水工回填土工程试验安全技术交底试验段及施工方案案例

版本：填土170908-1（有很多工程实例）回填土工程资料知识集本集内容：1.土工实验的结识（第2页）2.土工实验的意义（第7页）3.土工实验的重要性（第10页）4.土工实验规程(第13页)5.回填土规范规定（第51页）6.土的最佳含水量和最大干密度与填土压实的质量关系（第60页）7.土壤击实实验记录（第61页）8.回填土实验段实案8.1***右岸堤防加宽工程Ⅱ标段堤身填筑碾压实验报告（第62页）（第70页）8.3某项目碾压方案及实验（第81页）8.4**工程土方回填碾压实验成果报告（第87页）8.5******土方填筑碾压实验报告（第94页）9.土方开挖和回填土施工方案9.1土方开挖和回填土工程施工方案（第95页）9.2***水库除险加固工程土石方工程专项施工方案（第99页）9.3**水利工程土石方工程专项施工方案（第104页）9.4某工程输水土石方开挖专项方案（第107页）10.回填土安全技术交底（第104页）11．某工程回填土施工技术交底（第109页）12．人工回填土施工技术交底（第114页）13.土方回填工程报审/验表（第115页）14.土方回填工程检查批质量验收记录（第116页）15.水利土方回填评估表填写方法（第119页）“做成堤岸的好做些如要请加QQ86521262专心认真回复你”1.土工实验的结识TOC\o"1-3"\h\u6128一、土的生成和特性 2161201.形成作用 2106422.土的重要成因类型及其特性 31438二、土的一般特性 311550三、土工实验的重要性 356731.土工实验对土力学及土木工程学科研究的重要性 3176872.从土的物理、力学性质方面阐述土工实验的重要性 38202四.土工实验当前存在的问题 39769１.试样的制备 39305２.土的物理性质实验 3142913.土体的定名 3215564.土力学性质实验 3土工实验的结识一、土的生成和特性1.形成作用在土木工程中土是指覆盖在地表面上碎散的、没有胶结或胶结很弱的颗粒堆积物，地壳表层的岩石在阳光、大气、水和生物等因素影响下发生风化作用，使岩石崩解、破碎；经流水、风、冰川等动力搬运作用，在各种自然环境下沉积，形成土体，因此说：“土是岩石风化的产物”。风化作用涉及：1） 物理风化是指由于温度变化、水的冻胀、波浪冲击、地震等引起的物理力使岩体崩解、碎裂的过程，这种作用使岩体逐渐变成细小的颗粒。土体中的粗颗粒便是物理风化的产物。2） 化学风化是指岩体(或岩块、岩屑)与空气、水和各种水溶液互相作用的过程，这种作用不仅使岩石颗粒变细，更重要的是使岩石的矿物成分发生变化，形成大量细微颗粒(粘粒)和可溶盐类。土体中的粘粒便是化学风化的产物。3） 生物风化由动物、植物和人类活动对岩体的破坏称生物风化，例如：长在岩石缝隙中的树，因树根伸展使岩石缝隙扩展开裂；人们开采矿山、石材，修铁路、打隧道，劈山修公路等活动形成的土等。2.土的重要成因类型及其特性由于形成条件、搬运方式和沉积环境不同，自然界的土也就有不同的成因类型，可分为陆相沉积和海相沉积两类。1）陆相沉积陆地环境下的沉积，涉及：（1）残积土（物）岩石经风化作用后残留在原地的碎屑堆积物称为残积土，残积土没有分选作用和层理构造，与基岩之间没有明显的界线，矿物成分与基岩大体相同。由于山区原始地形变化很大且岩层风化限度不一，使残积土的厚度在小范围内就有很大变化。当残积土被风或降水带走一部分细小颗粒后土中存在较大的孔隙。因此，该种沉积土均匀性很差，作为建筑物地基时，要特别注意其不均匀沉降。（2）坡积土（物）高处的风化物经雨水、雪水或自身的重力作用搬运后，沉积在较平缓的山坡上的堆积物称为坡积土，如图1-1b所示。它—般分布在坡腰上或坡脚下，其上部与残积土相接，坡积土的厚度变化很大，有时上部厚度局限性1m，而下部可达几十米。坡积土由上而下具有一定的分选性，土质不均匀，还常易发生沿基岩倾斜面的滑动。特别是新近堆积的坡积土土质疏松、压缩性较高，在工程建设中要引起重视。（3）洪积土在山区或高地由暂时性的山洪急流把大量的残积土、坡积土，剥蚀、搬运到山谷中或山麓平原上而形成的堆积物称为洪积土，山洪流出沟谷口后，由于流速骤减，被搬运的粗碎屑物质，如块石、砾石、粗砂等一方面大量堆积下来，离山越远，洪积土的颗粒越细，分布范围也越来越广，形成扇形地貌，故也称为洪积扇。有时相邻沟谷口的洪积扇互相连接起来组成洪积扇群，称为洪积平原。