路基工程试验检测作业指导书

路基工程试验检测作业指导书第一节土工试验概述一、土的形成及土工试验的重要性土是岩石分化的产物(火山灰除外)。岩石暴露在大气圈内，由于风、霜、雨、雪以及温度升降变化的影响，裂隙中积水结冰等原因(物理风化)，使岩石崩解成块。其大小从块石到黏粒皆有，其外形因圆顺或有棱角而不同，但它的化学成分与母岩相同。这些碎块再与水、二氧化碳、氧气接触(化学风化)以及受生物作用(生物风化)，其粒径变得更小，与母岩化学成分也有所不同的物质。这些由风化作用形成的沉积物或未经固结的松散集合体，在工程上统称为土。由于土在形成过程中所受的风化作用不同，使它具有不同的沉积形式。土的主要成因类型有残积、坡积、洪积、冲积、湖积、冰积和风积。从工程观点来看，土具有颗粒特性。颗粒与颗粒之间的黏结强度远较土粒本身的强度低，甚至没有黏结性。根据土粒之间有无黏结性大致可将土分为砂类土(砾石、砂)和黏性土两大类。自然界的土与工程大体可归纳为三个方面：作为建筑物或构筑物地基；作为土工构筑物(路堤、堤坝等)填料；作为构筑物的周围介质。在这些应用中，土与建筑物、构筑物产生着相互作用。例如：用于地基，会出现地基的变形和稳定问题；用作填料，会产生土的压实和变形问题；作为周围介质(渠道、土中隧道、地下洞穴等)需要考虑土的渗流及抗渗稳定性等。研究这类问题，涉及到土的强度、压缩性、密实性以及渗透性等，都需要研究土的颗粒特性和力学性能，通过土工试验确定颗粒特性和力学性能指标。这些指标也是评价地基和优选填筑土料的必备数据。在研究不良地基处理方案时，实测试验指标更是优选技术措施的重要依据。由此可见，从认识土性，利用土体到改良土体，换句话讲，无论是研究岩土工程问题，或是解决岩土工程问题，土工试验皆是必不可少和至关重要的工作。它的重要性表现在：测试指标失真，不仅使按此设计的工程失稳甚至于破坏，就是造成财力、物力的浪费。另外，土工试验成果因试验方法和试验技巧的熟练程度的不同，会有较大的差别。这种差别远大于计算方法所引起的误差。为了使土工试验比较正确地反映实际土的性状，要求试验人员必须了解和掌握以下五方面的情况：▲试验的目的和所依据的原理。▲使用的仪器设备性能，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。具体地说，要求试验人员既要学习和理解试验原理，又要训练和掌握试验方法，并能熟悉和正确使用仪器设备。概括为三句话，就是要具有基本理论，基础知识和基本技能。在此基础上，向测试技术的深度和广度发展。二、土工试验项目土工试验一般分为室内试验和现场原位测试两部分。1．室内试验从现场采取具有代表性的原状或扰动土样，送至试验室进行测试。一般常规的项目包括以下内容：（1)土的物理性能试验：包括含水率、密度、颗粒密度、界限含水率、颗粒分析、渗透、击实等试验。试验成果可分别用于土的工程分类、土的状态判定、渗透计算、填土工程施工方法的选择和质量控制。（2)砂的相对密度试验：包括砂的最大和最小孔隙比试验，由此确定砂的相对密实度，可作为判断砂疏密状态的指标。（3)土的变形试验：包括固结、压缩、湿陷性和膨胀性等。这些试验可为设计提供变形参数，即：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、膨胀力等指标。（4)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。这些试验可为设计提供抗剪强度指标参数(黏聚力、内摩擦角)、无侧限抗压强度、灵敏度等。用以计算地基、边坡及挡土墙等的稳定性，必要时用以计算地基承载力。（5)土的化学性试验：包括黏土矿物鉴定、有机质和盐渍土试验等。黏土矿物成分是决定土的物理、化学性质的重要因素；有机质试验可测得土中的有机质含量，供研究其特性或供施工选择土料之用；盐渍土指土中易溶盐含量大于5％的土。随着其含量多寡和类别的不同，土的物理力学性质将有不同程度的改变，进行盐渍土试验，提供相应的指标，作为地基评价、采取工程措施或选料决策的依据。2．现场原位测试原位测试就是在土原来所处的位置基本保持土的天然结构，天然含水率以及天然应力状态测定土的性能。它与勘探一取样一室内试验相比，有以下优点：（1)可以测定诸如砂土、流动淤泥层、贝壳层、破碎带等采样时不可避免会扰动的土层的工程性质。（2)避免采样过程中应力释放的影响。（3)原位测试的土体体积比室内试样大，因此代表性也大。（4)可缩短勘探周期。但原位测试也有不足之处，主要表现在以下几个方面：（1)各种原位测试都有其适用条件，如使用不当则会影响其效果。（2)有些原位测试所得参数与土的工程性质的关系往往是建立在统计经验关系上，难以从理论上解释。（3)影响原位测试效果的因素较为复杂(如周围的应力场、排水条件等)，使得对测定值的准确判定造成一定困难。（4)原位测试中的主应力方向往往与实际工程问题中的主应力方向并不一致。因此，土的室内试验与原位测试各有其独到之处，在全面研究土的各种性状中，两者不能偏废，而应相辅相成。3．原位测试常用的方法（1)静力载荷试验(简称载荷试验)：包括平板载荷试验、螺旋载荷试验、桩基载荷试验、动载荷试验等。试验成果应用于确定地基承载力、变形模量；预估建筑物沉降量；计算地基土的固结系数、不排水剪切强度；确定单桩(垂直、横向)承载力。本章后边介绍K30平板载荷试验、Evd动态平板载荷试验均是平板载荷试验的变种。（2)静力触探试验：适用于软土、黏性土、砂类土及含少量碎石的土层，常用于划分土层界面、土类定名，确定地基承载力和单桩极限荷载、判别砂土和饱和粉土液化可能性及测定地基土的物理力学参数等。（3)动力触探试验：适用于黏性土、砂类土和碎石类土。利用动力触探测试资料，可以确定砂土、碎石土密实度及地基土的承载力；评定土的抗剪强度及变形模量等。（4)标准贯入试验：适用于一般黏性土、粉性土和砂类土。本试验可判定砂土密实程度或黏性土的塑性状态判别饱和砂土、粉土的液化等。（5)十字板剪切试验：适用于测定饱和黏性土的不排水抗剪强度及灵敏度等参数。三、土的工程分类自然界的土是在各种不同的成土环境中形成的。土的矿物成分和所经历的年代不同，工程性质的差别很大。在实际工程应用中，正确的评价土的工程性质，对土进行工程分类，作为工程设计及施工选料等的依据。一般地，工程土可按下列几种标准分类：1．按地质成因分类：残积土、坡积土、洪积土、冲积土、海积土、湖积土、淤积土、风积土和冰积土等。2．按沉积年代分类：（1)老黏土一第四纪晚更新世(Q3)及其以前沉积的，具有较高的结构强度和低压缩性。（2)一般黏土一第四纪全新世(Q4)沉积的黏性土。（3)新近沉积的黏性土一近代文化期沉积的，一般为欠压密的，结构性较差。3．按堆积碎屑物粗细(颗粒级配)分类：碎石类土、砂土、粉土和黏性土。4．按塑性指数分类一适用于黏性土。5．按塑性图分类一适用于砾、砂及私黏性土。6．按地区和工程地质分类的特殊土，如黄土、红黏土、膨胀土、软土、盐渍土、多年冻土、填土等。四、土的组成及基本物理指标1．土的固体、液体和气体土中固体的矿物颗粒构成骨架，其间布满孔隙。孙隙中可能全部为水或空气所充满，为二相体，在多数的情况下，孔隙中水和空气各占一部分，则呈为三相体。这种组成部分的改变决定于周围的条件，如压力、温度和湿度的变化，三相之间量的比例关系和相互作用，决定着土的物理力学性质。（1）土的固体颗粒1）砂类土砾石、卵石和各种砂土的颗粒主要由原生矿物所组成。