土工试验培训资料 - 图文

土工试验基础知识培训

目前工程地质勘察中，室内土工试验及野外原位测试是取得地基基础设计参数的主要手段，由于野外施工条件与设备等的限制，往往只能靠室内土工试验的指标供基础设计。所以，对于岩土勘察工程来说，土工实验数据的准确性是至关重要的，土工实验数据包括了密度、含水量、液限、塑限压缩性、抗剪强度以及压缩系数等等，其中每一项数据的准确性都和工程勘察的质量有着直接的关系。 本次土工试验基础知识培训主要分为两大块：一是各项试验的原理、试验方法及步骤、另一个是关于如何合理安排土的试验项目。主要目的是大家相互学习、相互交流、提高，有不对的地方希望各位同事能够及时指正。

1. 各项试验的试验步骤及原理 1.1含水率试验（烘干法）

本试验方法适应于粗粒土、细粒土、有机质土和冻土。 试验步骤：

⑴称取有代表性的样品15～30g或用环刀中的试样，对于砂类土、淤泥（质）土或有机质土应适当增加取样质量。用调土刀将土样搅拌均匀，同时应剔除样品中不具代表性的少数粗大颗粒，如大块姜石、卵石、碎石、结核、碎贝壳等。放入铝盒内，盖上盒盖，称湿土质量，准确至0.01g。

⑵打开称量过的试样铝盒盖，将试样和铝盒一起放入烘箱，在105℃～110℃温度下烘至恒重。粘性土烘干时间不少于8～10小时，砂类土、粉土烘干时间不少于6小时。对有机质土，应将温度控制在65℃～70℃的恒温下烘干至恒重，烘干时间不少于10小时。

⑶将烘干样品从烘箱中取出稍冷后，盖上铝盒盖放入干燥器中冷却（空气湿度较低时，亦可待盖好铝盒后置于空气中冷却）。试样冷却至室温后，用天平准确称取铝盒中干土质量，方法和精度应与湿土称量一致。

计算方法：ω=(m0/ma-1)×100

式中：m0—湿土质量(g)；ma—干土质量(g)；ω—土的含水率（%）。 试验室现有图片：

铝盒 电子天平 1.2密度试验（环刀法）

本试验方法适用于细粒土。 试验步骤：

⑴取有代表性试样，高度3cm左右，用钢丝锯切平其两端，并将试样削成略大于环刀直径的土柱。将环刀刀口向下放在试样上。

⑵将环刀垂直下压，边压边削，直至土样完全伸出环刀为止。将环刀两端余土切去修平，将环刀外壁擦拭干净。

⑶在天平放砝码的一端放一等重量环刀，直接称量出湿土质量，准确至0.1g ，做好记录。如果用电子天平或其连接数据采集系统称量，先将等重量环刀质量放在电子天平上去皮清零，再直接称量出湿土质量，准确至0.1g ，记录好试样质量。 计算方法：

按下式计算试样密度与干密度： ??mV

? ?d?1?0.01w

式中：? —密度，准确至0.01 g/cm3 ； ?d —干密度，准确至0.01 g/cm3 ； m —湿土， g ； V —环刀体积， cm3； w —含水率， ％。 按下式计算试样重度与干重度：

???*g ?d??d*g

?d —干重度，准确至0.1 kN/m3； g —取9.80 m/s 。

试验室现有图片：

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钢丝锯 环刀 1.3颗粒分析试验

本试验方法适用于粒径≤60mm，＞0.075mm的土；对于最大粒径不同的各种土样采样应具备代表性，建议取样数量如下表：

土的最大粒径(mm) ≤2 ≤10 ≤20 ≤40 ＞40 建议取样量(g) 100～300 300～1000 1000～2000 2000～4000 ≥4000 试验步骤：

