《公路土工试验规程》宣贯释义剖析

1《公路土工试验规程》JTGE40—2007宣贯理解王园研究员交通部公路科学研究院2007.10.152联系：联系人：王园博士联系地址：北京市海淀区西土城路8号交通部公路科学研究院邮政编码：100088电话：[phone]传真：[phone]电子信箱：[e-mail]或[e-mail]3宣贯理解材料《公路土工试验规程》（JTGE40—2007）《公路土工试验规程》释义手册4讲解形式结合《释义手册》，讲解《试验规程》的修订内容，以及在理解和应用中应注意的问题。5修订的主要内容：1、增加了“术语、符号”一章。对各章内容及条文说明进行了局部修改和有效性确认。2、土的工程分类中，对塑性图进行了部分调整。3、将“含水量”名称修改为“含水率”。删除了“碳化钙气压法”。4、比重试验增加了浮力法。5、颗粒分析试验增加了对密度计法的“刻度及弯液面的校正”依据标准。6、界限含水率试验增加了76g锥入土17mm的液限试验方法和液限碟式仪试验方法。7、渗透试验修订了变水头渗透试验方法。8、规定了击实试验的土类和击实筒的匹配以及击实功能等。9、增加了标准吸湿含水率试验方法。10、黄土湿陷试验方法中增加了自重湿陷系数试验、溶滤变形系数试验和湿陷起始压力试验。同时还明确了黄土指标试验的“单线法”和“双线法”的试验操作步骤。11、增加了冻土密度试验、冻结温度试验、冻土导热系数试验、未冻含水率试验、冻胀率试验和冻土融化压缩试验的冻土类试验方法。12、增加了湿化试验方法。13、在土的直接剪切试验中增加了排水反复直接剪切试验方法。14、在细粒土三轴压缩试验的固结不排水试验中，增加了固结后的土样几何尺寸计算方法；增加了“一个试样多级加荷三轴压缩试验。”15、增加了粗粒土直接剪切试验方法。61总则《规程》P1《手册》P1—P3目录P5——————————————————————《规程》总体包含：31个大类总则和术语、符号土的分类标准87个试验方法《手册》中的附录C和附录D在数据整理时不可缺少几乎含盖了目前土工试验的所有内容。7应当注意的是：《手册》P21.对于粗粒土和巨粒土必须进行颗粒分析试验。提供土样的颗粒级配粒组数据和级配特征曲线。2.对于细粒土除应进行颗粒分析试验，提供土样的颗粒级配粒组数据和级配特征曲线外，还应进行界限含水率试验，提供土样的液限、塑限和塑性指数等。3.对于特殊土还应提供描述特殊土基本特征的试验测试指标。这是可重复再现土工试验结果的基本条件，也是科学实验的基本要求。8《规程》在修订中的参考文献：见《手册》P538—546在“文献”列表中可以查到各种与本《规程》有关的国家和行业标准以及著作等。便于同行对相关文献的了解和研读。92术语、符号《规程》P2—5《手册》P4—13——————————————————解释术语21个。本章“术语”为新增加内容，“符号”增列了新内容。10应注意的几个名词（1）土粒比重。《手册》P5目前定义相对密度（2）渗透系数。《手册》P7断面平均渗透系数（3）固结与压缩。《手册》P6含义不同，侧限条件相同。饱和—非饱和（4）直剪与三轴。《手册》P7快剪、固结快剪、慢剪——库仑强度理论不固结不排水剪、固结不排水剪、固结排水剪——摩尔库仑强度理论总应力强度指标、有效应力强度指标（5）砂的相对密度与压实度、目前定义相对密度113土的工程分类(1)粗粒与细粒的分界粒径《规程》P6，P16原0.074mm，现0.075mm(2)粉粒与黏粒的分界粒径《手册》P15-P16国标0.005mm，交通0.002mm(3)塑性图《规程》P12，《手册》P24原Ip=6—10，现Ip=4—7推论抗剪强度为零与碟式仪等效注意：Ip小于10，液限小于15%区域数据不可用。原因是该范围液限值不准。12(4)特殊土分类国标—删除该内容分类准则：扰动土、颗粒级配、液塑限（未考虑特殊土的特性指标）本规程：仍然列入，并增加冻土。