【正文】 1 土工試驗(yàn) 土是由地殼表面的巖石經(jīng)過(guò)物理風(fēng)化、化學(xué)風(fēng)化和生物風(fēng)化作用之后形成的松散的固體顆粒、水和氣體的集合體。 主要特征 是：分散性、復(fù)雜性、易變性。在工程建設(shè)中有三種不同的功能：用來(lái)支承建筑物傳來(lái)的荷載 —— 地基、用作建筑材料、作為建筑物周圍的介質(zhì)或環(huán)境。 土是由土顆粒（固相）、水（液相）、氣體（氣相）三種物質(zhì)組成的集合體。 固相：固體物質(zhì)分為無(wú)機(jī)礦物顆粒和有機(jī)物質(zhì)。礦物顆粒由原生礦物和次生礦物組成。其中：次生礦物的成分和性質(zhì)比較復(fù)雜，對(duì)土的工程性質(zhì)影響較大。有機(jī)質(zhì)成分對(duì)土的工程性質(zhì)產(chǎn)生不利影響，在公路工程中不 應(yīng)采用。 液相：指土孔隙中存在的水。以三種狀態(tài)存在：固態(tài)、液態(tài)、氣態(tài)。 氣態(tài)水在干旱和半干旱地區(qū)易引發(fā)鹽脹。 液態(tài)水分為礦物顆粒內(nèi)部水（化學(xué)結(jié)構(gòu)水和化學(xué)結(jié)晶水）和礦物顆粒表面水（結(jié)合水和自由水（毛細(xì)水和重力水））。石膏在 60~65℃時(shí)化學(xué)結(jié)晶水開始逸出。強(qiáng)結(jié)合水 ○ 1 密度可達(dá)成 ～ 。 ○ 2 僅在 105～ 110℃時(shí)才可完全釋放。 ○ 3 沒(méi)有溶解能力不能使鹽類遷移?！?4 減小了土孔隙的體積。弱 結(jié)合水 ○ 1 密度大于 1g/cm3。 ○ 2 能夠由水膜薄處向水膜厚處移動(dòng)。 ○ 3 具有溶解和移動(dòng)鹽分的能力。 ○ 4 難以凍結(jié)，凍結(jié)溫度為 70～ 80℃。弱結(jié)合水可以使土具有塑性。 毛細(xì)水在浸潤(rùn)引力和表面張力作用下可造成土層的聚冰體膨脹。重力水具有很強(qiáng)的溶解作用，在下行移動(dòng)過(guò)程中逐漸擴(kuò)散，轉(zhuǎn)變?yōu)槊?xì)水和弱結(jié)合水。 固態(tài)水：冰。 氣相：指土孔隙中充填的空氣。分為兩類：與大氣相連通的自由氣體各與大氣隔絕的封閉氣體。 土的基本物理指標(biāo)：（通過(guò)試驗(yàn)直接測(cè)定） 土的密度 ρ ：是指土體單位體積的質(zhì)量。（ KN/m3） 土的密度一般為 16～ 22 KN/m3，或 ～ 土顆粒的比重 Gs（或土粒密度 ρs）：是指土的固體顆粒的單位體積的質(zhì)量與水在 4℃時(shí)單位體積之比。 其變化范圍一般在 ～ 之間。 土的含水量 w：是指土中水（結(jié)合水和自由水）的質(zhì)量與固體顆粒質(zhì)量之比。用百分?jǐn)?shù)表示。 土的換算指標(biāo)： 干密度 ρ d：是指土的固體顆粒質(zhì)量與土的總體積之比。 (KN/m3或 g/cm3) 干密度常用作土壓實(shí)的控制指標(biāo)。 飽和密度 ρsat：是指土孔隙中全部被充滿水時(shí)土的密度。 （ KN/m3） ρw 是水的密度， = KN/m3=179。 103N/cm3。 浮密度（或浸水密度） ρ/：是指土浸在水中受到水的浮力作用時(shí)的單位體積的重量。 