水利部水利質(zhì)檢培訓(xùn)土工試驗檢測

水利部水利質(zhì)檢培訓(xùn)土工試驗檢測第1頁/共508頁目錄第一章概述第二章土樣取樣和制備第三章土的物理力學(xué)指標及其室內(nèi)測定（含水率、密度、比重、顆粒分析、界限含水率、擊實試驗）第四章土的力學(xué)性質(zhì)指標及其室內(nèi)測定（滲透、固結(jié)、三軸壓縮和直剪試驗）第五章土工試驗的原始記錄和報告編寫第六章土工實驗室管理第2頁/共508頁第3頁/共508頁一、水利工程質(zhì)量的意義●水利工程是一種特殊的產(chǎn)品?！袼こ涛恢秒U要，對國民經(jīng)濟的影響大。水利工程地處江、河、湖、庫等水域，水文條件、地質(zhì)條件復(fù)雜，工程的地理位置險要，而且影響范圍大，建設(shè)時效長，對國民經(jīng)濟的影響大。無論是灌溉、防洪，還是蓄水發(fā)電，都與人民的財產(chǎn)和安全息息相關(guān)，關(guān)系到國計民生的大事?！窆こ藤|(zhì)量是水利的生命。第4頁/共508頁水利工程質(zhì)量管理和質(zhì)量檢測的目的和意義●目的：①發(fā)現(xiàn)問題，②減少偏差；③防止缺陷；④將以上三項內(nèi)容從速解決。對于水利工程而言，質(zhì)量管理的目的是通過對施工全過程的質(zhì)量控制，使工程質(zhì)量符合設(shè)計和標準規(guī)定的要求，建造出符合要求的高質(zhì)量產(chǎn)品，從而為人民大眾謀利益。第5頁/共508頁●作用：①提高水利工程質(zhì)量②不符合質(zhì)量要求的缺陷改正在產(chǎn)品形成過程中，提交合格的工程③提高工程的效益④準確的檢測數(shù)據(jù)，為工程質(zhì)量的優(yōu)劣提供可靠的依據(jù)。⑤使管理者增強緊迫感和危機感，采取切實有效的措施，把產(chǎn)品質(zhì)量、工程質(zhì)量和服務(wù)質(zhì)量提高到一個新的水平。⑥土工測試為工程提供設(shè)計需要的數(shù)據(jù)。第6頁/共508頁土工測試是探測各種土工程性質(zhì)的重要途徑●土工測試是建筑物基礎(chǔ)和地基承載力設(shè)計的依據(jù)，是保證巖土工程設(shè)計準確性及經(jīng)濟合理的基礎(chǔ)。

●土工測試是土力學(xué)理論發(fā)展的基礎(chǔ)。第7頁/共508頁四土工測試的局限性●土是天然形成的材料，其性質(zhì)受諸多因素影響，規(guī)律性差；土是一種古老而普通的建筑材料，是天然的大自然的產(chǎn)物，其性質(zhì)受密度、濕度、粒度、粘土礦物及孔隙水中化學(xué)成分等多種因素的影響；當(dāng)土體與建筑物共同作用時，其力學(xué)性狀又會因受力狀態(tài)、應(yīng)力歷史、加載速率和排水條件等的不同而變化。第8頁/共508頁●土工試驗?zāi)Ｐ鸵褜χT多影響因素進行了簡化；適合各種情況的土工試驗是有困難或者是不經(jīng)濟的，為此，應(yīng)將試驗方法標準化。所以說，作為設(shè)計依據(jù)的土的各種參數(shù)，均是在高度簡化條件下測定的。第9頁/共508頁●試驗人員應(yīng)充分認識土工測試的作用和局限性及規(guī)范操作的重要性。并掌握試驗原理、儀器設(shè)備、方法步驟、誤差分析和與實際問題的聯(lián)系等。第10頁/共508頁

——

根據(jù)試驗原理，設(shè)計試驗方法時，所預(yù)想的情況也是多種多樣的。例如土的強度試驗，如何選定試驗方法，包括剪切類型（不固結(jié)不排水剪、固結(jié)不排水剪和固結(jié)排水剪）、試驗方式（直剪、單剪、三軸）、控制形式（應(yīng)力控制、應(yīng)變控制）等第11頁/共508頁

所以要求試驗人員既要學(xué)習(xí)和理解試驗原則，又要訓(xùn)練和掌握試驗方法，并能熟悉和使用儀器設(shè)備，綜合起來就是要掌握土工試驗基本理論，基本知識和基本技能，在此基礎(chǔ)上向測試技術(shù)的深度和廣度發(fā)展。第12頁/共508頁第二節(jié)土工測試和地基工程檢測項目

室內(nèi)土工試驗原位測試原型觀測

第13頁/共508頁一、室內(nèi)土工試驗（1）土的物理性試驗土的密度、比重、含水率、界限含水率（液限、塑限、縮限）、顆粒大小分析等，這些試驗用于土的工程分類及判斷土的狀態(tài)。（2）土的力學(xué)性試驗滲透性、壓縮性和強度試驗等，主要目的是提供設(shè)計參數(shù)，如滲透系數(shù)，固結(jié)系數(shù)，變形參數(shù)，抗剪強度參數(shù)等。第14頁/共508頁

（3）土的化學(xué)性試驗土的礦物鑒定，易溶鹽，中溶鹽和難溶鹽，有機質(zhì)，酸堿度等，這些試驗用于分析土的物質(zhì)成份（化學(xué)成份，礦物組成），土粒與介質(zhì)溶液間的物理化學(xué)作用以及土的結(jié)構(gòu)對其力學(xué)性質(zhì)的影響。第15頁/共508頁種類

試驗項目

試驗成果

成果的應(yīng)用

備注

土的物理性試驗

含水率試驗含水率（w）計算土的基本物理性指標界限含水率試驗（液限、塑限、縮限）

液限（wL）塑限（wP）塑性指數(shù)(IP）液性指數(shù)（IL）縮限（w2）收縮比體縮線縮

利用塑性圖進行土的工程分類

判斷土的狀態(tài)

密度試驗土的密度（ρ）土的干密度(ρd）計算土的基本物理性指標及土的壓實性容重為γ=ρg比重試驗

土粒比重(Gs）

計算土的基本物理性指標

表1室內(nèi)巖土物理性和力學(xué)性試驗項目及其成果的應(yīng)用第16頁/共508頁種類

試驗項目

試驗成果

成果的應(yīng)用

備注

土的物理性試驗

相對密度試驗最大孔隙比最小孔隙比相對密度（Dr）最小干密度（ρdmin）最大干密度（ρdmax）判斷砂礫土的狀態(tài)

顆粒分析試驗篩分析沉淀分析

顆粒分布曲線不均勻系數(shù)（Cu）曲率系數(shù)(Cc）用于土的工程分類及作為材料的標準

土的力學(xué)性試驗

擊實試驗CBR試驗

含水率與干密度曲線最大干密度（ρdmax）最優(yōu)含水率（wop）CBR值用于填土工程施工方法的選擇和質(zhì)量控制

用于路面設(shè)計

續(xù)表1室內(nèi)巖土物理性和力學(xué)性試驗項目及其成果的應(yīng)用第17頁/共508頁種類

試驗項目

試驗成果

成果的應(yīng)用

備注

土的力學(xué)性試驗

滲透試驗常水頭試驗變水頭試驗

滲透系數(shù)（k）用于有關(guān)滲透問題的計算固結(jié)試驗孔隙比\壓力關(guān)系曲線壓縮系數(shù)（av）體積壓縮系數(shù)（mv）壓縮指數(shù)（Cc）回彈指數(shù)（Cs）先期壓力（Pc）時間與壓縮曲線固結(jié)系數(shù)（Cv）計算粘性土體的沉降量計算粘性土體的沉降速率續(xù)表1室內(nèi)巖土物理性和力學(xué)性試驗項目及其成果的應(yīng)用第18頁/共508頁種類

試驗項目

試驗成果

成果的應(yīng)用

備注

土的力學(xué)性試驗

剪切試驗：直接剪切試驗無側(cè)限抗壓強度試驗

三軸壓縮試驗

抗剪強度參數(shù)內(nèi)摩擦角：凝聚力：抗壓強度：靈敏度：應(yīng)力一應(yīng)變關(guān)系內(nèi)摩擦角：凝聚力：內(nèi)摩擦角：孔隙水壓力系數(shù)：A、B應(yīng)力一應(yīng)變關(guān)系

計算地基、斜坡、擋土墻等的穩(wěn)定性續(xù)表1室內(nèi)巖土物理性和力學(xué)性試驗項目及其成果的應(yīng)用第19頁/共508頁種類

試驗項目

試驗成果

成果的應(yīng)用

備注

土的力學(xué)性試驗動單剪試驗振動三軸試驗共振柱試驗振動扭剪試驗（小應(yīng)變）動剪切模量；動壓縮模量：阻尼比：動強度：評估爆炸、地震、風(fēng)浪、打樁、車輛通行和機器震動時地基的穩(wěn)定性第20頁/共508頁