母岩中原有的矿物成份如石英、长石、云母等，它们在物理风化作用下，形成大小为0.05~200mm的各种颗粒。颗粒形状多为浑圆的，间或带有棱角。这些矿物是憎水性的，与水的相互作用并不显著。2)黏性土黏性土的矿物颗粒主要由次生矿物组成。原生矿物中一部分可溶解的成分，经雨水淋溶以后，被流水带到其他地方沉积下来，形成可溶性的次生矿物，如方解石、白云石、石膏等。另外，还有一些残留部分，形成新的不可溶解的次生矿物，如高岭石、蒙脱石、伊利石等，它们是各种黏性土的主要组成部分。这三种黏土矿物因含量上的差异，构成了不同性质的黏性土。高岭石：具有坚固的不活动的骨架，晶体构造比较稳定，故吸水性能较差，压缩性和膨胀性都很小，但透水性较大。蒙脱石：具有互相对称的晶格且为层状结构，相邻层组之间由于电荷相同，故层与层之间结合力较小，水易渗入其中，引起土的剧烈膨胀。同时在晶格内部，低价元素可以交换高价元素，形成额外晶格缺陷，因而加大了土对水的吸收能力。由于蒙脱石具有这些特点，所以它的吸水性、膨胀性、压缩性都很大，但透水性却很小。伊利石：矿物晶格与蒙脱石相似，但由于钾离子分布于层与层之间，可以加强层间的稳定性。所以，伊利石的物理性质介于高岭石和蒙脱石之间。黏土矿物颗粒粒径在0.001~5μm之间，颗粒呈鳞片状，具有很强的亲水性(其中高岭石较弱，蒙脱石最强)。因颗粒很细，故颗粒之间产生了很大的吸引力，将一部分水紧紧地吸附在颗粒表面，水不能自由移动，并且具有抵抗变形的能力。这是黏性土区别于砂性土的显著标志之一。（2）土中水及其性质土中水是影响土工程性质的主要因素，土中水具有以下几种形态：1)吸附水吸附水紧紧吸附在颗粒表面，它的性质与普通水有很大的差别。由于高岭石、蒙脱石、伊利石颗粒表面一般带有负电荷，对水有很大的静电作用，所以能将约0.003un厚度水吸附在其表面。吸附水的密度在1.2～2.0之间，冰点在-78℃，并具有很大的黏滞性、弹性和塑性，这种水在地球引力下不移动，只有在105-500℃温度下用烘干的方法才能从土的颗粒表面逸出。2)薄膜水在吸附水的外层，由于距离黏土颗粒表面较远，故被颗粒吸引的程度要弱些。当两个相邻薄膜水的厚度不同时，较厚的水膜会向较薄处移动。薄膜水也具有一定的黏滞性和可塑性。吸着水和薄膜水的存在是黏性土具有可塑性的根本原因。薄膜水在105～500℃时可从土中逸出。3)孔隙水孔隙水远距颗粒表面，可以认为不受静电力的影响，可以自由移动。其中一部分位于地下水位以下，受重力作用在孔隙中自由移动，并对土产生浮力，称为“重力水”。还有另一部分位于地下水位以上的土孔隙中，称为“毛细水”。孔隙水在80~105℃时即可从土体中逸出。（3）土中气及其性质土体中存在一定量的气体，如空气，也可能还有沼气等其他气体。它们可能是与大气相通的，也可能是封闭的。当气体与大气相通时，土体受到压力后，气体可被排出到土体之外；反之，由于气体与大气不相通，气体不能被排除到土体之外，这样土就具有特殊的弹性特性；由于土体不能与大气相通，从而孔隙中水也不能受压排除到土体之外，因而土体受外力作用时，其变形过程延长。土体中气体的存在远较土全中水对土质影响为小，但在特殊情况下，也会严重影响土的工程性质。如封闭气体的存在，就会降低土的透水性和产生弹性变形等。2．土的基本物理指标及换算关系土是由固体颗粒、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。图9-1是土的三相图。图9-1土的三相图人们比较关心土的物理指标为密度、颗粒密度、含水率、孔隙比、孔隙率及饱和度。其中密度、颗粒密度和含水率可以直接测量，而其他的三个指标需通过其他指标经计算求得的。（1）密度ρ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)。9-1式中：ρ：密度；m：质量；v：体积。当土的结构比较松散，孔隙中水分较多时，密度就小；结构紧密，水分较少时，密度就大。泥炭、沼泽土的密度只有1.40～1.60g/cm3。生成年代较早的密实黏土，可达2.00～2.20g/cm3。工程设计中还经常用到饱和密度ρsr、浮密度ρ’和干密度ρd、等指标，它们均是土体在不同状态下的密度。（2）孔隙率n土中孔隙体积与全部体积之比称为孔隙率(％)。9-2式中：n：孔隙率；V：土体体积(cm3)。孔隙比与孔隙率之间存在着式(9-3)或式(9-4)的关系。9-39-4（3）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(％)。9-5式中：Sr：饱和度；Vw：土体中水的体积(cm3)。第二节含水率试验 一、试验目的土的含水率是指土在105～110℃温度下烘干至恒量时所失去水的质量与干土质量的比值。以百分数表示。含水率是土的基本物理指标之一。它反映了土的干、湿状态。土的含水率是计算干密度、孔隙比、饱和度、液性指数等指标的基本数据和评价土的工程性质的重要依据，是研究土的物理力学性质的重要指标。 二、试验方法含水率的试验方法较多，由于烘干法试验简便，结果稳定，故以此法作为测定含水率的标准方法。如果测试条件不能满足采用烘干法或需快速测定含水率时，可分别用如下方法：●酒精燃烧法：适用于不含有机质的砂类土、粉土和黏性土。●碳化钙减量法：本方法的原理是用过量碳化钙与土中游离水混合接触产生化学反应，生成乙炔气体。根据乙炔气体逸出失去的质量，计算求得土的含水率。此方法适用于各类土。●核子射线法：适用现场原位测定填料为细粒土和砂类土的含水率。有机质土的烘干温度在65~70℃。烘干步骤为：（1）在真空干燥箱中烘7h；在电热干燥箱中烘18h,（2）按规定时间烘干后，取出称量盒，盖好盒盖，放人干燥器内冷却至室温时称干土质量。（3）含水率试验应进行两次平行测定，取两次平行试验结果的算术平均值为最终试验结果，两次测定的差值应符合规范要求。（4）按下式计算试样的含水率(计算至0.1%):ω=（mx/md-1）×100%9-6式中：ω：含水率；mω：湿土质量(g)；md：干土质量(g)。第三节密度试验一、试验的目的和方法土的密度是质量密度的简称，指单位体积土体的质量，即土的总质量(m)与其体积(V)之比，以符号ρ表示，单位为g/cm3。重力密度(重度)由于涉及到作用于质量上的重力，所以表示为单位体积的力，以符号γ表示(重度原称容重)，单位为kN/cm3。两者有以下的换算关系：γ＝g×ρ＝9.81×ρ≈10×ρ9-7土的密度是土的基本物理性指标之一，用它可以换算土的干密度、孔隙比、孔隙率等指标。在工程设计中，主要用于判断土的工程性质、计算土压力、土体稳定性及地基压缩时的沉降量等。测定土的密度常用的方法主要有。●环刀法：适用于粉土和黏性土。●蜡封法：适用于环刀难以切削并且易碎裂的土。●灌砂法、灌水法、气囊法：适用于砾类土。●核子射线法：适用于砂类土、黏性土。下面仅介绍环刀法、灌砂法、核子射线法。测定土体密度的难度在于测定土体的体积，环刀法、蜡封法、灌砂法等均是针对测定土体体积进行的。二、环刀法环刀法测定土体密度的原理在于，用确定体积的环刀切削土体，使在尽量少的扰动下，使土灌满环刀，从而达到测定密度的目的。1．试验所用主要仪器设备和器具(1)环刀：目前常用的环刀内径为61.8±0.15mm和79.8土0.15mm两种，高度为20土0.016mm。环刀的质量、容积须定期校验。(2)天平：称量500g，分度值0.1g；称量200g，分度值0.Olg。(3)其他：切土刀、钢丝锯等。