土工試驗(yàn)培訓(xùn)教材

1、培訓(xùn)教材土工試驗(yàn)前言：土工試驗(yàn)實(shí)際上包含三個(gè)方向的內(nèi)容。 一是機(jī)理實(shí)驗(yàn)，為少數(shù)研究人 員為研究力學(xué)現(xiàn)象發(fā)生的機(jī)制而做， 為學(xué)術(shù)研究方向；二是特性實(shí)驗(yàn)，主要為測(cè) 定計(jì)算參數(shù)服務(wù)；三是物理模型或模擬試驗(yàn)，目的是為了尋求邊值問(wèn)題和工程問(wèn) 題的解答及應(yīng)用。我們這里講的土工試驗(yàn)通常指的是第三種，應(yīng)用性土工試驗(yàn)。土的工程分類(lèi)及土樣制備土工試驗(yàn)是一項(xiàng)影響因素復(fù)雜，變化性較大的試驗(yàn)工作。不同的人因?yàn)樵囼?yàn) 方法、手法以及試驗(yàn)技巧的熟練程度不一樣，所獲得的試驗(yàn)結(jié)果也會(huì)有較大的差 異。因此土工試驗(yàn)相對(duì)于其他常規(guī)檢測(cè)而言， 對(duì)于人員的實(shí)踐操作經(jīng)驗(yàn)和基本理 論知識(shí)的要求要高些。為了比較正確的反映實(shí)際土的性質(zhì)，試驗(yàn)人員應(yīng)

2、該多現(xiàn)場(chǎng) 操作試驗(yàn)，不斷積累經(jīng)驗(yàn)，并且要掌握土工的基本原理和知識(shí)， 這樣才能對(duì)于土 工試驗(yàn)進(jìn)行熟練掌握。在了解試驗(yàn)步驟和作業(yè)方法前，先對(duì)土的性質(zhì)、分類(lèi)以及土樣制備進(jìn)行大概 的介紹。土的分類(lèi)方法目前主要有兩種，分別為按顆粒粒徑大小分類(lèi)法和按塑性指數(shù) 分類(lèi)法。一般土按其不同粒徑的相對(duì)含量可劃分為巨粒土和含巨粒土的土、粗粒土、 細(xì)粒土；巨粒土和含巨粒的土、粗粒土按粒粗、級(jí)配、所含細(xì)粒的塑性高低可分 為16種土類(lèi)；細(xì)粒土按塑性圖及所含粗粒類(lèi)別、有機(jī)質(zhì)多少可劃分為16種土類(lèi)。我們所用分類(lèi)常按照粒徑分類(lèi)來(lái)區(qū)別，區(qū)分表如下:粒組 統(tǒng)稱粒組名稱粒徑（d）的范圍（mm）粒組 統(tǒng)稱粒組 名稱粒徑（d）的范圍（mm

3、）巨粒漂石（塊石）組d>200粗粒砂粒2>d> 0.075卵石（碎石）組200Ad>60細(xì)粒粉粒0.075>d>0.005粗粒礫類(lèi)粗礫60>d>20粘粒dw 0.005細(xì)礫20>d>2按粒徑土的具體分類(lèi)如下:1、試樣中巨粒組質(zhì)量多于總質(zhì)量的 50%的土稱巨粒土；試樣中巨粒組質(zhì)量 為總質(zhì)量的15%50%的士稱巨?；旌贤?；試樣中巨粒組質(zhì)量小于總質(zhì)量的15% 的土，可扣除巨粒，按粗粒土或細(xì)粒土的相應(yīng)規(guī)定分類(lèi)定名；2、試樣中粗粒組質(zhì)量多于總質(zhì)量的 50%的土稱為粗粒土，其中試樣中礫粒 組質(zhì)量多于總質(zhì)量的50%的土稱礫類(lèi)土，試樣中礫粒組質(zhì)量小于

