铁路工程土工试验基本知识

1、铁路工程土工基本知识一、基本概述1 、土工试验的重要性? 土工试验是为工程设计或施工提供可靠的技术指标和参数；如果测试指标失真，不仅使按此设计的工程失稳甚至于破坏，就会造成财力、物力的浪费。2、对土工试验对人员的要求（17.1 ）由于土工试验成果因试验方法和试验技巧的熟练程度不同，会有较大的差别，这种差别远大于计算方法引起的误差。为了使土工试验比较正确地反映实际土的性状，要求试验人员了解和掌握以下五个问题： . 试验的目的和所依据的原理； . 使用的仪器设备性能和操作方法； . 试验应获得哪些数据、分析出什么结论； . 试验中的注意事项、误差的初步分析； . 分析试验设计与实际问题的联系概括地

2、说土工试验人员要具备：一有基本理论，二有基础知识，三有基本技能。3、土的形成土是岩石风化的产物。石风化的产物。物理风化 岩石暴露在大气层内，受风、霜、雨、雪的侵蚀，以及受温度升降变化的影响，裂隙水结冰等原因，使岩石崩解成块。化学风化 这些碎块再与水、二氧化碳、氧气接触发生化学作用。生物风化 岩石在风化过程中与自然界的生物发生相互作用。4、土与工程的关系地基 作为建筑物（ 桥涵、楼房等） 或构筑物（ 路基等） 的地基；填料 作为土工构筑物（ 路基、堤坝等） 的填料；介质 作为构筑物（ 渠道、黄土隧道等） 的周围介质。5、土工试验主要工程分类工程土按用途主要有两种：一是作为建筑物地基的原状土；二是

3、作为建筑材料的扰动 土。1 ) 土的主要工程分类标准： . 铁路： 铁路工程岩土分类标准TB10077-2001 、铁路路基设计规范TB10001-2005 。铁路工程土工试验规程TB10102-2004 . 国家标准土的工程分类标准GB 50145-2007土工试验方法标准GB/T50123-1999 . 公路： 公路土工试验规程JTG E40-2007公路桥涵地基与基础设计规范JTG D63-2007 . 水利部土的工程分类SL237-001-1999 ；2、铁路工程桥涵地基与基础土的分类1 ) . 一般土 . 分类定名A. 土的颗粒分类。讲义表17.1把土颗粒按颗粒形状和粒径大小分成了7

4、类 15种。B. 碎石类土。讲义表17.2大于2mmi颗粒超过总质量的50%按颗粒形状和级配分为 4类8个名称。C. 砂类土。讲义表17.3大于2mmi颗粒不超过总质量的 50%而大于0.075mm的颗粒超过总质量的 50%按颗 粒级配分为1类 5个名称。D. 粉土。粒径大于0.075mm粒的质量不超过全部质量 50%勺土，且塑性指数等于或小于10。按塑性指数和颗粒级配分为1 类 1个名称。E. 粘性土。讲义表17.4按塑性指数分为1类 2个名称。 . 密实程度A. 碎石类土。讲义表17.5根据结构特征、天然坡和开挖情况、钻探情况分为：密实、中密、稍密和松散4种。B. 砂类土。讲义表17.6根

5、据标准贯入锤击数 Nft相对密度Dr分为：密实、中密、稍密和松散4种。C. 粉土。讲义表17.7根据孔隙比e的大小分为密实、中密、稍密3种。D. 粘性土。讲义表17.8根据压缩系数a0.10.2 分为高、中、低压缩性土3种。 .潮湿程度A. 碎石类和砂类土。讲义表17.9根据饱和度分为稍湿、潮湿、饱和3种。B. 粉土。讲义表17.10根据天然含水率分为稍湿、潮湿、饱和3种。C.粘性土。讲义表17.11根据液性指数分为坚硬、硬塑、软塑、流塑4种6、土工试验项目土工试验项目应根据土的用途决定：1 ） 、室内实验。 . 土的物理性能试验：含水率、密度、颗粒密度、界限含水率、颗粒分析、渗透、击实等。

6、试验成果用于土的工程分类，土的状态的判定，渗透计算，填土工程施工方法的选择和碾压质量控制。 . 砂的相对密度试验：包括砂的最大和最小孔隙比的测定，由此确定砂的相对密度，判定砂的疏密状态。 . 土的变形试验：包括固结、压缩、湿陷性和膨胀性等。这些试验为工程设计提供变形参数：压缩系数、压缩模量、体积压缩系数、压缩指数、回弹指数、前期固结压力、固结系数、湿陷系数、自重湿陷系数、膨胀率、膨胀力等。 . 土的强度试验：包括直接剪切试验、反复直接剪切试验、三轴压缩试验、无侧限抗压强度试验等。这些试验为设计提供土的抗剪指标参数（ 粘聚力、内摩擦角） 、 无侧限抗压强度、灵敏度等。 . 土的化学性试验：包括粘