二、原位測試（1）特點：不用取樣，擾動??；測定范圍大，能反映微觀，宏觀結(jié)構(gòu)對土性的影響，有些測試方法能連續(xù)測試獲得土層的完整剖面。缺點是只能測定天然應(yīng)力狀態(tài)下的參數(shù)。有限的測試技術(shù)還不能測得加荷、卸荷條件下參數(shù)的變化;邊界條件也不明確。

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（2）試驗方法靜載荷試驗、靜力觸探試驗、動力觸探試驗、標準貫入試驗、十字板剪切試驗、旁壓試驗及波速試驗等。這些測試可提供以下幾類土特性指標。第22頁/共508頁●土類的判別及剖面分層：孔壓靜力觸探可較準確的判定土類并提供剖面分層，可分辨薄夾層；靜力觸探也可判定土類。第23頁/共508頁

●強度特性參數(shù)：十字板剪切試驗適用于測定飽和軟粘土及一般粘土的天然強度。但不適用于粉土或細砂土。載荷試驗可判定粘性土的不排水強度、地基土承載力及變形參數(shù)。動力觸探，靜力觸探及孔壓靜力觸探試驗可由經(jīng)驗關(guān)系間接評定強度指標。第24頁/共508頁●固結(jié)特性：孔壓靜力觸探試驗可測定水平向固結(jié)系數(shù)，自鉆旁壓試驗可測定固結(jié)系數(shù)?！褡冃翁匦裕狠d荷試驗可測定承荷板影響范圍的不排水楊氏模量及砂土的楊氏摸量。波速試驗可測定小應(yīng)變（10-5）的剪切模量，僅限于水平層的場地。自鉆旁壓試驗可測定土的水平向剪切模量。

第25頁/共508頁●承載力：載荷試驗及旁壓試驗可以測定此項系數(shù)?！衽袆e是否液化：標準貫入試驗和孔壓靜力試驗均可應(yīng)用。

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三、原型觀測

●進行土工原型觀測除了能及時掌握建筑物的工作性態(tài)，確保其安全外，還在驗證設(shè)計與施工，預(yù)測未來工程性況，確定工程事故的法律責(zé)任及進行科學(xué)研究各方面均是十分必要的。第27頁/共508頁

●原型觀測的必要性（1）檢測的需要原型觀測資料可以檢驗設(shè)計的合理性與科學(xué)性,評價工程施工質(zhì)量，評估和驗證施工新技術(shù)的優(yōu)越性，對不安全跡象及險情進行檢測、診斷并確定合理的加固方案。通過不斷取得的觀測資料證明建筑物的運行狀況。第28頁/共508頁

（2）預(yù)測的需要運用長期積累的觀測資料分析其變化規(guī)律，對土工建筑物的未來性態(tài)作出評價及預(yù)報。（3）法律的需要對由于工程事故而引起的責(zé)任和賠償問題，觀測資料有助于確定其原因和責(zé)任，以使法庭作出公正的裁決。第29頁/共508頁

（4）研究的需要觀測資料是建筑物工作性態(tài)的真實反映，研究這些資料能為未來的設(shè)計提供定量的信息，可改進施工技術(shù)，有利于對建筑物破壞機理的了解及設(shè)計概念的更新。第30頁/共508頁

●原型觀測的項目：表面變形觀測：垂直位移和水平位移；內(nèi)部變形觀測：內(nèi)部沉降觀測，內(nèi)部水平位移觀測；孔隙水壓力觀測和土壓力觀測。

第31頁/共508頁第二章土樣取樣和試樣制備

第32頁/共508頁第一節(jié)土樣的取樣和管理一、概述●取樣方法：天然土層作用的土壓力，應(yīng)采取原狀土；土壩等填土作用的土壓力，應(yīng)采取擾動土●取樣地點：試坑、平洞、豎井、天然地面及鉆孔中●取樣原則：原狀土——不擾動、具有代表性擾動土——具有代表性第33頁/共508頁二、取土儀器1采樣質(zhì)量土試樣采取的質(zhì)量可按下表2.1-1分為四個等級。表2.1-1土試樣質(zhì)量等級級別擾動程度試驗內(nèi)容1234不擾動輕微擾動顯著擾動完全擾動土類定名、含水率、密度、強度、固結(jié)試驗土類定名、含水率、密度土類定名、含水率土類定名第34頁/共508頁2取樣工具和取樣方法

采取原狀土試樣的取樣工具和方法薄壁、回轉(zhuǎn)和厚壁敞口取土器，標準貫入器，螺紋和巖芯鉆頭，探井（槽）取樣等。注意:

●采取砂土試樣應(yīng)有防止試樣失落的補充措施；

●有經(jīng)驗時，可用束節(jié)式取土器代替薄壁取土器。第35頁/共508頁土樣的采取、包裝及運輸1、土樣的采取

●數(shù)量：是否足夠●質(zhì)量：選用的取土器是否合適，土樣是否具有代表性，是否符合要求●信息量：是否記錄和提供了足夠的采樣信息第36頁/共508頁土樣的包裝及運輸

密封—取土筒、沒取滿的土與筒●包裝：之間的縫隙裝箱●運輸：避免在運輸過程中受震、受凍以及雨水淋濕造成土樣損壞。第37頁/共508頁第二節(jié)土樣和試樣的制備第38頁/共508頁

一、目的和適用范圍

1、目的：土樣和試樣制備是試驗工作的第一個質(zhì)量要素，為了保證試驗成果的可靠性和試驗數(shù)據(jù)的可比性，必須統(tǒng)一土樣和試樣的制備方法和程序，方法和程序正確與否，直接影響試驗成果。第39頁/共508頁

2、適用范圍：適用于顆粒粒徑小于60㎜的擾動土樣的預(yù)備程序。不同試驗中原狀土試樣和擾動土試樣的制備程序，分別在相關(guān)試驗項目中進行敘述。

第40頁/共508頁二、土樣的驗收和管理1、土樣的接收和驗收試驗單位接收委托方土樣時,應(yīng)作以下檢查：●檢查是否附有送樣單及試驗委托書及其他有關(guān)資料。●明確試驗項目、試驗組數(shù)和試驗方法?！窠邮盏耐翗訑?shù)量和土樣狀態(tài)。第41頁/共508頁

試驗委托書至少應(yīng)包括：委托單位、委托試驗項目、依據(jù)標準、試驗方法、工程名稱、工程項目、試驗方法及要求。送樣單：應(yīng)有原始記錄和編號。內(nèi)容應(yīng)包括工程名稱、試坑或鉆孔編號、高程、取土深度、取樣日期等。原狀土送樣單的原始記錄上還應(yīng)有地下水位高程、土樣現(xiàn)場鑒別、描述及定名、取土方法等。第42頁/共508頁（2）按送樣單和委托書進行驗收●土樣的數(shù)量是否足夠●原狀土筒外包裝質(zhì)量是否符合合同或試驗委托書的要求；●驗收、登記并對土樣進行標識后，將土樣按順序妥善存放，保持天然含水率的擾動土應(yīng)置于陰涼的地方，盡量防止擾動和水分蒸發(fā)。土樣從取樣之日起至開始試驗的時間一般不應(yīng)超過3周

第43頁/共508頁（3）土樣的貯存和管理●樣品標識樣品接收后，應(yīng)對樣品進行唯一性編號，以使樣品在貯存、流轉(zhuǎn)和試驗過程中不發(fā)生混淆。

●樣品貯存接收后的樣品，應(yīng)貯存于樣品室，樣品室的環(huán)境條件應(yīng)能確保在貯存期不改變土樣原有的物理力學(xué)性狀。第44頁/共508頁