或 孔隙比 e：是土中孔隙的體積與固體顆粒體積之比。 用來(lái)評(píng)價(jià)土的緊密程度。 孔隙率 n：指土中孔隙體積與總體積之比。 孔隙比與孔隙率之間存在 下述關(guān)系： 飽和度 Sr：是指孔隙中水的體積與孔隙體積之比。 mV?? 2 飽和度用來(lái)描述土中水充滿孔隙的程度。 Sr=0 時(shí)土是完全干燥的； Sr=1 時(shí)土是完全飽和的。砂土按飽和度可劃分為三種狀態(tài)： 0＜ Sr≤ 稍濕的； ＜ Sr≤ 潮濕的； ＜ Sr≤ 飽和的。 三項(xiàng)指標(biāo)的換算關(guān)系： 指標(biāo) 符號(hào) 物理表達(dá)式 換算關(guān)系式 孔隙比 e 孔隙率 n 干密度 飽和密度 浮密度 飽和度 Sr 已知土的三個(gè)指標(biāo) ρ s、 w、 e,試推算各有 關(guān)指標(biāo)。 假定 Vs=1,根據(jù)定義得：孔隙體積 Vv=e,土粒質(zhì)量為 ρ s,水的質(zhì)量為 ρ s178。 w,水的體積為 ρ s178。 w/ρ w。則： 已知土的試驗(yàn)指標(biāo) ρ s,w,ρ 。試推算各有關(guān)指標(biāo)：假定 V=1：則土的質(zhì)量為 ρ ；土粒質(zhì)量為 ρ /（ 1+w）；水的質(zhì)量為： ρ w/（ 1+w） 。土粒體積為： ρ /ρ s（ 1+w） 。孔隙體積為 1ρ /ρ s（ 1+w）；水的體積為 ρ w/ρ w (1+w)。 則可推出各指標(biāo)：（見(jiàn)上表） 土工試驗(yàn)項(xiàng)目 可分為： 物理性質(zhì)試驗(yàn)：含水量、密度、比重、顆粒 分析、相對(duì)密度。 水理性質(zhì)試驗(yàn)：界限含水量、稠度、膨脹、毛細(xì)上升速度。 力學(xué)性質(zhì)試驗(yàn)：滲透性、擊實(shí)性、壓縮性、黃土濕陷性、直接剪切、三軸剪切、無(wú)側(cè)限剪切、土基承載比、回彈模量。 化學(xué)性質(zhì)試驗(yàn)：酸堿度、燒失量、有機(jī)質(zhì)含量、可溶鹽含量、陽(yáng)離子交換量、礦物成份。 土的物理性質(zhì)試驗(yàn) 一、含水量試驗(yàn)：有烘干法、酒精燃燒法、比重法、碳化鈣氣壓法。 烘干法是含水量測(cè)定的標(biāo)準(zhǔn)方法。適用于粘質(zhì)土、粉質(zhì)土、砂類土和有機(jī)質(zhì)土類。一般情況下烘箱溫度為 105～ 110℃（有機(jī)質(zhì)含量超過(guò) 5%的土，應(yīng)控制在 65～ 70℃）細(xì)粒土不少于 8h， 砂類土不少于 6h。 酒精燃燒法一般現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試使用較多。適用于無(wú)粘性土和一般粘性土；不適用于含有機(jī)質(zhì)土、含鹽量較多的土和重粘土。 碳化鈣氣壓法適用性強(qiáng)，缺點(diǎn)對(duì)電石粉的穩(wěn)定性要求高。 比重法適用于砂類土。 針對(duì)含石膏土和有機(jī)質(zhì)土，溫度控制在 60～ 70℃干革命燥 8h以上。 對(duì)無(wú)機(jī)結(jié)合料宜先將烘箱提前升溫到 110℃在放入水泥結(jié)合料烘干。 