第二章 室內(nèi)試驗(yàn)(巖土測試技術(shù))

1、第二章第二章 室內(nèi)試驗(yàn)室內(nèi)試驗(yàn)n土體的室內(nèi)試驗(yàn)（土體的室內(nèi)試驗(yàn)（Laboratory Soil Test）也叫也叫室內(nèi)土工試驗(yàn)，包括土的物理性質(zhì)指標(biāo)的測定、室內(nèi)土工試驗(yàn)，包括土的物理性質(zhì)指標(biāo)的測定、土的力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)的測定、土的動力特性試驗(yàn)、土的力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)的測定、土的動力特性試驗(yàn)、粘土礦物分析等等。粘土礦物分析等等。n巖石的室內(nèi)試驗(yàn)（巖石的室內(nèi)試驗(yàn)（Laboratory Rock Test）包包括巖石水理性質(zhì)試驗(yàn)括巖石水理性質(zhì)試驗(yàn)、巖石強(qiáng)度和變形試驗(yàn)巖石強(qiáng)度和變形試驗(yàn)、巖石結(jié)構(gòu)面抗剪強(qiáng)度試驗(yàn)巖石結(jié)構(gòu)面抗剪強(qiáng)度試驗(yàn)、巖石軟弱夾層剪切巖石軟弱夾層剪切蠕變試驗(yàn)蠕變試驗(yàn)、巖石點(diǎn)荷載強(qiáng)度試驗(yàn)等等。巖石點(diǎn)

2、荷載強(qiáng)度試驗(yàn)等等。 第一節(jié)第一節(jié) 土的物理性質(zhì)試驗(yàn)土的物理性質(zhì)試驗(yàn)一、顆粒分析試驗(yàn)一、顆粒分析試驗(yàn)nd0.075mm的各粒組采用篩分法；d22-0.50.5-0.250.25-0.0750.075-0.0052 2 0.5 0.25 0.0750.0051287262472717表2-2 顆粒分析成果表顆粒分析成果整理顆粒分析成果整理土的不均勻系數(shù)土的不均勻系數(shù)CuCu=d60/d10nCu5的土稱為級配良好的非均粒土。土的曲率系數(shù)土的曲率系數(shù)CcnCc=13時，為級配連續(xù)； Cc 3時，時，級配不連續(xù)。1060230dddCc二、三相實(shí)測指標(biāo)的試驗(yàn)二、三相實(shí)測指標(biāo)的試驗(yàn)n土粒比重n土的密度n

3、含水量n含義？工程應(yīng)用？如何測試？測定土粒密度（比重）：比重瓶法測定土粒密度（比重）：比重瓶法土粒的質(zhì)量dm比重瓶、水總質(zhì)量bwm比重瓶、水、土總質(zhì)量bwsmubwsdbwdsGGmmmm測定土的密度：環(huán)刀法測定土的密度：環(huán)刀法環(huán)刀的容積V=60cm3；環(huán)刀的質(zhì)量m1；環(huán)刀和土的質(zhì)量m2；Vmm:12土的密度測定土的含水量：烘干法測定土的含水量：烘干法稱量盒質(zhì)量稱量盒質(zhì)量m0；稱量盒加濕土質(zhì)量稱量盒加濕土質(zhì)量m1；稱量盒加干土質(zhì)量稱量盒加干土質(zhì)量m2；%100mmmm:0221土的含水量三、液、塑限試驗(yàn)三、液、塑限試驗(yàn)n液限、塑限？n工程應(yīng)用？如何測定？n土工試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)（GB/T50123-

4、1999）8 界限含水率試驗(yàn)1、液、塑限聯(lián)合測定法、液、塑限聯(lián)合測定法n適用于粒徑小于0.5mm，有機(jī)質(zhì)含量不大于試驗(yàn)總質(zhì)量5%的土n圓錐76g、30錐角、試樣杯內(nèi)徑40mm，高度30mm。n放錐在自重作用下下沉，5s后測下沉深度，并取錐體附近土樣測含水率n再加水或吹干，調(diào)勻，重復(fù)測定，不少于3次（宜為34mm、79mm、1517mm）測定粘性土的液塑（錐式液限儀）測定粘性土的液塑（錐式液限儀） 0.75N，錐角，錐角30，錐，錐體下沉深度為體下沉深度為10mm，所對應(yīng)的含水量為粘所對應(yīng)的含水量為粘性土的液限（放錐性土的液限（放錐5秒）秒）液限試驗(yàn)液限試驗(yàn)水利部門n據(jù)工程地質(zhì)手冊第四版n圓錐儀

