂礫石等無粘性粗顆粒土采用機(jī)械振搗到控制密度。

（3）靜壓法。用千斤頂施加靜壓力，分層將試料壓實(shí)到控制密度。

試樣制備方法應(yīng)盡可能與現(xiàn)場(chǎng)施工情況一致。對(duì)于土壩及土石壩工程或回填基礎(chǔ)的含粘質(zhì)土粗顆粒

土，一般可采用擊實(shí)法制備試樣。擊錘底面積應(yīng)比試樣面積小，便于擊實(shí)時(shí)排氣，塑流揉搓，以與實(shí)際

壓實(shí)結(jié)構(gòu)相似。對(duì)于無粘性粗顆粒土，采用振搗法制備，接近振動(dòng)碾施工情況。靜壓法不便排氣，靜壓

時(shí)粗粒受壓不均勻，在重要工程中也無使用經(jīng)驗(yàn)，故不擬推薦。

3試樣飽和常用的方法有真空抽氣飽和法、毛細(xì)管飽和法和浸水飽和法。根據(jù)實(shí)踐，真空抽氣飽

和法的飽和度最高，效果最好，適用于含粘質(zhì)土的粗顆粒土；水頭飽和法次之，可用于無粘性粗顆粒土。

182

浸水飽和法易使氣體封閉在土內(nèi)，并造成細(xì)粒在水的作用下，向下移動(dòng)，淤填孔隙，使試樣密度不均勻，

飽和效果最差，一般不宜使用。

12.2.2.2剪切試驗(yàn)

1粗顆粒土在高壓情況下，抗剪強(qiáng)度與垂直壓力呈非線性關(guān)系，不符合庫(kù)侖方程的直線關(guān)系。因

此，在設(shè)備出力允許條件下，采用的最大垂直壓力應(yīng)符合建筑物或地基中的受力情況；如限于儀器設(shè)備

能力達(dá)不到要求的出力時(shí)，應(yīng)在提交試驗(yàn)資料時(shí)予以說明。

目前對(duì)試樣在垂直荷載作用下達(dá)到穩(wěn)定的控制標(biāo)準(zhǔn)，大多數(shù)單位用每小時(shí)變形不大于0.01mm～

0.05mm。本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定在垂直荷載作用下，每小時(shí)垂直變形不大于0.03mm為變形穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)，這與原大

型固結(jié)試驗(yàn)的變形穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)一致。

12.2.3粗顆粒土直剪試驗(yàn)中現(xiàn)行破壞標(biāo)準(zhǔn)有以下兩種，即：極限強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)和剪切位移標(biāo)準(zhǔn)。

據(jù)調(diào)查統(tǒng)計(jì)，國(guó)內(nèi)許多單位采用極限強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)作為破壞標(biāo)準(zhǔn)，即以~L關(guān)系曲線上的峰值或穩(wěn)

定值作為破壞值。該值的概念與極限平衡理論相符，本標(biāo)準(zhǔn)推薦采用極限強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)。

但粗顆粒土剪切試驗(yàn)中，有時(shí)沒有明顯的峰值，國(guó)內(nèi)外資料建議采用相應(yīng)于下列變形時(shí)的剪應(yīng)力作

為破壞值。

（）塑性材料

1Lmax(1/15)D

（）半脆性材料

2Lmax(1/15)D

（）脆性材料

3Lmax(1/15)~(1/20)D

本標(biāo)準(zhǔn)建議在剪切試驗(yàn)過程中無峰值或穩(wěn)定值時(shí)，可用值為11作為確定破壞值的標(biāo)

Lmax~D

1510

準(zhǔn)。

183

13三軸壓縮試驗(yàn)

13.1.1三軸壓縮試驗(yàn)是根據(jù)摩爾—庫(kù)侖破壞準(zhǔn)則測(cè)定土的強(qiáng)度參數(shù)：凝聚力c和內(nèi)摩擦角φ。常規(guī)的

三軸壓縮試驗(yàn)是取一圓柱體試樣，先在其四周施加一周圍壓力（即小主應(yīng)力），隨后逐漸增加大主

3

應(yīng)力直至破壞為止。根據(jù)破壞時(shí)的大主應(yīng)力和小主應(yīng)力繪摩爾圓，摩爾圓的包線就是抗剪強(qiáng)

113

度與法向應(yīng)力的關(guān)系曲線。通常以近似的直線表示，其傾角為內(nèi)摩擦φ，在縱軸上的截距為凝聚力c（見

圖19.1.1）。故抗剪強(qiáng)度與法向應(yīng)力的關(guān)系曲線可以用庫(kù)侖方程表示：

ctg(19.1.1.1)

式中，及分別為作用在破壞面上的剪應(yīng)力及法向應(yīng)力。它與大主應(yīng)力，小主應(yīng)力及破壞

13

面與大主應(yīng)力面的傾角α具有如下關(guān)系：

11

()()cos2

213213

(19.1.1.2)

1

()sin2

213

式中，45。

2

圖19.1.1三軸壓縮試驗(yàn)抗剪強(qiáng)度與法向應(yīng)力關(guān)系曲線

土體受荷載后，任何面上的法向應(yīng)力為固體顆粒骨架和孔隙水或氣體所承受。即u。稱

為有效應(yīng)力，u稱為孔隙壓力。土的抗剪強(qiáng)度如用有效應(yīng)力表示。則（19.1.1-1）又可寫成：

c(u)tgctg(19.1.1.3)

式中c——有效凝聚力

——有效內(nèi)摩擦角

三軸壓縮試驗(yàn)?zāi)芸刂圃囼?yàn)過程中的排水條件，可根據(jù)工程施工和運(yùn)用的實(shí)際情況選擇不同排水條件

18