洪积土具有分选性，但因搬运距离较短，颗粒磨圆限度较差，且山洪不规则地暴发，堆积物质各不同样，所以洪积土还具有不规则交替的层理构造，并具有夹层、尖灭等产状。一般地，靠近山地的粗粒碎屑堆积物，地下水位埋藏较深，土质较均匀，是良好的天然地基；离山较远的山前平原开阔地段由较细的粉砂、粘土颗粒堆积，厚度较大，颗粒均匀，其形成过程中受到周期性干旱的影响，细小粘土颗粒发生凝聚作用，同时析出可镕性盐类，使土质较为密实，通常这部分洪积土也是良好的天然地由基；而中间地带，土粒组成复杂，常由于地下水溢出地面而形成沼泽地带，土质较弱而承载力较低，工程建设时应特别注意。（4）冲积土由河流流水作用将两岸基岩及其上部覆盖的物，剥蚀后，搬运、沉积在河流坡降平缓地带而形成的堆积物称为冲积土。冲积土具有明显的层理构造，由于搬运距离大，土颗粒的磨圆限度较好，搬运距离越大，沉积物的颗粒越细。冲积土分布很广，重要分为平原河谷冲积土和山区河谷冲积土。山区河谷的冲积土，颗粒较粗，多为砂粒填充的卵石、圆砾组成，所以，透水性好、压缩性小，是良好的建筑地基。平原河谷的冲积土，河床沉积土大多为中密砾砂，承载力高且压缩性低，但必须注意河流的冲刷作用导致地基毁坏和岩坡稳定性问题；河漫滩沉积土具有两层地质构造，上层为河流泛滥的沉积物，颗粒较细局部夹有有机物，承载力低，压缩性大，下层河床沉积物为砂石类土，地基承载力高，但开挖时也许发生流砂现象，不可忽视；河流阶地是由河床沉积土和河漫滩沉积土上升演变而成，形成时间长，又受干燥作用，所以结构强度较高，是良好的地基。在河流入海或入湖口处，所搬运的大量细颗粒沉积下来，形成了面积相称宽广、厚度较大的三角洲沉积土，它的含水量很高，孔隙率大，呈饱和状态，常有较厚的淤泥或淤泥质土层，因而承载力较低，压缩变形量大。但在三角洲沉积土的表面，有一层厚度不大且通过长期干燥而形成的粘性土硬壳层，承载力较高，可作为一般建筑物基础的持力层。（5）湖泊沉积土由湖浪作用而在湖中沉积的堆积土称湖泊沉积土。近岸的沉积土重要由粗颗粒的卵石、圆砾、砂土组成，作为地基具有较高的承载力；远岸的沉积土则重要由细颗粒的砂土、粘性土组成，承载力较前者低。湖心沉积土是由河流和湖流挟带的细小悬浮颗粒到达湖心后沉积，重要由粘土和淤泥组成，常夹有细砂粉砂薄层，该沉积土强度低，压缩性高。若湖泊逐渐淤塞后则可变成沼泽，形成沼泽土，它重要是由泥炭（有机物含量近60％以上）组成，其重要特性是：含水量极高，透水性极低，压缩性很高且不均匀，承载力也很低，一般不宜作为天然地基。此外尚有冰积土和风积土。它们分别是在冰川地质作用和风的地质作用下形成的。2） 海相沉积由河水带入海洋的物质和海岸风化后的物质以及化学、生物物质在搬运过程中随着流速逐渐减少在海洋各分区(海滨、浅海、陆坡、深海地区)中沉积下来的堆积物称海洋沉积土。海滨（海水高潮位时淹没，低潮位时露出的海洋地带）沉积土重要由卵石、圆砾和砂等粗碎屑物质组成，有时有粘性土夹层，具有基本水平或缓倾斜的层理构造，作为地基，强度较高；但在河流入海口地区常有淤泥沉积，这是河流带来的泥砂及有机物与海中有机物沉积的结果。浅海（水深约0~200m，宽度约100~200km的大陆架）沉积土重要由细颗粒砂土、粘性土、淤泥和生物化学沉积物组成；离海岸越远，沉积物的颗粒越细小；该沉积土具有层理构造，其中砂土比滨海带更疏松，易发生流砂现象，其分布广，厚度不均匀，压缩性高；在浅海带近代沉积的粘土则密度小、含水量高，因而其压缩性大、承载力低；而古老的粘土则密度大、含水量低，压缩性小，承载力高。陆坡（浅海区与深海区之间过渡的陆坡地带，水深约200~1000m，宽度约100~200km）及深海（水深超过1000m的海洋底盘）的沉积物重要为有机质淤泥，成分均一。二、土的一般特性土的形成过程决定了它具有特殊的物理力学性质，在天然状态下，土是由固体、液体、气体三部分所组成的三相体系。固体部分即为土粒，由矿物颗粒或有机质组成，构成土的骨架。骨架间有许多孔隙，可为水和气体所填充。土体三个组成部分自身的性质以及它们之间的比例关系和互相作用决定土的物理力学性质。土具有三个重要特点。（1）．散体性：颗粒之间无粘结或弱粘结，存在大量孔隙，可以透水、透气。（2）．多相性：土往往是由固体颗粒、水和气体组成的三相体系，三相之间质和量的变化直接影响它的工程性质。（3）．成层性：土粒在沉积过程中，不同阶段沉积物成分、颗粒大小及颜色等不同，而使竖向呈现成层的特性。