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交通部水运工程试验检测土工试验及地基承载力检测主讲：郝建新skyhjx@163.com考试题型1、土工试验内容30分，其中单选题9道、多选题8道、判断题5道。2、地基基础内容35分，其中单选题10道、多选题8道、判断题9道。3、实际操作考试实际操作考试随机抽取6道试题，考生可任选5道，每题10分，共计50分，考试时间90分钟。《材料》专业实际操作土工试验2题。《结构》专业实际操作地基基础2题。第一章土工基础知识1、土的形成我国的土大部分形成于第四纪或是新第三纪时期，按照地质营力和沉积条件可分为沉积土和运积土。当土中有机质含量大于5％-10％时会对工程产生不利影响。2、土的组成土由固相、液相和气相三部分组成。固相：土由原生矿物（石英云母长石等）和次生矿物（高岭石蒙脱石等）组成，通过颗粒分析试验可以对土的级配进行确定，级配好的土压实度高、渗透性小、强度高。液相：分为结合水和自由水两种。结合水：物理化学作用，对细粒土的影响大。自由水：分为毛细管水和重力水。毛细管水的作用是表面张力和重力。重力水可以传递动水和静水压力，但不能承受剪力。含水率测得是两者含量之和。气相：开口和闭口气泡。闭口气泡使得土的渗透性减小，弹性增大，承载力降低，密度减小，变形缓慢。3、国家标准《土的工程分类》规定:采用粗细粒统一体系分类法。工程用土主要是按照土的工程性质（如粒径、级配、塑性、有机质/压缩性等）进行分类。其中主要性质有：（1）颗粒粒径工程上将相近粒径的土合成一组叫粒组，其中大于0.075mm的叫粗粒，其性质主要取决于粒径大小和级配。小于0.075mm的叫细粒，其性质主要取决于矿物组成。（2）塑性指数（Ip=Wl-Wp）塑性指数相同，土的性质不一定相同，因为随着液限的变化土的性质变化也很大。作为建筑地基的土，其分类可见教材第6页，要注意粒径和塑性指数对土分类的影响。如细粒土分类的依据有粒径、塑性指数、稠度。《港口工程地质勘察规范》（JTJ240-97）规定：按颗粒级配或塑性指数分为碎石土、砂土、粉土和粘性土。有机土的测定:(1)有机质呈黑色、青黑色或暗色，有臭味，弹性和海绵感。（2）将试样放在105-110烘箱中，如试样的液限小于烘前的液限1/3时，试样为有机质。需要说明的是：各种分类法中没有软土、冻土、盐渍土的称谓，也没有有机土、砂、石料等。4、土的结构土粒可分为三种类型：单粒结构：在动力作用下易液化，如粉土。絮凝结构：孔隙大，对扰动敏感。片堆结构：各向异性。5、土的物理性质指标是最基本的工程特征，是衡量土的工程性质的关键。（1）三相指标：必须明确字母含义，m、V分别表示质量和体积；a、W、s、v分别表示空气(air)、水(water)、土粒(soil)、孔隙(volume)。必须清楚指标试验指标（天然密度ρ、含水率W、土粒比重Gs）和换算间接指标的含义和计算过程。（可利用三相图辅助计算）密度1）天然密度ρ：总质量与总体积之比。2）饱和密度ρsat：孔隙全为土水的质量与总体积之比3）浮密度ρ’：土粒质量与同体积的水质量之差与总体积之比（饱和密度－1）4）干密度ρd：土粒质量与总体积之比，是填土施工的控制指标。饱和密度天然密度干密度浮密度这是同一孔隙比下的情况，并不意味着土中空气为零是其密度最大。5）含水量w：水的质量与土粒质量之比。6）土粒比重Gs：土粒质量与同体积4摄氏度水的质量之比，数值上等于土粒密度。7）孔隙比e：孔隙体积与土粒体积之比（e=Gs/ρd－1=土粒比重/干密度－1）8）孔隙率n：孔隙体积与总体积之比(n=e/(1+e))9）饱和度Sr：水体积与孔隙体积之比.(含水量小并不意味着饱和度小)注意：孔隙体积＝充水的孔隙和未充水孔隙体积（2）无粘性土的相对密度其性质主要取决于粒径、级配。用相对密度来表示土的状态，掌握两个计算公式（P5）并判断土的相对密度。