●樣品管理樣品室還應(yīng)有一定的管理制度，有專人管理，以保證樣品貯存的安全。

●樣品進、出庫對于樣品進庫和出庫都應(yīng)有記錄，并有責(zé)任人簽字。

第45頁/共508頁（4）土樣的處置●土樣留樣：土工試驗往往為破壞性試驗，經(jīng)試驗后的土不能再重復(fù)使用，為了保證試驗成果能符合要求和被委托方接受，試驗前，應(yīng)預(yù)先保留一部分土樣（即留樣）貯存于留樣室保管?！裨囼灪笸恋奶幹茫簯?yīng)注意不要污染環(huán)境第46頁/共508頁（5）注意事項●原狀土樣除小心搬運和妥善存放外，試驗前不應(yīng)開啟。●開啟原狀土筒時，應(yīng)按土樣筒標明的上下方向放置，小心開啟后檢查土樣結(jié)構(gòu)，描述它的層次、氣味、顏色、有無雜質(zhì)、土質(zhì)是否均勻、有無裂縫等?！癞?dāng)確定原狀土樣已受擾動或取土質(zhì)量不符合要求時，應(yīng)盡快與委托方溝通，妥善處理并記錄處理過程。同時不應(yīng)制備力學(xué)性試驗試樣。第47頁/共508頁三、土樣制備程序1、土樣制備內(nèi)容●擾動土的土樣制備包括土的風(fēng)干、碾散、過篩、勻土、分樣和貯存等預(yù)備程序和擊實（擊樣法和壓樣法）、飽和等試樣制備程序。●原狀土的土樣制備包括開啟試樣筒和切樣等。第48頁/共508頁——注意點：①要對土樣進行描述（如顔色、土類、氣味及夾雜物等）。②碾土?xí)r應(yīng)注意不要把土顆粒碾碎，應(yīng)將擾動土置于橡皮板上用木碾碾散。第49頁/共508頁2、擾動土試樣的預(yù)備程序●土樣描述和碾散——應(yīng)先進行土樣狀態(tài)描述，如顏色，氣味、夾雜物等，并初步對土進行分類。測定其含水率。然后將土樣風(fēng)干并碾散，碾土?xí)r應(yīng)將塊狀土置于橡皮板上用木碾碾壓，直到碾散為止；如用碎土器，則應(yīng)注意不要將土顆粒碾碎。第50頁/共508頁

●過篩：一般規(guī)定物理性試驗土樣過0.5mm篩；力學(xué)性試驗（直剪、無側(cè)限壓縮、三軸剪切等）土樣過2mm篩；擊實試驗土樣過5mm篩。

第51頁/共508頁第52頁/共508頁

●測定含水率制樣時或試驗前對配制好的土樣測定其含水率，在不同位置平行測定不少于兩個含水率，其差值不應(yīng)大于±1%。第53頁/共508頁3、擾動土試樣的制備程序1）按委托要求進行試驗設(shè)計2）試樣控制指標：規(guī)定同一組試樣的密度與要求的密度之差不應(yīng)大于0.02g/cm3；同一組試樣含水率與要求的含水率之差不應(yīng)大于±1%。同時預(yù)留1～2個備用樣。第54頁/共508頁3）試樣制備方法●擊樣法：根據(jù)環(huán)刀容積及要求的干密度所需要的濕土倒入裝有環(huán)刀的擊樣器內(nèi)，擊實到所需密度?！駢簶臃ǎ焊鶕?jù)環(huán)刀容積及要求的干密度所需要的濕土倒入裝有環(huán)刀的壓樣器內(nèi)，通過活塞用靜力將土樣壓實到所需密度。第55頁/共508頁●擊實法：根據(jù)試樣所需要的干密度和含水率，配制相應(yīng)質(zhì)量的土樣，按照擊實試驗的方法，完成試樣擊實，并將試樣從擊實筒中推出并切成所需試樣。擊實法往往因分層擊實造成試樣密度上下不一致，土體結(jié)構(gòu)狀況也不好，所以，如用擊實法制備試樣，最好采用單層擊實為佳。擊樣和壓樣兩種方法對土樣的密度影響不大。第56頁/共508頁4、原狀土試樣制備程序

●首先應(yīng)將土樣筒按標明的上下方向放置，剝?nèi)ハ灧夂湍z帶，小心開啟土樣筒取出土樣，整平試樣兩端。檢查土樣結(jié)構(gòu)，并描述它的層次、氣味、顏色、有無雜質(zhì)、土質(zhì)是否均勻、有無裂縫等。為了保證試驗成果的可靠性、當(dāng)確定土樣已受擾動或取土質(zhì)量不符合要求時，不應(yīng)制備力學(xué)性試驗的試樣；同時應(yīng)與委托方取得聯(lián)系，告知土樣筒開啟情況，并商討解決辦法。第57頁/共508頁

2）根據(jù)試驗要求切取試樣，應(yīng)注意環(huán)刀下壓時一定要垂直。根據(jù)力學(xué)性試驗項目要求，原狀土樣同一組試樣間密度的允許差值為0.03g/cm3；切取的試樣如不馬上進行飽和或試驗時，應(yīng)小心地將試樣保存在保濕缸內(nèi)。

3）從余土中取代表性的試樣測定含水率，并進行比重、顆粒分析、界限含水率等物理性試驗。將剩余土樣密封包裝好，置于保濕缸內(nèi)，以備補充試驗之用。第58頁/共508頁

實驗室資質(zhì)認定評審準則5.6抽樣和樣品處置中規(guī)定：

5.6

抽樣和樣品處置

5.6.1實驗室應(yīng)有用于檢測和/或校準樣品的抽取、運輸、接收、處置、保護、存儲、保留和/或清理的程序，確保檢測和/或校準樣品的完整性。

5.6.2實驗室應(yīng)按照相關(guān)技術(shù)規(guī)范或者標準實施樣品的抽取、制備、傳送、貯存、處置等。沒有相關(guān)的技術(shù)規(guī)范或者標準的，實驗室應(yīng)根據(jù)適當(dāng)?shù)慕y(tǒng)計方法制定抽樣計劃。抽樣過程應(yīng)注意需要控制的因素，以確保檢測和/或校準結(jié)果的有效性。

第59頁/共508頁

5.6.3實驗室抽樣記錄應(yīng)包括所用的抽樣計劃、抽樣人、環(huán)境條件、必要時有抽樣位置的圖示或其他等效方法，如可能，還應(yīng)包括抽樣計劃所依據(jù)的統(tǒng)計方法。

5.6.4實驗室應(yīng)詳細記錄客戶對抽樣計劃的偏離、添加或刪節(jié)的要求，并告知相關(guān)人員。

5.6.5實驗室應(yīng)記錄接收檢測或校準樣品的狀態(tài)，包括與正常（或規(guī)定）條件的偏離。

5.6.6實驗室應(yīng)具有檢測和/或校準樣品的標識系統(tǒng)，避免樣品或記錄中的混淆。

5.6.7

實驗室應(yīng)有適當(dāng)?shù)脑O(shè)備設(shè)施貯存、處理樣品，確保樣品不受損壞。實驗室應(yīng)保持樣品的流轉(zhuǎn)記錄。第60頁/共508頁第三節(jié)試樣飽和1、浸水飽和——適用于粗粒土，可直接在儀器上飽和。

2、毛細管飽和——適用于滲透系數(shù)大于10-4cm/s的細粒土，選用框式飽和器。將飽和器放入水箱內(nèi)，注入清水，水面不宜將試樣淹沒，使土中氣體得以排出。關(guān)上箱蓋，防止水分蒸發(fā)，借土的毛細管作用，使試樣飽和。浸水時間不少于兩晝夜。

第61頁/共508頁3、抽氣飽和

——適用于滲透系數(shù)小于、等于10-4cm/s的細粒土，選用框式或疊式飽和器和真空飽和裝置。真空飽和裝置1、飽和器，2、真空缸，3、橡皮塞，4、接抽氣機，5、排氣管，6、二通閥，7、管夾，8、引水管，9、盛水器第62頁/共508頁

飽和器（a）疊式（b）框式

1、夾板，2、透水板，3、環(huán)刀，4、拉桿第63頁/共508頁4、二氧化碳飽和——由于二氧化碳比空氣重且易溶于水，從試樣底部注入二氧化碳后，試樣孔隙中的空氣逐漸從試樣頂端排出。二氧化碳是氣體，用一種氣體驅(qū)趕另一種氣體，不會出現(xiàn)氣泡阻滯現(xiàn)象。又因二氧化碳在水中的溶解度遠比空氣大（約60倍），因而，當(dāng)試樣孔隙充滿二氧化碳后，用水頭飽和法飽和時，試樣孔隙中的二氧化碳氣泡很快溶于水成碳酸，繼續(xù)水頭飽和時，又可以成為一種液體（水）驅(qū)趕另一種液體（稀碳酸），最后使試樣孔隙中充滿純凈水，達到飽和的目的。第64頁/共508頁

5、反壓力飽和——對試樣施加反壓力以使試樣飽和已成為一種常用的飽和方法。反壓力飽和是人為地在試樣內(nèi)增加孔隙水壓力，使試樣內(nèi)的孔隙氣體在壓力作用下完全溶解于水中，在增大孔隙水壓力的同時，等量地對試樣增加周圍壓力，以保證作用于試樣的有效壓力或試樣的內(nèi)外應(yīng)力差不變。這個在孔隙水和壓力室液體中同時作用的力即為反壓力。第65頁/共508頁

第三章

土的物理、化學(xué)性質(zhì)指標及其室內(nèi)測定第66頁/共508頁第一節(jié)土的密度試驗第67頁/共508頁一、概述密度和比重在巖土工程中廣泛應(yīng)用，有時容易混淆。其實這兩個名詞在巖土工程中的含義是不同的。密度是單位體積的質(zhì)量，用ρ表示。容重是單位體積土的重力，用γ表示。（重力等于質(zhì)量乘以重力加速度，即γ=ρg。而比重是土顆粒的質(zhì)量與4℃蒸餾水（即同體積無氣水）的質(zhì)量的比值。它是一個無因次的量。第68頁/共508頁1、定義：土的單位體積質(zhì)量。是土的基本物理性指標。2、試驗原理：土樣密度是采用測定試樣體積和試樣質(zhì)量而求取。試驗時，將土充滿給定容積的容器，然后稱取該體積土的質(zhì)量；或者測定一定質(zhì)量的土所占的體積。第69頁/共508頁第70頁/共508頁二、環(huán)刀法