4、或等于總質(zhì)量的 50%的土稱為砂類(lèi)土 ；3、試樣中細(xì)粒組質(zhì)量多于或等于總質(zhì)量的 50%的土稱為細(xì)粒土，具體區(qū)分 為：試樣中粗粒組質(zhì)量小于總質(zhì)量的 25%的土稱細(xì)粒土；試樣中粗粒組質(zhì)量為總 質(zhì)量的25%50%的土稱為含粗粒的細(xì)粒土；試樣中含部分有機(jī)質(zhì)的士稱為有機(jī) 質(zhì)土。對(duì)于現(xiàn)場(chǎng)土樣為了方便常采用簡(jiǎn)易鑒別方法來(lái)初步判別土類(lèi)。如確定土粒粒 徑含量時(shí)可將碾散的風(fēng)干試樣攤成一薄層， 憑目測(cè)估計(jì)土中巨粒、粗粒和細(xì)粒組 所占的比例，再按照粒徑土的分類(lèi)方法確定其為巨粒土、 粗粒土（礫類(lèi)或砂類(lèi)土） 或細(xì)粒土。土樣制備主要有兩種，一是原狀土試樣制備，一是擾動(dòng)土試樣制備。擾動(dòng)土試樣制備按下列步驟進(jìn)行：1、將土樣從土

5、樣筒或包裝袋中取出，對(duì)土樣的顏色、氣味、夾雜物和土類(lèi) 及均勻程度進(jìn)行描述，并將土樣切成碎塊，拌合均勻，取代表性土樣測(cè)定含水率；2、對(duì)均質(zhì)和含有機(jī)質(zhì)的土樣，宜采用天然含水率狀態(tài)下代表性土樣，供顆 粒分析、界限含水率試驗(yàn)。對(duì)非均質(zhì)土應(yīng)根據(jù)試驗(yàn)項(xiàng)目取足夠數(shù)量的土樣，置于通風(fēng)處晾干至可碾散為止。對(duì)砂土和進(jìn)行比重試驗(yàn)的土樣宜在 105110c溫度下 烘干，對(duì)有機(jī)質(zhì)含量超過(guò) 5%的土、含石膏和硫酸鹽的土，應(yīng)在 6570C溫度下 烘干；3、將風(fēng)干或烘干的土樣放在橡皮板上用木碾碾散，對(duì)不含砂和礫的土樣， 可用碎土器碾散（碎土器不得將土粒破碎）；4、對(duì)分散后的粗粒土和細(xì)粒土，應(yīng)按標(biāo)準(zhǔn)要求過(guò)篩。對(duì)含細(xì)粒土的礫質(zhì)土

6、， 應(yīng)先用水浸泡并充分?jǐn)嚢?，使粗?xì)顆粒分離后按不同試驗(yàn)項(xiàng)目的要求進(jìn)行過(guò)篩。原狀土試樣制備按照以下步驟進(jìn)行：1、將土樣筒按標(biāo)明的上下方向放置，剝?nèi)ハ灧夂湍z帶，開(kāi)啟土樣筒取出土 樣。檢查土樣結(jié)構(gòu)，當(dāng)確定土樣已受擾動(dòng)或取土質(zhì)量不符合規(guī)定時(shí)，不應(yīng)制備力學(xué)性質(zhì)試驗(yàn)的試樣；2、根據(jù)試驗(yàn)要求用環(huán)刀切取試樣時(shí)，應(yīng)在環(huán)刀內(nèi)壁涂一薄層凡士林，刃口 向下放在土樣上，將環(huán)刀垂直下壓，并用切土刀沿環(huán)刀外側(cè)切削土樣， 邊壓邊削 至土樣高出環(huán)刀，根據(jù)試樣的軟硬采用鋼絲鋸或切土刀整平換刀兩端土樣，擦凈環(huán)刀外壁，稱環(huán)刀和土的總質(zhì)量；3、從余土中取代表性試樣測(cè)定含水率。比重、顆粒分析、界限含水率等項(xiàng) 試驗(yàn)的取樣按照擾動(dòng)土步驟2的

7、規(guī)定進(jìn)行；4、切削試驗(yàn)時(shí)，應(yīng)對(duì)土樣的層次、氣味、顏色、夾雜物、裂縫和均勻性進(jìn) 行描述，對(duì)低塑性和高靈敏度的軟土，制樣時(shí)不得擾動(dòng)。士工現(xiàn)場(chǎng)見(jiàn)證取樣注意事項(xiàng)對(duì)于電廠建設(shè)等工程，土方回填量相對(duì)較大，回填要求也比較高。常規(guī)要求 0.93壓實(shí)系數(shù)?，F(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)和取樣影響因素較多，所以需要多加注意，避免因?yàn)?作業(yè)因素干擾多引起數(shù)據(jù)誤差較大，影響檢測(cè)結(jié)果。參照規(guī)范并結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際 作業(yè)經(jīng)驗(yàn)，總結(jié)了幾點(diǎn)注意事項(xiàng)如下：1、在回填前應(yīng)在現(xiàn)場(chǎng)取回填材料做擊實(shí)試驗(yàn)，采取的土樣應(yīng)具有一定的代 表性，取樣量應(yīng)能滿足試驗(yàn)的需要。很多單位不熟悉這個(gè)流程，在委托或者取樣 時(shí)有隨意性，所以擊實(shí)試驗(yàn)盡量與監(jiān)理人員一同前往取樣點(diǎn)查看，并