5、法聯(lián)合測定土的液限、塑限。n將土制備成不同含水量，分別控制圓錐儀下沉深度為45、910、1618范圍內(nèi)，記錄下沉量及其相應(yīng)含水量。繪制圓錐下沉深度與含水量的關(guān)系曲線。n圓錐儀（76g、30錐尖角）下沉深度為17mm處的相應(yīng)含水量為液限，下沉深度為2mm的相應(yīng)含水量為塑限。圓錐下沉深度與含水率關(guān)系曲線圓錐下沉深度與含水率關(guān)系曲線n下沉深度為17mm所對應(yīng)的含水率為液限n下沉深度為10mm所對應(yīng)的含水率為10mm液限n下沉深度為2mm對應(yīng)的含水率為塑限細(xì)粒土塑性圖（Cassagrand plasticity chart）土的工程分類標(biāo)準(zhǔn)（ GBT 50145-2007 ）圓錐儀（質(zhì)量為76g、錐尖

6、角為30）下沉深度為17mm處的相應(yīng)含水量為液限2、蝶式儀液限試驗(yàn)、蝶式儀液限試驗(yàn)n適用于粒徑小于0.5mm的土1 、 將制備好的樣調(diào)拌均勻，鋪于銅碟前半部，并刮成水平，使試樣中心厚度為10mm，用開槽器經(jīng)蝸形輪的中心沿銅碟直徑將試樣劃開，形成V形槽。2、蝶式儀液限試驗(yàn)、蝶式儀液限試驗(yàn)2、以2轉(zhuǎn)/s的速度轉(zhuǎn)動搖柄，使銅碟反復(fù)起落，墜擊于底座上，數(shù)記擊數(shù)，直至槽底兩邊試樣的合攏長度為13mm時，記錄擊數(shù)，并在槽的兩邊取試樣不應(yīng)少于10g，放入稱量盒內(nèi)，測定含水率。3、對加不同水量的試樣（宜為45個），重復(fù)測試注：槽底試樣合攏所需要的擊數(shù)宜控制在1535之間n擊次為25所對應(yīng)的整數(shù)含水率為試樣的液

7、限3、滾搓法塑限試驗(yàn)、滾搓法塑限試驗(yàn)n適用與粒徑小于0.5mm的土n所用設(shè)備：n毛玻璃板：尺寸宜為200mm300mm。n卡尺：分度值為0.02mm。3、滾搓法塑限試驗(yàn)、滾搓法塑限試驗(yàn)n1 取0.5mm篩下的代表性試樣100g，放在盛土皿中加純水拌勻，濕潤過夜。n2 將制備好的試樣在手中揉捏至不粘手，捏扁，當(dāng)出現(xiàn)裂縫時，表示其含水率接近塑限。n3 取接近塑限含水率的試樣810g，用手搓成橢圓形，放在毛玻璃板上用手掌滾搓，滾搓時手掌的壓力要均勻地施加在土條上，不得使土條在毛玻璃板上無力滾動，土條不得有空心現(xiàn)象，土條長度不宜大于手掌寬度。n4 當(dāng)土條直徑搓成3mm時產(chǎn)生裂縫，并開始斷裂，表示試樣的