干密度计算公式：ρd=ρ/(1+W)疏松土：[0,0.33]中密土：(0.33,0.66]密实土：(0.66,1]（3）粘性土的稠度三个界限含水量：液限、塑限、缩限。土从液限到缩限体积是不断减小的，缩限以后不再改变。根据三个界限求得的指数为：塑性指数和液性指数。塑性指数：Ip=WL-Wp，用整数表示（如15），可用来判别粘性土的分类。其值越大表示越具有高塑性。液性指数：IL=(W-Wp)/Ip可判别粘性土状态。坚硬：IL0;可塑：0IL1.0;流动：IL1.066、、土土中中水水的的运运动动规规律律（1）水的毛细作用主要存在于0.002－0.5mm的孔隙中，如细砂土、粉土、湿砂中。湿砂土表现出的假粘聚力湿由于毛细压力形成的，不同于粘性土的粘聚力。达西定律(V=ki)：认为渗透属于层流，一般只适用于砂性土。对于粘性土由于存在结合水的粘滞作用，需要加入起始水力坡降进行修正(V=k(i-io))。（3）渗透力是渗透水流作用于土体上的拖拽力，与水力坡降成正比。当渗透力向上时，常常造成流砂、管涌等危害。（4）冻土现象主要是指土体冻结时地面膨胀的冻胀现象和融化后土体强度急剧降低的冻融问题。例题1已知土样体积V＝37.5，湿土重Mo＝0.6711N，烘干后重M＝0.4915N，比重Gs=2.68，计算孔隙比和饱和度。解：公式：e=Gs/ρd－1；ρd＝ρ/（1＋W）;W=M水/M干土；Sr=V水/V孔隙；Gs＝M干土/V土粒；可求得：(1)W=M水/M干土＝（0.6711－0.4915）/0.4915=36.5%ρd＝ρ/（1＋W）=67.11/37.5(1+0.365)=1.311e=Gs/ρd－1=2.68/1.311-1=1.04(2)V水=67.21-49.25=17.96V土粒＝M干土/Gs=49.15/2.69=18.27V孔隙＝V-V土粒=38.4-18.27=20.13Sr=V水/V孔隙=17.96/20.13=89.22%例题2某细粒湿土质量为190g，烘干后为145g，土样液限为36％，塑限为18％，则求土塑性指数、液性指数、状态并命名。解：（1）塑性指数Ip=36%-18%=18命名为粘土。（2）液性指数含水率W=(190-145)/145=31.03%Il=(W-Wp)/Ip=(31.03%-18%)/18%=0.72为可塑状态。例题3单位土体中，土粒体积的表达式（用e、n）可表示为何种形式？解：如图所示，假设孔隙和土粒的体积分别为X、Y，则由X/(X+Y)=e且X＋Y＝1得：Y=1/(1+e)或1－n7、土样和试样制备为保证试验成果的可靠性，要统一土样试样的制备方法和程序。一般试验适用于粒径小于60mm的扰动土，并以含水量和密度作为控制指标。原状土：用铁皮筒或取土器（直径大于100mm）取土。扰动土：用四分法取样。（1）原状土试样制备注意：环刀内壁涂凡士林；环刀下压方向与天然土层方向一致；余土进行含水量测定。（2）扰动土试样制备1）碾压过筛加水浸润一昼夜备用：物理性质试验（液塑缩限）过0.5mm；水理及力学性质试验（如直剪无侧限）过2mm：击实试验过5mm。2）试样制备：击样法就是根据环刀体积算出所需土样数量，用单层或三层法击实。压样法就是用静力压到所需密度，粘性土压时最好有排气孔和透水石。两种方法对力学性质有一定的影响。（3）试样饱和1）浸水饱和法：砂性土2）毛细管饱和法：渗透系数大于10-4cm/s的土，注意两端放滤纸和透水石，水面不要淹没试样，时间不少于2昼夜。3）抽气饱和法：渗透系数小于等于于10-4cm/s的土，需要凡士林密封，粘性土需静置10小时，饱和度不应低于95％。需要掌握试样加水量的计算（P23）。第二章含水量及界限含水量试验（2）酒精法适用于现场。燃烧3次。结果略低于烘干法。试验结果精确到0.1％（如15.2％）2、界限含水量试验界限含水量是土的固有指标与环境无关。（1）平衡锥式液限仪法使锥体在15秒入土10mm时就是土的液限。否则需要加水或吹干后再试验。（2）液塑限联合测定法理论依据：根据极限平衡理论，当圆锥角为30度时，圆锥入土深度与含水量在双对数坐标上呈直线关系。