土工试验指导书

1§1土的基本性质试验§1.1密度试验一、概述密度试验的目的是测定土的密度，以了解土的疏密和干湿状态，供换算土的其他物理性质指标和工程设计以及控制施工质量之用，这里所指的密度是天然密度。密度试验方法有环刀法，蜡封法，灌水法，灌砂法等。这里仅介绍环刀法，该实验方法仅适用于细粒土。二、仪器设备1、环刀：内径61.8mm和79.8mm，高度20mm。2、天平：称量500g，最小分度值0.1g；称量200g，最小分度值0.01g。3、切土刀，毛玻璃板或圆玻璃片等。三、试验步骤1、称取环刀质量。2、根据试验要求用环刀切取试样，其直径和高度应大于环刀的尺寸，整平两端放在玻璃板上，切取试样时应在环刀内壁涂一层凡士林。3、将环刀的刀口向下放在土样上，垂直下压，并用切土刀沿环刀外侧切削土样，边压边削至土样高出环刀。4、根据试样的软硬采用钢丝锯或切土刀整平环刀两端土样，两端盖上平滑的圆玻璃片，以免水分蒸发，擦净环刀外壁，称环刀和土的总质量。四、计算与记录1、试样的密度，按下式计算：Vm（1.1）2、本试验应进行两次平行测定，两次测定的差值不得大于0.03g/cm3，取两次测定的平均值。3、记录环刀法试验的记录格式如下：土样编号试验方法试验者计算者试验日期校核者试样编号环刀号环刀质量(g)环刀+湿土质量(g)湿土质量(g)试样体积(cm3)密度(g/cm3)平均密度(g/cm3)2§1.2含水量试验一、概述含水量试验的目的测定土的含水量，以了解土的含水情况，含水量是计算土的干密度、孔隙比、液性指数、饱和度和其他物理性质不可缺少的一个基本指标。含水量测定方法有烘干法、酒精燃烧法以及炒干法等。烘干法试验:适用于粗粒土、细粒土、有机质土和冻土。二、仪器设备1、电热烘箱：应能控制温度为105~1100C。2、天平：称量200g,最小分度值0.01g，称量1000g，最小分度值0.1g。3、干燥器（通常用装有氯化钙干燥剂）。4、称量盒，削土刀，玻璃板或盛土容器等。三、试验步骤1、称取称量盒质量。2、取具有代表性试样15～30g或用环刀中的试样，有机质土、砂类土和整体状构造冻土为50g，放入称量盒内，盖上盒盖，称盒加湿土质量，准确至0.01g。3、打开盒盖，将盒置于烘箱内，在105~1100C的恒温下烘至恒量。烘干时间对粘土、粉土不得少于8h，对砂土不得少于6h，对含有机质超过干土质量5﹪的土，应将温度控制在65~700C的恒温下烘至恒量。4、将称量盒从烘箱中取出，盖上盒盖，放入干燥容器内冷却至室温，称盒加干土质量，准确至0.01g。四、计算与记录1、计算试样的含水量，按下式计算，准确至0.1﹪。%100swmm（1.2）式中：mw——水的质量，g；ms——干土质量，g。本试验必须对两个试样进行平行测定，测定的差值：当含水量小于40％时为1％；当含水量等于、大于40％时为2％，取两个测值的平均值，以百分数表示。2、记录含水量试验的记录格式如下：土样编号试验方法试验者计算者试验日期校核者盒号盒质量(g)盒+湿土质量(g)盒+干土质量(g)水的质量(g)干土质量(g)含水量(%)平均含水量(%)3§1.3比重试验一、概述土粒比重是指土在温度100~105℃下恒重时的质量与同体积蒸馏水在4℃时质量的比值。土粒比重是计算土的孔隙比、饱和度以及其他物理力学指标不可缺少的一个基本指标。试验方法有比重瓶法、浮称法和虹吸管法，这里仅介绍比重瓶法。比重瓶法适用于粒径小5mm土。二、仪器设备1、比重瓶：容积100mL或50mL,分长颈和短颈两种。2、恒温水槽：准确度应为1℃。3、砂浴：应能调节温度。4、天平：称量200g，最小分度值0.001g。5、温度计：刻度为0～50℃,最小分度值为0.5℃。三、试验步骤1、称比重瓶的质量。2、将比重瓶烘干。称烘干试样15g（当用50mL的比重瓶时，称烘干试样10g）装入比重瓶，称试样和瓶的总质量，准确至0.001g。