（4）.变异性：土是在自然界漫长的地质历史时期演化形成的多矿物组合体，性质复杂，不均匀，且随时间还在不断变化。基于此，土具有不同于其它建筑材料的特性。一般的建筑材料可由设计人员指定品种和型号，品种、型号一经拟定，力学性质参数也就拟定，土则不同，建（构）筑物是以天然土层作为地基，拟建地点是什么土设计人员就以该种土作为设计对象。由于土是自然地质历史产物，各种土的颗粒大小和矿物成分差别很大，土的三相间的数量比例不尽相同，并且土粒与其周边的水分又发生了复杂的物理化学作用，因此，导致了土的物理性质的复杂性；土的物理性质又在一定限度上决定了它的力学性质，不同地区的土，又有不同的变化。土的物理性质、力学性质，相对于其它材料来说，是比较复杂的，如土的应力-应变关系是非线性的，土的变形在卸荷后一般不能完全恢复，土的强度也不是一成不变的，土对扰动还特别敏感等等。因此进行土工实验对于土木工程的研究是非常必要的。三、土工实验的重要性1.土工实验对土力学及土木工程学科研究的重要性土工实验是土力学中的基本内容，实验土力学是土力学的一个重要分支，土工实验是土木工程学习中必须掌握的基本实验。由于现场实验原状土的结构性，土工问题的诸多影响因素是现场原位实验、室内实验和工程原型监测成为工程实践中不可缺少的一部分。土工实验的重要性重要表现在：(1).只有通过实验才干揭示土作为一种碎散多相地质材料的一般和特有的力学性质。(2).只有对具体土样的实验，才干揭示不同类型、不同产地、不同状态的不同力学性质，特别是对于非饱和图、区域性与、人工复合土等。(3).实验是拟定各种理论和工程设计参数的基本手段。(4).实验是验证各种理论的对的性以及实用性的重要手段。(5).足尺实验、模型实验可以验证土力学理论和数值分析计算结构的合理性，也是结识和解决实际工程问题的重要手段。(6).原位实验、原型监测直接为土木工程服务，同时使数值计算的反算和实现信息化施工的重要依据、所以，土力学的研究和土工实践历来都不能脱离土工实验工作，它是进一步结识和发展完善理论和计算的对的途径。2.从土的物理、力学性质方面阐述土工实验的重要性实际工程中由于不同地区具有不同的土体，因此为保障现场现场施工的安全性，设计前必须对场地进行工程地质勘察，并对土进行物理、力学性质实验，作出工程地质评价为了使地基强度、稳定性、变形及满足筑物使用及构造上的规定，必须进行土工实验拟定很多非常重要的参数，如地基承载力和地基变形计算中的参数等进行计算土工实验通过测试岩土试样，得到了岩土的力学性、物理性、动力性以及渗透性等各项指标。从而为工程设计和施工提供参数，这些参数可以对工程地质条件进行对的的评价，进而为后期施工提供重要的参考依据。土的物理性质实验:涉及土的含水率实验、密度实验、比重实验、颗粒分析实验、界线含水率实验(液限、塑限和缩限实验)等。土是由固体颗粒、水和气体所组成，土的各组成部分的质量和体积之间的比例关系，用土的三相比例指标表达。它们对于评价土的物理、力学性质有重要意义。土的力学性质实验:土的渗透性，土的变形特性，土的强度。渗透是液体在多孔介质中运动的现象。土属多孔介质体，它内部的骨架颗粒之间存在一定的空隙，形成了通道，使水能在其中运动，所以它必然具有渗透性。水在土的孔隙中的运动导致了水压力的变化进而影响了土的各种力学性质，所以在建筑物设计施工中必须考虑土的渗透性的影响。地基在荷载作用下会发生变形，是岩土工程中最普遍的问题之一。地基变形会导致土体自身失稳或建筑物结构的破坏，因此，无论何种形式的地基的变形都必须控制在一定范围内。此外还必须对岩土的变形特性有一定的了解和掌握，这样才干指导岩土工程的设计与施工，才干保证工程能经济，安全，有效的运营。为了计算地基的变形量，必须了解土的压缩性。通过室内或现场实验，可求出土的压缩性指标，即可计算基础的最终沉降量。土的强度是土的一个重要的力学性能，也叫土的抗剪强度，是指土体抗剪破坏的最大应力，它的破坏会导致地基失稳或边坡滑塌等现象。土的水理性质实验:涉及土的固结实验、湿化实验等。土的动力性质实验:涉及土的振动三轴实验、共振柱实验、动单剪实验等。土的特殊性质实验:涉及非饱和土实验、黄土湿限实验、膨胀率实验、膨胀力实验、收缩实验、有机质实验等。关于对室内实验结果影响最大的取土扰动，现有的取土技术，已经足以使取土扰动的影响减少到最小限度，目前，采用薄壁取土器取土是比较完善的取土技术，它可以取到质量最佳的原状土，至于取土时无法避免的应力释放引起的土样扰动，可采用室内再固结等方法予以减轻甚至消除。