岩土工程：土的物理性质试验.pdf

!“# 土的物理性质试验 岩土工程勘察规范 （$%）试验（如图 ! “ #$ “ ( 所示）得到的直线渗透定律计算。其公式为： ) = *+（! “ #$ “ %$） 式中：) 水在土中的渗透速度它不是地下水的实际流速，而是在一单位时间 !#$% ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! 第五篇岩土工程试验与测试 （!）内流过一单位土截面（!“#）的水量（!“$） ，!“% &； “ 水头梯度，“ #() # $ ，即土中 %(和 %#两点的水头差（#() #）与 两点间的流线长度（$）之比；图中 &( 、& #为两点的压头，( 、 #为两点的 位头，#(、#则为总水头。 ( 土的渗透系数（是与土性质有关的待定常数） ，!“% &。 当 “ (时，( )，表示渗透系数等于水头梯度 “ 为(时的地下水渗透速度。 图 * ) $# ) +水的渗流 图 * ) $# ) ,渗透速度 * 与 水头梯度 “ 的关系 -砂土；.粘性土 实验证明：在砂土中水的流动符合达西定律（图*)$#),中-线） ，在粘性土中只有当 水头梯度超过所谓起始梯度后才开始发生渗流（图*)$#),中.线） 。当水头梯度 “ 不大时， 渗透速度 ) 为零，只有当 “ / “(（起始梯度）时，水才开始在粘性土中渗透（)!0） 。在渗透 速度 ) 与水头梯度 “ 的关系曲线上有 + 和 , 二个特征点。点 + 相应于起始梯度 “(，在点 + 与点 - 之间渗透速度与水头梯度成曲线关系，达到点 ,（相应的梯度 “#）后转为直线，它与 横坐标相交于点 “.。为了简化计算，如采用该直线在横坐标上的截距 “.(作为计算起始梯度， 则用于粘性土的达西公式如下：) (（“ ) “.(）（* ) $# ) ($） 渗透系数是土重要的工程性质指标，在分析评价堤坝和边坡稳定性，确定堤坝 断面，进行基坑降水，计算地基沉降量等方面起着重要的作用。 #1 试验方法及适用范围 室内土的渗透试验有常水头渗透试验和变水头渗透试验。常水头试验适用于砂土和碎 石土；变水头试验适用于粉土和粘性土。透水性很低的软土可通过固结试验测定固结系 数、体积压缩系数和渗透系数。在工程上，常水头渗透试验使用较多，其试验仪器装置见 图 *)$#)2所示。 $1 常水头渗透试验的主要成果及整理过程 （(）计算试样的干密度!-及孔隙比 /： 3$#( “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ 岩土工程新技术实用全书 图 ! “ #$ “ %常水头渗 透仪装置 &封底金属圆筒； $金属孔板； #测压孔； 玻璃测压管； !溢水孔 (渗水孔； )调节管； *滑动支架； %容量为 ! +,- 的供水瓶； &+供水管； &止水夹； &$容量为 !+,- 的量筒； &#温度计； &试样； &!砾石层 ! . “! #$ （! “ #$ “ &） % .! “& ! “ &（! “ #$ “ &!） 式中：“! 试样干质量（“!. “ & / +0+&“） ，1； “ 风干试样总质量，1； “ 风干含水率， ； ! 试样干密度，123, #； # 试样断面积，3,$； $ 试样高度，3,； % 试样孔隙比； & 土的比重。 （$）按下列公式计算渗透系数 () 及 ( $+： (). *+ #,- （! “ #$ “ &(） ($+. ()# ) #$+ （! “ #$ “ &)） 式中：() 水温 )4时试样的渗透系数，3,2 5； * 时间 - 秒内的渗透水量，3,#； + 两测压孔中心间的试样高度，&+3,； , 平均水位差（ ,&/ ,$ $ ） （ , & 、 , $ 如图 ! “ #$ “ )所示， ）3,； - 时间，5； ($+ 标准温度（$+4）时试样的渗透系数，3,2 5； #)、#$+ 分别为 )4和 $+4时水的动力粘滞系数，678 5（&+ “ (） ，可 与#).