1、試驗儀器：環(huán)刀、天平等。

2、操作步驟：首先在環(huán)刀內(nèi)壁涂一薄層凡士林待用。按需要取原狀土或制備的擾動土樣，兩端整平，將準備好的環(huán)刀刃口向下放在土樣上；用切土刀（或鋼絲鋸）沿環(huán)刀外側(cè)，削成略大于環(huán)刀直徑的土柱，將環(huán)刀垂直下壓，邊削邊壓，至土樣頂面伸出環(huán)刀為止。將兩端余土削去修平，取剩余的代表性土樣測定含水率。擦凈環(huán)刀外壁并稱量。

第71頁/共508頁3、計算：

ρρd=——————

（1+0.01）ω第72頁/共508頁注意問題:

（1）環(huán)刀的尺寸室內(nèi)試驗中,考慮到與剪切、壓縮等項試驗所用環(huán)刀相配合，規(guī)定環(huán)刀容積為60～150㎝3。一般可依土質(zhì)均勻程度及土樣尺寸選取不同容積的環(huán)刀尺寸。原位密度測量所用的環(huán)刀尺寸一般為100～500㎝3。第73頁/共508頁（2）切削方法在用環(huán)刀切取土樣時，為防止土樣擾動，沿環(huán)刀外側(cè)削成略大于環(huán)刀直徑的土柱，將環(huán)刀垂直下壓，為避免環(huán)刀下壓時擠壓四周土樣，邊削邊壓，至土樣頂面伸出環(huán)刀為止。但在野外施工現(xiàn)場，環(huán)刀容積較大，將土切成土柱耗時太長，一般采用直接壓入法。對含水率較高的土，在刮平環(huán)刀兩面時要細心，最好一次刮平，防止水分損失。另外環(huán)刀一定要購買符合要求的產(chǎn)品，同時要定期校驗，以保證試驗準確度。第74頁/共508頁三、蠟封法1、適用范圍：堅硬、易碎、含有粗顆粒、形狀不規(guī)則和難以切削的試樣。2、試驗儀器：蠟封法所需用的主要儀器設(shè)備有天平等機械式天平見下圖

第75頁/共508頁天平

1、盛水杯，2、蠟封試樣，3、細線，4、砝碼

第76頁/共508頁3、操作步驟；切取30㎝3的試樣，削去松浮表土及尖銳棱角后，系于細線上稱量得m，并測定含水率。持線將試樣慢慢浸入剛過熔點的蠟中，待全部沉浸后，立即將試樣提出，并檢查試樣表面的涂蠟是否存有氣泡，若有，則用熱針刺破并涂平孔口。冷卻后稱土加蠟質(zhì)量m1

。用線將試樣吊在天平一端，并使試樣浸沒于純水中稱量得m2，取出試樣，擦干蠟表面的水分后再稱量一次，檢查試樣中是否有水浸入，如有水浸入，應(yīng)重做。第77頁/共508頁第78頁/共508頁5、注意事項：1）蠟封法適用于不能用環(huán)刀切取的堅硬、易碎或形狀不規(guī)則的土樣。

2）蠟的溫度蠟的溫度過高，會對土樣的含水率和結(jié)構(gòu)造成一定影響；溫度太低，蠟熔解不均勻，不易封好蠟皮。故規(guī)程規(guī)定剛過蠟的熔點。3）涂蠟方法試樣表面和蠟之間是否產(chǎn)生氣泡及試樣的體積測量是否準確都將影響試驗的誤差。4）試驗前應(yīng)測量蠟的密度。第79頁/共508頁四、灌砂法

1、適用范圍：適用于礫類填土。

2、儀器設(shè)備：灌砂法密度試驗儀，包括漏斗、套環(huán)、臺稱、量砂等。

第80頁/共508頁灌砂法密度試驗儀1、漏斗，2、漏斗架，3、防風(fēng)筒，4、套環(huán)第81頁/共508頁3、操作步驟：（不用套環(huán)時）在試驗地點，將面積約40cm×40cm的一塊地面鏟平，在檢查填土壓實密度時，應(yīng)將表面未壓實的土層清除掉，并將壓實土層鏟去一部分（其深度視需要而定），使試坑底能達到規(guī)定的深度。在刮平的地面上按規(guī)定的尺寸挖試坑。挖坑時應(yīng)將已松動的試樣全部取出，放入盛試樣的容器內(nèi)，將蓋蓋好，稱容器加試樣的質(zhì)量，并取代表性試樣測定含水率。第82頁/共508頁

稱盛量砂容器加量砂質(zhì)量，在試坑上放置防風(fēng)筒和漏斗，將量砂經(jīng)漏斗灌入試坑內(nèi)，量砂下落速度應(yīng)大致相等，直至灌滿試坑。試坑灌滿量砂后，去掉漏斗和防風(fēng)筒，用直尺刮平量砂表面，使與原地面齊平，將多余的量砂倒回量砂容器，稱量砂容器加剩余量砂質(zhì)量。

第83頁/共508頁4、計算

按公式計算濕密度和干密度?！锰篆h(huán)——不用套環(huán)第84頁/共508頁5、注意事項：

1）量砂粒徑的選擇量砂密度較穩(wěn)定的粒徑0.25㎜～0.5㎜。

2）試坑大小必須與粒徑相配合，使所采取的試樣有足夠的代表性。規(guī)程給出了試坑體積與最大粒徑關(guān)系（如P324表2.3.4)。第85頁/共508頁3）灌砂法操作中應(yīng)注意的問題：●操作時應(yīng)盡量避免擾動周圍砂粒，對試坑內(nèi)已松動的顆粒須全部取出，如試坑坍塌應(yīng)重新開挖。●試坑面必須刮平。●灌砂條件應(yīng)盡量使每次灌砂條件（如灌砂落距、速度等）與測定量砂密度時一致?！癞?dāng)試坑體積過大時，可在坑內(nèi)放一已知體積的木箱，以減少砂的用量。第86頁/共508頁五、灌水法

1、適用范圍：適用于礫類填土。

2、儀器設(shè)備：直徑均勻附刻度的儲水筒臺秤聚乙烯塑料薄膜鏟土工具、水準尺、直尺等。

第87頁/共508頁灌水法密度試驗示意圖第88頁/共508頁3、操作步驟：與灌砂法類似。是在挖好的試坑內(nèi)，先鋪一層或兩層厚0.1mm塑料薄膜,然后向試坑內(nèi)灌滿水,量測試坑體積，推算土的密度。其試驗要點如下：●在試驗地點，整平地面，面積要大于套環(huán)面積。●放上套環(huán)，在套環(huán)內(nèi)鋪塑料薄膜，灌水量測參考水平面至地面間的體積?！裨谔篆h(huán)內(nèi)挖試坑，應(yīng)將松動的試樣全部取出，放入盛試樣的容器內(nèi)，稱容器加試樣質(zhì)量。第89頁/共508頁第90頁/共508頁4、注意問題：灌水法試驗比較簡單，但由于塑料薄膜順從性較差，由于坑壁凹凸不平，鋪設(shè)塑料薄膜時若不注意，薄膜不能緊貼坑壁，可能會產(chǎn)生塑料薄膜與坑壁脫空，有時還會出現(xiàn)折、皺紋等現(xiàn)象，使測量的試坑體積偏小，導(dǎo)致密度變大。

第91頁/共508頁六核子射線法測定原位密度1、測試原理：利用放射性物質(zhì)中的高速中子和土體中氫原子撞擊損失能量測定土中體積含水量；利用γ-射線通過土中時與土顆粒的原子沖擊散射的特性，測定到達土中的γ-射線計數(shù)換算土的密度。2、注意問題：儀器開機后應(yīng)預(yù)熱10～15分鐘，否則，測量結(jié)果可能會出現(xiàn)較大的誤差；每次測試前應(yīng)在標準塊上檢查其儀器儲存的標準計數(shù)；所測試的地面應(yīng)鏟平，以保證儀器底部與地面有良好的接觸；測量時應(yīng)保證源桿插入測孔既定深度，并根據(jù)測量要求規(guī)定測量時間。第92頁/共508頁七、密度試驗中的誤差●密度試驗中的誤差主要是在體積測量中產(chǎn)生的。例如，試樣修整的尺寸不準確；涂蠟時試樣表面形成氣泡等。各種方法之間的誤差約達2%。為要提高測量的準確性，宜采用較大尺寸的試樣。第93頁/共508頁