四.土工实验当前存在的问题由于岩土体的不均匀性，取样、运送、保管过程中的扰动，实验仪器及操作方法的差异等使得岩土实验结果出现部分失真，在一定限度上影响勘察成果的真实性与准确性。本文就岩土样实验中经常出现的部分问题进行剖析，以便勘察单位在过程质量控制中采用相应措施，为设计部门提交真实、准确的勘察成果。１.试样的制备岩土工程勘察市场竞争剧烈，勘察费用较低，勘察单位的设备技术更新改造投入较少，勘察手段的单一，导致采用的原状岩土样质量较差，土体结构受到严重扰动和破坏（特别是采用岩芯管岩芯切样）部分样品采集后没有在现场用蜡封堵，水分蒸发；冬天没有防冻措施，使样品受冻；运送过程中没有减震措施，特别是灵敏度较高的粉土和软塑土。由以上因素导致的土体结构破坏和含水量变化，严重影响到岩土体的原状，该类样品主线不能作为力学实验样使用。采样不合格的岩土样，在试样制备时应注意。启动土样筒后先检查土样结构，拟定土样是否已受扰动或取土质量是否符合规定，对不符合规范规定的试样必须舍弃。对合格土样用环刀切取时，一方面应做好以下几点：①应在环刀内壁涂一薄层凡士林，目的是为减少环刀与土样间的摩擦，避免土样压密扰动；②将环刀垂直下压，环刀垂直下压是避免环刀偏向受压时环刀一侧出现相对压密而另一侧出现样品与环刀间的小缝隙，导致土的容重失真及压缩时压缩模量偏小；③环刀下压过程中，边压边削，可避免土样受到环刀外侧壁与土样间的过大摩擦而使土样受到一定限度的压密；④压入环刀后对土样的上下端面削平，对于软土要用钢丝锯修复平整，若用切土刀整平则刀面极易带起软土形成二次扰动，对其它土可采用切土刀削平。这四种措施都可有效避免土样在室内实验时受到扰动。在制样过程中要对土样的颜色、名称、包含物、矿物成分、软硬限度、塑性状态、结构构造等进行描述，不仅是鉴定土类别的依据，也有助于后期数据整理时进行对比和综合分析解决，得出符合工程实际的数据。２.土的物理性质实验２.1含水率实验土层的不均匀、取样扰动或进水、取土器和筒壁的挤压、原状样密封不严、土样在运送和存放期间保护不妥而失水等均会引起含水率的变化。除此之外在实验室若操作不妥对土样含水率的测试结果也会导致偏差：①取样点的位置不同，特别是对粉质含量高的粉质粘土、粉土、砂土，样的上、中、下不同部位含水量会有较大的差别，为克服这种影响可分上中下不同部位同时取等量样品，加以混合后再取为含水量实验样品。②铝盒烘干时应开口，以利水的充足蒸发。铝盒质量应定期标定：铝盒在长期使用过程中由于氧化、磨损其质量也有一定变化，定期标定能有效减少实验误差；③烘干时间及温度对含水量测试数据影响较大，从而影响到地基土承载力基本值。以粉土为例，含水量每提高５％，承载力基本值减少约５％～１０％。因而应严格掌握烘干时间和温度。红粘土、膨胀土等粘粒含量很高的土类，有较大的比表面积，吸附水能力强，需在105℃～110℃温度下烘干８ｈ，粉土、粉砂土不得小于６ｈ，但对具有机质的土（特别是有机质含量大于５％的土）应在６５℃～７０℃烘至恒重，温度过高会导致有机质的损失，使含水量偏大。决不能为赶工期而省时省工，更不能不分土类别、不分温度、不分时间地进行烘干。2.2土粒比重实验从理论上讲要得到一个准确的土粒比重值较为困难，由于国标中采用的实验方法存在下列因素的影响：①结合水的影响。土粒带负电荷，与其周边的水互相作用，形成结合水，结合水吸附在粘粒表面，使测出的土粒体积大于实际体积，导致测试结果偏小；②土粒间胶结物固化的影响。制备试样在烘干过程中，不可溶的胶质矿物如ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、粘土矿物等易固化形成团粒，形成的团粒较难靠水的作用分散，加热煮沸对团粒不能达成完全分散的作用，使计算出的土粒相对密度偏小。土粒比重是土的基本物理指标之一，是一个相对稳定的值，它决定于土的矿物成分，一般无机物矿物颗粒的比重为2.60～2.80，有机质为2.40～2.50，泥炭为1.50～1.80，土粒的比重变化幅度很小，同一地区同一类型的土相对密度基本接近，通常可按地区经验数据选用。由于土粒比重实验相对复杂且费时，但也不能在一个地区主线就没有进行过土粒比重实验，而盲目套用其它地区的经验，这是不科学的。2.3界线含水量实验液、塑限联合测定法的界线含水量土样制备方式对比较均匀的土可采用天然含水状态的土样；对不均匀的土样，采用风干土样。