《土工试验方法标准》和《公路土工试验规程》分别采用76克和100克的锥入土。（3）滚搓法当滚搓到3毫米直径断裂时，含水量就是塑限。注意土体的断裂是水分减少的结果，而不是用力过大或土条太长的原因，其准确度取决于操作者的经验。搓成条状不断裂的土塑性越高。4、成果应用（1）我国《建筑地基基础设计规范》用塑性指数划分细粒土。（Ip17为粘土，10Ip17为粉质粘土）（2）用液性指数判别粘土的状态。（坚硬：IL≤0;可塑：0IL≤1.0;流动：IL1.0）第三章密度和比重试验1、密度试验（试验步骤）方法主要有：环刀法（细粒土）、蜡封法（坚硬易碎）、灌砂法和灌水法（砂砾石野外适用）。（1）环刀法一般选用体积为60立方厘米的环刀，施工现场检查压实度时用的较大些；环刀壁越薄越好；试验时先做比环刀内径大的土柱，再压入环刀。（2）蜡封法适用于易破碎和不规则的土（去掉松、浮和棱角土）。用蜡封法封闭土体测土体体积。蜡的温度刚过熔点，不要出现气泡，试样要缓慢放入。所用水的密度随温度变化，因此要测水温。（3）灌砂法（注意标准砂密度测定步骤）适用于粒径小于15mm的试样。在试坑中灌入标准砂，然后求得土的密度。试坑尺寸必须与试样颗粒粒径相一致（P36）。开挖试坑时必须将松动的土全部取出，否则结果偏高。可以使用套环减少试坑表面不平带来的误差。灌砂过程中切忌不要震动。2、比重试验（试验步骤）比重是土粒在105—110度下烘干后与同体积4度纯水质量之比。数值上等于土粒密度。可以消除加速度带来的影响，是无量纲量。主要用来计算孔隙比和进行分类。方法有：比重瓶法、浮称法、虹吸筒法。(1)比重瓶法适用于粒径小于5mm的土。用砂浴煮沸是为了去掉土中的空气，砂和低液限粘土大于30分钟，高液限粘土不少于60分钟。（2）浮称法适用于粒径大于等于5mm，且粒径为20mm的质量应小于总质量的10％。试样要洗净浸水1昼夜，然后放入篮中摇动排除空气。（3）虹吸筒法适用于粒径大于等于5mm，且粒径为20mm的质量应大于等于总质量的10％。试样要洗净浸水1昼夜后晾干。注意事项：对于有可溶性盐或有机质的土样，可用中性液体代替纯水，用真空抽气代替煮沸法。3、砂的相对密度试验（试验步骤）仅仅用密度（孔隙比）不能完全说明砂土的状态，只有相对密度才能解释砂的紧密程度。（1）最大干密度试验（最小孔隙比）用振动锤击法进行。分三次倒试样进行锤击，每次锤击高度应该相同，水平振击时击数也应该相同。计算最小孔隙比：emin=Gs/ρdmax(2)最小干密度试验（最大孔隙比）用漏斗法。使砂从漏斗口离砂面1—2厘米，缓慢流入量筒中，然后倒转量筒几次，取的最小干密度。计算最大孔隙比：emax=Gs/ρdmin注意事项：（1）测最大干密度时用最优含水率的砂样。测最小干密度试验用干试样。（2）容器内径对结果有影响，内径越大，测得的干密度越大。第四章颗粒分析试验颗粒分析是测定土中各不同粒径的粒组质量占总质量的百分数的方法。可以对土进行分类判断工程性质。试验成果可以画成粒径分布曲线。横坐标为粒径的对数值，纵坐标为小于某粒径的土粒含量占总量的比例，曲线平缓说明：粒径相差大，级配好，易于压实。由此可计算某以粒径组的含量。砂土从曲线上可以计算两个有用的指标。不均匀系数Cu和曲率系数Cc（P45）。Cu＝d60/d10（反映土粒分布范围）Cc＝d302/d10d60（反映土粒分布形状）d10、d30、d60—小于某粒径的土粒含量分别为10％、30％、60％的粒径。如果不均匀系数Cu≥5，同时曲率系数Cc＝1—3，那么该土级配好。方法主要有：筛分法、密度计、移液管法筛分法：适用于0.075mmd≦60mm的土。密度计、移液管法：适用于d0.075的土。1、筛分析法（试验步骤）首先将试样过2毫米的筛分成粗粒和细粒两组；如果粗粒组含量少于10％则不需要在分析粗粒组；如果细粒组含量少于10％则不需要分析细粒组，如果量大则可四分法后再进行筛分，筛分摇震时间一般为10