2．主要试验步骤(1)在环刀的内壁涂上一薄层凡士林，刀口向下放在土样上，垂直下压环刀，同时旋转切削土样至环刀从土样另一端伸出为止。用钢丝锯或切土刀去掉环刀周围的土，使环刀与土柱分离，然后削去环刀两端的多余土(用做含水率试验)，并将环刀两端修平。(2)将环刀与所切土同时称量，然后再称环刀质量，从而称得试样质量，准确至0.lg。(3)应进行两次平行测定，其平行差值不得大于0.03g/cm3。(4)按式(9-8)和式(9-9)分别计算土的湿密度和干密度。9-8式中：ρ：土的湿密度(g/cm3)；mo：湿土的质量(g)；V刀：环刀体积(cm3)。9-9式中：ρd：干密度(g/cm3)。ω：含水率(％)。三、灌砂法利用在确定的灌入状态下，砂的密度(可以在相同灌入条件下事先测得)不会发生变化的原理，测定试坑中砂子质量，从而计算试坑的体积，达到测定土体密度的目的。1．试验所用主要仪器设备和工具（1)灌砂法密度测定仪：如下图9-2所示。图9-2灌砂法密度测定仪（2)天平：称量10kg，分度值5g；称量500g，分度值0.1g。（3)其他：小铁锹、小铁铲、盛土容器等。2．标准砂密度测定(1)选取一定量的粒径为0.25～0.50mm，密度为1.47～1.61g/cm3的洁净干燥砂。(2)称量组装好的密度测定仪质量(m1)。(3)将密度测定仪竖立(漏斗向上)，向容砂瓶内注满清水(用小玻璃板封口，以玻璃板下气泡最小为准)，称测定器和水的质量(m2)，同时测记水温。再重复测定两次。将三次测定结果换算为该温(4)按上述步骤将水换为标准砂，测定标准砂充满容量瓶后密度测定仪和标准砂的质量(m3)。(5)按式(9-10)计算容砂瓶的容积Vx=(m2-m1)Vw9-10式中：Vr：容砂瓶体积(ml)；m2：密度测定仪和水的质量(g)；m1：密度测定仪的质量(g)；Vw：每克水的体积(ml/g)。不同温度下，水的密度不同，在计算密度测定仪容砂瓶容积时，要根据测定时的温度使用不同的水的密度，其值见表9-1。表9-1不同温度下每克水的体积水温(℃)121416182022每克水体积(ml)1．000481．000731．001031．001381．001771．00221水温(℃)2426283032每克水体积(ml)1．002681．003201．003751．004351．004917按式(9-11)计算标准砂的密度：9-11式中：ρS：标准砂的密度；m3：测定仪和标准砂的质量。3.测定灌满漏斗所需标准砂的质量(1)将标准砂灌满容砂瓶，称测定器和标准砂的质量(m3)。将测定器倒置于洁净的平面上(漏斗朝下)，打开阀门，待砂停止流动后迅速关闭阀门，称剩余砂和测定器质量(m4)，计算流失砂的质量(m5)。(2)按式计算灌满漏斗所需标准砂的质量：m5＝m3-m4 (9-12)式中：m4：剩余砂和测定器质量；m5：灌满漏斗所需标准砂质量。4.灌砂法试验要点(1)将测定仪倒置(漏斗朝下)于整平的地面上，沿灌砂漏斗外缘画一轮廓线，在所画轮廓线内挖坑，试坑大小应根据土的最大粒径确定，见表9-2。(2)将挖出的土全部装入容器称出湿土总质量，同时取代表性试样测定含水率。表9-2试坑最小体积和测定含水率试样质量土的最大粒径(mm)试坑尺寸(mm)测定含水率应取试样质量(g)直径高度5～2515020010025～50200250300(3)将容砂瓶内充满砂，称标定器和标准砂质量(m3)，将测定器倒置(漏斗朝下)于挖好的坑口上(如坑口土质较松软，要采用底板。当使用底板时，应把底板空洞视为灌砂漏斗的一部分)，打开阀门，使标准砂流人试坑内，当砂停止流动时关闭阀门，称测定器和剩余砂质量(m6)。(4)按式(9-13)计算充满试坑所需砂质量：m7＝m3-m5-m6 9-13式中：m6：灌满试坑后测定仪和剩余砂质量(g)；m7：灌满试坑所需标准砂质量(g)。(5)按式(9-14)、式(9-15)计算密度和干密度：9-14式中：m：试坑内土的质量(g)。9-15式中：m：试坑内土的质量(g)。四、核子射线法核子射线法广泛用于路基填土压实工程中检测土的密度和含水率。核子湿度密度仪的原理是根据不同密度的土对γ射线(艳137-γ源，半衰期为33.2年)的反射，间接地求出该材料的密度；根据土中游离水中的氢离子对中子(媚241/铍中子源，半衰期为458年)的反射，测出氢离子含量，进而推算出游离水的含量，即计算出含水率。1．试验所用主要仪器设备核子湿度密度仪：由主机和附件组成。（1)主机：由放射源、探测器、微处理器、测深定位装置等组成，见图9-3所示。图9-3核子湿度密度仪示意图放射源：艳137-γ源，辐射活性3.7x108Bq媚241/铍中子源，辐射活性1.85x109Bq。●探测器：盖革一密勒计数管，接收γ射线；氢一3探测管，接收中子射线。●微处理器：将探测器接收到的射线信号转换成数据，并经运算后显示检测结果。●测深定位装置：将放射源放置到预定的测试深度。（2)附件：标准块、导板、钻杆、充电器。（3)技术指标：●测量范围：含水量0～0.64g/cm3；密度1.12-2.73g/cm3。●准确度：含水量±0.004g/cm3；密度±0.004g/cm3。●仪器应按《核子湿度密度测试仪检定规程》(JJG128一91)检定合格，检定周期两年。2．试验要点(1)标准计数和统计试验：将标准块放在坚硬的材质表面，按规定将仪器放置在标准块上，仪器手柄设置在安全位置。周围l0m以内无其他放射源，3m以内的地面上不得堆放其他材料。按下启动键，开始进行标准计数或统计试验。操作人员应退到离仪器2m以外区域。当仪器发出结束信号后，检查含水量、密度的标准计数或统计分析结果，如果其数值在规定的范围内，即可开始检测。(2)输人设定参数1)测量计数时间(不宜小于30s)。2)选择计量单位g/cm3或kg/m3。3)密度、含水量的偏移量，当无偏移量时输人“0”。4)测点记录号。(3)平整被测材料表面，必要时可用少量细粉颗粒铺平，然后用导板或钻杆造孔。孔深必须大于测试深度，孔应垂直，孔壁光滑，不得坍塌。(4)按规定方法将仪器就位，并将放射源定位到预定的测试深度，按下启动键开始测试，操作人员退到离仪器2m以外的区域。(5)当仪器发出结束信号后，储存或记录检测结果，并将放射源退回到安全位置。(6)试验误差应满足以下规定要求：本试验在同一测点，仪器在初始位置进行第一次读数，然后将仪器绕测孔旋转180°进行第二次读数，含水量及密度应分别取两次读数的平均值。其含水率的允许平行差值应符合规范的规定；密度的平行差值不应大于0.03g/cm3。如果两次测定的平行差值(含水率或密度)超过允许差值，则应将仪器再绕测孔旋转到90°和270°的位置进行两次读数，取其四次读数的算术平均值。(7)干密度和含水率按式(9-16)和式(9-17)计算：1)干密度：ρd=ρ-ρsw 9-16式中：ρ：湿密度(g/cm3)；ρd：干密度(g/cm3)；ρsw：含水量(单位体积土中水的质量)(g/cm3)。2)含水率：9-17式中：ω含量水(％)，计算至0.1%。第四节颗粒密度试验试验目的和方法1．方法概述土的颗粒密度是指土体内固体颗粒的质量与颗粒体积之比值，单位g/cm3。粒径大于5mm的砾石、碎(卵)石等粗颗粒，因颗粒间存在空隙。空隙又分封闭的与敞开的两部分，当浸水时，开敞部分为水所填充，封闭部分则不能浸人。因此，粗颗粒土颗粒密度通常以下列三种方法表示：(1)视密度(也称表观密度)：土粒干质量与土粒实体积(包括固体颗粒和封闭空隙体积)的比值。