当试样中具有粒径大于0.５ｍｍ的土粒和杂物时，应过0.５ｍｍ的筛。进行界线含水率实验时应将实验样品加入不同水量充足调和均匀，填入试样杯中，按规范测定三个不同含水率的点。在实际实验时操作人员可以对含砾石、岩屑、杂物的土样过筛后进行实验，但当土中含原生的铁、锰质结核时而往往忽视过筛，直接将土中的铁、锰质结核压碎混入土中，这种方法导致土的液、塑限含水量偏小。土样加水后应充足拌和，拌合后实验样品的含水量必须均匀，否则锥体下落实验点处的含水量难以代表实际样品的含水量。试样调好后填入盛土杯也是一个关键环节，填入的样品要均匀，不能有空洞，杯口土面应平整。低含水量的实验样易在盛土杯中产生土体密实度差异现象，高含水量实验样易出现盛土杯土体空洞现象，操作时应注意。杯口土面平整时，不能用调土刀过度抹平，特别对易粉土更容易导致杯表面含水量减少，产生实验误差。在具体实验过程中可在一杯土的不同位置测试两次，以此来检查试样是否均匀。对于搓条法进行塑限实验，虽然规范允许，实验时人为影响因素较大，实验误差过大。这种方法虽然简便，但应慎重选用。3.土体的定名土体定名应规范，在土体定名时经常出现粉土定名的误区。规范规定：粉土是粒径大于0.075ｍｍ的颗粒质量不超过总质量的５0％，且塑性指数不大于1０的土。在实际运用中，由于颗分实验较繁杂，仍采用按塑性指数不大于１０来划定粉土的做法。土工实验时，粉砂有时也具有一定的塑性指数，若仅按塑性指数划分粉土也许会导致误判。此外，按《建筑地基基础设计规范》（规定粉土承载力特性值深宽修正时、按《建筑抗震设计规范》进行液化判别时，均需根据粉土粘粒含量数值来进行计算和判别，虽然对地震烈度小于等于６度的地区，对非持力层粉土一般建筑不需进行液化判别和承载力特性值深宽修正，但也不能仅以塑性指数作为鉴定粉土的条件。4.土力学性质实验1.固结实验土的固结实验是测定土体在压力作用下的压缩特性，以此计算建筑物的沉降量，是地基设计的重要参数之一。在实验时常有以下因素影响其准确度。①由于频繁折卸仪器、透水石磨损、滤纸规格的变化等因素，均会影响测试结果，因而仪器应定期校正；②上透水石的含水量差异会对土体固结产生一定限度的变化，这种变化对一般的土样影响比较隐蔽，不易发现，但对具膨胀性的土样会有很大的影响，当透水石的含水量较土样含水量大时会引起土样吸水膨胀，出现前后级荷载百分表读数差别很小的现象，有时甚至出现后级读数较前级读数小的异常情况。在透水石含水量较土样含水量小时，会加速土样的失水呈收缩趋势，导致压缩量过大。因而下透水石的含水量未接近土的天然含水量③安装试样仪器归零必须严格到位，环刀上、下土面必须紧密与上、下透水石处的滤纸接触。由于环刀使用时外力破坏会出现外径变化情况，使得环刀不能有效放入规定限位，导致透水石不能与环刀上、下土面有效接触，使初级压缩偏大，产生实验误差。④百分表归零时应使百分表量测的活动轴杆有足够的量程，以避免压缩变形量较大时，仪器量程小于土样压缩变形而导致压缩实验的失真。⑤试验稳定标准在《土工实验方法标准》中规定：施加每级压力后，每小时变形达0.01ｍｍ时，测定实验高度变化作为稳定标准。本来的１ｈ快速法由于缺少理论依据而不再使用，但实际工作中，由于固结仪器数量的限制、实验工期的紧迫仍会沿用，这种违反规范的现象，应严禁。2.抗剪强度实验直剪实验受力条件复杂（如发生剪切位移时法向加荷由最初轴心受压变为偏心受压，剪切破坏面人为限制，排水条件不易控制，按《土工实验方法标准》第１８条规定快剪实验一般合用于渗透系数小于1０－６ｃｍ／ｓ的细粒土，粉质粘土渗透系数一般大于１０－５ｃｍ／ｓ，粉土Ｋ值更大，用直剪实验已非常勉强，在室内实验对较软的粉土及粉质粘土直剪时，发现四级荷载下很少存在峰值强度，绝大部分需剪切至位移６ｍｍ处，剪切强度指标回归性差（特别最后一级荷载强度偏低，再现性差），剪切强度指标仅能作为参考。此外较软弱的土即使渗透系数满足规定，当后二级荷载加上时会发生土样挤入透水石与剪切盒之间缝隙的情况而无法剪切。虽然直剪实验方便简朴，但其对粉土、粉质粘土及较软弱土强度指标可信度较差，三轴实验可取得较好的效果，在一个勘查项目的土工实验中可进行一定数量的三轴剪切实验进行对比。此外在进行固结快剪及快剪实验时，应严格控制剪切速度，对粘性土速度控制在０.８ｍｍ／ｍｉｎ为宜，严禁提高剪切速度，导致剪切强度偏低，误导设计。2.土工实验的意义1土工实验成果综合分析的必要性