3、向比重瓶内注入半瓶纯水，摇动比重瓶，并放在砂浴上煮沸，煮沸时间自悬液沸腾起砂土不应少于30min，粘土、粉土不得少于1h。沸腾后应调节砂浴温度，比重瓶内悬液不得溢出。对砂土宜用真空抽气法；对含有可溶盐、有机质和亲水性胶体的土必须用中性液体（煤油）代替纯水，采用真空抽气法排气，真空表读数宜接近当地一个大气负压值，抽气时间不得少于1h。4、将煮沸经冷却的纯水（或抽气后的中性液体）和注入装有试样悬液的比重瓶置于恒温水槽内至温度稳定，且瓶内上部悬液澄清。当用长颈比重瓶时注纯水至刻度处；当用短颈比重瓶时应将纯水注满，塞紧瓶塞，多余的水分自瓶塞毛细管中溢出。取出比重瓶，擦干瓶外壁，称比重瓶、水、试样总质量，准确至0.001g；并应测定瓶内的水温，准确至0.5℃。5、倒去悬液、洗净比重瓶，并注入室温的蒸馏水至近满，把瓶塞塞紧，待多余的水分从瓶塞的毛细管中溢出。擦小孔上和比重瓶外的水、秤瓶水质量，准确至0.001g。四、计算与记录1、计算土粒的比重，应按下式计算：wtbwsdbwssdmmmmd（1.3）式中：mbw——比重瓶、水总质量，g；mbws——比重瓶、水、试样总质量，g；dwt——水在t℃时的比重。42、记录比重瓶法试验的记录格式如下：土样编号试验方法试验者计算者试验日期校核者水的密度表温度（℃）水的密度（g/cm3）温度（℃）水的密度（g/cm3）温度（℃）水的密度（g/cm3）4.05.06.07.08.09.010.011.012.013.014.01.00001.00000.99990.99990.99990.99980.99970.99960.99950.99940.999215.016.017.018.019.020.021.022.023.024.025.00.99910.99890.99880.99860.99840.99820.99800.99780.99750.99730.997026.027.028.029.030.031.032.033.034.035.036.00.99680.99650.99620.99590.99570.99530.99500.99470.99440.99400.9937比重瓶号温度(0C)液体比重比重瓶质量(g)干土质量(g)瓶+液体质量(g)瓶+液体+干土总质量(g)比重平均值5§2界限含水量试验一、概述界限含水量试验包括液限试验和塑限试验。液限是区分粘性土的可塑状态和流动状态的界限含水量，塑限是区分粘性土可塑状态与半固体状态的界限含水量。目的是测定土的液限和塑限，用以计算土的塑性指数和液性指数，作为粘土类土的分类、判定稠度状态以及估算地基土承载力等的一个依据。试验方法有联合测定法、碟式仪法、滚搓法等，这里仅介绍联合测定法。联合测定法适用于粒径小于0.5mm以及有机质含量不超过土颗粒干质量5%的细粒土，如果有机质含量在5％~10％之间，仍允许按本试验方法进行，但必须在记录中注明。二、试验原理界限含水量中的液、塑限试验，各国通常是采用碟式仪测定液限，而塑限是采用手工操作的搓滚法，即试样搓滚至3mm时试样发生裂缝和断裂时相应的含水量。这两种方法受仪器和人为因素的影响很大。为此，我国从20世纪50年代就采用质量为76g，倾角为300的圆锥，贯人深度为10mm作为液限的标准，并且探讨过代替搓滚法的其他方法。经过20多年的经验积累和对比试验，与碟式仪和搓滚法进行了相关分析，根据重塑粘性土含水量与强度之间的唯一关系，确定了等效于碟式仪和搓滚法的圆锥仪的贯人深度，从而建立了液、塑限联合试验的测定方法。试验研究表明圆锥人土深度(h)与粘性土的含水量(w)成良好的双对数关系：cwmhlg2lg（2.1）该关系就是液、塑限联合测定方法的理论基础。三、仪器设备1、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。圆锥质量为76g，锥角为300；读数显示宜采用光电式、游标式和百分表式；试样杯内径为40mm，高度为30mm。2、天平：称量200g，最小分度值0.01g。