土的物理性质试验

1试验一土的物理性质实验（实验性质：综合性实验）一、概述土是由岩石经过物理与化学风化作用后的产物，是有各种大小不同的土粒按各种不同的比例组成的集合体，土粒之间的孔隙中包含这水和气体，因此，土为固相、气相、液相组成的三相体系。由于空气易被压缩，水能从土体流出或流进，土的三相的相对比例会随时间和荷载条件的改变而改变，土的一系列性质也随之而改变。从物理的观点，定量地描述土的物理特性、土的物理状态、以及三相比例关系，即构成土的物理性质指标，包括土的三相比例指标、界限含水量、压缩性指标等。利用这些指标，可对土进行鉴别和分类，判定土的物理状态和评价土的压缩性。二、实验目的和要求1.测定并计算土的三相比例指标2.测定土的液塑限含水量3.计算土的塑性指数和液性指数4.测定土的压缩系数和压缩模量5．根据实验结果对实验土样进行分类，判断土样的物理状态评价土的压缩性。三、实验项目项目一、含水量实验土的含水量w是指土在105～110℃的温度下烘至恒量时所失去的水分质量和达恒量后干土质量的比值，以百分数表示。含水量是土的基本物理性指标之一，它反映了土的干、湿状态。含水量的变化将使土物理力学性质发生一系列的变化，它可使土变成半固态、可塑状态或流动状态，可使土变成稍湿状态、很湿状态和饱和状态，也可造成土的压缩性和稳定性上的差异。含水量还是计算土的干密度、孔隙比、饱和度、液性指数等项指标不可缺少的依据，也是建筑物地基、路堤、土坝等施工质量控制的重要指标。（一）、实验方法及原理1．烘干法：是将试样放在能保持105～110℃的烘箱中烘至恒量的方法，是室内测定含水量的标准方法，一般粘性土都可以采用。2．酒精燃烧法：是将试样和酒精拌合，点燃酒精，随着酒精的燃烧使试样水分蒸发的方法。酒精燃烧法是快速简易且较准确测定细粒土含水量的一种方法，适用于没有烘箱或试样较少的情况。3．比重法：是通过测定湿土体积，估计土粒比重，从而间接计算土的含水量的方法。2土体内气体能否充分排出，将直接影响到试验结果的精度，故比重法仅适用于砂类土。4．碳化钙气压法：是公路上快速简易测定土的含水量的法，其原理是将试样中的水分与碳化钙吸水剂发生化学反应，产生乙炔气体，其化学方程式为：CaC2+2H2O→Ca(OH)2+C2H2↑从以上的化学方程式可以看出，乙炔（C2H2）的数量与土中水分的数量有关，乙炔气体所产生的压力强度与土中水分的质量成正比，通过测定乙炔气体的压力强度，并与烘干法进行对比，从而可得出试样的含水量。由于用烘干法测定土的含水量，试验简便、结果稳定，目前中国多以此方法作为室内试验的标准方法。这里也只介绍烘干法。（二）、仪器设备烘干法测土的含水量需要下列仪器设备（1）电热烘箱：温度能保持在105～110℃。（2）天平：称量200g，感量0.01g；（3）其它：干燥器、称量盒等。（三）、操作步骤（烘干法）1．取一个称量盒并记录盒号，然后用天平称取盒的质量m0。2．从土样中选取具有代表性的试样，粘性土为15—30g,砂性土、有机质土和整体状构造冻土为50g,放入称好质量的称量盒内，立即盖上盒盖，称盒加湿土的总质量m1。3．揭开盒盖，将试样和盒一起放入烘干箱内，在105～110℃恒温下烘至恒量。试样烘至恒量的时间，粘性土不得少于8h，砂性土不得少于6h。含有机质超过5%的土需在65～70℃的恒温下进行烘干。4．按规定时间烘干后，取出称量盒，立即盖好盒盖，置于干燥器内冷却至室温后，称取盒和干土的质量m2。5．本实验称量应准确至0.01克。（四）、成果整理按下式计算试样的含水量（精确至0.1%）%1000221mmmm式中：ω—含水量（％），准确至0.1%；m1—称量盒与湿土质量，克；m2—称量盒与干土质量，克；m0—称量盒质量，克。本试验需进行2次平行测定，并取两个含水量测值的算术平均值，允许平行差值应3符合下表规定。