8、且及時(shí)提醒委托單位做好取樣委托（擊實(shí)試驗(yàn)至少要提前三天送樣）；2、鑒于基礎(chǔ)回填材料基本上是擾動(dòng)土，在按設(shè)計(jì)要求及所定的測(cè)點(diǎn)處，每 層應(yīng)按要求夯實(shí)，采用環(huán)刀取樣時(shí)，應(yīng)注意以下事項(xiàng)：現(xiàn)場(chǎng)取樣必須是在見(jiàn)證人 監(jiān)督下，由取樣人員按要求在測(cè)點(diǎn)處取樣，而取樣、見(jiàn)證人員，必須通過(guò)資格考 核。取樣時(shí)應(yīng)使環(huán)刀在測(cè)點(diǎn)處垂直而下，并應(yīng)在夯實(shí)層 2/3處取樣。取樣時(shí)應(yīng)注 意免使土樣受到外力作用，環(huán)刀內(nèi)應(yīng)充滿土樣，如果環(huán)刀內(nèi)土樣不足，應(yīng)將同類(lèi) 土樣補(bǔ)足。盡量使土樣受最低程度的擾動(dòng)，并使土樣保持天然含水量。3、密實(shí)度取樣量應(yīng)符合下列要求：對(duì)于場(chǎng)地平整：每層100m2400 m2取1組；單獨(dú)基坑：20 m250 m2取1組

9、，且不得少于1組；室內(nèi)回填：溝道及基 礎(chǔ)，每層20 m250 m2取1組；其他50 m2200 m2取1組。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際 情況判斷取樣點(diǎn)數(shù)。對(duì)于重點(diǎn)控制的地方盡量加大取點(diǎn)點(diǎn)數(shù)。二、現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)作業(yè)及注意事項(xiàng)1、作業(yè)前準(zhǔn)備工作：士工試驗(yàn)是我們常規(guī)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)作業(yè)， 有時(shí)候作業(yè)地點(diǎn)距離試驗(yàn)室比較遠(yuǎn)， 需 要做好準(zhǔn)備工作，儀器工具等要攜帶齊全，否則現(xiàn)場(chǎng)很難操作。主要儀器及工具 有：標(biāo)準(zhǔn)環(huán)刀；鏟刀；取土用勺子；小錘；灌砂筒；標(biāo)準(zhǔn)砂；電子稱；毛刷；塑 料袋若干?；氐绞覂?nèi)作業(yè)時(shí)需要調(diào)試準(zhǔn)備好以下設(shè)備：馬歇爾擊實(shí)儀；101-3A型恒溫干燥箱；平底瓷盤(pán)若干；電子天平兩個(gè)（10Kg量程，最小分度值5g;稱 量500

10、g,最小分度值0.1g）。作業(yè)人員在試驗(yàn)操作前一定要對(duì)委托單的信息內(nèi)容有所熟悉了解， 最好能在 作業(yè)前預(yù)先熟悉一下作業(yè)流程，做好記錄準(zhǔn)備，做好預(yù)備方案。這樣做的好處是 盡量避免因?yàn)槟骋粋€(gè)流程的失誤而造成整個(gè)試驗(yàn)的失敗。 因?yàn)橥凉ぴ囼?yàn)做一次下 來(lái)相對(duì)費(fèi)時(shí)些，盡量做好這些工作可以避免做無(wú)用工。2、作業(yè)具體操作要求：1）含水量試驗(yàn)：取代表性試樣，粘性土 1530g,砂性土有機(jī)質(zhì)50g,放入稱量盒內(nèi)蓋上盒蓋， 將盒置于烘箱內(nèi)，在105110c恒溫下烘干；烘干時(shí)間，粘性土不得少于 8h, 砂性土不得少于6h將稱量盒從烘箱中取出，放入干燥容器內(nèi)冷卻至恒溫，稱干土質(zhì)量（精確至 0.01g）；試驗(yàn)數(shù)據(jù)要及時(shí)進(jìn)

