2014工程地质实验指导书

工程地质学实验指导书中南大学地球科学与信息物理学院勘察与基础工程研究所2012年2月20日课程名称：工程地质学实验适用范围：本实验指导书适用于地质工程专业本科生。学时安排：实验课时为8课时，总计4个实验。试验目的：通过室内外试验，掌握工程地质、水文地质基本试验方法，提高学生对工程地质问题分析评价的能力，理论和实践相结合，加深对所学知识的印象。具体内容：四个实验的目的和要求、内容、基本原理、实验步骤、实验数据整理或实验结果分析、实验报告格式、相关思考题等内容详见各个实验。考核方式和评分方法：通过实验操作、实验报告进行考核，实验成绩占平时成绩的三分之二。实验一常水头渗透试验一、试验目的土具有被水透过的性能称为土的渗透性。渗透性质是土体的重要的工程性质，决定土体的强度性质和变形、固结性质，渗透问题是土力学的三个重要问题之一，与强度问题、变形问题合成土力学的主要三大问题。渗透试验主要是测定土体的渗透系数，渗透系数的定义是单位水力坡降的渗透流速，常以cm/s作为单位。二、一般规定1、渗透试验根据土颗粒的大小，对于粗粒土常采用常水头渗透试验。2、本试验采用的纯水，应在试验前用抽气法或煮沸法脱气。试验时的水温宜高于试验室温度3～4°C。3、本试验以水温20oC为标准温度，标准温度下的渗透系数应按下式计算：2020TTkk（1－1）式中k20______标准温度时试样的渗透系数（cm/s）；T______T°C时水的动力粘滞系数（kPa·s）；20______20°C时水的动力粘滞系数（kPa·s）。粘滞系数比TT/20查《土工试验方法标准》（GB/T50123-1999）表13.1.3。三、试验方法1试验仪器设备本试验所用的主要仪器设备主要由渗水部件和击实部分组成（图4.1）。（1）渗水部件：由筒身、渗水板、刻度板、测压管等组成，在刻度板上装有三个测压管，其间距为1000.44mm,水位的测读可由安装在筒上的刻度板的刻度读出，测压管接头内均装有铜丝布以防细砂粒在试验时随水流出。渗水筒下部有一排水孔，松开螺栓即可放出污水。（2）击实部分：备有木锤，以击实试样。2主要规格（1）金属圆筒内径为1000+0.22mm，高400mm。当使用其他尺寸的圆筒时，圆筒内径应大于试样最大粒径的10倍。（2）测压管间距离1000.44mm。3试验步骤（1）按本标准图4.1安装好仪器，量测滤网至筒顶的高度，将渗水孔与橡皮管接通，从渗水孔向圆筒注水至齐平滤网顶面。（2）取具有代表性的风干土样3～4kg，称重准确至1g,测定其风干含水量。（3）将风干土样分层装入圆筒内，每层厚2～3cm，根据要求的孔隙比，控制试样厚度，用木锤轻轻击实至所需密度为止。当试样中含粘粒时，应在滤网上铺2cm厚的粗砂作为过滤层，防止细粒流失。（4）每层试样装完后微开管夹，从渗水孔向圆筒充水，使水缓缓向上渗入，试样逐渐饱和（水面不得高出试样顶面），注意水流不可过急，饱和后关上管夹，饱和时须注意管子弯曲部分不能存有气泡。（5）如此继续分层装入试样饱和，直至试样高出上测压管3～4cm为止，量试样面至筒顶高度与铜丝网至筒顶高度相减，得试样高度，并在试样顶面铺1-2cm厚的砾石层(作为缓冲层)。放水高出砾石层面2-3cm,关上管夹。称剩余土样的质量，计算试样质量。（6）移去渗水孔之水源，使水由顶部注入仪器至水面与溢水孔齐平为止。（7）检查测压管水位是否齐平，当测压管与溢水孔水位不平时，表示仪器有漏水或集气现象。用吸球调整测压管水位，直至两者水位齐平。（8）降低调节管之管口至试样上部1/3高度处，形成水位差使水渗入试样，经过调节管之管口流出。调节供水管止水夹，使进入圆筒的水量多于溢出的水量，溢水孔始终有水溢出，保持圆筒内水位不变，试样处于常水头下渗透。（9）当测压管水位稳定后，测记测压管水位，并计算测压管1、2间与测压管2、3间的水位差。（10）开动秒表，用量筒自调节管取经一定时间的渗水量。