第二節(jié)土的含水率試驗一、概述1、定義：土樣在105℃～110℃溫度下烘至恒量時所失去的水質(zhì)量和恒量后干土質(zhì)量的比值，以百分率表示。含水量這個術(shù)語不準確。含水率是土的基本物理性指標之一，它反映土的狀態(tài)。含水率的變化將使土的一系列物理力學(xué)性質(zhì)隨之而異。

第94頁/共508頁第95頁/共508頁●吸附水——靜電吸力吸附于土顆粒表面的薄層水，110℃不能烘掉，認為是固體顆粒一部分?！竦?層水—與土顆粒聯(lián)結(jié)的不很緊，可以烘掉，但不能用風(fēng)干方法除掉?！竦?層水—由毛管力與土顆粒聯(lián)結(jié)，一般可以用風(fēng)干方法除掉。●重力水—在土顆?？紫吨锌梢砸苿?，用重力方法即可除掉?！窕瘜W(xué)結(jié)合水—晶體結(jié)構(gòu)中水，烘干法一般不能排除。第96頁/共508頁3、試驗方法：測定含水率的方法較多，如烘干法、酒精燃燒法、炒干法、比重法、實容積法、微波法和核子射線法等等。4、適用范圍：有機質(zhì)含量低于5%的土。其試驗原理為：土中的自由水在105℃～110℃溫度加熱下，逐漸變成水蒸氣蒸發(fā)，經(jīng)過一段時間后，土中的自由水全部蒸發(fā)掉，然后土的質(zhì)量不再變化，這時土的質(zhì)量即為干土質(zhì)量。第97頁/共508頁二、烘干法1、特點：試驗簡便，準確度高，結(jié)果穩(wěn)定。其方法是將試樣放入溫度能保持在105~110℃的電熱烘箱中烘至恒值。是測定含水率的標準方法，準確度高，試驗簡便，結(jié)果穩(wěn)定。故此法為室內(nèi)測定含水率的標準方法，列入國家標準。在野外無烘箱設(shè)備或要求快速測定含水率，則可根據(jù)土的性質(zhì)和工程情況分別采用其他方法。第98頁/共508頁2、主要儀器設(shè)備：天平（稱量200g，0.01g）、烘箱、稱量盒等天平應(yīng)送法定計量檢定單位進行檢定，取得檢定證書后方可使用，同時必須在有效的檢定周期內(nèi)。第99頁/共508頁3、操作步驟

1）取代表性試樣15～30g，放入稱量盒內(nèi)，立即蓋好盒蓋，稱量得濕土質(zhì)量m；

2）揭開盒蓋，放入烘箱烘至恒量；

3）將烘干后的試樣連盒取出，于干燥器內(nèi)冷卻至室溫，稱干土質(zhì)量md。第100頁/共508頁4、計算

w=(m/md

–1)×100

試驗應(yīng)進行二次平行測定，取其算術(shù)平均值，允許平行差值應(yīng)符合下表規(guī)定。含水率（%）

允許平行差值（%）

﹤1010～40﹥400.51.02.0第101頁/共508頁5、記錄原始記錄是試驗成果和檢測報告的基礎(chǔ)，必須認真做好，應(yīng)在正式的預(yù)先設(shè)計好的表格上填寫；原始記錄表格的信息量應(yīng)充分，衡量是否充分的標準是試驗?zāi)芊裨佻F(xiàn)。一般包括樣品編號、工程名稱、環(huán)境條件、儀器名稱及編號、責(zé)任人等第102頁/共508頁

三、酒精燃燒法：

1、原理：在試樣中放入酒精，利用酒精在試樣上燃燒，使土中水分蒸發(fā)，將土烤干。是快速測定法中較準確的一種，適用于沒有烘箱或土樣較少的情況。由于此法難以控制105~110℃的恒溫條件，與定義不完全符合，故一般在現(xiàn)場使用，或者在制備試樣時測定風(fēng)干土樣的含水率，供制樣參考。酒精燃燒法測得的含水率略低于烘干法所測的含水率。第103頁/共508頁2、主要儀器設(shè)備：天平、稱量盒、滴管等3、操作步驟：

1）取代表性試樣并稱盒加濕土質(zhì)量。

2）用滴管將酒精注入試樣。

3）點燃酒精，燒至火焰熄滅。

4）冷卻數(shù)分鐘，重復(fù)進行2次，火焰熄滅后，立即蓋好盒蓋，稱盒加干土質(zhì)量，準確至0.01g。第104頁/共508頁

四、比重法：

1、原理：該法是根據(jù)比重試驗，測定濕土體積，估計土粒比重，間接計算土的含水率。由于試驗時沒有考慮溫度的影響，所測得的結(jié)果準確度較差。土內(nèi)氣體能否充分排出，直接影響試驗成果的精度，故此法僅適用于砂性土。

第105頁/共508頁2、主要儀器設(shè)備：天平等3、試驗步驟：1）取代表性砂質(zhì)土樣200g～300g，放入土樣盤內(nèi)；2）注清水入玻璃瓶至瓶容積1/3左右，試樣倒入瓶中，攪拌排氣。3）再注清水入玻璃瓶至全部充滿，蓋上玻璃片，靜止1min，吸去泡沫，補滿清水，蓋上玻璃片，擦干瓶外壁，稱瓶加水加土加玻璃片質(zhì)量。(4）倒掉混合液，洗凈，瓶中注滿清水，稱瓶加水加玻璃片質(zhì)量。第106頁/共508頁4、計算：5、記錄第107頁/共508頁五其他含水率測定方法1、炒干法●用火爐或電爐將試樣炒干，在炒干過程中，隨時翻拌試樣，至試樣表面完全干燥。此法適用于砂性土及含礫較多的土，在工地使用。此法也不符合定義所規(guī)定的105℃～110℃，炒干法溫度在100℃～150℃，所測的含水率略大于烘干法。第108頁/共508頁2、實容積法●根據(jù)波義爾一馬略特定律設(shè)計的速測含水率儀。它是通過測定土中固相和液相的體積，取土的經(jīng)驗比重值，換算出土的含水率。該法的原理是波義爾一馬略特定律，首先要求氣溫基本保持不變，這在填筑工地上是很難達到的。若以標準溫度為20℃，那么氣溫變化±1℃，實容積的變化就達到5%，相應(yīng)含水率的變化也約5%，為此，目前很少使用。第109頁/共508頁3微波法●微波加熱是近十幾年來才發(fā)展的一門新技術(shù)。微波是一種超高頻的電磁波。微波加熱就是通過微波發(fā)生器產(chǎn)生微波能，然后用波導(dǎo)（傳送線）將微波能輸送到微波加熱器中，加熱器中的試樣受到微波的照射后就發(fā)熱，使水分蒸發(fā)。由于微波具有一定的穿透深度，使被加熱物體里外同時加熱，因此具有均勻、快速的優(yōu)點。顯然，快速干燥工藝在土工試驗中具有重要的意義。但微波加熱的溫度如何控制，烘干時間采用多長等，都是有待進一步研究的。美國于1998年將此列入ASTM標準。第110頁/共508頁

4、核子射線法：利用核子法測定土石等材料原位密度和含水率是一項迅速發(fā)展的無損、快速檢測新技術(shù)。目前我國已有相當(dāng)數(shù)量各類進口的和國產(chǎn)的核子水分一密度儀在各類工程中使用，并成為質(zhì)量檢測和控制的一種重要工具。水利行業(yè)已制定核子水分一密度儀現(xiàn)場測試規(guī)程。規(guī)程名為：《核子水分—密度儀現(xiàn)場測試規(guī)程》SL275-2001第111頁/共508頁表面型核子水分密度儀示意圖1、導(dǎo)桿，2、測桿，3、γ放射源，4、健盤，5、中子源，6、中子檢測器，7、γ檢測器第112頁/共508頁

核子射線法測量依據(jù)是儀器所記錄到的γ射線或熱中子計數(shù)率分別與被測材料密度和含水率有確定的相關(guān)性。通過預(yù)先建立適合儀器進行密度或水分測量的標定曲線，則可根據(jù)儀器現(xiàn)場測量所記錄的γ射線或熱中子計數(shù)率，按相對應(yīng)的標定曲線，確定被測材料的密度和含水率。第113頁/共508頁

注意問題:(同密度測試)儀器開機后應(yīng)預(yù)熱10～15分鐘，否則，測量結(jié)果可能會出現(xiàn)較大的誤差；每次測試前應(yīng)在標準塊上檢查其儀器儲存的標準計數(shù)；所測試的地面應(yīng)鏟平，以保證儀器底部與地面有良好的接觸；測量時應(yīng)保證源桿插入測孔既定深度，并根據(jù)測量要求規(guī)定測量時間。第114頁/共508頁