#$+一同查相关规程表得到。 土的渗透系数可以通过室内渗透试验或现场抽水试验来测定。值得注意的是： 对一种土，室内渗透试验测得的渗透系数值与现场抽水试验或注入试验所测值存在 差值，对重要的、大型岩土工程，土的渗透系数取值应与现场抽水试验或注水试验 的测试结果比较后确定。各种土的渗透系数变化范围见表 ! “ #$ “ $。 )#$& ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! 第五篇岩土工程试验与测试 !“#$击实试验 击实试验是研究土的击实性的常用试验 方法。通过击实试验，找出在击实作用 下，土的干密度、含水量和击实功三者 之间关系的基本规律，从而选定适合工 程需要的填土的干密度和与其相应的含 水量，以满足填筑工程质量控制的要求。 表 % & !“ & “土的渗透系数参考值表 土的名称渗透系数 ! （()*） 致密粘土 + ,-& . 粉质粘土 ,-& /0 ,-& . 粉土、 裂隙粘土 ,-& 10 ,-& / 粉砂、 细砂 ,-& “0 ,-& 1 中砂 ,-& ,0 ,-& “ 粗砂、 砾石 ,-“0 ,-& , 图 % & !“ & ,-土的干密度与含水量 关系曲线图 ,击实曲线；“理论饱和含 水量曲线 图 % & !“ & ,土的干密度与击实 功的关系 , !2 ,“；“!2 ,/“； ! !2 “-“ ,# 试验原理 图 % & !“ & ,- 中，曲线 “ 为某一击实功时，土的干密度与含水量的关系曲线 图。从图 % & !“ & ,- 可以看出，只有在“#&!曲线的峰值点时，对应的干密度才最 大，才有最佳密实效果。这是因为当土的含水量较小时，土粒周围的结合水膜较 薄，连结较牢，土粒不易移动，难以击实；当含水量较大时，结合水膜较厚，虽然 土粒易于移动，但多余的水分不易排出，产生一定的孔隙水压力，抵消了冲击作 用，阻碍土粒的接近，也难以击实；只有在最优含水量时，结合水膜厚度适中，土 粒连结较弱，又不存在多余的水分，才易于击实，使土粒靠拢而紧密排列，达到最 大干密度（“#(34） 。但由于在迅速冲击作用下，土中气体不能完全被排出，所以无 论如何击实，土的饱和度都达不到 ,-“，击实曲线都位于饱和含水量曲线（如图 %& !“ & ,- 中曲线 ,）的下边。大量实践证明，土被击实到最佳程度时，其饱和度 一般在 $-“左右。 当土的含水量一定时，同一种土样在不同击实功作用下其击实效果也不同。击 $!“, ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! 岩土工程新技术实用全书 图!“#$“%$轻型击实仪示意图 %击实筒；$护筒； #导筒；&击锤； !底板 实功较小时，土的干密度随着击实功的增大而迅速增大， 以后随着击实功的逐渐增大，干密度却增加缓慢（图 ! “ #$ “ %） 。试验曲线上转折点的击实功为“临界功” ， 用临界功击实土能得到较好的密实效果。用大于临界功 的击实功去击实土时，由于最大干密度增加不多，击实 效果不佳。一般情况下，土的含水量越小，临界功越大。 把相当于天然含水量的临界功称为“合理功” 。使用合理 功，可在不改变土的含水量的情况下，得到较大的干密 度。 在同类土中，土的颗粒级配对土的击实效果影响很 大，颗粒级配不均匀的土容易击实，均匀的则不易击实。 $ 试验方法 击实试验以最新规范，分为轻型击实试验和重型击 实试验两种。轻型击实试验适用于粒径小于 !( 的粘性 土，为目前最常用；重型击实试验适用于粒径不大于 &)( 的土，使用较少。轻型击实试验的主要仪器设备是 由击实筒和击锤组成的击实仪（如图 ! “ #$ “ %$ 所示） 。 （%）计算不同含水量试样击实后的干密度 ! * ! % + )%“ （! “ #$ “ %,） 式中： ! 土样的密度，-./( #； ! 