含水率（%）小于1010—40大于40允许平行差值（%）0.51.02.0项目二、密度实验土的密度ρ是土质量密度的简称，指单位体积土样的质量，即土的总质量（m）与其体积（V）之比，是土的基本物理性质指标，单位为g/cm3或t/m3。土的密度反映了土体结构的松紧程度，是计算土的自重应力、干密度、孔隙比、孔隙度等指标的主要依据，也是挡土墙土压力计算、土坡稳定性验算、地基承载力和沉降量估算以及路基路面施工填土压实度控制的主要指标之一。当用国际单位制计算土的重力时，由土的质量产生的单位体积的重力称为土的重力密度，简称重度，其单位是kN/m3。重度由密度乘以重力加速度求得，即g。土的密度一般情况下是指土的湿密度，相应的重度称为湿重度，除此以外还有土的干密度d、饱和密度sat以及有效密度，相应的有干重度d、饱和重度sat和有效重度。（一）、实验方法及原理1．环刀法：就是采用一定容积的环刀切取土样并称土样质量的方法，环刀内土的质量与环刀容积之比即为土的密度。环刀法操作简便且准确，在室内和野外均普遍采用，但环刀法仅适用于测定不含砾石颗粒的细粒土的密度。2．蜡封法：也称浮称法，其原理是依据阿基米德原理，即物体在水中失去的质量等于排开同体积水的质量，来测出土的体积，为考虑土体浸水后崩解、吸水等问题，在土体外涂一层蜡。特别适用于易破裂土和形状不规则的坚硬粘性土。3．灌水法：是在现场挖坑后灌水，由水的体积来量测试坑容积从而测定土的密度的方法。该方法适用于现场测定粗粒土和巨粒土的密度，特别是巨粒土的密度，从而为粗粒土和巨粒土提供施工现场检验密实度的手段。4．灌砂法：是首先在现场挖一个坑后，然后向试坑中灌入粒径为0.25~0.50mm的标准砂，由标准砂的质量和密度来测量试坑的容积，从而测定土的密度的方法，该方法主要用于现场测定粗粒土的密度。这里只介绍环刀法实验。（二）、仪器设备环刀法需要下列仪器设备（1）环刀：内径为61.8mm（面积30cm2）或79.8mm（面积50cm2），高度为20mm，壁厚1.5mm；4（2）天平：称量200g，感量0.1g。（3）其它：切土刀、钢丝锯、凡士林等。（三）、操作步骤：1．首先取一个环刀并记录环刀上的编号，再把环刀放在在天平上称取它的质量m1。2．根据工程需要取原状土或所需湿度密度的扰动土样，其直径和高度应大于环刀的尺寸。切取原状土样时，应保持原来结构并使试样保持与天然土层受荷方向一致。3．先削平土样两端，然后在环刀内壁涂一薄层凡士林油，刀口向下放在土样上，用切土刀将土样削成略大于环刀直径的土柱，然后将环刀下压，边压边削，直至土样伸出环刀为止。4．根据试样的软硬程度，采用钢丝锯或切土刀将两端余土削去修平，并及时在两端盖上圆玻璃片，以免水分蒸发。注意修平土样时，不得用刮刀往复涂沫土样，以免土面孔隙堵塞。5．擦净环刀外壁，称环刀和土的质量m2，精确至0.1克。（四）、成果整理按下式分别计算土的湿密度和干密度VmmVm12wd01.01式中：ρ—湿密度（g/cm3），精确至0.01g/cm3d－干密度（g/cm3），精确至0.01g/cm3m－湿土质量（g）；m1—环刀质量(g)；m2—环刀质量加湿土质量（g）；V—环刀容积（cm3）。计算至0.01克/立方厘米。w－含水量本实验应进行两次平行测定，两次测定的密度差值不得大于0.03g/cm3，并取其两次测值的算术平均值。项目三、液塑限实验粘性土的物理状态随着含水量的变化而变化，当含水量不同时，粘性土可分别处于流动状态、可塑状态、半固体状态和固体状态。粘性土从一种状态转到另一种状态的分5界含水量称为界限含水量。土从可塑状态转到流动状态的界限含水量称为液限Lw；土从可塑状态转到半固体状态的界限含水量称为塑限pw，土从半固体状态不断蒸发水分，则体积逐渐缩小，小到体积不再缩小时的界限含水量称为缩限sw。土的塑性指数PI是指液限与塑限的差值，由于塑性指数在一定程度上综合反映了影响粘性土特征的各种重要因素，因此，粘性土常按塑性指数进行分类。