7、土矿物鉴定、有机质和盐渍土试验等。粘土矿物成分是决定土的物理化学性质的重要因素；有机质试验提供土中有机质含量，供施工选择土料之用；盐渍土是土中易溶盐含量大于5%的土，盐渍土试验指标供地基评价、采取工程措施或选料之用。 . 级配碎石：粒径级配、破碎面含量、洛杉矶磨耗率、硫酸钠浸泡损失率、液塑限、塑性指数、粘土团及其他杂质含量、毛体积密度。 . 改良土：液塑限、塑性指数、颗粒分析、击实（ 重型 ） 、含灰剂量、无侧限抗压强度2）、路基现场压实质量检测。 .路基压实密度、含水率检测。常用的方法有环刀法、灌砂法、灌水法、气囊法、核 子射线法等。 .路基地基系数K30佥测。 .路基动态变形模量Evd检测

8、。 .路基静态变形模量Ev2检测。 ）、土工原位测试 .静力载荷试验。试验成果用于确定地基承载力、变形模量等。 .静力触探试验。适用于软土、粘性土、砂类土以及含少量碎石的土层。试验成果用 于确定地基承载力、判定砂土液化和提供地基物理力学参数等。 .动力触探试验。适用于粘性土、砂类土和碎石类土。 试验成果用于确定地基承载力、 评定土的抗剪强度和变形模量等。 .标准贯入试验。适用于一般粘性土、粉性土和砂类土。可判定砂土的密实程度、粘 性土的塑性状态、判别饱和砂土及粉土的液化等。 .十字板剪切试验。适用于测定饱和粘性土的不排水抗剪强度及灵敏度等。 .旁压试验。2）.特殊土 .黄土。第四纪以来，在干旱

9、、半干旱气候条件下形成的，土颗粒成分以粉粒为主、含碳酸钙 及少量易溶盐、并具大孔隙和垂直节理、抗水性能差、易崩解和潜蚀、上部多具湿陷性等工 程地质特征的土，应判定为黄土。黄土按堆积时代、塑性指数、湿陷系数分类。 .红粘土。颜色呈棕红、褐黄色，覆盖于碳酸盐系岩层之上， 且液限等于或大于50%勺高塑性粘土， 应判定为红粘土。红粘土经搬运、沉积后仍保留残积粘土的基本特征，且液限大于45%应判定为次生红粘土。 红粘土具有遇水软化、失水收缩强烈、裂隙发育、易剥落等工程地质特 征。红粘土根据塑性状态、裂隙状态和界限液塑比和液塑比关系分类。 .膨胀土。土中粘粒成分主要由亲水矿物组成，具有吸水显著膨胀软化，失

10、水急剧收缩开裂，并 能产生往复胀缩变形的粘性土，应判定为膨胀土。膨胀土分类首先根据地貌、土的颜色、结构、土质情况、自然地质现象和土的自由膨 胀率等特征，作初期判定；然后按自由膨胀率、 蒙脱石含量、阳离子交换量三项指标可对膨胀土详细判定。 .软土。天然孔隙比大于或等于1.0,天然含水率大于或等于液限，压缩系数大于或等于0.5 ,不排水抗剪强度小于30kPa的粘性土，可判定为软土。软土一般含有机质，具有压缩性高、 强度低、灵敏度高和排水固结缓慢的特点。软土的结构受到扰动后，强度会极大地下降。软土根据物理力学性质、成因类型、无侧限抗压强度试验或现场十字板剪切试验、软 土的灵敏度分类。 .盐渍土。易溶

11、盐含量大于0.5%的土，可判定为盐渍土。某地区或场地地表以下1.0m深度内易溶盐的平均含量大于0.5%时，应定为盐渍土地区或场地。盐渍土具有较强的吸湿、松涨、溶陷 及腐蚀等工程地质特性。盐渍土按含盐性质、盐渍程度的分类。 .填土 .人为活动堆填的土应判定为填土，一般具有成分复杂和固结时间短等特点。根据物质 组成和堆填方式，填土分为杂填土、素填土、冲填土、填筑土4类。3、铁路工程路基填料的分类铁路路基填料分类是根据原 铁路路基设计规范 TB10001-99中的 填料分类”为基础， 进行了局部的修订，在 乙级定名”上与铁路工程岩土分类标准 TB10077-2001进行了统 一，并以铁建设20041