8、含水率達(dá)到塑限含水率。當(dāng)土條直徑搓成3mm時不產(chǎn)生裂縫或土條直徑大于3mm時開始斷裂，表示試樣的含水率高于塑限或低于塑限，都應(yīng)重新取樣進(jìn)行試驗(yàn)。n5 取直徑直徑3mm有裂縫的土條有裂縫的土條35g，測定土條的含水率，測定土條的含水率。第二節(jié) 土的變形性質(zhì)的試驗(yàn)n最常用的是：固結(jié)與壓縮試驗(yàn)n固結(jié)？壓縮？n試驗(yàn)原理-太沙基一維固結(jié)理論試驗(yàn)過程中無側(cè)向變形，在k0條件下壓縮n固結(jié)試驗(yàn)適用與飽和黏性土壓縮性指標(biāo)的測定n壓縮試驗(yàn)適用于非飽和土壓縮性指標(biāo)的測定（不能測固結(jié)系數(shù)）常規(guī)壓縮試驗(yàn)常規(guī)壓縮試驗(yàn)高壓固結(jié)試驗(yàn)高壓固結(jié)試驗(yàn)n按加荷方式不同可分為標(biāo)準(zhǔn)固結(jié)試驗(yàn)和連續(xù)加荷固結(jié)試驗(yàn)圖 -1 縮儀的壓縮容 器簡圖

9、5壓底座環(huán)刀荷載土 樣加壓活塞剛性護(hù)環(huán)透 水 石 （一）標(biāo)準(zhǔn)固結(jié)試驗(yàn)（一）標(biāo)準(zhǔn)固結(jié)試驗(yàn)1、試驗(yàn)儀器步驟n儀器：標(biāo)準(zhǔn)固結(jié)試驗(yàn)分級加荷式固結(jié)儀n分級加壓0.01、0.025、0.05、0.1、0.2、0.4、0.8、1.6、3.2、6.4MPan變形穩(wěn)定國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定為24hn在固結(jié)試驗(yàn)中，每級荷載下應(yīng)在下列時刻讀變形量n在非飽和土壓縮試驗(yàn)中，只需讀每級荷載下24h的讀數(shù)2、標(biāo)準(zhǔn)固結(jié)壓縮試驗(yàn)資料整理、標(biāo)準(zhǔn)固結(jié)壓縮試驗(yàn)資料整理n繪制壓縮曲線、固結(jié)曲線，求解變形指標(biāo)和先期固結(jié)壓力1）壓縮曲線n壓縮系數(shù)：e-p曲線上，一定壓力范圍內(nèi)，孔隙比差值與相應(yīng)壓力差值之比的絕對值，即n體積壓縮系數(shù)： e-p曲線上，

10、一定壓力范圍內(nèi)，孔隙率差值與相應(yīng)壓力差值之比的絕對值，即n壓縮模量：壓縮條件下（側(cè)限壓縮）試樣豎向應(yīng)力與應(yīng)變的比值n壓縮指數(shù)：e-lgp曲線上，在壓力超過一定數(shù)值后，曲線段將漸變?yōu)橹本€，該直線的斜率為壓縮指數(shù)，有n回彈指數(shù)： e-lgp曲線上，在加荷到一定壓力后再卸荷將產(chǎn)生回彈，回彈曲線一般近似為直線，回彈直線段的斜率即為回彈指數(shù)n先期固結(jié)壓力n超固結(jié)比2）固結(jié)曲線）固結(jié)曲線n固結(jié)系數(shù)固結(jié)系數(shù)Cv：估算固結(jié)快慢的指標(biāo)n常用時間對數(shù)法和時間平方根法n時間對數(shù)法時間對數(shù)法理論零點(diǎn)d0、理論終點(diǎn)d100d50nT50=0.196n時間平方根法時間平方根法2）固結(jié)曲線）固結(jié)曲線n次固結(jié)系數(shù)次固結(jié)系數(shù)C