土是地壳表层的岩石风化后产生的松散堆积物，它具有三个特性：(1)土是松散性材料，不是连续的固体，因此，在一定限度上具有"流动性"；(2)土是三相体，是由颗粒（固相）、水（液相）和气（气相）所组成的三相体系，不是由单一材料构成；(3)土是自然地质历史产物，非人工制造产物。基于此，土具有不同于其它建筑材料的特性。一般的建筑材料可由设计人员指定品种和型号，品种、型号一经拟定，力学性质参数也就拟定，土则不同，建（构）筑物是以天然土层作为地基，拟建地点是什么土设计人员就以该种土作为设计对象。由于土是自然地质历史产物，各种土的颗粒大小和矿物成分差别很大，土的三相间的数量比例不尽相同，并且土粒与其周边的水分又发生了复杂的物理化学作用，因此，导致了土的物理性质的复杂性；土的物理性质又在一定限度上决定了它的力学性质，不同地区的土，又有不同的变化。土的物理性质、力学性质，相对于其它材料来说，是比较复杂的，如土的应力-应变关系是非线性的，土的变形在卸荷后一般不能完全恢复，土的强度也不是一成不变的，土对扰动还特别敏感等等。那么，通过室内实验测出的土的性质，就存在一个是否准确的问题。如何拟定数据的准确性，以及各个指标存在那些必然的联系，对于从事土工实验的人员有很大的指导意义。因此，有必要对土工实验的成果，相关的指标摆在一起进行分析，从中找出一些共性的特性。鉴于此，本文结合长期实验的经验，对土的物性实验成果和土的变形、力学实验成果两大方面进行分析，从中找出规律性的东西，供实验人员参考。