六、含水率測定產(chǎn)生誤差的可能原因：①試樣取樣代表性不夠，特別對于成層土以及粗細混合的土樣。②試樣數(shù)量太少，如試樣數(shù)量較多，所得的結(jié)果準確性高。③土樣在運輸和存放期間保護不當(dāng)，形成稱土前水分蒸發(fā)或稱干土前吸水。第115頁/共508頁

④烘箱溫度不正確，或試樣尚未達到恒量而從烘箱中取出。⑤試樣容器稱量不準。為了消除誤差，所用設(shè)備應(yīng)定期進行檢查，在操作中要細心。第116頁/共508頁第三節(jié)土粒比重試驗一、概述

1、定義：土粒比重是土在105℃～110℃下烘至恒值時的質(zhì)量與土粒同體積4℃純水質(zhì)量的比值。

2、含義：土是由固體顆粒組成的。固體顆?？梢允菃我坏牡V物，如干凈的石英砂。但一般是為不同比重的許多礦物的混合物。其比重是各種礦物比重的平均值。第117頁/共508頁3、比重的表示方式：

1）比重（或稱絕對比重）

2）視比重自然界土的干質(zhì)量與同體積在4℃時無氣水質(zhì)量的比值。表示土粒中含有封閉型的孔隙。

3）容積比重在土中既包含有封閉型孔隙，也有開敞型孔隙。用于礫石類土。

4）飽和面干比重土粒的開敞型或表面孔隙由水完全填充時的比重值。用于礫石類土。第118頁/共508頁4、檢測方法：比重瓶法——適用于粒徑小于

5㎜的土。浮稱法——適用于粒徑大于

5㎜的土，其中含粒徑大于20㎜顆粒小于10%。虹吸筒法——適用于粒徑大于5㎜的土，其中含粒徑大于20㎜顆粒大于10%。其中小于5㎜的土用比重瓶法測定，取加權(quán)平均值。第119頁/共508頁二、比重瓶法

1、儀器設(shè)備:比重瓶,容量100ml或50ml

天平恒溫水槽真空抽氣設(shè)備溫度計等儀器的檢定/校驗按相關(guān)規(guī)定/標準進行。第120頁/共508頁2、測試原理●比重瓶法測定土粒實體積的測試原理為:已知比重瓶的體積，一定質(zhì)量的烘干土倒入瓶中排開水的體積即為土粒的實體積。

第121頁/共508頁3、操作步驟：1）將烘干土裝入烘干的比重瓶內(nèi)；2）注純水于比重瓶，并在砂浴上煮沸規(guī)定時間，以排除土中空氣，注意土液不能溢出；3）比重瓶內(nèi)注滿純水，靜置，稱瓶、水、土總質(zhì)量；4）根據(jù)測得的溫度，從已繪制的瓶、水總量中查得瓶、水總質(zhì)量。注：本試驗應(yīng)進行二次平行測定，其平行差值不得大于0.02,取其平均值。第122頁/共508頁3）計算：

mGs=——————Gwtm1+md-m2式中：Gs——土料比重

md——干土質(zhì)量

m1——瓶、水總質(zhì)量

m2——瓶、水、土總質(zhì)量

Gwt——t℃時純水的比重。第123頁/共508頁4、注意問題：

1）比重瓶大小的選擇目前各單位都采用100ml的比重瓶，也有采用50ml的，經(jīng)過對這兩種比重瓶的比較試驗，認為，比重瓶的大小對所測比重成果影響很小。但由于100ml的比重瓶采取的試樣多，試樣的代表性可以提高。第124頁/共508頁2）試樣狀態(tài)選擇規(guī)程規(guī)定采用烘干土。認為烘焙對土中膠體并無有害的影響，同時烘干土可減少計算中的累計誤差；但也有人認為高溫烘干會引起膠體性質(zhì)的變化，也會引起有機質(zhì)中腐植物燒失，對于有機質(zhì)含量高的土可以采用風(fēng)干土，用純水測定，等試驗結(jié)束后再將土烘干。第125頁/共508頁3）干土質(zhì)量的測定干土質(zhì)量的測定，規(guī)程中采用將瓶烘干后加土，稱量，這樣可以避免土的飛揚和散失。當(dāng)然也可以先稱量后加土，可以提高比重瓶的周轉(zhuǎn)速度，但必須注意不能發(fā)生土的飛揚和散失，確保試驗質(zhì)量。第126頁/共508頁4）試驗用水和排氣方法的選擇試驗用水采用純水，要求水中不含有任何溶解的固體物質(zhì)。煮沸法排氣簡單易行，效果好；當(dāng)采用中性液體時，可采用真空抽氣法；砂粒容易在煮沸時跳出，故對于砂允許采用真空抽氣法。第127頁/共508頁三浮稱法測定比重1、浮稱法適用于粒徑大于5㎜的土，其中含粒徑大于20㎜顆粒應(yīng)小于10%。2、主要儀器設(shè)備有浮稱天平，如圖。附帶有孔徑小于5㎜、直徑約10㎝～15㎝，高約10㎝～20㎝的鐵絲筐和適合鐵絲筐沉入用的盛水容器。

第128頁/共508頁圖5.3-1浮稱天平

1－調(diào)平平衡砝碼盤；2－盛水容器；3－盛土鐵絲筐第129頁/共508頁3、試驗步驟：1）清洗試樣取代表性試樣500g～1000g，進行清洗，直至顆粒表面無塵土和其他雜物。2）浸泡排氣試樣浸泡于水中24h后取出，立即放入鐵絲筐，緩緩沉沒于水中，并在水中輕輕搖晃，至沒有氣泡溢出為止。3）稱量稱鐵絲筐和試樣在水中的總質(zhì)量；取出試樣烘干，并稱量。4）稱量測水溫稱鐵絲筐在水中質(zhì)量；同時立即測量盛水容器內(nèi)水溫。

第130頁/共508頁第131頁/共508頁

按下式計算土粒平均比重：第132頁/共508頁四、虹吸筒法測定比重1、虹吸筒法適用于粒徑大于5㎜的土，其中含粒徑大于20㎜顆粒大于10%的土。2、主要儀器設(shè)備有虹吸筒、臺秤、溫度計等，第133頁/共508頁圖5.3-2虹吸筒（單位：cm）1—虹吸筒；2—虹吸管；3—橡皮管；4—管夾；5—量筒第134頁/共508頁3、操作步驟：1）取樣清洗至顆粒表面無塵土及其他雜物。2）試樣浸泡24h后取出、晾干或擦干表面稱量。3）注清水入虹吸筒至管中有水溢出。無水流時關(guān)管夾。將試樣緩緩放入筒中，邊放邊攪，至沒有氣泡逸出時為止。4）待虹吸筒中水面平靜后，打開管夾，讓試樣排開的水通過虹吸管流入量筒中。5）稱量筒與水總質(zhì)量。測量筒內(nèi)水溫。6）取出虹吸筒內(nèi)試樣，烘干后稱量。第135頁/共508頁4、計算：第136頁/共508頁五土粒比重測定的誤差土粒比重測試的誤差主要來源為：1）溫度變化的影響在比重計算公式推導(dǎo)時,是假定在同一溫度下測量瓶加水質(zhì)量及瓶加水加土粒質(zhì)量的，實際試驗時，如果溫度不能控制（無恒溫水槽）時，則溫度的變化使比重瓶的體積和水的密度均改變。2）封閉氣泡沒有完全排除這是比重試驗中誤差的主要來源。因此，在煮沸排氣或真空抽氣時應(yīng)仔細觀察，務(wù)必要排凈懸液中的氣泡。第137頁/共508頁3）試樣的損失裝樣或煮沸時發(fā)生了少些試樣的損失，因此，向比重瓶裝烘干試樣時不能有試樣撒落在瓶外或產(chǎn)生飛揚；煮沸時，應(yīng)注意不能有土液溢出。4）比重瓶加水、土等稱量不準確因為土粒比重是根據(jù)稱量的差值進行計算的，該差值與實物本身相比較小，因此，稱量時應(yīng)采用與比重瓶體積校正時相同的天平，以減小誤差。5）比重瓶不清潔的影響因為污垢改變了比重瓶的質(zhì)量，同時校正曲線也不再有效。第138頁/共508頁六注意問題1）浮稱法和虹吸筒法測定比重時，由于需要將土洗凈，沖洗過程中會把細粒土沖掉，所以，只適用于不含細粒土的粗粒土。實際操作表明，虹吸筒法不易掌握，測試誤差較大，盡可能少用。2）對于含有機質(zhì)、水溶鹽、親水性膠體的土粒比重測定，由于含有機質(zhì)、水溶鹽、親水性膠體的土與水相互作用時，這類土的表面活性對水的影響，往往會額外增加比重值。所以需采用中性液體。第139頁/共508頁3）對于由粗、細顆?；旌系耐亮１戎販y定問題，則以不影響準確度為原則，應(yīng)分別進行測定。當(dāng)大于5㎜的粗粒含量較少時，可直接用比重瓶法一次測定；當(dāng)大于5㎜的粗粒含量較多時，根據(jù)實際情況分別用浮稱法（或虹吸筒法）和比重瓶法測定，然后再求其加權(quán)平均值。第140頁/共508頁第四節(jié)土的顆粒分析試驗一、概述1、目的：了解土的顆粒組成、顆粒組成中粘土、砂和礫中哪一種為主要成分，哪一種粒組可能控制土的工程性質(zhì)。2、成果表達方式：累積分布圖，即通常稱作顆粒大小分布曲線。3、定義：測定干土中各粒組含量占該土總質(zhì)量的百分數(shù)的試驗稱顆粒分析試驗。