11、行記錄，含水量按下式計(jì)算：（1） 100 md式中含水率，%m濕土質(zhì)量，g;md 干土質(zhì)量，go含水率做兩次，差值超過(guò)1%應(yīng)重做。值得注意的是，含水率試驗(yàn)取代表性試樣時(shí)一定要注意 “代表性”這三個(gè)字， 有個(gè)別土樣會(huì)有粒徑很大的石頭或者顆粒， 一定要篩選掉，這些顆粒含水量不能 代表試樣的平均狀態(tài)，會(huì)直接影響試驗(yàn)結(jié)果。裝樣入盒時(shí)候要在注意盒蓋與盒身 標(biāo)識(shí)編號(hào)對(duì)應(yīng)記錄，避免混淆。2）密度試驗(yàn)步驟（環(huán)刀法）：環(huán)刀法適用于細(xì)粒土，具體操作也相對(duì)簡(jiǎn)單：在選好取樣點(diǎn)做好了取樣準(zhǔn)備后，將環(huán)刀垂直壓入土中，取出后削去環(huán)刀兩 端余土，擦凈環(huán)刀外壁，稱環(huán)刀和土的總質(zhì)量，并取余土測(cè)定含水量，取出環(huán)刀 內(nèi)土樣稱重；試驗(yàn)

12、過(guò)程中各項(xiàng)數(shù)據(jù)及時(shí)記錄，按照公式計(jì)算其結(jié)果：試樣的干密度按下式計(jì)算：1 0.01式中d干密度，g/cm3濕密度，g/cm3水率，環(huán)刀法試驗(yàn)也要進(jìn)行兩次平行測(cè)定，兩次測(cè)定的差值不得大于0.03g/cm3,取兩次測(cè)值的平均值。3）密實(shí)度試驗(yàn)（灌砂法）：灌砂法密實(shí)度試驗(yàn)適用于現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定粗粒土的密度，具體步驟如下：做好儀器等準(zhǔn)備工作后，將選定11t驗(yàn)處的試坑的試坑地面整平,除去表面松 散的土層，按確定的試坑直徑劃出坑口輪廊線，在輪廊線內(nèi)下才g至要求深度，邊挖 邊將坑內(nèi)的試樣裝入盛土容器內(nèi)，稱試樣質(zhì)量，準(zhǔn)確到10g。（土樣要做好標(biāo)識(shí)和 密封，待回室內(nèi)方便做試樣的含水率測(cè)定）向容砂瓶?jī)?nèi)注滿砂，關(guān)閥門(mén)，稱容砂

13、瓶，漏斗和砂的總質(zhì)量，準(zhǔn)確到 10g。將密度測(cè)定器倒置（容砂瓶向上）于挖好的坑口上，打開(kāi)閥門(mén)，使砂注入試 坑。在注砂過(guò)程中不應(yīng)震動(dòng)。當(dāng)砂注滿試坑時(shí)關(guān)閉閥門(mén)，稱容砂瓶、漏斗的余砂 的總質(zhì)量，準(zhǔn)備至10g,并計(jì)算注滿試坑所用的標(biāo)準(zhǔn)砂質(zhì)量。記錄各次稱量數(shù)據(jù)，根據(jù)土樣含水率按照公式計(jì)算試樣密度和干密度。計(jì)算 公式如下：mp0sms式 中 o試樣密度，g/cm3s標(biāo)準(zhǔn)砂密度，g/cm3ms 注滿試坑所用標(biāo)準(zhǔn)砂的質(zhì)量，gmp 試樣質(zhì)量，go試樣的干密度按下式計(jì)算：d1 0.01式中d干密度，g/cm330試樣濕存度，g/cm試樣含水率，灌砂法試驗(yàn)應(yīng)注意現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，挖坑時(shí)候要盡量避開(kāi)下面有大顆粒石頭的 地