2土的物性实验及实验成果的分析

2.1土的相对密度、密度、含水量实验

土的物性实验中，最常见的是土的相对密度、密度、含水量，是其中三个最基本的实验，用它们可以换算土的干密度、孔隙比、孔隙度、饱和度等指标，它们的变化，不仅影响其它指标的变化，并且将使土的一系列力学性质随之而异。因此，准确测定他们的值，有着重要的意义。

在这三个基本指标中，土粒的相对密度是一个相对稳定的值，它决定于土的矿物成分，它的数值一般是2.6～2.8。淤质土为1.5～1.8，有机质土为2.4～2.5。同一地区同一类型的土的相对密度基本相同，通常可按经验数值选用（见表1）。值得注意的是当土中具有有机质时，土的相对密度可降到2.4以下，此时应改用中性液体，如煤油、汽油甲苯和二甲苯，并采用抽气法排气。

表1土粒相对密度参考值

土的含水量，则是三个指标中最不稳定的，一则不同的土，含水量就也许不同样，并且由于各种因素，如土层的不均匀；取样不标准；取土器和筒壁的挤压；土样在运送和存放期间保护不妥等等。影响成果的准确度。在这些影响因素中，有的属于土样客观存在，有的属于人为导致，无论属于哪种，都需要实验人员结合实际情况，克服不利因素，测出土的比较准确的含水量。

土的密度指标，虽然也是一个变化的值，不同的土样重度值不同，但对于某一个土样来说，它的值较稳定和比较容易测准的。土的这三个指标是基础，土的其它指标也将通过换算计算出来。计算出来的指标，有时会出现和实际明显不符的情况，如饱和度超过100%等，这就说明，原始三个指标的测定有问题，而大多数情况下，问题出在含水量和相对密度的测定上，需要对这两个指标作进一步的拟定，保证这两项指标实验值的准确，从而提高其它指标的准确度。

2.2土的液限与塑限

对于工程来说，土的液限、塑限有着比较重要的实用意义。土的塑性指数高，表达土中的胶体粘粒含量大，同时也表达粘土中也许具有蒙脱石或其它高活性的胶体粘粒较多。因此，界线含水量，特别是液限，能较好的反映出土的某些物理力学特性，如压缩性、胀缩性等。而当前对土的液限、塑限的测定，存在不少问题。其一，液限标准的拟定，还处在过渡时期，即圆锥下沉10mm和17mm处为液限含水量，势必使人们对土的名称和状态产生不同限度的误解，特别是非专业人员，很难搞明白，为什么本来是一种土，而现在又是另一种土，本来处在一种状态而现在又处在此外一种状态。其二，大多数实验人员，只受过几个月的的培训，因此，它们对于土的状态的拟定并不是很明确，比如，国标中把粘性土的状态按液性指数的大小分为坚硬、硬塑、可塑、软塑、流塑，而一旦测出土的状态为坚硬或流塑，就会产生怀疑，所测土并不像想象中那么坚硬或流塑。其实，规程中对土的状态的拟定，只是在一定标准下，给土的状态定名而已，并不是人们想象中的坚硬就应当像石头同样，流塑就像水流动似的。其三，对于塑性指数小于10的土，以前叫做轻亚粘土，而新规程称粉土。这种土存在是否会产生液化的问题，因此，要根据工程规定，进行相关的粘粒（小于0.005mm颗粒含量）的测定。其四，测定土的液、塑限时取标准样的问题，规程上大多规定土要过0.5mm的筛，才干进行实验。在实际操作中，有一些土用眼睛观测具有较多砂粒，一旦过0.5mm筛后做实验，测出的土塑性指数也许很大，不能反映土的实际情况。因此，对于这种土最佳能采用筛分法拟定砂粒含量，假如砂粒含量已达成拟定该土为砂土的标准，那么就不必再做液、塑限实验，反之则可进行相应的液、塑限实验拟定土的名称。事实上，有些土是处在杂土状态，无法拟定名称，这种情况下，可以根据工程需要，作相应的解决。比如，以土中粘粒为主做实验或以砂粒为主做实验，目的就是反映土的真实情况，为工程建设服务〔3〕。