11、an時間對數(shù)曲線（二）連續(xù)加荷固結(jié)試驗(yàn)（自學(xué)）（二）連續(xù)加荷固結(jié)試驗(yàn)（自學(xué)）n儀器：應(yīng)變控制（CRS）連續(xù)加荷固結(jié)試驗(yàn)儀n應(yīng)變速率的選取標(biāo)準(zhǔn)：在任何時間內(nèi)孔隙水壓力為同時施加的軸向壓力的3%20%n連續(xù)加荷至預(yù)定壓力，定時采集數(shù)據(jù)n如需要測定回彈，在同樣應(yīng)變速率下卸荷連續(xù)加荷固結(jié)試驗(yàn)資料整理連續(xù)加荷固結(jié)試驗(yàn)資料整理1）計(jì)算任意時刻試樣的孔隙比2）確定任意時刻施加于試樣的有效壓力3）計(jì)算某一壓力范圍內(nèi)的壓縮系數(shù)4）計(jì)算某一壓力范圍內(nèi)的壓縮指數(shù)、回彈指數(shù)連續(xù)加荷固結(jié)試驗(yàn)資料整理連續(xù)加荷固結(jié)試驗(yàn)資料整理5）計(jì)算任意時刻的固結(jié)系數(shù)6）計(jì)算某一壓力范圍內(nèi)的體積壓縮系數(shù)7）繪制孔隙比有效壓力曲線 、固結(jié)系

12、數(shù)有效壓力曲線第三節(jié)第三節(jié) 土的強(qiáng)度試驗(yàn)土的強(qiáng)度試驗(yàn)n土的強(qiáng)度試驗(yàn)（剪切試驗(yàn)）的主要：測定土在不同排水條件和應(yīng)力狀態(tài)下，土的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)c、。n室內(nèi)土的強(qiáng)度試驗(yàn)主要有和一、直剪試驗(yàn)一、直剪試驗(yàn)n直接剪切試驗(yàn)是利用盒式剪切儀，在試樣上施加豎向壓力，直接測定總抗剪強(qiáng)度指標(biāo)的一種試驗(yàn)方法。n適用于砂土及滲透系數(shù)k10-6cm/s的黏土。n直剪儀可分為應(yīng)變控制式和應(yīng)力控制式兩種，目前常用的是。直剪儀設(shè)備直剪儀設(shè)備剪切容器與應(yīng)力環(huán)剪切容器與應(yīng)力環(huán)直剪試驗(yàn)的類型直剪試驗(yàn)的類型n分為快剪（Q）、固結(jié)快剪（CQ）、慢剪（S）三種n慢剪試驗(yàn)：慢剪試驗(yàn)：土樣在某一級垂直壓力作用下，排水固結(jié)變形穩(wěn)定后，再緩慢施加水

13、平剪應(yīng)力剪切n固結(jié)快剪試驗(yàn)：固結(jié)快剪試驗(yàn)：先使土樣在某荷重下固結(jié)至排水變形穩(wěn)定，再以較快速度施加剪力剪切n快剪試驗(yàn)：快剪試驗(yàn)：在試樣上施加垂直壓力后，立即施加水平剪切力剪切，試驗(yàn)過程不發(fā)生固結(jié)排水情況。試驗(yàn)結(jié)果整理試驗(yàn)結(jié)果整理殘余強(qiáng)度與峰值強(qiáng)度殘余強(qiáng)度與峰值強(qiáng)度n殘余強(qiáng)度r是土在某豎向荷載下強(qiáng)度達(dá)到峰值后，當(dāng)位移繼續(xù)增大，強(qiáng)度隨位移增加而逐漸減小，最終達(dá)到穩(wěn)定值時的強(qiáng)度。（殘余強(qiáng)度試驗(yàn)需要較大的位移）（殘余強(qiáng)度試驗(yàn)需要較大的位移）n在土壩、路堤和超固結(jié)土開挖邊坡的長期穩(wěn)定問題的分析中，都要求用殘余強(qiáng)度參數(shù)cr、r。對于某一黏土，在一定的有效豎向壓力作用下，殘余強(qiáng)度為一常數(shù)，與其應(yīng)力歷史無關(guān)，只