它与细粒土的颗粒密度在实用上是一致的，因为一般指的空隙，事实上是指能被水充填的空隙。通常情况下，粗粒土的颗粒密度就是指视密度。(2)毛体积密度：土粒干质量与土粒总体积(包括固体颗粒、封闭空隙和开敞空隙全部体积)的比值。(3)饱和面干密度(简称表干密度)：当土粒呈饱和面干状态时的土粒总质量与土粒总体积的比值。颗粒密度是计算孔隙比、孔隙率、饱和度等指标的重要数据。毛体积密度用于击实试验中对超粒径(≥5mm或≥20mm或≥40mm,颗粒在5％~30%)土的最大干密度校正及计算粗颗粒填料压实后的孔隙率。土的颗粒密度试验按土粒的不同粒径可分别采用：(1)量瓶法：适用于粒径小于5mm的土。(2)浮称法：适用于粒径等于或大于5mm的土，且其中粒径大于20mm的土质量应小于土总体质量的10%。(3)虹吸管法：适用于粒径等于或大于5mm的土，且其中粒径大于20mm的土质量应等于或大于土总体质量的10%。(4)如果土含有小于和大于5mm的颗粒．，则应分别用量瓶法和浮称法或虹吸筒法测定不同粒径的颗粒密度，并按加权平均计算土的平均颗粒密度：2．量瓶法（1）试验所需主要仪器设备和器具①量瓶：容积100(或50)mL。②天平：称量200g，分度值0.001g。③恒温水槽：准确度士1.0℃。④砂浴：应能调节温度。⑤温度计：测量范围0~50℃，分度值0.5℃。⑥真空抽气设备。⑦其他：烘箱、纯水或中性液体(煤油)等。（2）量瓶校正①将量瓶洗净，烘干后称其质量，准确至0.001g。②将煮沸经冷却的纯水(或抽气后的煤油)注人量瓶，对长颈量瓶注水(油)至刻度处，对短颈量瓶注水(油)至毛细管口。将量瓶放人恒温水槽直至瓶内水(油)温度稳定。取出量瓶，擦净外壁，称瓶、水(油)总质量，准确至O.OOlg。测定恒温水槽内水温，准确至0.5℃。③按5℃间隔调节恒温水槽内水的温度，测定不同温度下的瓶、水(油)总质量。每个温度需进行两次测定，平行差值不大于0.002g，取两次测值的平均值。绘制温度与瓶、水(油)总质量的关系曲线，如图9-4所示。图9-4温度和瓶、水质量关系曲线（3）试验要点①在烘干的l00ml量瓶内装人试样15g(50mL量瓶装10g)，称量瓶和试样质量，准确至0.001g。②向已装有试样的量瓶内注人半瓶纯水，摇动量瓶，并放在砂浴上煮沸，煮沸时间：砂性土不少于30min,黏性土不少于60min。煮沸后为防止瓶内悬液溢出，应随时注意调节砂浴温度。③将煮沸并冷却的纯水注人装有试样悬液的量瓶(液面高度与量瓶校正时相同)，并放置于恒温水槽内，直至温度稳定，瓶内悬液上部澄清，取出量瓶，擦净外壁，称量瓶、水、试样总质量，准确至0.001g。测定量瓶内的水温，准确至0.5℃。④根据测得的温度，从已绘制的“温度与量瓶和水总质量关系曲线”中查得量瓶和水的总质量。⑤如试样含有可溶盐、亲水性胶体或有机质，需用抽气法以中性液体(如煤油)为介质进行测定。抽气时真空压力表读数须接近l00kPa，抽气时间1～2h。⑥按式(9-18)计算颗粒密度：9-18式中：ρ：颗粒密度（g/cm3），计算至0.01g/cm3；md：试样干质量（g）；mPw：量瓶和水（油）的总质量（g）；mpws：量瓶，水（油）和土的总质量（g）；ρWT:在T(℃)时水（油）的密度（g/cm3）。3．浮称法（1）试验所需主要仪器设备和器具①铁丝框：孔径小于5mm，边长10～15cm，高10～20cm。②天平：称量2000g，分度值0.2g。③盛水容器：尺寸应能适合铁丝框沉入。④其他：烘箱、温度计、孔径5及20mm筛等。（2）试验要点①选取有代表性的试样500~1000g清洗干净，浸入水中24h后取出，将试样放在湿毛巾上擦干表面，即得饱和面干试样，称其质量(mb)。②将铁丝框浸人水中，称铁丝框在水中的质量(m1),如图9-5所示。③将已知质量的饱和面干试样全部放入铁丝框中，缓缓浸没于水中，并在水中摇晃至无泡溢出为止，称铁丝框和试样在水中的总质量(m2)，测定盛水容器内水温，准确至0.5℃。④取出铁丝框中的全部试样烘干，并称烘干试样质量(md)。图9-5浮称天平⑤按公式(9-19),(9-20),(9-21)和(9-22)计算颗粒密度(ρs)、毛体积密度(ρa)、饱和面干密度(ρb)和吸着含水率(Wx)。9-199-209-219-224．虹吸管法（1）试验所需主要仪器设备和器具①虹吸筒：见图9-6图9-6虹吸筒示意图（单位：cm）②台秤：称量10kg，分度值1g。③量筒：容积2000ml。④其他：同浮称法。 二、空隙率计算方法孔隙率为：土的孔隙体积与总体积的比值，以百分数表示。9-23式中：n:孔隙率；Vv：土的孔隙体积（cm3）；V：土的总体积（cm3）。由孔隙率定义式可推导出如下实用计算公式：9-249-25式中：n1：用颗粒密度计算求得的孔隙率；n2：用毛体积密度计算求得的孔隙率；ρd：土的干密度（g/cm3）;ρa：土的干密度（g/cm3）当土中既有粒径大于5mm的土颗粒，又含有粒径小于5mm的土颗粒时，工程中一般采用平均颗粒密度，取粗细颗粒密度的加权平均值。对这类土的孔隙率宜采用土的平均颗粒密度计算。《秦沈客运专线粗粒土压实检测方法讨论会》会议纪要(秦沈总指〔2000)48号)提出：“对于砾石土，碎石类土和级配碎石，由于粒径小于0.1mm的颗粒成分较少，宜采用毛体积密度计算孔隙率，并作为控制压实度的指标之一。”土的颗粒密度(ρa)和土的毛体积密度(ρd)可按本章17.6相应方法测试。土的干密度(ρa)应按本章的密度试验和本章的含水率试验相应方法测定湿密度和含水率，并计算求出干密度。第五节液限、塑限试验一、试验目的和方法液限是土呈可塑状态的上限含水率，是从可塑状态过渡到流动状态的界限含水率；塑限是土呈可塑状态的下限含水率，是土从可塑状态过渡到半固体状态的界限含水率。液限、塑限之差为塑性指数，表示豁性土呈可塑状态时含水率的变化范围，标志着土的可塑程度。液塑限的大小，反映了土的工程性质，是划分土的类别及评价工程性质的重要指标，是黏性土物理性质的必测项目。液塑限试验适用于粒径小于0.5nun的黏性土。测定液、塑限的方法有圆锥仪法、碟式仪法、液限塑限联合测定法；测定塑限的方法有搓条法、液、塑限联合测定法。我国采用的圆锥仪法有两种：一种是圆锥仪质量76g，锥角300，自锥尖起17mm,10mm处有刻度，当入土深度刚好到17mm,10mm刻度线时，测定试样的含水率，此含水率即为土的液限，分别称为17mm液限和1Omm液限；另一种是公路土工试验采用的圆锥仪，质量为100g，锥角300，锥体人土深度为20mm测定的含水率为液限。它和上述76g锥人土深度17mm的液限基本相等。与76g锥人土l0mm的液限换算关系为：9-26式中：W’L：100g锥入土深度20mm时的液限（%）；W’L：76g锥入土深度10mm时的液限（%）；76g锥入土深度17mm和100g锥人土深度20mm测定的液限与美国ASTM标准(碟式液限仪测得的液限)是等效的。因此，76g锥人土深度对应的含水率是确定界限含水率液限的标准。76g下沉10mm时测得的强度比下沉17mm时测得的强度高几倍。实际上，10mm液限不是土的真正液限。但现行国家标准《建筑地基基础设计规范》(GB5007-2002)、行业标准《铁路工程岩土分类标准》(TB10077-2001)都采用76g锥，入土深度10mm的液限计算塑性指数和液性指数，对黏性土进行工程分类，以及确定黏性土承载力值。