二、密度試驗(yàn)：有環(huán)刀法、 電動(dòng)取土器法、蠟封法、灌砂（水）法。 環(huán)刀法測(cè)試路基土壓實(shí)度的方法： 使用設(shè)備： 人工取土器，其中：環(huán)刀：內(nèi)徑（ d） 6～ 8cm，高（ h） 2～ 3cm。 天平： 感量 （用于取芯頭內(nèi)徑小于 70mm 樣品稱量）或 （用于取芯頭內(nèi)徑 100mm 樣品的稱量）。 d?sat?? Vn V V?dsmV? ? s V wsat mVV ????s s wV ????? ?1 1sGwe ????? ?1 1n Gw??1d w?? ? ? ? ?? ?1swsat wsG????????? ?? ?1swsG???? ? ? ?1 sr wsGwS Gw?? ?????? 3 其它：鎬、小鐵鍬、直尺、修土刀、鋼絲鋸、凡士林等。 試驗(yàn)步驟： 按有關(guān)試驗(yàn)方法對(duì)檢測(cè)試樣用同種材料進(jìn)行擊實(shí)試驗(yàn)，得到最大干密度及最佳含水量。 （ 1）擦凈環(huán)刀，稱取環(huán)刀重量 M2，準(zhǔn)確至 。 （ 2）在試驗(yàn)地點(diǎn)，將面積約 30cm 30cm 的地面清掃干凈，并將壓實(shí)層鏟去表面浮動(dòng)及不平整的部分，達(dá)到一定深度，使環(huán)刀打下后，能達(dá)到要求的取土深度，但不得擾動(dòng)下層。 （ 3）將定向筒齒釘固定于鏟平的地面 上，順次將環(huán)刀、環(huán)蓋放入定向筒內(nèi)與地面垂直。 （ 4）將導(dǎo)桿保持垂直狀態(tài)，用取土器落錘將環(huán)刀打入壓實(shí)層中，至環(huán)蓋頂面與定向筒上口齊平為止。 （ 5）去掉擊實(shí)錘和定向筒，用鎬將環(huán)刀及試樣挖出。 （ 6）輕輕取下環(huán)蓋，用修土刀自邊至中削去環(huán)刀兩端余土，用直尺檢測(cè)直至修平為止。 （ 7）擦凈環(huán)刀外壁，用天平稱取出環(huán)刀及試樣合計(jì)質(zhì)量 M1，準(zhǔn)確至 。 （ 8）自環(huán)刀中取出試樣，取具有代表性的試樣，測(cè)定其含水量（ w）。 進(jìn)行兩次平行試驗(yàn)，其平行差值不大于 。求其算術(shù)平均值。 計(jì)算 ：按計(jì)算濕密度 按計(jì)算干密度 按計(jì)算測(cè)試點(diǎn)的施工壓實(shí)度（ K） 報(bào)告：分別填寫土的鑒定分類、土的含水量、濕密度、干密度、最大干密度、壓實(shí)度等。 簡(jiǎn)述灌砂法試驗(yàn)中灌砂筒下部圓錐體內(nèi)砂的質(zhì)量的標(biāo)定過(guò)程 使用設(shè)備：灌砂筒、金屬標(biāo)定罐、臺(tái)稱（感量不大于 1g）、量砂（粒徑 ～ 清潔干凈的均勻砂）。 標(biāo)定過(guò)程： 在灌砂筒筒口高度上，向灌砂筒內(nèi)裝砂至距筒頂 15mm 左右為止。稱取裝入筒內(nèi)砂的質(zhì)量 m1,準(zhǔn)確至 1g。 將開關(guān)打開，使 灌砂筒筒底的流砂孔、圓錐形漏斗上端開口圓孔及開關(guān)鐵板中心的圓孔上下對(duì)準(zhǔn)，讓砂自由流出，并使流出砂的體積與工地所挖試坑的體積相當(dāng)（等于標(biāo)定罐的容積），然后關(guān)上開關(guān)。 