土样的干密度，-./( #； “ 含水量， “。 （$）以干密度为纵坐标，含水量为横坐标绘制干密度与含水量的关系曲线。 ! “曲线上峰值点的纵、横坐标分别表示土的最大干密度!(01和最优含水量“)#。 （#）计算不同含水量下土的饱和含水量 “203*!“（ % ! “ % $） 4 %)“ （! “ #$ “ %5） 式中：“203 饱和含水量， “； !“ 水的密度（常取 %） ，-./( #； 其余符号同前。 （&）以干密度!为纵坐标，饱和含水量“203为横坐标，绘制饱和含水量曲线 （如图 ! “ #$ “ %# 中曲线 % 所示） 。 在土的物理性质试验中，当测定了某种土的含水量、比重、重度三种基本性质 5#$% ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! 第五篇岩土工程试验与测试 指标后，可以用表 ! “ #$ “ # 中所列公式换算土的孔隙比、孔隙度、饱和度指标， 并可以进行三相指标间的任意换算。 表 ! “ #$ “ #土的物理性质指标换算公式表 名称符号定义指标常用换算公式常见的数值范围 比重! % “# $#! “ ! % %& “ 一般粘性土：$&( ) $&* 砂土：$&*! ) $&*+ 含水量 “% “ “# , -( “% %& ! , -( “ % （ ! !) “ -） , -( $( ) *( 重度 !% “ $ !%!)（- .“） !% （! . %& ） !“ - . -* ) $(/012# 干重度 !) !)% “# $ !)% ! - .“ !)% ! “ - . -# ) -3/012# 饱和重度 !456 !456% “#. $*! “ $ !456% （! . ）! “ - . -3 ) $#/012# 浮重度 !7!7 % 84“ 94! “ 9 !7 %!456“!“ !7 % （! “ -）! “ - . 3 ) -#/012# 孔隙比 % $* $# % ! “ &) “ - % ! “（- .“） ! “ - 一般粘性土：(&:( ) -&$( 砂土：(&#( ) (&+( 孔隙度+ + % $* $ , -( + % - . , -( + % （- “ !) ! “） , -( 一般粘性土：#( ) *( 砂土：$!( ) :!( 饱和度%&%&% $“ $* , -( %&%“! , -( %&%“ ! ) +! “ , -( ( ) -( 注：! “%#“,!-(/012 #。 #$&+承载比试验 -& 物理意义：土的承载比，也称加州承载比是路面基层和底层材料以及各种 土料当贯入柱（$!( , -(）贯入达到 $&!（或 !）22 时的单位压力，从而得出与标 准荷载强度的比值。 (:$- “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ “ 岩土工程新技术实用全书 图 ! “ #$ “ %#吸水膨胀试验 %带轴有孔板； $量表； #三角架； &荷载板； !滤纸； 垫片； (试样 图 ! “ #$ “ %&承载比试验 %量表； $压缩机； #量力环； &量表； !固定件； 贯入柱； (量表； )荷重板； *试样； %+固定台 $, 计算方法 -./$,!01 ! (+ 2 %+-./!01 ! %+!+ 2 %+（! “ #$ “ $+） ! “ 1! # #+ 2 %+（! “ #$ “ $%） 图 ! “ #$ “ %!单位压力与贯入量关系曲线 式中-./ 承载比（“） ； ! 贯入柱；)(* 贯入深度 $,!（或 !） 33 时的单位压力（456） ； (+ 贯入深度 $,!33 时的标准荷载强 度（456） ； %+!+ 贯入深度 !33 时的标准荷载强 度（456） ； ! “ 浸水时的吸水膨胀量（“） ； !# 浸水后试样的高度变化（33） ； #+ 试样初始高度（33） 。 #, 试验方法