土的液性指数LI是指粘性土的天然含水量和塑限的差值与塑性指数之比，液性指数可被用来表示粘性土所处的软硬状态，所以，土的界限含水量是计算土的塑性指数和液性指数不可缺少的指标，土的界限含水量还是估算地基土承载力等的一个重要依据。界限含水量试验要求土的颗粒粒径小于0.5mm，且有机质含量不超过5%，且宜采用天然含水量的试样，但也可采用风干试样，当试样中含有大于0.5mm的土粒或杂质时，应过0.5mm的筛。(一)、实验方法及原理1．液限实验（1）圆锥仪法：圆锥仪液限试验就是将质量为76g，锥角为30°且带有平衡装置的的圆锥仪，轻放在调配好的试样的表面，使其在自重的作用下沉入土中，若圆锥体经过5s恰好沉入土中10mm深度，此时试样的含水量就是液限。（2）碟式仪法：碟式仪液限试验就是将调配好的土膏放入土碟中，用开槽器分成两半，以每秒两次的速率将土碟由100mm高度下落，当土碟下落击数为25次时，两半土膏在碟底的合拢长度恰好达到13mm，此时试样的含水量即为液限。（3）液、塑限联合测定法：液塑限联合测定是根据圆锥仪的圆锥入土深度与其相应的含水量在双对数坐标上具有线性关系这一特性来进行的。利用圆锥质量为76g的液塑限联合测定仪测得土在不同含水量时的圆锥入土深度，并绘制圆锥入土深度与含水量的关系直线图，在图上查得圆锥下沉深度为10mm（17mm）时所对应的含水量即为土样的液限，查得圆锥下沉深度为2mm时所对应的含水量即土样的为塑限。2．塑限实验（1）滚搓法：滚搓法塑限试验就是用手在毛玻璃板上滚搓土条，当土条直径搓成3mm时产生裂缝并开始断裂，此时试样的含水量即为塑限。（2）液、塑限联合测定法：同上。这里只介绍液、塑限联合测定法。（二）、仪器设备液塑限联合测定法测土的液、塑限需要下列仪器设备（1）液塑限联合测定仪，包括带标尺的圆锥仪、电磁铁、显示屏、控制开关和试样杯。图1所示为光电式液塑限联合测定仪，圆锥质量为76克，锥角为30º；读数显示为光电式；试样杯内径为40～50mm，高度为30～40mm。6（2）天平：称量200g，分度值0.01g。（3）烘箱、干燥器。（4）铝盒、调土刀、孔径0.5mm的筛、研钵、凡士林等。（三）、操作步骤1．原则上采用天然含水量试样，但也允许采用风干土样，当试样中含有大于0.5mm的土粒和杂物时应过0.5mm筛。2．当采用天然含水量土样时，取代表性土样250克；采用风干土样时，取过0.5mm筛的代表性试样250g，放入盛土皿中，用纯水调制成均匀膏状，然后放入密封的保湿缸中，静置24小时。3．将制备好的土膏用调土刀充分调拌均匀，分层密实地填入试样杯中，注意土中不能留有空隙，装满试杯后刮去余土使土样与杯口齐平，并将试样杯放在联合测定仪的升降座上。4．将圆锥仪擦拭干净，并在锥体上抹一薄层凡士林，然后接通电源，使电磁铁吸稳圆锥。5．调节屏幕准线，使初始读数为零。然后转动升降座，使试样杯徐徐上升，当圆锥尖刚好接触试样表面时，指示灯亮，圆锥在自重下沉入试样内，经5秒后立即测读显示在屏幕上的圆锥下沉深度。6．取下试样杯，挖出锥尖入土处的凡士林，取锥体附近不少于10g的试样，放入称量盒内，测定含水量。7．将剩余试样从试杯中全部挖出，在加水或吹干并调匀，重复以上试验步骤分别测定试样在不同含水量下的圆锥下沉深度和其相应的含水量。液塑限联合测定至少在三点以上，其圆锥入土深度宜分别控制在3~4mm，7~9mm和15~17mm。（四）、成果整理1．计算含水量：%1000112mmmmw图1-1液塑限联合测定仪示意图1-显示屏2-电磁铁3-带标尺的圆锥仪4-试样杯5-控制开关6升降座7式中：w－含水量（％），精确至0.1%1m－干土和称量盒质量（g）2m－湿土和称量盒质量（g）0m－称量盒质量（g）2．确定液限、塑限以含水量为横坐标，以圆锥入土深度为纵坐标，在双对数坐标纸上绘制含水量与圆锥入土深度关系曲线，如图2所示。三点应在一条直线上，如图中A线。当三点不在一条直线上时，应通过高含水量的一点分别与其余两点连成两条直线，在圆锥下沉深度为2m