实际使用中应区别17mm液限和10mm液限的含义和用途，避免发生混淆。二、液、塑限联合测定法1．试验所需仪器设备和器具(1)液塑限联合测定仪：包括读数显示器(有光电式、游标式、百分表式)、圆锥仪(质量76g，锥角30°)、试样杯(直径40～50mm，高30～40mm)。(2)天平：称量200g，分度值0.01g。(3)其他：烘箱、干燥器、称量盒、调土刀等。2．试验要点(1)按下沉深度3～5mm,9～11mm及16～18mm制备不同稠度的土膏，静置湿润后，填满试样杯，放于联合测定仪升降座上。(2)接通电源，让电磁铁吸住圆锥仪，调整零点和升降座，使圆锥仪尖刚好接触土面。电磁铁断电，圆锥仪在自重作用下，落人试样中，经5s后测读下沉深度。取出试样测定含水率。重复上述步骤，再测定另外两个不同稠度试样的圆锥仪人土深度和含水率。(3)在双对数坐标纸上以圆锥下沉深度(h)为纵坐标，以含水率(w)为横坐标，绘制h-w关系曲线。三点应连成一条直线，如三点不在一条直线上，则通过高含水率这一点与其余两点连成两条直线，在圆锥下沉深度2mm处可查得相应的两个含水率，如果这两个含水率的差值小于2%，用该两点含水率平均值的点与高含水率的点连成一条直线。从直线上查得下沉深度为17mm所对应的含水率为液限，下沉深度为l0mm所对应的含水率为l0mm液限，下沉深度为2mm所对应的含水率为塑限。若两个含水率的差值大于2%，则应重做试验。(4)按公式(9-27),(9-28)计算塑性指数和液性指数。IP=WL-WP9-279-28式中：IP：塑性指数；IL,：液性指数；WP：塑限（％）；WL：液限（％）；W：天然含水量（％）。三、碟式仪法液限试验1．试验用仪器设备和器具(1)碟式液限仪：由土碟、支架及底座组成，并配专用划刀。(2)天平：称量200g，分度值0.01g。(3)其他：同联合测定法。2．试验要点(1)调整铜碟底与底座间距为10mm。(2)在铜碟前半部放人制备好的试样，制成水平状，使其厚度为10mm。用划刀自蜗心轴中心沿铜碟直径将试样划开成“V"型槽。(3)转动手柄，速率为每秒两转，使铜碟上下起落至沟槽两边试样在振动下合拢约13mm时为止，记录此时的击数。(4)用4～5个不同含水率的试样重复进行试验，槽底试样合拢所需的击数宜在15一35之间。(5)测定各击次下试样的相应含水率。(6)在单对数坐标纸上以含水率为纵坐标，以击数为横坐标，绘制含水率与击数关系曲线，曲线上击数25次所对应的含水率。即为该试样的液限。四、搓条法塑限试验将土调至接近塑限状态(揉捏不沾手)，取8～10g在毛玻璃板上用手掌轻轻滚搓，手掌要均匀适宜地施加压力在试样上，土条不能有空心现象。当土条直径达3mm时产生裂缝并开始断裂，取直径符合3mm断裂土条3～5g测定含水率，此含水率即为塑限磷。试验应进行平行测定，平行差值与本章17.4含水率试验的平行差值相同。第六节颗粒分析试验一、试验目的和方法土是由大小不同，形状各异的颗粒组成的集合体，为研究土的颗粒组成，将工程性质相近的颗粒归并为一类，称为粒组。将土按颗粒大小分成不同粒组的过程，称为颗粒分析试验。根据颗粒组成进行分类，可粗略地判定土的透水性，可塑性，收缩及膨胀等物理性质。颗粒大小分析试验的结果是级配曲线。在颗粒级配曲线上，可以找到颗粒含量小于10%,30%,60%粒径分别为d10,d30,d60。d10称为有效粒径，对砂性土而言，d10越小，它的透水性越低；黏性土的d10越小，土的可塑性越高，且膨胀性显著。d60为控制粒径。这三个指标组成粗粒土的级配指标。不均匀系数曲率系数不均匀系数Cu越小，级配曲线越陡，表明土颗粒越均匀，反之，则说明土颗粒组成越不均匀；曲率系数CC反映土颗粒分布范围。根据工程经验，当Cu≤5时，属级配均匀的土，Cu>5时，属级配不均匀的土。当CC=1～3时属级配良好，否则，是级配不良的。根据此来判定级配的优劣情况。目前，颗粒分析的主要方法有：(1)筛析法——适用于粒径0.075~60mm的土。(2)密度计法或移液管法——适用于粒径小于0.075mm的土。当土中含有粒径大于和小于0.075mm的颗粒，各超过10％时，应联合筛析法和密度计法或移液管法。二、筛析法筛析法是将土样通过各种不同孔径的筛子，将大小颗粒按筛的孔径逐级加以分组，分别计算出各粒组质量占总质量的百分比，从而分析土的颗粒级配情况。1．试验所需主要仪器设备(1)粗细筛各一套：粗筛，筛孔直径为分别为60mm,40mm,20mm,1Omm,5mm,2mm；细孔筛筛孔直径分别为2.Omm,1.Omm,0.5mm,0.25mm,0.75mm。(2)天平：称量5000g，分度值1g。称量l000g，分度值0.1g，称量200g，分度值0.01g。(3)振筛机。(4)其他：烘箱，瓷盘、研钵等。2．试验要点(1)将土样风干，碾散，拌匀，用四分法按表9-3取代表性试样。(2)将试样先过2mm筛，分别称筛上和筛下的试样质量。当筛下的试样质量小于试样总质量的10％时，不作细筛分析；筛上的试样质量小于试样总质量的10％时，不作粗筛分析。表9-3筛析法取样数量土粒粒径（mm)<2<10<20<40<60取样数量（g)100～300300～10001000～20002000～40004000以上(3)将2mm筛上和筛下的试样，分别倒入依次叠好的粗筛和细筛的最上层，分别进行筛析。筛后依次称各筛上留下的试样质量。各级筛上及底盘内试样质量总和与试验前试样质量的差值，不得大于试样总质量的1%。(4)对含有钻土粒的砂性土，应先将试样在水容器内加水搅拌，使试样充分浸润，粗细粒分离后过2mm筛。筛上试样烘干后称其质量后进行粗筛分析。筛下试样悬液用带橡皮头的研柞研磨后过0.075mm筛，将筛上试样烘干称其质量后进行细筛分析。(5)如粒径小于0.075mm试样质量大于试样总质量的10％时，则应将这部分细颗粒用密度计法或移液管法测定其小于0.075mm的颗粒组成。(6)按公式(9-29)计算小于某粒径的试样质量占试样总质量的百分比。9-29式中：X：小于某粒径的试样质量占总质量的百分比（%）；mA：小于某粒径的试样质量（g）；mB：细粒分析师为所取试样质量，粗粒分析时为总质量（g）；dx：粒径小于2mm的度样质量占总质量的百分比（%），计算粒料各级所在质量百分比时，取100%。(7)绘制颗粒级配曲线：在单对数坐标纸上，以小于某粒径的试样质量占试样总质量的百分比为纵坐标，颗粒粒径为横坐标绘制颗粒大小分布曲线。三、密度计法密度计法是根据司笃克斯定律测定的。利用土壤密度计通过测量不同深度处悬液的密度和土粒沉降的距离来计算不同粒径所占的百分比。1．试验所用的主要仪器设备(1)密度计：甲种---刻度为-5～50，分度值为0.5。刻度值表示在20℃时1000ml悬液内所含干土质量；乙种---刻度为0.995～1.020，分度值为0.002。刻度值表示20℃时悬液的密度。(2)量筒：容积1000ml，刻度0～1000ml，分度值为10ml。(3)细筛和洗筛(孔径0.075mm)。(4)天平：称量1000g，分度值0.1g，称量200g，分度值0.01g。(5)其他：搅拌器、温度计、煮沸设备、秒表、锥形瓶等。2．试验要点(1)取相当于30g干土质量的风干土或天然湿度的土倒入三角烧瓶中，加纯水约200mL，浸泡过夜，然后置于煮沸设备上煮沸40min。(2)将煮沸冷却的悬液过0.075mm洗筛。取筛上试样烘干，称量、进行细筛分析，并计算各级颗粒占试样总质量的百分比；将筛下悬液全部倒入量筒，加入4％六偏磷酸钠1000mL，再加入纯水至1000mL。