四、试验步骤1、本试验宜采用天然含水量试样，当土样不均匀时，采用风干试样，当试样中含有粒径大于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250g；采用风干试样时，取0.5mm筛下的代表性土样200g，将试样放在橡皮板上用纯水将土样调成均匀膏状，放入调土皿，浸润过夜。3、将制备的试样充分调拌均匀，填入试样杯中，填样时不应留有空隙，对较干的试样应充分搓揉，密图2.1光电式液、塑限联合试验仪1–屏幕，2–零线调节螺丝；3–聚光镜；4–光源；5–微分仪，6–圆锥仪；7–升降座；8–盛土杯；9–放大镜；10–电磁铁；11–反射镜；12–指示灯及开关；13–线路板；14–水准器123412613141178910SX6实地填入试样杯中，填满后刮平表面。4、将试样杯放在联合测定仪的升降座上，在圆锥上抹一薄层凡士林，接通电源，使电磁铁吸住圆锥。5、调节零点，将屏幕上的标尺调在零位，调整升降座，使圆锥尖接触试样表面，指示灯亮时圆锥在自重下沉入试样，经5s后测读圆锥下沉深度（显示在屏幕上），取出试样杯，挖去锥尖入土处的凡士林，取锥体附近的试样不少于10g，放入称量盒内，测定含水量。6、将全部试样再加水或吹干并调匀，重复本条3至5款的步骤分别测定第二点、第三点试样的圆锥下沉深度及相应的含水量。液塑限联合测定应不少于三点（圆锥入土深度宜为4~5mm，9~10mm，16~18mm）。五、计算与记录1、试样的含水量按下式计算：o＝（100)1domm（2.2）式中：md——干土质量，g；m0――湿土质量，g。2、以含水量为横坐标，圆锥入土深度为纵坐标在双对数坐标纸上绘制关系曲线，三点应在一直线上。当三点不在一直线上时，通过高含水量的点和其余两点连成二条直线，在下沉为2mm处查得相应的2个含水量，当两个含水量的差值小于2％时，应以两点含水量的平均值与高含水量的点连一直线，当两个含水量的差值大于、等于2％时，应重做试验。123457101520101214162025303540圆锥入土深度s(mm)含水量(%)图2.2s~关系曲线73、在含水量与圆锥下沉深度的关系图上查得下沉深度为17mm所对应的含水量为液限，查得下沉深度为10mm所对应的含水量为10mm液限，查得下沉深度为2mm所对应的含水量为塑限，取值以百分数表示，准确至0.1％。4、塑性指数应按下式计算：pLpI（2.3）式中：Ip――塑性指数；L——液限，％；p——塑限，％。5、液性指数应按下式计算：LI=PPOI（2.4）6、液、塑限联合测定法试验的记录格式见下表：土样编号试验方法试验者计算者试验日期校核者圆锥下沉深度（mm）盒号盒质量（g）盒+湿土质量（g）盒+干土质量（g）干土质量（g）水的质量（g）含水量（%）平均含水量（%）8§3渗透试验一、概述渗透试验的目的是测定土的渗透系数，验证达西定律。渗透试验的方法有常水头渗透试验和变水头渗透试。常水头渗透试验适用于砂性土，变水头渗透试验适用于粘性土。试验采用的纯水，应在试验前用抽气法或煮沸法进行脱气。试验时的水温，宜高于室温3~40C。二、试验原理1、常水头试验常水头的意义就是在整个试验过程中保持水头为常数。根据达西定律可知流过试样的水量跟试样的横截面积、试样的上下水位差和渗流时间成正比，跟渗流路径(即试样高度)成反比，该比例常数就是渗透系数，即：lAhtkQ整理得：AhtQlk（3.1）式中：k——渗透系数，cm/s；A——试样横截面积，cm2；l——渗流路径(即试样高度)，cm；h——常水头，cm；t——渗流时间，s；Q——t时间内的渗透水量，cm3。2、变水头试验细粒土由于渗透系数很小，单位时间内渗透水量很小，测定渗透水量所需时间很长，受蒸发和温度变化影响的实验误差大，故采用变水头试验。所谓变水头试验就是在整个试验过程中，水头差随时间变化的试验方法。试验过程中，某一时间t作用于试样上的水头为h，经过dt时间间隔以后，变水头管