不晃動(dòng)儲(chǔ)砂筒的砂，輕輕地將罐砂筒移至玻璃板上，將開關(guān)打開，讓砂流出，直到筒內(nèi)砂不再下流時(shí)，將開關(guān)關(guān)上，并細(xì)心地取走灌砂筒。 收集并稱量留在玻璃板上的砂，準(zhǔn)確至 1g。玻璃板上的砂就是填滿筒下部圓錐體的砂 (m2) 重復(fù)上述測(cè)量三次，取其平均值。 比重試驗(yàn) ：有：比重瓶法、浮稱法、虹吸筒法。 顆粒分析試驗(yàn) 土粒的大小稱為粒度。把大小相近的土粒合 并為組，稱為粒組。 粒組劃分有兩種方式： 1） 任意劃分的方式。即按一定的比例遞減關(guān)系劃分粒組的界限值。 2） 考慮土粒性質(zhì)變化的方式。即使劃分的粒組界限值與粒組性質(zhì)的變化相適應(yīng)。 顆粒分析常用兩種方法：對(duì)大于 的土粒常用篩分析的方法。對(duì)小于 的土粒則用沉降分析的方法。 土的粒度成分是指土中各種不同粒組的相對(duì)含量（以干土質(zhì)量的百分比表示），它可以用來(lái)描述土的各種不同粒徑土粒的分布特性。 表示方法有：表格法、累計(jì)曲線法、三角形坐標(biāo)法。 由累計(jì)曲線 可確定兩個(gè)土粒的級(jí)配指標(biāo)： 不均勻系數(shù)： 曲率系數(shù) （或稱級(jí)配系數(shù)）： 當(dāng)同時(shí)同時(shí)滿足不均勻系數(shù)≥ 5和曲率系數(shù) =1～ 3時(shí)為級(jí)配良好土。否則為級(jí)配不良土。 4 粒度成分分析方法：篩分析法、沉降分析法（比重計(jì)法、移液管法） 沉降分析法是利用司篤克斯定理：（土粒在液體中的沉降速度與粒徑的關(guān)系成正比）進(jìn)行。司篤克斯公式得的顆粒直徑并不是實(shí)際土粒的尺寸，而是水力直徑 ( )。 相對(duì)密度試驗(yàn) 砂土的密實(shí)狀態(tài)指標(biāo)：孔隙比、相對(duì)密度、標(biāo)準(zhǔn)貫入擊數(shù)。 孔隙比 e 沒(méi)有考慮砂土的級(jí)配因素。 相對(duì)密度：是砂緊密程度的指標(biāo)。 為砂土以最松散狀態(tài)時(shí)的孔隙比。 為砂土天然狀態(tài)下的孔隙 比。 為砂土以最緊密狀態(tài)時(shí)的孔隙比 標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)：是用標(biāo)準(zhǔn)的錘重（ ），以一定的落距（ 76cm）自由下落把一標(biāo)準(zhǔn)貫入器打入土中的（ 30cm）的錘擊數(shù)（ ）。 液塑限試驗(yàn) 土體從液體狀態(tài)向塑性狀態(tài)過(guò)渡的界限含水量稱為液限 wL。 土體從塑性狀態(tài)向固體狀態(tài)過(guò)渡的界限含水量稱為塑限 wP。 土的塑性狀態(tài)的含水量變化范圍即土的塑性大小，為土的塑性指數(shù) IP。 液性指數(shù)： 試驗(yàn)方法：液塑限聯(lián)合測(cè)定法、碟式儀液限試驗(yàn)法、錐式儀液限試驗(yàn)法、滾搓法塑限試驗(yàn)法。 土的工程分類的依據(jù) 一般地對(duì)粗粒土主要按粒度成分進(jìn)行 分類，粘性土則按塑性指數(shù)分類 依據(jù)： 1）土顆粒組成特征。 