14、取決于土的顆粒性質(zhì)。試驗(yàn)類型試驗(yàn)類型試驗(yàn)方法試驗(yàn)方法強(qiáng)度指標(biāo)強(qiáng)度指標(biāo)慢剪慢剪Slow Shear 施加正應(yīng)力施加正應(yīng)力-充分固結(jié)充分固結(jié) 慢剪，保證無超靜孔壓慢剪，保證無超靜孔壓 cs， s固結(jié)快剪固結(jié)快剪Consolidated Quick Shear 施加正應(yīng)力施加正應(yīng)力-充分固結(jié)充分固結(jié) 快剪，在快剪，在3-5分鐘內(nèi)剪切壞分鐘內(nèi)剪切壞ccq， cq快剪快剪Quick Shear 施加正應(yīng)力后不固結(jié)，施加正應(yīng)力后不固結(jié)， 立即快剪，立即快剪，3-5分鐘內(nèi)剪壞分鐘內(nèi)剪壞cq， q直剪直剪試驗(yàn)的強(qiáng)度試驗(yàn)的強(qiáng)度指標(biāo)指標(biāo)二、三軸試驗(yàn)二、三軸試驗(yàn)n三軸壓縮試驗(yàn)是根據(jù)莫爾庫侖強(qiáng)度理論，用 3 4 個試

15、樣，分別在不同的恒定周圍壓力下施加軸向壓力，進(jìn)行剪切直至破壞，從而確定土的抗剪強(qiáng)度參數(shù)。 n適用于黏性土、砂土各類土的總強(qiáng)度參數(shù)和有效強(qiáng)度參數(shù)。土靜三軸試驗(yàn)儀器土靜三軸試驗(yàn)儀器n飽和器飽和器承膜筒與橡皮膜承膜筒與橡皮膜切土盤切土盤試驗(yàn)原理試驗(yàn)原理三軸壓縮試驗(yàn)的應(yīng)力圓及強(qiáng)度包絡(luò)線三軸壓縮試驗(yàn)的應(yīng)力圓及強(qiáng)度包絡(luò)線 三種試驗(yàn)方法三種試驗(yàn)方法三種試驗(yàn)方法三種試驗(yàn)方法三、無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)三、無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)n試驗(yàn)時圍壓3=0（無側(cè)限），試樣在軸向壓力下產(chǎn)生剪切破壞。n破壞時的軸向壓力稱為無側(cè)限抗壓強(qiáng)度，以 qu 表示。三、無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)三、無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)不排水抗剪強(qiáng)度uuufcqc 2第四節(jié)

16、 巖塊物理性質(zhì)試驗(yàn) n工程巖體試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)（GB/T 50266-2013）n公路工程巖石試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)一、巖石含水率試驗(yàn)一、巖石含水率試驗(yàn)n巖石在天然狀態(tài)下的含水率可以間接反映巖石中空隙的多少、巖石的致密程度等特性。n巖石含水率：指試件在105110 溫度下烘至恒量時失去的水分質(zhì)量與達(dá)到恒量時試件干質(zhì)量的比值，以百分?jǐn)?shù)表示。n含結(jié)晶水礦物的巖石，烘干溫度應(yīng)控制在（405） 。n一般用于測定黏土質(zhì)巖石在地質(zhì)環(huán)境中的自然含水狀態(tài)。n試件必須保持天然含水率，取樣不得采用爆破或濕鉆，在取樣、運(yùn)輸、存儲和試件制備過程中，試件含水率的損失不宜超過1%。一、巖石含水率試驗(yàn)一、巖石含水率試驗(yàn)n采用烘干法。采用烘干

17、法。n 按下式計(jì)算巖石含水率，精確至按下式計(jì)算巖石含水率，精確至0.1%。n以以5個試件的算術(shù)平均值作為測定值。個試件的算術(shù)平均值作為測定值。二、巖石顆粒相對密度試驗(yàn)二、巖石顆粒相對密度試驗(yàn)n巖石顆粒密度：試件干質(zhì)量與同體積4 時蒸餾水質(zhì)量的比值。n有比重瓶法和水中稱量法兩種n比重瓶法見下頁表n水中稱量法三、巖石塊體密度試驗(yàn)三、巖石塊體密度試驗(yàn)n塊體密度：試件質(zhì)量與試件體積的比值。n根據(jù)其含水率狀態(tài)，塊體密度可分為烘干密度、飽和密度和天然密度。n塊體密度試驗(yàn)可分為量積法、水中稱量法和蠟封法。n量積法適用于能制備成規(guī)則試件的各類巖石；n水中稱量法適用于除遇水崩解、溶解和干縮濕脹外的其它各類巖石；