接取渗出水量时，调节管口不得浸入水中，测量进水和出水处的水温，取平均值。（11）降低调节管至试样的中部和下部1/3处，按本条（9）、（10）款的步骤重复测定渗出水量和水温，在取得的六个渗水系数中较接近的数，，求其平均值。4常水头渗透系数应按下式计算：（1－2）式中kT______水温为T°C时试样的渗透系数（cm/s）；T______T°C时水的动力粘滞系数（kPa·s）；Q______时间t秒内的渗出水量(cm3)；L______两测压管中心间的距离(cm)；A______试样的断面积(cm2)；H______平均水位差(cm)，平均水位差H可按(H1+H2)/2公式计算。t——时间（s）。AHtQLkT图1.1常水头渗透装置1—金属圆筒；2—金属孔板；3—测压孔；4—测压管；5—溢水孔；6—渗水孔；7—调节管；8—滑动支架；9—供水管；10—止水夹；11—温度计；12—量杯；13—试样；14—砾石层；15—铜丝筛布滤网；16—供水瓶5、标准温度下的渗透系数应按式（1－1）计算。6、常水头渗透试验的记录格式见表1.1。表1.1常水头渗透试验记录工程编号_________________试验者_________________试样编号_________________计算者_________________试验日期_________________校核者_________________试验次数经过时间测压管水位(cm)水位差水力坡降渗水量(cm)渗透系数(cm/s)水温(oC)校正系数水温20oC时的渗透系数(cm/s)平均渗透系数(cm/s)ⅠⅡⅢH1H2平均①②③④⑤=②-③⑥=③-④(7)=1/2[⑤+⑥]⑧=⑦/L⑨⑩⑾⑿=T/20⒀=⑩⑿⒁实验二变水头渗透试验一、试验目的土具有被水透过的性能称为土的渗透性。渗透性质是土体的重要的工程性质，决定土体的强度性质和变形、固结性质，渗透问题是土力学的三个重要问题之一，与强度问题、变形问题合成土力学的主要三大问题。渗透试验主要是测定土体的渗透系数，渗透系数的定义是单位水力坡降的渗透流速，常以cm/s作为单位。二、一般规定1、渗透试验根据土颗粒的大小，细粒土常采用变水头渗透试验。2、本试验采用的纯水，应在试验前用抽气法或煮沸法脱气。试验时的水温宜高于试验室温度3～4°C。3、本试验以水温20oC为标准温度，标准温度下的渗透系数应按下式计算：2020TTkk（2－1）式中k20______标准温度时试样的渗透系数（cm/s）；T______T°C时水的动力粘滞系数（kPa·s）；20______20°C时水的动力粘滞系数（kPa·s）。粘滞系数比TT/20查《土工试验方法标准》（GB/T50123-1999）表13.1.3。三、试验方法（1）试验仪器设备1.旋钮2.横梁3.上盖4.接咀5.密封圈6.环刀7.套筒8.透水石9.底座10.脚钉本试验所用的主要仪器设备，应符合下列规定：①渗透容器：上盖、底座、套座、环刀、透水石、螺杆等组成。环刀内径61.8mm，高40mm；仪器外形尺寸直径为118（管咀除外），高度约155mm。透水石的渗透系数应大于10-3cm/s）。②变水头装置:由渗透容器、变水头管、供水瓶、进水管等组成（图4.2）。变水头管的内径应均匀，管径不大于lcm，管外壁应有最小分度为1.0mm的刻度，长度宜为2m左右。③参照水电部土工试验规程SD128-012-84，制备样。或参照JTJ051-93《公路土工试验规程》T0130-93。并应测定试样的含水率和密度。（2）试验步骤①把透水石、密封圈放入底座中，将套筒内壁涂一层凡士林，放入土样环刀，刮净多余凡士林置于底座上。②放上密封圈、透水石、上盖、旋紧螺杆，要求密封至不漏水不透气。对不易透水的试样，按《土工试验方法标准》（GB/T50123-1999）第3.2.4条的规定进行抽气饱和；对饱和试样和较易透水的试样，直接用变水头装置的水头进行试样饱和。