2）土的塑性指標(biāo)：液限、塑限、塑性指數(shù)。 3）土中有機(jī)質(zhì)存在情況。 土的縮限是擾動(dòng)的土粘質(zhì)土在飽和狀態(tài)下 ,因干革命燥收縮至體積不變時(shí)的含水量。 天然稠度：土的液限與天然含水量和塑性指數(shù)之比。 土的命名：符號(hào)： H高 L低 W良好級(jí)配 P不良級(jí)配 C粘土 M粉土 S砂土 Y黃土 O有機(jī)質(zhì)土 B漂石 G 礫石 Cb卵石 E膨脹土 R紅粘土 St鹽漬土 一、含水量試驗(yàn) （一） 定義和適用范圍 1 土的含水量是在 105~110C 下烘至恒量時(shí)所失去的水分質(zhì)量和達(dá)恒量后干土質(zhì)量的比值，以百分?jǐn)?shù)表示，本法是測(cè)定含水量的標(biāo)準(zhǔn)方法。 2 本試驗(yàn)方法適用于粘質(zhì)土、粉質(zhì)土、砂類土和有機(jī)質(zhì) （二） 儀器設(shè)備 細(xì)粒土 粉土 M MH ML G S MHG MLG MHS MLS 粘質(zhì)土 C CH CL CHG CLG G S CHS CLS 有機(jī)質(zhì) O 粘土 C 粉土 C CHO MHO CLO CLO 5 1 烘箱：可采用電熱烘箱或溫度能保持 105℃一 110℃的其它能源烘箱，也可用紅外線烘箱。 2 天平：感量 。 3 其它：干燥器、稱量盒 (為簡(jiǎn)化計(jì)算手續(xù)，可將盒質(zhì)量定期 (3～ 6 個(gè)月 )調(diào)整為恒質(zhì)量值 )等。 （三） 試驗(yàn)步驟 1 取具有代表性試樣，細(xì)粒土 15~30g，砂類土、有機(jī)質(zhì)土為 50g,放人稱量盒內(nèi)，立即蓋好盒蓋 ,稱質(zhì)量。 稱量時(shí)，可在天平一端放上與該稱量盒等質(zhì)量的砝碼，移動(dòng)天平游碼，平衡后稱量結(jié)果即為濕土質(zhì)量。 2．揭開盒蓋，將試樣和盒放入烘箱內(nèi)，在溫度 105～ 110℃恒溫下烘干。 烘干時(shí)間對(duì)細(xì)粒上不得少于 8h，對(duì)砂類土不得少于 6h。對(duì)含有機(jī)質(zhì)超過(guò) 5％的土，應(yīng)將溫度控制在 65～ 70℃的 3．將烘干后的試樣盒取出，放入干澡器內(nèi)冷卻（一般只需 ～ 即可）。冷卻后蓋好盒蓋 ,稱質(zhì)量 ,準(zhǔn)確至 . (四 ) 結(jié)果整理 (五 ) 精密度和允許差 本試驗(yàn)須進(jìn)行二次平行測(cè)定 ,取其算術(shù)平均值 ,允許平行差值應(yīng)符合規(guī)定 (六 ) 報(bào)告 1 土的鑒別分類和代號(hào)。 2 土的含水量。 （一） 目的和適用范圍 本試驗(yàn)方法適用于快速簡(jiǎn)易測(cè)定細(xì)粒土 (含有機(jī)質(zhì)土、含鹽量較多的土、重粘土除外 )的 含水量。 （二） 儀器設(shè)備 1 稱量盒 (定期調(diào)整為恒質(zhì)量 )。 2 天平：感量 0． Olg。 3 酒精：純度 95% 4 滴管、火柴、調(diào)土刀等。 （三） 試驗(yàn)步驟 1 取 代表性試樣 (粘質(zhì)土 5～ log，砂類土 20— 30g)，放人稱量盒內(nèi)，稱濕土質(zhì)量。