第141頁/共508頁4、試驗方法1）機械分析法如篩析法，2）物理分析法如密度計法和移液管法等。5、試驗原理1)篩析法——將一定質(zhì)量的土經(jīng)由從上到下孔徑自大至小的一套分析篩篩析后，得到不同孔徑篩上土質(zhì)量，進而計算出各粒組含量和累積含量。2)密度計法——利用土壤密度計在不同時間和某一深度處測量土懸液的密度，再利用司篤克斯公式來計算土粒粒徑和百分數(shù)。第142頁/共508頁●依據(jù)三個假定，一是司篤克斯定律適用于土懸液；二是試驗開始時土顆粒均勻地分布于水中；三是所用量筒的直徑要比密度計的直徑大很多。第143頁/共508頁●量筒中土樣和水的混合懸液，經(jīng)過攪拌，大小顆粒均勻地分布,懸液濃度上下一致。粒徑相同的土粒將以等速下降，經(jīng)過t秒后所有粒徑為d的顆粒下降的距離L=υt。如取L平面處一單位體積懸液觀察,大于d的顆粒已下降到L平面以下，L平面以上則僅有小于d的顆粒。該部分懸液中不大于d的顆粒分布情況與試驗開始時完全一樣。一部分顆粒降到L平面以下，同一時間內(nèi)又有一部分顆粒從上面降下來。因此，量得L深度處懸液的比重與原來懸液的比重相比較，即可求得粒徑小于d的顆粒占的百分數(shù)。在不同時間內(nèi)量得不同L深度處懸液的比重，即可找出不同粒徑的數(shù)量，就可以繪成顆粒大小分布曲線。第144頁/共508頁第145頁/共508頁二篩析法1、篩析法所需用的主要儀器設(shè)備有天平、粗篩、細篩、臺秤、天平等；用于顆粒分析用的振篩機，要求能在水平方向搖振、垂直方向定時拍擊。第146頁/共508頁2、試驗步驟：

1）取樣取代表性試樣，過2㎜篩，分別稱出篩上和篩下土質(zhì)量。

2）搖振將篩按孔徑由大到小疊放，取篩上土倒入粗篩的最上面篩中；篩下土倒入細篩的最上面篩中。用振篩機搖振15min～30min。

3）稱量從最上層篩開始，按由大至小的順序，分別稱取各留在篩上的土質(zhì)量。各篩上土質(zhì)量之和與總土質(zhì)量的差值不得大于總土質(zhì)量的1%。

4）計算畫圖計算粒組含量和累積含量，畫出級配曲線，得到各特征粒徑，分析土的級配。第147頁/共508頁第148頁/共508頁●注意對于含有細粒土的砂性土的篩析法試驗，應(yīng)取代表性試樣，置于盛水容器中充分攪拌，使試樣的粗細顆粒完全分離，然后將容器中的懸液過2㎜篩，取篩上試樣烘干后進行粗篩分析；篩下試樣懸液研磨后過0.075㎜篩，將篩上的試樣烘干后進行細篩分析；如篩下的試樣質(zhì)量大于試樣總質(zhì)量的10%時，還應(yīng)用密度計法或移液管法測定小于0.075㎜的顆粒組成。第149頁/共508頁三、密度計法1、主要儀器設(shè)備：

1）密度計甲種密度計，其刻度單位是以20℃時每1000㎝3懸液內(nèi)所含土粒質(zhì)量的克數(shù)表示的，刻度為5～50，分度為0.5；乙種密度計，其刻度單位是以20℃時懸液的比重表示的，刻度為0.995～1.020，分度值為0.0002。

2）量筒、試驗篩、天平和其他輔助設(shè)施。如溫度計、攪拌器、煮沸設(shè)備（砂?。⒎稚⒓兯?、秒表及分散劑、水溶鹽檢驗試劑等。第150頁/共508頁2、試驗步驟：1）易溶鹽含量的檢驗電導(dǎo)法：試樣配制成1：5的土水溶液，用電導(dǎo)率儀測定試樣溶液的電導(dǎo)率，并測定溶液的溫度，計算20℃時懸液的電導(dǎo)率。當(dāng)試樣中易溶鹽含量超過0.5%時應(yīng)洗鹽。當(dāng)20℃時的電導(dǎo)率大于1000μS/㎝時，應(yīng)洗鹽。第151頁/共508頁

2）取樣取具有代表性的試樣200g～300g過2㎜篩，求出篩上試樣占試樣總質(zhì)量的百分比。取篩下試樣測定風(fēng)干含水率。

3）制樣取干質(zhì)量為30g的風(fēng)干試樣，倒入

500mL錐形瓶中，加純水200mL，浸泡過夜后于砂浴上煮沸約40min。風(fēng)干試樣質(zhì)量計算公式:4）過洗篩將冷卻后的懸液靜止1min，將懸液通過洗篩漏斗過0.075㎜篩。篩上砂粒進行細篩分析，并計算各粒組占試樣總質(zhì)量的百分比。第152頁/共508頁5）將過篩懸液倒入量筒，加入分散劑，再注入清水使懸液達1000mL。用攪拌器沿量筒上下攪拌1min，往復(fù)大約30次，取出攪拌器，將密度計放入懸液內(nèi)，同時啟動秒表，按規(guī)定時間讀取讀數(shù)。讀數(shù)時均以彎液面上緣為準，每次讀數(shù)時還需測記相應(yīng)的懸液溫度。第153頁/共508頁6）按下式計算小于某粒徑的試樣質(zhì)量占試樣總質(zhì)量的百分數(shù)：甲種密度計：

其中

乙種密度計：其中

第154頁/共508頁7）按下式計算土顆粒粒徑，也可按土工試驗規(guī)程（SL237－006－1999）中圖4.5.2確定。

式中：——粒徑計算系數(shù)，亦可從教材表（5.4-5）中查得。第155頁/共508頁四移液管法1、主要儀器設(shè)備有移液管（如圖）、天平等。移液管示意圖1—二通閥2—三通閥3—移液管4—接吸球5—放流口第156頁/共508頁2、試驗步驟：

1）取樣取代表性試樣（粘土為10g～15g，砂土為20g）制備成懸液，倒入量筒后置于恒溫水槽中，測記懸液溫度。計算或從相關(guān)資料查閱小于0.05㎜、0.01㎜、0.005㎜、0.0002㎜等粒徑土粒在不同溫度靜水中下沉某一深度所需的靜置時間。

2）吸取懸液懸液上下攪拌1min，根據(jù)各粒徑下沉某一深度所需的靜止時間讓懸液靜止，在靜止時間終止前10s將移液管放入設(shè)定的懸液深度處，規(guī)程采用10cm深度。移液管接上吸球吸取懸液，吸取量不少于25mL。第157頁/共508頁3）移懸液將移液管下口放入燒杯內(nèi)，用吸球?qū)乙簲D入燒杯內(nèi)。每吸取一組懸液后必須重新攪拌，再吸取另一組粒徑的懸液。

4）烘干稱量將燒杯中懸液蒸發(fā)至半干，放入烘箱，在105℃～110℃溫度下烘至恒量，稱燒杯內(nèi)試樣質(zhì)量。

第158頁/共508頁

3、按下式計算小于某粒徑的試樣質(zhì)量占試樣總質(zhì)量的百分比。

式中：

——懸液總體積，mL；

——吸取懸液的體積，mL；

——吸取25mL懸液中試樣干質(zhì)量，g；

——試樣干質(zhì)量，g。

4、繪制顆粒大小分析曲線。第159頁/共508頁五密度計法和移液管法中幾個注意問題1、試樣的狀態(tài)和用量●粘性土顆分結(jié)果主要取決于被分析的試樣狀態(tài)、制備方法和分析方法等因素。試樣通常有天然濕度、風(fēng)干和烘干三種狀態(tài)。實踐證明：用天然濕度的試樣比風(fēng)干和烘干試樣所測得的粘粒含量均偏高。因為粘土中往往有非可溶性的膠體物質(zhì)，經(jīng)過干燥后細顆粒能膠結(jié)成團，難以再度分散，所以，用天然濕度狀態(tài)下的試樣分析更符合實際。但是在實際工作中，往往在土樣取出后，經(jīng)過長途運送，歷時較長，無法保持其天然含水率，因此，建議采用風(fēng)干試樣，對于同一地區(qū)同一工程用途應(yīng)采用相同狀態(tài)的土進行分析，以便比較。第160頁/共508頁●試樣的用量：根據(jù)對移液管法進行研究結(jié)果表明，當(dāng)懸液濃度在0.5%～3%范圍時，各粒組的含量沒有顯著出入，而當(dāng)懸液濃度增加至4%～5%時，則0.25㎜～0.05㎜粒組含量增加，并相應(yīng)減少了粘粒含量。因此，用密度計法時，試樣用量規(guī)定為30g，而移液管法可酌情減少，規(guī)定用10g～20g。第161頁/共508頁