1．对无粘性的砂类土的筛分析按下列步骤进行：

⑴按上表要求称取风干土样，准确至0.1g，试样数量超过500g时，准确至1g。

⑵将试样分批过2mm筛。当筛下试样质量小于总质量的10%时，可不作细筛分析；当筛上试样质量小于试样总质量的10%时，可不作粗筛分析。

⑶取2mm筛上试样倒入依次叠好的粗筛的最上层筛中；取2mm筛下试样倒入依次叠好的细筛的最上层筛中，进行筛析,并称量记录各级筛的留筛质量。

⑷如果2mm筛下土量过多，可将其混和均匀再用四分法缩分至100～300g。将试样倒入依次叠好的最上层筛中，进行筛析,并称量记录各级筛的留筛质量。

⑸各细筛上及底盘内土的质量总和与筛前所取2mm筛下试样质量之差不得大于1% 。并且粗筛上及2mm筛的土质量总和与筛前试样总质量的误差也不大于1%。

⑹按下式计算小于某粒径的试样质量占样品总质量的百分数： x=

mA mB ?dX

式中，x--小于某粒径的试样质量占样品总质量的百分数； mA --小于某粒径的试样质量(g)；mB --试样总质量(g)；dX --小于2mm的试样占试样总质量的百分数；

⑺以小于某粒径的试样质量占试样总质量的百分数为纵坐标，粒径（mm）为横坐标，绘制粒度分析曲线，并按下列公式计算土的不均匀系数和曲率系数： Cu=d60/d10 Cc=d302/(d60×d10)

式中，Cu—不均匀系数，Cc—曲率系数；d60—限制粒径，即土中小于该粒径的颗粒质量占总土质量的60%的粒径；d10—有效粒径，即土中小于该粒径的颗粒质量占总土质量的10%的粒径；d30—中间粒径，即土中小于该粒径的颗粒质量占总土质量的30%的粒径；

2．对含细粒土的砂砾土按下列步骤进行： ⑴按表中规定的取样数量称取风干样品。

⑵将试样置于盛有清水的容器中，充分搅拌，使粗细颗粒完全分离。 ⑶将容器中的试样悬液通过2mm筛，并用清水反复冲洗，至筛上仅剩大于2mm的颗粒为止，将筛上试样烘干称重，然后进行粗筛分析。

⑷将2mm筛下的土悬液用研杵研磨，充分研散后，并通过0.075mm筛。反

复冲洗研磨，至筛上仅剩大于0.075mm的颗粒。将筛上土烘干至恒重，称量烘干试样的质量并记录，再进行细筛分析。

⑸当粒径小于0.075mm的试样质量超过试样总质量的10%时，应用密度计法测定小于0.075mm的颗粒组成。

⑹计算、绘制曲线。 3．密度计法

⑴取代表性风干样品约200g碾散。

⑵若土中大于2mm的颗粒质量超过试样总质量的10%时，应先进行筛分析。 ⑶按规范称取经风干或烘干土样（若采用风干样品，则需要测定其风干含水率）。将试样倒入容积500mL锥形烧瓶中，加入200～300mL蒸馏水，浸泡过夜。然后将其置于恒温砂浴烘箱或其它煮沸设备上煮沸，煮沸时间持续40分钟到60分钟。（粘粒较高的样品宜适当延长煮沸时间，砂性土可适当缩短至30分钟左右）。

⑷将冷却后的试样悬液通过0.075mm筛移入1000mL试验标准量筒，并用橡皮研杵反复研磨，用蒸馏水反复冲洗至筛上仅余粒径大于0.075mm的颗粒。多次冲洗过筛后，悬液总量不能超过990mL。将筛上土移至蒸发皿中，沉淀后倒去清水。放入烘箱中烘干至恒重，称量后进行细筛分析，并计算各级颗粒占试样总质量的百分比。

⑸向量筒中加入4%的六偏磷酸钠10mL，再注入蒸馏水至1000mL刻线。 ⑹用搅拌器从量筒液面至筒底上下搅拌约1分钟，往返约30次，取出搅拌器，立即开动秒表计时。在规定读数的前20秒左右，将密度计轻轻放入悬液中，并使密度计相对静止，不能接触筒壁。测定记录密度计历时1、5、30、120、1440分钟时密度计的读数，并测定当时悬液温度，估读至0.1℃。每次读数完毕立即取出密度计放入盛有纯水的量筒中。每次放入或取出密度计时，应尽量减少悬液的扰动。

注：a.TM85密度计读数以弯液面上缘为准.

b.根据试样情况或客户实际需要，可增加密度计读数或缩短最后一次

读数的时间。

⑺按下式计算小于某粒径的试样质量占总土质量的百分数：

1.7固结试验（标准固结试验）

本试验方法适用于饱和的粘上。当只进行压缩时，允许用于非饱和土。

步骤：

⑴在固结容器内放置护环、透水板和薄型滤纸，将带有试样的环刀装入护环内，放上导环、试样上依次放上薄型滤纸、透水板和加压上盖，并将固结容器置于加压框架正中，使加压上盖与加压框架中心对准，安装白分表或位移传感器。 注：滤纸和透水板的湿度应接近试样的湿度。