18、n蠟封法適用于不能用量積法和水中稱量法進(jìn)行試驗(yàn)的巖石。三種方法的試驗(yàn)步驟：第五節(jié) 巖石的水理性質(zhì)試驗(yàn)n地大地大巖體力學(xué)巖體力學(xué)上，巖石水理性質(zhì)包括吸水性、軟化性上，巖石水理性質(zhì)包括吸水性、軟化性、抗凍性、巖石的透水性。、抗凍性、巖石的透水性。n成都理工大學(xué)教材：巖石水理性質(zhì)成都理工大學(xué)教材：巖石水理性質(zhì)吸水性、滲透性以吸水性、滲透性以及在水作用下某些巖石出現(xiàn)的膨脹和崩解現(xiàn)象。及在水作用下某些巖石出現(xiàn)的膨脹和崩解現(xiàn)象。n一、巖石吸水性試驗(yàn)一、巖石吸水性試驗(yàn)n二、巖石滲透性試驗(yàn)二、巖石滲透性試驗(yàn)n三、膨脹性試驗(yàn)三、膨脹性試驗(yàn)n四、耐崩解性試驗(yàn)四、耐崩解性試驗(yàn)一、吸水性試驗(yàn)一、吸水性試驗(yàn)n包括巖石吸

19、水率試驗(yàn)和巖石飽和吸水率試驗(yàn)。包括巖石吸水率試驗(yàn)和巖石飽和吸水率試驗(yàn)。n巖石吸水試驗(yàn)，適用于不崩解、不溶解和不干縮濕脹的巖石。n巖石（自然）吸水率：試樣在大氣壓力和室溫條件下所吸收水的質(zhì)量與試樣固體質(zhì)量的比值，采用自由浸水法測定。n巖石飽和吸水率：試樣在強(qiáng)制條件下最大吸水量與試樣固體質(zhì)量的比值，采用真空抽氣法測定。吸水率試驗(yàn)吸水率試驗(yàn)先將試樣烘干冷卻后稱量，再將試樣放入容器中，注水至試樣高度的1/4處，以后每隔2h分別注水至試樣高度的1/2和3/4處，后將水加入高出試樣頂面20mm。試樣全部浸水后自由吸水48h，取出試樣，用濕布擦去其表面水分，稱其質(zhì)量。1000ssam-mmw）。干試件質(zhì)量（

20、）；的質(zhì)量（試件浸水）；巖石吸水率（式中：g gh48 %0sammw飽和吸水率試驗(yàn)飽和吸水率試驗(yàn)a.煮沸法飽和試件：將稱量后的試件放入水槽，注水至試件高度1/2，靜置2h，再加水使試件淹沒，煮沸6h以上，并保持水的深度不變，冷卻至室溫，取出并沾去表面水分稱量b.真空抽氣法飽和試件：將稱量后的試件置于干燥器中，加水至水面高出試樣頂面20mm，打開抽氣機(jī)，抽氣時真空壓力要達(dá)到100kPa，保持此狀態(tài)直至無氣泡發(fā)出時為止（不少于4h）。取出抽氣后的試件置于原容器中，在大氣壓力下靜置4h，取出并沾去表面水分稱量。）。水的密度（）；（飽和試件在水中的質(zhì)量）；（試件強(qiáng)制飽和后的質(zhì)量式中：）：（巖石塊體干密度）：（巖石飽和吸水率3wwpwwpd3dpsscm/g g g cm/g100 %mm-mmmm-mmwwsssaa飽和吸水率試驗(yàn)飽和吸水率試驗(yàn)l按公式計(jì)算吸水率、飽和吸水率及飽水系數(shù)。吸水率和飽和吸水率結(jié)果精確至0.01%；飽水系數(shù)精確至0.01.l 對于組織均勻的試件，取3個試件的平均值作為測定值；l對于組織不均勻的試件，取5個試件的平均值作為測定值，并同時列出每個試件的試驗(yàn)結(jié)果。結(jié)果計(jì)算及整理要求：結(jié)果計(jì)算