2、洗鹽●對于易溶鹽含量大于0.5%的試樣，未經(jīng)洗鹽的試樣和洗鹽后的試樣顆粒分析結(jié)果是不一樣的，前者粉粒含量高、粘粒含量低；后者粉粒含量低、粘粒含量高。因此，對于易溶鹽含量大于0.5%的試樣，應(yīng)進行洗鹽。第162頁/共508頁●洗鹽方法電導(dǎo)率法具有方便、快速估計試樣含鹽狀況的優(yōu)點。其原理是根據(jù)電導(dǎo)率在低濃度溶液內(nèi)，與懸液中易溶鹽濃度成正比關(guān)系，電導(dǎo)率因鹽性不同而異。一般，當(dāng)電導(dǎo)率小于1000μS/㎝時，相應(yīng)的含鹽量不會大于0.5%，因此試驗中規(guī)定用電導(dǎo)率法檢驗洗鹽應(yīng)洗到溶液的電導(dǎo)率小于1000μS/㎝。而電導(dǎo)率大于1000μS/㎝時，應(yīng)將含鹽量計入，否則會影響試驗計算結(jié)果。第163頁/共508頁

目測法比較簡易，沒有電導(dǎo)率儀時可采用目測法。目測法：取少量（約3g）試樣放入燒杯中，加適量純水調(diào)成糊狀并研散，再加25mL純水煮沸10min，冷卻后移入試管中，靜置過夜，如出現(xiàn)凝聚現(xiàn)象則應(yīng)洗鹽。第164頁/共508頁

洗鹽一般用濾紙過濾或抽氣過濾。用純水洗濾到濾液的電導(dǎo)率小于1000μS/㎝時，或?qū)?%酸性硝酸銀溶液和5%酸性氯化鋇溶液無白色沉淀反應(yīng)。第165頁/共508頁3、分散劑細粒土的土粒可分成原級顆粒和團粒兩種。團粒是由顆粒集結(jié)而成，它是沉積過程中以及其后的生存期間形成的。組成土的原級顆粒和團粒，總稱之為結(jié)構(gòu)單元。目前我國多采用半分散法，方法是用煮沸加化學(xué)分散劑來進行顆粒分散，這樣既能將土粒分散，又不破壞土的原級顆粒及其聚合體。這種分散方法比較符合工程實際情況，基本上可以使土在不受任何破壞時，求得土的粒組所占土總質(zhì)量的百分數(shù)。第166頁/共508頁

從目前國際上使用的分散劑品種來看，采用強分散劑（如六偏磷酸鈉、焦磷酸鈉）的比較多。如美國ASTM用六偏磷酸鈉，英國BS1377用六偏磷酸鈉加硅酸鈉；德國DIN18123用焦磷酸鈉。國內(nèi)大多數(shù)行業(yè)采用鈉鹽作為分散劑，以六偏磷酸鈉使用最廣，也有使用焦磷酸鈉的。因此，從試驗資料的可比性和國內(nèi)外交流的需要著想，對一般易分散的土用4%濃度的六偏磷酸鈉作為分散劑。對于一些特殊土，可以根據(jù)工程實際情況及土類特點選用合適的分散劑，但在試驗記錄中應(yīng)予以注明。第167頁/共508頁4、密度計讀數(shù)標準的選擇密度計讀數(shù)標準一般有兩種，一種是全曲線分析讀數(shù)，即選用0.5min、1min、2min、5min、15min、30min、60min、120min、180min、1440min時刻分別測記密度計讀數(shù)；另一種是選取用相應(yīng)于各粒組界限值，如0.075㎜、0.05㎜、0.005㎜、0.002㎜的沉降時間作為讀數(shù)時間?？紤]到密度計讀數(shù)的原則應(yīng)該既要能測出各粒組的界限值，同時又要控制測點在顆粒大小分布曲線上的均勻分布，使顆粒級配曲線的形狀趨于真實，還應(yīng)該顧及讀數(shù)的上限和下限，以滿足顆粒級配曲線的完整性。因此，選用的讀數(shù)標準為接近全曲線分析讀數(shù)法。第168頁/共508頁六顆粒分析試驗中的可能誤差1、篩析法的誤差一個篩的篩孔可以看作是一系列空軛塊，當(dāng)顆粒處于篩孔上，有的可以通過而有的卻通不過，這主要取決于顆粒的尺寸和顆粒在篩面上的角度。同時還取決于下列因素：1）篩分的持續(xù)時間；2）不同篩子和不同操作者的影響；第169頁/共508頁3）試樣的數(shù)量。其實這三個影響因素都可以通過操作程序的規(guī)范化，使篩分結(jié)果的重復(fù)性大大提高。另外，篩子的孔徑也是影響因素之一。由于制造的原因，除較大的孔徑外，一般篩孔均為方孔，而被篩分的土粒形狀是各式各樣的，因此，從理論上講，篩分析不能正確地測定土粒直徑。但大于粉粒的許多顆粒，一般是圓的或較規(guī)則，其形狀接近于等尺寸的，所以，篩分析還是能得出相當(dāng)準確的的粒徑量度。第170頁/共508頁

2）密度計法的誤差影響密度計法準確性的主要因素有以下二個方面，即密度計的系統(tǒng)誤差和司篤克斯定律的適用性問題。對于密度計的系統(tǒng)誤差可以通過一系列的校正系數(shù)得到解決。關(guān)于司篤克斯定律的適用性問題，可以從理論與實際的對比來分析，司篤克斯定律是假定液面為無限伸展的，球體是表面光滑的剛性體。而實際上，土粒的形狀并非球形，特別是粘土顆粒；同時液面也是有限的；土粒沉降也不是單個顆粒而是許多土粒同時沉降，就會產(chǎn)生顆粒之間的互相干擾和量筒壁的影響。第171頁/共508頁

通過研究，將土粒直徑限止在0.075㎜以下、采用合適的量筒尺寸，可盡量減小誤差。但是，粘土中膠粒的布朗運動、懸液的濃度和粘度、土粒的非剛性和非圓形等對沉降是有一定影響的，所以，應(yīng)充分考慮密度計法所得分析結(jié)果的近似性。第172頁/共508頁第五節(jié)土的界限含水率試驗一、概述

1、阿態(tài)堡限度粘性土的狀態(tài)隨著土中水量的變化而變化。各種粘土有一個處于塑性狀態(tài)的含水率范圍。界限含水率就是這個范圍的量度值。1911年瑞典科學(xué)家阿太堡（Atterberg）將土從液態(tài)過渡到固態(tài)的過程分為五個階段，規(guī)定了各個界限含水率，稱阿態(tài)堡限度。第173頁/共508頁

2、幾個術(shù)語

1）界限含水率粘性土的狀態(tài)因土中水量的變化而變化。各種粘性土有一個處于塑性狀態(tài)的含水率范圍，用來量度這個范圍的量度值稱為界限含水率。

2）液限粘性土可塑狀態(tài)的上限。

3）塑限粘性土可塑狀態(tài)的下限。第174頁/共508頁4）縮限土體從半固體狀態(tài)轉(zhuǎn)變成固體狀態(tài)的界限值，其特征是含水率低于塑限，水分蒸發(fā)時體積不再減小。對工程來說，具有實用意義的是液限和塑限。界限含水率尤其是液限，能較好地反映土的某些物理力學(xué)性質(zhì)。第175頁/共508頁5）塑性指數(shù)：液限與塑限的差值

IP=wL-

wP

6）液性指數(shù)：天然含水率和塑限之差與塑性指數(shù)的比值。

w-wP

IL=————IP

液性指數(shù)是土抵抗外力的量度，其值愈大，抵抗外力的能力愈小。第176頁/共508頁3、試驗?zāi)康暮瓦m用范圍:1）目的測定細粒土的液限、塑限和縮限，劃分土類，計算塑性指數(shù)、液性指數(shù)，供設(shè)計，施工使用。

2）適用于粒徑小于0.5mm顆粒組成和有機質(zhì)含量不大于干土質(zhì)量5%的土。第177頁/共508頁4、試驗方法:

液限——碟式儀法、圓錐儀法

塑限——滾搓法液塑限聯(lián)合測定法

第178頁/共508頁●對于液限的試驗方法，目前國際上測定液限的方法是碟式儀法和圓錐儀法。各國采用的碟式儀和圓