⑵施加1 kPa的预压力使试样与仪器上下各部件之间接触，将百分表或传感器调整到零位或测读初读数。

⑶确定需要施加的各级压力，压力等级为；12.5、25、50、100、200、400、800、1600、3200kPa。第一级压力的大小应视土的软硬程度而定，宜用12.5、25kPa或50kPa。最后一级压力应大于土的自重压力与附加压力之和。只需测定压缩系数时，最大压力不小于400kPa。

⑷需要确定原状土的先期固结压力时，初始段的荷重率应小于1，可采用0.5或0.25。施加的压力应使测得的e- log p曲线下段出现直线段。对超固结土，应进行卸压、再加压来评价其再压缩特性。

⑸对于饱和试样，施加第一级压力后应立即向水槽中注水浸没试样。非饱和试样进行压缩试验时，须用湿棉纱围住加压板周围。

⑹需要测定沉降速率、固结系数时，施加每一级压力后宜按下列时间顺序测记试样的高度变化。时间为6s、15s、1min、2minl5s、 4min 、6minl5s 、9min、12min15s、16min、 20min15s、25min、30min15s 、36min 、42min15、49min、64min、100min、200min、400min、23h、24h，至稳定为止。不需要测定沉降速率时，则施加每级压力后24h测定试样高度变化作为稳定标准，只需测定压缩系数的试样，施加每级压力后，每小时变形达0.01mm时，测定试样高度变化作为稳定标准。按此步骤逐级加压至试验结束。

注：测定沉降速率仅适用饱和土。

⑺需要进行回弹试验时，可在某级压力下固结稳定后退压，直至退到要求的压力，每次退压至24h后测定试样的回弹量。

⑻试验结束后吸去容器中的水，迅速拆除仪器各部件，取出整块试样，测定

含水率。 计算方法：

1）试样的初始孔隙比，应按下式计算：

2）各级压力下试样固结稳定后的单位沉降量，应按下式计算：

3）各级压力下试样固结稳定后的孔隙比，应按下式计算：

4）某一压力范围内的压缩系数，应按下式计算：

5）某一压力范围内的压缩模量，应按下式计算：

6）某一压力范围内的体积压缩系数，应按下式计算：

7）压缩指数和回弹指数，应按下式计算：

8）以孔隙比为纵坐标，压力为横坐标绘制孔隙比与压力的关系曲线，如下图：

图e(Si)?p关系曲线

9）以孔隙比为纵坐标，以压力的对数为横坐标，绘制孔隙比与压力的对数关系曲线，如下图：

图e?logp曲线求pc示意图

10）原状土试样的先期固结压力，应按下列方法确定。在e-log P曲线上找出最小曲率半径Rmin 的点O，过O点做水平线OA，切线OB及∠AOB的平分线OD， OD与曲线下段直线段的延长线交于E点，则对应于E点的压力值即为该原状上试样的先期固结压力。

11）固结系数应按下列方法确定：

⑴时间平方根法：对某一级压力，以试样的变形为纵坐标，时间平方根为横坐标，绘制变形与时间平方根关系曲线如下图，延长曲线开始段的直线，交纵坐标于ds为理论零点，过ds作另一直线，令其横坐标为前一直线横坐标的1.15倍，则后一直线与d—曲线交点所对应的时间的平方即为试样固结度达90%所需的时间t90，该级压力下的固结系数应按下式计算：

图时间平方根法求t90

⑵时间对数法:对某一级压力，以试样的变形为纵坐标，时间的对数为横坐标，绘制变形与时间对数关系曲线如下图，在关系曲线的开始段，选任一时间t1，查得相对应的变形值dl，再取时间t2=t1/4，查得相对应的变形值d2，则2d2一dl即为d01，另取一时间依同法求得d03 、d04 、d05等，取其平均值为理论零点ds，延长曲线中部的直线段和通过曲线尾数点切线的交点即为理论终点d100，则d50=（ds+ d100)/2，对应于d50的时间即为试样固结度达50%所需的时间t50，某一级压力下的固结系数应按下式计算：

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