14、方，發(fā)現(xiàn)這樣的情況要另外選坑，避免試驗(yàn)結(jié)果失真。另外在放砂時(shí)候保持試 坑周?chē)鸁o(wú)擾動(dòng)，避免大型機(jī)械在周?chē)鳂I(yè)的影響以及人為因素影響。否則試驗(yàn)結(jié)果不準(zhǔn)確。灌砂基板選用根據(jù)壓實(shí)表面情況而定，表面粗糙空隙較大時(shí)候要扣除 基板空間，具體操作按照統(tǒng)一的灌砂法現(xiàn)場(chǎng)記錄表格內(nèi)容進(jìn)行即可。另外可以將幾種方法結(jié)合核子密度儀法對(duì)比進(jìn)行。這樣可以相互參考，獲得較為真實(shí)的結(jié)果。（核子儀操作要嚴(yán)格按照核子儀規(guī)程進(jìn)行。） 4）擊實(shí)試驗(yàn)：室內(nèi)擊實(shí)試驗(yàn)的目的是要確定擾動(dòng)土在一定的擊實(shí)功能下干密度隨含水率 變化的關(guān)系曲線，以求得土的最大干密度和最優(yōu)含水率，以此作為土的壓實(shí)特性參數(shù)，為工程設(shè)計(jì)和現(xiàn)場(chǎng)施工碾壓提供參考。擊實(shí)試驗(yàn)分輕型

15、擊實(shí)和重型擊實(shí)。輕型擊實(shí)適用于粒徑小于 5mmi勺粘性土， 重型擊實(shí)適用于粒徑不大于20mmi勺土，若采用三層（每層94擊）擊實(shí)時(shí)，最大 粒徑不大于40mm擊實(shí)試驗(yàn)試樣制備分為干法和濕法兩種：干法制備是用四分法取代表性土樣 20kg （重型50 kg）,風(fēng)干碾碎后過(guò)5mm 篩，將篩下土樣拌勻，并測(cè)定土樣的風(fēng)干含水量；根據(jù)土的塑限預(yù)估最優(yōu)含水量， 取5個(gè)土樣，按不同的含水量加水拌勻，裝入盛土器內(nèi)潤(rùn)濕一晝夜；相鄰兩個(gè)含 水量的差值宜為2%其中應(yīng)有2個(gè)含水率大于塑限，2個(gè)小于塑限，1個(gè)接近塑 I濕法制備試樣應(yīng)按下列步驟進(jìn)行：取天然含水率的代表性土樣 20kg （重型 為50kg）,碾碎，過(guò)5mml

16、（重型過(guò)20mnm£ 40mm,將篩下土樣拌解剖勻，并測(cè) 定土樣的天然含水率。根據(jù)土樣的塑限預(yù)估最優(yōu)含水率，按本條1注的原則選擇 至少5個(gè)含水率的土樣，分別將天然含水率的土樣風(fēng)干或加水進(jìn)行制備，應(yīng)使制 備好的土樣水分均勻分布。擊實(shí)試驗(yàn)操作具體步驟如下：首先將擊實(shí)筒平穩(wěn)置于剛性底板上， 擊實(shí)筒與底座聯(lián)接好，裝好護(hù)筒，在擊 實(shí)筒內(nèi)涂一薄層潤(rùn)滑油，稱取一定量試樣，倒入擊實(shí)筒內(nèi)，分層擊實(shí)，輕型擊實(shí) 試樣為2-5kg,分3層進(jìn)行，每層25擊；重型擊實(shí)試樣為4-10kg,分5層進(jìn)行， 每層56擊，若分3層，每層94擊。每層試樣高度宜相等；二交界處的土面應(yīng)刨 毛，擊實(shí)后超出擊實(shí)筒頂端的試樣高度應(yīng)小

17、于 6mm拆去護(hù)筒，用刀修平擊實(shí)筒頂部的土樣，拆除底板，試樣底部若超出筒外， 也就修平，擦凈筒外壁，稱筒和試樣的總質(zhì)量（精確至1g）,算出試樣的濕密度。用脫模器將試樣從擊實(shí)筒中推出，取 2個(gè)代表性試樣測(cè)定含水率，2個(gè)含水 率的差值就不大于1%對(duì)不同含水量的試樣按上述方法依次進(jìn)行擊實(shí)試驗(yàn)。需要注意的是，在試驗(yàn)過(guò)程中要及時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)記錄， 最后進(jìn)行數(shù)據(jù)計(jì)算填入 計(jì)算表中自動(dòng)繪制曲線。若關(guān)系曲線不能繪出峰值點(diǎn)時(shí)，應(yīng)進(jìn)行補(bǔ)點(diǎn)，土樣不宜 重復(fù)使用。重復(fù)使用土?xí)驗(yàn)椴糠诸w粒在反復(fù)擊實(shí)中破碎而改變土的級(jí)配，也會(huì)在再加水時(shí)難于凈透從而影響試驗(yàn)結(jié)果。在試樣擊實(shí)后會(huì)有部分土超過(guò)筒頂高， 這部分土柱稱為余土高度。當(dāng)余高度不超過(guò)6mnW,干密