《手册》还列出了各种特殊土的分类标准P27—34134土样采集和试样制备《规程》P21-30《手册》P38-46——————————————————新增对冻土的要求。《规程》P21，P22，P26《手册》P38，P39，P43注意：不同土类的饱和方法和效果。145土的含水率试验《规程》P31-37《手册》PP47-55——————————————————————（1）含水率-含水量《手册》P47（2）土中水及其特征《手册》P47（3）删除：碳化钙气压法可替代的方法：酒精燃烧法目前也有采用“微波炉法”，但其加热往往不均匀，有待进一步总结经验。15酒精燃烧法应特别注意安全《手册》P50-51在使用中应分层次分装酒精。如首先将桶装酒精分装在500—1000ml的大瓶中，使用时在将大瓶中的酒精分装在100ml以下的小瓶中，从小瓶中将酒精倒入土样，点燃酒精燃烧湿土。再次将酒精倒入土样前，必须确定土样中的火焰已经熄灭，否则将可能造成严重事故。在野外试验确定土样中火焰熄灭的方法是将手从远处慢慢移向燃烧土样的坩埚上部，体会是否有高温燃烧的感觉。如果没有燃烧火焰，则手可以盖在坩埚上；如果有燃烧火焰，则手有烧灼感，应立刻从坩埚上部移开手，反复测试，直至火焰确定燃灭。应当引起注意的是，白天燃烧酒精，当燃烧的火焰较小时，人的肉眼很难观察到，此时应特别注意安全。在现场使用酒精燃烧法时，应做好试验操作安全预案。16采用烘干法应注意的问题《手册》P551）烘土期间烘箱不应频繁开启，以免影响箱内温度；2）水分较多的土，不应与接近烘干的土在一个箱内混烘；3）因烘箱底层离热源较近，温度较高，故试样应距底层有一定距离；4）将称量盒校正恒重后，筒化了试验过程中反复测量称量盒质量的手续。但使用一定时间后，称量盒的质量常有变化，因此一般半年需要校正一次，以保正试验精度。176土的密度试验《规程》P38-55《手册》P56-76———————————————————湿密度、干密度、饱和密度、浮密度孔隙率、孔隙比、饱和度土粒的密度、水的密度《手册》P536三大试验指标：比重、密度、含水率关系：饱和密度＞湿密度＞干密度＞浮密度定义：《手册》P56-58187土的比重试验《规程》P56-66《手册》P77-87——————————————————————————新增：浮力法试验基础：高精度、大称量、低感量天平技术的发展。各法适用范围：比重瓶法—小于5mm浮力法—大于5mm浮称法—大于或等于5mm虹吸筒法—粒径大于或等于5mm的土，且其中粒径大于等于20mm土的含量大于、等于总土质量的10%。19需要补充说明的是《手册》P87比重瓶法仅能用作细粒土（小于5mm）的比重测定，但天然土常为粗、细颗粒混合而成，尤其是在路堤填料中经常遇到。因此,大于5毫米的粗粒土用虹吸筒法测定土的比重。由于虹吸筒不能同时测定小于5毫米颗粒的比重，这样对全粒径土体就需要采用联合测定的方法。即分别采用密度计法和虹吸筒法（或浮力法、浮秤法等）测定比重，然后再求其加权平均值。若用虹吸筒法测定全粒径土时，对于细土粒易悬浮于水中而为虹吸管所吸出，同时在试验的过程中细粒部分易于丢失，此外细粒土过多时会影响排气。在确定采用何种比重试验方法时，应考虑在不影响结果精度的原则下，尽量一次测定。因此，当大于5毫米土粒不多时可以直接用比重瓶法试验。平行误差与试样的数量问题。208颗粒分析试验《规程》P67-84《手册》P88-111———————————————————1）筛分法粒径大于0.075mm筛号与筛径关系《手册》P932）密度计法粒径小于0.075mm水的密度《手册》P5363）移液管法粒径小于0.075mm219界限含水率试验《规程》P85-99《手册》P112-131———————————————————1）液限和塑限联合测定法增加：76g锥入土17mm液限方法。各种液限值的经验换算。