12、48号文发布。 .巨粒土、粗粒土（包括砂类土）根据颗粒组成、颗粒形状、细粒含量、颗粒级配、抗风化能力等，按讲义表17.26进行定名和分组。 .细粒土根据土的塑性指数Ip和液限含水率wl,按讲义表17.27进行定名和分组。3、练习题 .（问答）铁路工程土的分类标准，砂粒、粉粒、粘粒的含义是什么？ .（问答）铁路路基填料巨粒土、粗粒土和砂类土，他们是怎样分类的？需要做什么 试验？ .（问答）铁路路基填料细粒土是怎样分类的？需要做那些试验？ .（问答）路基填料分类中 细粒含量”的含义是什么？ .（问答）路基填料分类中颗粒级配良好"与 不良”是怎样区分的？ .（问答）路基填料分类中硬块石于软

13、块石是怎样区分的？ .（问答）细粒土填料分类标准规定液限含水率试验采用圆锥仪法，圆锥仪总质量多 少？入土深度多少？ .（问答）土样定名时，如果同时符合 2个或2个以上名称时，怎样处理？四、土的组成及基本物理指标 、土的三相体概念土是由固体颗粒、水分和空气三相组成。其中每种成分的质量、体积的相对比例有所 增减，都会引起土的物理力学性质的变化。1sfv=-图作期前的件在；Vu-H修包括水质气体下 曲外益，*l息所后患的伴护；叱 呈、.n 件也；V- 土葬的白洋也；EL固林霞莉聃质集 E - <PMi, mb上择骑皂向液，图1 ±的三相图 、土的基本物理指标及换算关系土的基本物理指标

14、有九项，他们是：密度、颗粒密度、含水率、干密度、饱和密度、有 效重度、孔隙比、孔隙率及饱和度。其中前三项是直接检测出来的，后六项是计算出来的。.密度p单位体积土的质量（包括孔隙中水的质量在内）称为土的密度（ g/cm3）。m（二（17-1）v其中：P:密度；m :质量；v :体积.颗粒密度*sg/cm3）,颗粒密度关注的土体内的固体颗粒质量与颗粒体积之比值，称为颗粒密度（ 是土体固体颗粒的视密度，也是以前的比重的概念。m 吃-（175）Vs其中：Vs：为土固体颗粒的体积（cm3） .含水率w土中水的质量与土固体颗粒质量的比值称为土的含水率，以百分数计。在有的标准中,如公路用标准，含水率又称为含

15、水量。m w w =100 （17-6）m s其中：w : 土的含水率 （ ）m w : 土体水的质量不同的土其含水率的变化范围很大。干燥坚硬的土，含水率只有210%.而软粘土的含水率可达50200%. .孔隙比e土中的孔隙体积与土固体颗粒体积的比值称为孔隙比。Vv e 二 (177)Vs其中：e:孔隙比；Vv :孔隙体积(cm 3);孔隙比是土的重要指标之一，它反映了土的松软和紧密程度。 .孔隙率n土中孔隙体积与全部体积之比称为孔隙率(为。Vv n 二一100 (17_8)V其中：n :孔隙率(%);V : 土体体积(cm3)孔隙比与孔隙率之间存在着式(17-9)或(17-10)的关系。10

16、0en = (1 -9)1 +ee - n (17-10 )- 100_n .饱和度Sr土中水分所占体积与全部孔隙所占体积之比，称为饱和度( 为。V wSr -100(17 _11 )V v其中：S r :饱和度 ()V w : 土体中水的体积(cm 3 ); .干密度Pd表示单位体积内土粒的质量(g/cm3)。m s :d =(174)Vp .饱和密度sr当土体的孔隙完全为水所充满时，土体的密度(g/cm3)m +V 二、，：sr = -(17 -2)V其中：Psr :饱和密度(g / cm 3 );m s : 土体固体颗粒质量；V r : 土体孔隙体积(cm 3);Pw :水密度，一般可取1g / cm 3 ;V : 土体体积(cm 3) .浮密度"表示地下水位以下的土体，且它的孔隙完全为水所充满，但又整个受到地下水的浮力 作用。因此有：-'-:一 =>sr 一 ：w (17-3)3、练习题1、（填空）一般情况下，土是由（）、（）、（）三相组成。2、（单选）土粒比重的定义式为：（）B、3、（单选）干密度的定义为：（）VSVSD、4、（单选）土粒比重的单位是：（）A、kN/m3B 、kg/m3C 无 D 、kPa5、（单选）对于砾石土、碎石土和级配碎石，宜采用（）计算孔隙率A、颗粒密度 B、毛体积密度C、表观密度D、堆积密度6、（多选