(3)用搅拌器在悬液中上下搅拌1min，取出搅拌器，立即开动秒表，将密度计放人悬液中，测计0.5,1,5,30,120,1440min时的密度计读数，同时测定每次读数时的悬液温度。密度计读数以悬液面上缘为准，甲种密度计准确至0.5，乙种密度计准确至0.0002。(4)按公式(9-30)或(9-31)计算小于某粒径试样质量占试样总质量的百分比：1)甲种密度计：9-30式中：X：小于某粒径的试样质量百分比（%），计算至0.1%；md：试样干质量（g）；Cs：颗粒密度校正值；mT：悬液温度校正值；CD：分散剂校正值；n：弯液面校正值；R：甲种密度计读数。2）乙种密度计：9-31式中：Vx：悬液体积（=1000ml）；：颗粒密度校正值；：悬液温度校正值；：分散剂校正值；n‘：弯液面校正值；R‘：乙种密度计读数；：20℃纯水的密度（=0.998232g/cm3）。（5）按式（9-32）计算试样颗粒粒径：9-32式中：d：土粒粒径（mm），计算至0.001mm；：水的动力学黏度（=10-6kPa.s）;：颗粒密度（g/cm3）;:T℃时的水密度（g/cm3）;:4℃时的水密度（g/cm3）;L：某一时间内土粒沉降距离（mm）；t：沉降时间（s）。(6)颗粒级配曲线绘制同筛析法。四、移液管法移液管法也是根据司笃克定律的原理计算出某种粒径的颗粒自液面下沉到一定深度所需的时间，在此预计的时间内用移液管自该深度处取出固定体积的悬液。烘干悬液中水分，然后称干土质量，从而可计算出该粒径土粒的百分比。1．试验所需主要仪器设备(1)移液管：容积25mL；(2)烧杯：容积50mL,,(3)天平：称量200g，分度值0.001g。(4)其他：与密度计法相同。2．试验要点(1)制备土的悬液同密度计法。(2)将装置悬液的量筒置于恒温水槽中至悬液温度稳定，测定悬液温度。并按公式(9-32)计算粒径小于0.05,0.01,0.005,0.002mm和其他所需粒径下沉一定深度需要静置的时间(或从相应《土工试验规程》中查土粒沉降时间表)。(3)用搅拌器在悬液中上下搅拌1min，取出搅拌器并开动秒表，按计算的不同时间在悬液面下1cm深处用移液管取出25mL悬液，移人烧杯内蒸发、烘干，称干试样质量。(4)按公式(9-33)计算小于某粒径的试样质量占总质量的百分比X：9-33式中：Vx：悬液总体积（=1000ml）；V：吸取的悬液体积（=25ml）；mx：吸取25ml悬液中试样干质量（g）；md：干试样质量（g）。(5)绘制颗粒级配曲线的方法与筛析法相同。第七节击实试验一、试验的目的和方法土作为路堤填筑材料，就需要对土的压实性进行试验。由于土质、含水率及压实的工艺不同，土的压实效果也会不一样。为了提高土体的强度，降低路堤土体的可压缩性和渗透性，改善其工程性质，控制现场施工质量，均需在室内模拟现场施工条件，在给定的击实功的条件下，求得干密度与含水率的关系，从而求出压实填土所能达到的最大干密度和相应的最优含水率。击实试验的目的就是利用标准化的击实仪器和规定的标准方法，测出土的最大干密度及最优含水率，达到控制施工的目的。二、试验所需主要仪器设备1．击实仪：由击实锤、击实筒、护筒组成。2．推土器。3．天平：称量200g，分度值O.Olg。4．台秤：称量15kg，分度值5g。5．标准筛：孔径5mm,20mm,40mm。6．其他：碾土设备、切土刀、称量盒、烘箱等。三、试验要点1．试样制备：分为干法和湿法两种。（1)干法：取代表性试样20kg(小直径筒)或50kg(大直径筒)风干，碾碎，过5mm,20mm或40mm筛，将筛下土样拌和均匀，并测定土样的风干含水率。根据土的塑限预估最优含水率，分别制备5个不同含水率的一组试样，其中两个含水率大于塑限，2个小于塑限，1个接近塑限，相邻两个试样的含水率差值宜为2%。（2)湿法：取天然含水率的代表性试样碾碎过5mm,20mm或40mm筛，将筛下土样拌均匀，并测定天然含水率。根据土样的塑限预估最优含水率，取5份试样，其中一份保持天然含水率，其余4份分别风干或加水达到所要求的含水率。2．组装好击实仪，在击实筒和护筒内壁涂一薄层润滑油，分层装样，并按要求击数击实。每层试样高度宜相等，下层击实后，要将表面刮毛，然后再加入上一层土，再击实；最后一次击实后超出击实筒的余土高度不得大于6mm。3．击实完成后拆去护筒，用切土刀修平击实筒顶部的试样，拆除底板，当试样底面超出筒外时，也应修平，擦净筒外壁后称量试样总质量，准确至5g。4．计算击实后试样的试密度，并取2个代表性试样，测定含水率，2个试样含水率差值不应大于1％。5．重复进行其他含水率试样的击实试验。6．按公式(9-34)计算击实后试样的干密度()9-34式中：：击实后试样的湿密度（g/cm3）；：击实后试样的含水率（%）。9-359-36式中：试验所测得的粒径小于5mm、20mm或40mm试样的最大干密度（g/cm3）;Ps：以小数表示试样中粒径大于5mm、20mm或40mm的颗粒含量；：粒径大于5mm、20mm或40mm的颗粒毛体积密度（g/cm3）;：试验测得粒径小于5mm、20mm或40mm的颗粒的试样的最优含水率（%）；：试验测得粒径大于5mm、20mm或40mm的颗粒吸着含水率（%）.颗粒毛体积密度和吸着含水率的试验计算方法颗粒密度试验。7．在直角坐标纸上以干密度为纵坐标，含水率为横坐标，绘制干密度与含水率关系曲线(如图9-7)。曲线上峰值点的纵横坐标分别表示该试样的最大干密度和最优含水率。图9-7干密度-含水率关系图8．当试样中粒径大于各方法相应的最大粒径5mm,20mm或40mm的颗粒质量占总质量的5%30％时，其最大干密度和最优含水率应按式(9-35),(9-36)校正最大干密度(dmax)和最佳含水率(w'opt)。第八节K30平板载荷试验一、试验目的和适用条件K30平板载荷试验是用直径为30cm的荷载板测定下沉量为1.25mm地基系数的试验方法。地基系数是指以某一下沉量除与其相对应的荷载强度所得出的值。计量单位为MPa/m。K30作为一种抗力指标，能够直观地表征路基刚度和承载能力，物理意义明确，与传统的物理指标相比具有明显的优越性，因此，从20世纪70年代以来，肠试验被广泛应用于铁路、公路、机场等工程的地基检测。1867年，捷克工程师文克勒(E.winkler)在研究铁路路基上部结构时提出对弹性地基的假定：地基上任何点的沉降取决于作用在该点上所受的力，而与邻近的压力无关。用公式表达，即：9-37式中：σ：基底压力；S：沉降量；Kn：比例常数，即地基系数(或地基反力系数)；n：荷载板直径，常用的有30cm,60cm或75cm。文克勒假定适用地基压缩层为很薄的情况，即地基压缩层与受力面积尺寸相比为一个很薄的“垫层”时，计算变形才能符合实际情况。在铁路路基施工时每层摊铺厚度为30～60cm，因此，可以近似地认为符合文克勒假定。这就是K30平板载荷试验用于路基压实质量检测的理论基础。K30平板载荷试验使用于填料最大粒径不大于载荷板直径1/4的各类土、土石混合填料及级配碎石填料。试验时，场地及环境条件等应符合以下要求：(1)对于水分挥发快的均粒砂，表面结硬壳、软化或因其他原因表层扰动的土，平板荷载仪应置于扰动带以下(下挖深度限定在荷载板直径D的范围内)。(2)对于粗、细粒均质土，宜在压实后2~4小时内开始进行。(3)测试面必须是平整无坑洞的地面。