《手册》P1212）液限蝶式仪法3）塑限滚搓法塑性指数越大黏粒含量越多《手册》P134）缩限试验稠度界限图《手册》P1322图2-G土的稠度界限示意图23图2-H土的塑性指数与粘粒含量关系2410土的收缩试验《规程》P100-104《手册》P132-136——————————————————试验指标：体缩率、线缩率、缩限——该试验无修订内容——2511土的天然稠度试验《规程》P105-108《手册》P137-140——————————————————修订：公式（T0122-3）β和α的计算公式原公式错误。2612砂的相对密度试验《规程》P109-114《手册》P141-149————————————————————无修订内容——砂的相对密度评价《手册》P146-1492713土的湿化试验《规程》P115-117《手册》P150-152————————————————————该试验为新增试验内容——土的湿化是指粘性土体在水中发生崩解或强度减弱的现象，属于土体膨胀的另一种形态。土在膨胀过程中，使相邻土粒的距离超过土粒间的引力作用范围时，或使粒间结构连接受到破坏时，都会使土体发生崩解现象。土在水中崩解的难易，表明了土对水的稳定程度。研究土的湿化性具有重要的实际意义，例如路堑边坡、路堤河岸，当受水体浸湿时，就有可能湿化而失稳，发生崩解现象。在路堤的设计与施工中，也需要了解土料湿化崩解的速度，作为取舍料场的依据。土湿化性质的指标有崩解量和崩解速度。2814土中毛细管水上升高度试验《规范》P118-122《手册》P153-163————————————————————该试验无修订内容——评价土的毛细性的指标：1）毛细管水上升高度《手册》P1602）毛细管水上升速度《手册》P1612915渗透试验《规程》P123-131《手册》P164-182————————————————————“变水头渗透试验”为新修订内容——1）常水头渗透试验适用于渗透系数大于10-E4cm/s的土2）变水头渗透试验——原内容有误适用于渗透系数为10-E4—10-E7cm/s的土标准渗透系数换算：土的动力黏滞系数表《手册》P526301）土的渗透规律——达西定律水流在中砂流动呈层流状态时，有下式V=kiq=kiA断面平均流量《手册》P172黏性土的渗透规律：v=k(i-i0)n《手册》P174iaoif0ifio极限渗透稳定渗透初始渗透渗透流速v31达西定律的适用范围由于达西定律只适用于层流的情况，故一般只适用于中砂、细砂、粉砂等。对粗砂、砾石、卵石等粗颗粒土就不适用，因为此时水的渗透流速较大，已不是层流而是紊流。32常见土的渗透系数《手册》P175土的类别渗透系数ｋcm/sm/d粘土粉质粘土粉土黄土粉砂细砂中砂粗砂圆砾卵石＜6×10-66×10-6～1×10-41×10-4～6×10-43×10-4～6×10-46×10-4～1×10-31×10-3～6×10-36×10-3～2×10-22×10-2～6×10-26×10-2～1×10-11×10-1～6×10-1＜0.0050.005～0.10.1～0.50.25～0.50.5～1.01.0～5.05.0～20.020.0～50.050.0～100.0100.0～500.033影响渗透系数的因素《手册》P175-177１）土粒的大小和级配２）土的孔隙比３）水的动力粘滞系数４）土中封闭气体含量５）土的结构构造的影响６）结合水膜厚度的影响《手册》P175-17734关于起始渗透坡降在粘土中，土颗粒周围存在着结合水，结合水因受到分子引力作用而呈现粘滞性。因此，粘土中自由水的渗流受到结合水的粘滞作用(类似毛细水)产生很大阻力，只有克服结合水的粘滞阻力后才能开始渗流。我们把克服此粘滞阻力所需的水头梯度，称为粘土的起始水头梯度。这样，在粘土中应按下述修正后的达西定律计算渗流速度：v=k(i-i0)o水头梯度ii0acbd流速ve图2-B土中毛细水示意图35成层土的渗透系数１）水平渗透系数《手册》P177-178决定于透水性最大那层土的渗透系数２）垂直渗透系数《手册》P178决定于