③将渗透容器的进水口与变水头管连接，利用供水瓶中的纯水向进水管注满水，并渗入渗透容器，开排气阀，排除渗透容器底部的空气，直至溢出水中无气泡，关排水阀，放平渗透容器，关进水管夹。④水头高度根据试样结构的疏松程度确定，一般不应大于200cm，待水位稳定后切断水源，开进水管夹，使水通过试样，当出水口有水滥出时开始测记变水头管中起始水头高度和起始时间，按预定时间间隔测记水头和时间的变化，并测记出水口的水温。⑤将变水头管中的水位变换高度，待水位稳定再进行测记水头和时间变化，重复6次以上，当不同开始水头下测定的渗透系数在允许差值范围内时，结束试验。（3）变水头渗透系数应按下式计算：2112log)(3.2HHttAaLkT(4－3)式中A______变水头管的断面积（cm2）；2.3_____ln和log的变换因数；L______渗径，即试样高度（cm）；t1，t2______分别为测读水头的起始和终止时间（s）；H1，H2_______起始和终止水头。(4)标准温度下渗透系数应按式（4-1）计算。（5）常水头渗透试验的记录格式见表4.2。表2.1变水头渗透试验记录工程编号_____________试样面积___________试验者_________________试样编号______________试样高度___________计算者_________________仪器编号______________测压管面积___________校核者_________________试验日期_________________孔隙比_________________开始时间t1(s)终了时间t2(s)经过时间t(s)开始水头H1(cm)终了水头H1(cm))3(3.2ALa21lgHHTºC时的渗透系数(cm/s)水温(ºC)校正系数水温20ºC时的渗透系数(cm/s)平均渗透系数(cm/s①②③=②-①④⑤⑥⑦⑧=⑥⑦⑨⑩=T/20⑾=⑧⑩⑿四、注意事项：1、上盖出水管处橡胶管不宜套至根部，须留出6mm以上。以防与套筒受压。2、每次用完应擦净晾干，密封圈宜抹以滑石粉保存。3、切土环刀应妥善保管，防止刃口碰损。实验三土的野外鉴别岩土工程勘察、分析和评价时，首先要求对地表和各类勘探工程揭露的地基土进行鉴别和描述。对于砂土和碎石土等粗颗粒土，野外鉴别相对简单一些。对于粉土和粘性土等细颗粒土，野外鉴别难度相对较大。现行《岩土工程勘察规范》（GB50021-2001）规定对地基土进行现场描述，在此基础之上，进行野外初步定名和初步确定土的工程性质。在提交勘察报告时，还需结合室内实验和现场有关原位测试进行补充、校核和综合分析，最终确定地基土类别和工程性质。本实验即专门针对一般土的野外鉴别而进行。一、实验目的和要求：本试验要求在课堂教学基础上，通过勘察或野外露头的现场观察或观摩学习，以达到下列目的：1实验结合实际勘探工程进行或者在野外地基土露头进行；2学会野外进行土的观察；3学会野外进行土样的描述；4学会野外判别土的密实程度；5能野外鉴别长沙市常见的一般地基土类型。二、实验方法和原理：通过野外观察土的分布和特性，能初步确定土的成因类型及工程类型。粗粒土描述：颜色、颗粒级配、颗粒形状、颗粒排列、母岩成分、矿物组成、粘粒含量、腐殖质含量、湿度、密实度等；细粒土描述：颜色、包含物、湿度、密实度、光泽反应、震摇反应、干强度、韧性、土层结构。三、实验仪器设备：本试验在学校附近岩石露头进行，有关实验的设备比较简单。主要包括：1）尺：用于测量粗粒土粒径。2）地质锤和小刀：用于野外鉴别土类型及其软硬程度的定性观察和分析；四、实验步骤：1．野外观察土的分布、厚度；2．观察、描述土的特征；3．判断土的成因类型；4．推断土的形成年代。五、实验结果处理：整理野外观察记录，根据实际记录的土的特征确定土的类别。六、实验报告格式：1．工程概况、实验日期2．实验要求和目的3．实验方法和步骤4．实验数据及其整理5．实验结果分析6．结论七、实验思考题：如何进行