对于粗粒土或混合料造成的表面凹凸不平，应铺设一层2-3mrn的干燥中砂或石膏腻子。此外，测试面必须远离震源，以保持测试精度。(4)雨天或风力大于6级的天气，不得进行试验。二、试验所需主要仪器设备和器具平板载荷仪由载荷板、加荷装置、下沉量测定装置及其他辅助设备组成。(1)荷载板：圆形钢板，其直径为30cm，板厚为25mm，上部应带有水准泡，以便安装时测定测试面的水平。(2)加荷装置：由千斤顶、高压油管、手动液压泵组成。为了不影响检测精度，千斤顶与手动油泵应为分体式。为了准确传递压力，千斤顶油缸顶端应设置球铰，并配有加长杆件，以使与各种不同高度的反力装置相适应。手动液压泵上应有一个可调节减压阀，便于准确的分段对荷载板实施加、卸载。高压油管长度至少为2m，油软管两端应装有自动开闭阀门快速接头，以防止液压油漏出。测压表应采用0.6级精度，或用1％精度的测力计直接量测荷载，量程应是最大试验荷载的1.25倍。(3)反力装置：可利用装载的汽车或其他设备装置等以得到所需反力，其承载能力应大于最大试验荷载lOkN以上。(4)下沉量测定装置：由测桥和测表组成。测桥是用于安装测表固定支架或作为测表量测基准面，其长度由大于3m的支撑梁和支撑座组成，为了运输方便、操作安全和稳定可靠，支撑梁应由轻金属制成，可采用可伸缩管式横杆做成Y形三点支撑或采用双横杆平行布局。当跨度为4m时，其截面系数应大于或等于8cm3。测表宜配置2～4个精度为O.Olmm的百分表，量称应不小于10mm，每个测表应配有可调式固定支架。(5)辅助设备：铁锹、钢板尺(长400mm)、毛刷、圬工泥刀、刮铲、水准仪、铅锤、褶尺、干燥中砂、石膏、油、遮阳挡风设备。随着技术的发展，目前已开发出专用的K30荷载板检测，采用自动化程度高的微机系统控制，机动性能良好，快速、准确，特别适应大规模快速机械化施工的需要。K30平板载荷试验仪各测试仪器，量表应定期进行计量检测和校验，以保证测试结果的准确性。三、试验要点1．试验场地准备：对已选定的场地测试面进行整平，并用毛刷扫去松土。当处于斜坡上时，亦应将荷载板支撑面做成水平面。2．安装平板载荷仪：（1)安装荷载板：为了保证荷载板与地面的良好接触，可铺设一薄层中砂(2～3mm)或石膏腻子，用石膏腻子做垫层时，应在荷载板顶面上抹一层油膜，然后将荷载板安放在石膏层上转动并轻轻击打顶面。使其与地面完全接触，同时借助荷载板上水准泡或水准仪调整水平。（2)安装反力装置：将反力装置(例如：汽车或压路机)驶人测试点，在使其承载部位正处于荷载板上方之后，加以制动。此时，反力装置的支撑点(以汽车或压路机作为反力装置时系指其车轮或滚筒与地面的接触点)必须距荷载板外侧边缘1m以外。（3)安装加载装置：将千斤顶放置于反力装置下面的荷载板上，可利用加长杆和通过调节丝杆，使千斤顶顶端球铰座紧贴在反力装置承载部位上，组装时应保持千斤顶垂直不出现倾斜。（4)安装下沉量测定装置：测桥支撑座应设置在距离荷载板外侧边缘及反力装置支撑点lm以外。当测桥呈Y型布置时，应安装3个测表，相互呈1200放置；当测桥呈双横杆平行布置时，应安装4个测表呈正方形布置，或安装2个测表呈对角线布置，不论安装几个测表，都必须与荷载板中心保持等距离，以便求取平均置，降低误差。3．加载试验（1)为稳固荷载板，预先加O.O1Mpa荷载，约30s，待稳定后卸除荷载，将百分表读数调至零或读取百分表读数作为下沉量的起始读数。（2)以0.04MPa的增量，逐级加载。每增加一级荷载，应等该级荷载下的下沉量稳定后，读取荷载强度和下沉量读数。当1min的下沉量不大于该级荷载强度下产生的总下沉量的1％时即可认为下沉已终止。（3)当下沉量超过规定的基准值(1.25mm)，或者荷载强度超过估计的现场实际最大接触压力，或者达到地基的屈服点，试验即可告终止。4．试验点的下挖工作：当试验过程出现异常时(如荷载板严重倾斜，荷载板过度下沉)，应将试验点下挖相当于荷载板直径的深度。如遇到石块，或不太密实或含水很多或含水很少的土时，均应在试验记录中注明。5．由试验结果，绘制如图9-8所示的荷载一下沉量曲线。6．误差校正（1)由被测土体表面状态影响，所出现的随机误差可通过作图或与ADTUST程序进行校正。（2)作图法校正如图9-9所示。当试验结果如图中曲线②时，曲线经坐标原点，可不校正。当试验结果如图中曲线①时，应在曲线出现明显拐点的位置沿正常曲线延伸，使交于S轴于01点，此时零点下移△S"，标准下沉量为S1＝SS＋△S"，并由此对应的荷载σ1计算出KS值。当试验结果如图中曲线③时，应在曲线出现明显拐点的位置沿正常曲线延伸，使交于S轴于03点，此时零点下移△S'，标准下沉量为S3=Ss+△S'，并由此对应的荷载,计算出Ks值。图9-8荷载-下沉量关系曲线图9-9误差校正示意图第九节Evd动态平板载荷试验一、试验目的和适用条件Evd动态平板载荷试验是采用动态变形模量测试仪来监控检测土体承载力指标一动态变形模量Evd的试验方法。它通过落锤试验和沉陷测定直接测出反映土体动态特性的指标Evd。动态变形模量Evd是德国20世纪90年代开始采用的新型路基压实质量标准。1997年2月德国颁布执行的《德国铁路建设轻型落锤仪使用规定》(NGT39)标志着动态变形模量Evd标准开始在铁路工程中正式采用。该标准的最大特点是能够反映列车在高速运行时产生的动应力对路基的真实作用状况。1999年12月20日颁布执行的《德国铁路规范》DS836.0501中，按路基结构形式、设计速度、填料种类、工程部位的不同，明确规定了各种情况下动态变形模量Evd的设计标准，其中设计速度300km/h的高速铁路路基基床表层Evd的设计标准为50MPa。我国《铁路土工试验规程》(TB1012一2004)已正式纳人《Evd动态平板载荷试验》，《京沪高速铁路设计暂行规定》(2004年修定版)也将Evd作为路基基床压实质量标准的指标之一。Evd动态平板载荷试验适用于粒径不大于荷载板直径1/4的各类土、土石混合料和级配碎石，测试有效深度范围400～500mm。试验时的场地及环境条件应满足以下要求：(1)测试面宜水平，其倾斜度不大于50；测试面必须平整无坑洞。若粗粒土或混合料造成的表面凹凸不平，可用少量细中砂补平。(2)试验时测点必须远离振源。二、试验所需主要仪器设备1．动态平板载荷试验仪(也称动态变形模量测试仪)由落锤仪和沉陷测定仪组成(见图9-10)。2．落锤仪主要有脱钩装置、落锤、导向杆、阻尼装置和荷载板等部分构成。（1)落锤：质量为(10±0.1)kg。（2)荷载板：圆形钢板，其直径为300mm，板厚为20mm。图9-10动态平板荷载仪示意图（3)脱钩装置：必须既能保证挂住落锤使落锤定位，又能使落锤顺利脱钩自由落下；必须既能保证试验时它与导向杆之间连接牢固无位置错动，又能够在标定落高时调节它在导向杆上的位置。（4)阻尼装置：必须弹性系数可调、性能稳定、形状对称，其外部设防尘罩。（5)最大冲击力F:7.07kN;冲击持续时间18±2ms。3．沉陷定位仪主要有传感器、信号、处理、显示、打印和电源等部分组成。4．沉陷测试范围：0.1～2.0±0.05mm。Evd测试范围：10MPa<Evd<225Mpa。三、试验要点1．测试前的准备工作（1)测试面必须用工具或者通过荷载板的转动、推移来整平。如果还达不到要求的平整度，那么也可用少量的细砂或中砂补平。（2)必须检查导向杆的垂直度和测试面的倾斜度不大于50。（3)必须严格检查仪器标明的落距。2．测试步骤（1)将荷载板轻轻放置在准备好的测试面上，安装上导向杆并保持其垂直。（2)将落锤提升至脱钩装置的临界点位置，然后让落锤自由落下，在阻尼装置上产生冲击力后再将弹回的落锤抓住。（3)以上述(2)的方式首先进行一次冲击(即预冲击)，目的是消除在结果上可能产生的塑性变形的影响，并可使荷载板下得到精确的平整面。（4)按(2)的方式进行三次测试冲击。测试时可通过脚踩固定来避免荷载板的移动和跳跃。（5)测试时，应记录每个测点的工程名称、检测部位、检测时间、土的种类、含水率以及相关的参数。3．测试结果按平板压力公式(9-38)计算：9-38式中：Evd：动态变形模量（MPa），计算至0.1MPa；r：圆形刚性荷载板半径；：荷载板下的最大动应力，它是通过在刚性基础上，有最大冲击力Fs=7.07kN且冲击时间t=18ms时标定所得，=0.1MPa；S:实测荷载板下沉量（mm）；1.5：荷载板变形影响系数。实际使用时，可采用简化公式（9-39）计算：9-39四、Evd与K30的相关关系通过采用“Evd动态变形模量测试仪”和“K30平板载荷试验仪”对秦沈客运专线路基的800多组对比试验(其中细粒土、粗粒土、碎石类土和级配碎石等四类各180组)，经统计分析，建立了Evd与K30的相关关系，见表9-4，可供参考使用。表9-4Evd与K30的相关性参考表土的种类相关系数相关关系细粒土0．926K30=3.45Evd+0.1粗粒土0．913K30=3.33Evd+6.1碎石土0．915K30=3.10Evd+14.3级配碎石0．915K30=3.49Evd+14.4Evd动态变形模量测试体积小、重量轻、便于携带，安装及拆卸方便，操作简便，尤其适用于狭小场地(如路桥过渡段、路肩等)的检测。对于某一具体工程，在有条件的情况下，宜通过Evd与K30的对比试验确定Evd值与K30值的相关关系。第十节Ev2变形模量试验一、试验目的和适用范围Ev2静态模量试验是通过圆形承载板和加载装置对地面进行第一次加载和卸载后，再进行第二次加载，用测得的承载板下应力σ和与之相对应的承载板中心沉降量s，来计算变形模量Ev2及Ev2/Ev1值的试验方法。该试验适用于粒径不大于承载板直径1/4的各类土和土石混合填料。二、所用主要仪器设备变形模量Ev2测试仪器应包括承载板、反力装置、加载装置、荷载量测装置及沉降量测装置。1．承载板应符合下列要求：（1)承载板直径应为300±0.2mm，厚度应为25±0.2mm，材质应为Q345钢。承载板上应带有水准泡。（2)承载板加工表面粗糙度Ra不应大于6.3μm。2．反力装置的承载能力应大于最大试验荷载10kN以上。3．加载装置应符合下列要求：（1)千斤顶应通过高压油软管与手动液压泵连接。千斤顶顶端应设置球铰，并配有可调节丝杆和加长杆件。（2)高压油软管长度不应小于2m，两端应装有自动开闭阀门的快速接头。（3)手动液压泵上应装有可调节减压阀，可准确地对承载板进行分级加、卸载。（4)千斤顶两边应固定，并确保不倾斜。千斤顶活塞的行程不应小于150mm。在试验过程中，应保证千斤顶高度不应超过600mm。4．荷载量测装置的量测表量程应达到最大试验荷载的1.25倍，最大误差应不大于1%，显示值应能保证承载板上的荷载有效位至少达到0.001MPa。5．沉降量测装置应符合下列要求：（1)沉降量测装置应由测桥和测表组成。（2)测桥的测量臂可采用杠杆式(见图9-11)或垂直抽拉式。测量臂应有足够的刚度。（3)承载板中心至测桥支撑座的距离应大于1.25m。杠杆式测量臂杠杆比hp:hM可在1:1至2:1范围内选择，选定后不得改变。（4)沉降量测表最大误差不应大于0.04mm，分辨率应达到O.O1mm，量程不应小于10mm。辅助工具应包括铁锹、钢板尺(长400mm)、毛刷、刮铲、水准仪、铅锤、褶尺、干燥中砂、石膏粉、油、遮阳挡风设施等。测试仪器标定应符合下列规定：(1)传感器、测表应按国家有关规定标定。(2)变形模量Ev2测试仪必须每年标定一次。图9-11杠杆式测量臂三、试验要点1．场地测试面应进行平整，并使用毛刷扫去表面松土。当测试面处于斜坡上时，应将承载板支撑面做成水平面。2．测试仪器安置应符合下列要求：（1)将承载板放置于测试点上，使承载板与地面完全接触，必要时可铺设一薄层（2～3mm）干燥砂或石膏腻子。同时利用承载板上水准泡或水准仪来调整承载板水平。当用石膏腻子做垫层时，应在承载板底面上抹一层油膜，然后将承载板安放在石膏层上，左右转动承载板并轻轻击打顶面，使其与地面完全接触，被挤出的石膏应在凝固前清除，直至石膏凝固以后方可进行测试。（2)将反力装置承载部位安置于承载板上方，并加以制动。承载板外侧边缘与反力装置支撑点之间的距离不得小于0.75m。（3)将千斤顶放在承载板的中心位置，使千斤顶保持垂直。用加长杆和调节丝杆使千斤顶顶端球铰座与反力装置承载部位紧贴。（4)安置测桥时应将沉降量测装置的触点自由地放人承载板上测量孔的中心位置，沉降量测表必须与测试面垂直。测桥支撑座与反力装置支撑点的距离不得小于1.25m。（5)试验过程中测桥和反力装置不得晃动。（6)沉降量测装置应有遮阳挡风设施。3．预加载时，应预先加O.O1MPa荷载约30s，待稳定后卸除荷载，将沉降量测表读数调零。4．加载与卸载应符合下列要求：（1)变形模量Ev2：试验第一次加载应分为6级，并以大致相等的荷载增量(0.08MPa)逐级加载，达到最大荷载为0.5MPa或沉降量达到5mm时所对应的应力后，再进行卸载。（2)承载板卸载应按最大荷载的50%、25％和0三级进行。（3)卸载后，按照第一次加载的操作步骤，并保持与第一次加载时各级相同的荷载进行第二次加载，直至第一次所加最大荷载的倒数第二级。（4)每级加载或卸载过程必须在1min内完成。（5)加载或卸载时，每级荷载的保持时间为2min，在该过程中荷载应保持恒定。（6)试验中若施加了比预定荷载大的荷载时，应保持该荷载，并将其记录在试验记录表中，加以注明。5．当试验过程中出现承载板严重倾斜，以至水准泡上的气泡不能与圆圈标志重合或承载板过度下沉及量测数据出现异常等情况时，应查明原因，另选点进行试验，并在试验记录表中注明。四、资料整理与计算1．每一级荷载的应力。和所对应的沉降量测表读数SM应按表9-5填写。承载板中心沉降量S应按下式计算：9-40式中：S：承载板中心沉降量（mm）；SM：沉降量测表读数（mm）；hp/hM：杠杆比。表9-5变形模量EV2试验记录工程名称：填料类型：试验编号：仪器名称：工程地点：填层厚度：杠杆比hp／hM：型号：施工单位：试验里程：试验日期：天气：承载板直径：试验标高：加卸载顺序序号荷载F(kN)应力σ(MPa)沉降量测表读数sM(mm)承载板中心沉降量S(mm)预压复位试验年月日复核年月日试验负责人年月日2．根据试验结果绘制应力一沉降量曲线(见图9-12)，应力一沉降量曲线上应用箭头标明受力方向。3．变形模量Ev计算应符合下列规定：（1)第一次加载和第二次加载所得到的应力一沉降量曲线，可用式(9-41)式表达：9-41式中：：承载板下应力（MPa）；S：承载板中心沉降量（mm）；a0：常数项（mm）；a1：一次项系数（mm/MPa）；a2：二次项系数（mm/MPa2）。图9-12应力-沉降量曲线（2)应力一沉降量曲线方程的系数是将测试值按最小二乘法计算得到的。用于计算系数的方程式为：9-429-439-44=1,2,3……n;S1,,S2,……Sn分别为每级荷载的应力和相应的承载板中心沉降量测试值。（3