2.3土的物性指标之间的对比分析

土的物性指标间是互相关联的，因此，当这些指标出来以后，可以将这些指标放到一起，进行综合的分析，从而对这些指标的准确性进行判别。比如，在有些成果中，会出现饱和度超过100%的现象，这就说明，在某些实验数据中，存在误差或者错误，就需要根据实际情况进行调整，必要的情况下要重做实验。再如：本来在开土的时候，发现土是处在硬塑状态，而结果却是土处在流塑状态，这种情况，一则说明含水量测定有问题；二则也许液限、塑限结果存在误差。大多数情况下，会是由于天然含水量不准导致土的状态拟定不准。通过一系列对物性指标间关系统一分析，使得实验成果的精度进一步提高，为工程建设提供准确的数据。

3土的力学实验及实验成果分析

3.1土的固结实验

固结实验是测定土体在压力作用下的压缩特性。在实际工程中，由于土层的压缩，致使其上部建筑物或构筑物沿重力方向产生沉降。如上下土层的压缩性不等，或上部建筑物荷载不一，皆可促成同一平面上的不均匀沉降。在天然地基设计中，常需根据设计的规定，控制建筑物的沉降量；或其他各部的沉降差在某一允许范围之内，以满足使用上的规定及建筑物的安全条件。因此，要测定土的压缩性借以计算建筑物或构筑物的沉降量，作为设计的控制数据。除一些特殊工程要在现场做测试外，大多数实验是在室内进行的。影响成果准确度的因素也很多，有一些是比较容易找到因素的，如：在开土取土的过程中，感到土是较软的或测出的液性指数较低，而测出的压缩系数小，这说明实验操作有误或记录有误，要检查各个环节。实在找不出因素采用补救措施的话，就要重新取土测试。

3.2土的抗剪强度实验

土的抗剪强度是指土体抵抗剪切破坏的极限能力，是土的重要力学性质之一。在计算承载力，评价地基稳定性以及计算挡土墙的土的压力时，都要用到土的抗剪强度指标，因此对的地测定土的抗剪强度在工程上具有重要意义。抗剪强度的实验方法有多种，在实验室内常用的有直接剪切实验、三轴压缩实验和无测限抗压实验。在现场原位测试的有十字板剪切实验、大型直接剪切实验等。相对来说，室内实验的规律性，要比现场原位测试好得多。虽然如此，室内实验测出的结果，有时和理论上的数据存在很大的差距。比如，无粘性土的C值应为0，而在大多数实验中，测出的值不一定为0，这事实上也是正常的，由于在我们所测出的抗剪强度指标中，并不是说C值完全代表土的凝聚力，而Φ值也不完全代表内摩擦力，而是两者互相包含，都代表土的抗剪强度的一部分。在有些直接剪切实验结果中，有时甚至会出现粘聚力C为负值现象，重要因素在于取标准样时，所取试样的性质相差太大所致。也就是说不是同一种性质的土拿到一起做实验，结果自然不会符合规律。在三轴压缩实验中，假如采用不固结不排水剪，那么从理论上讲，抗剪强度包线应为水平线，即内摩擦角Φ为0，但是实际测出的结果中，总是或多或少地存在一定倾角Φ。导致这种现象的因素，一方面是取土质量问题，另一方面在安装试件时对土产生了一定的扰动，使土得到了不同限度的固结等因素。但这并不能说结果是错误的，由于它反映了土中的应力分布实际情况，对于实际工程来说，有着很大的实用意义。因此，我们在判断实验结果是否准确，不能仅从理论上拟定，而要考虑多方面客观因素，结合实际分析，以期对土的受力情况有一个对的的判断。

3.3土的固结实验成果与抗剪强度之间的联系

土的压缩特性和抗剪强度有着一定的关系，运用这种关系，我们可以直观判断压缩结果和抗剪结果是否准确。一般情况下，土的压缩性越高，压缩模量越低，而它的快剪强度则越小。当然，在有些情况下，规定做固结快剪，那么，这种关系也许就不成立了，需要按实际测出的强度情况判断。

4物性实验成果和力学实验成果的统一对比与分析

土的物理性质和力学性质是紧密相关的。通常情况下，土的物理性质基本上可以决定土的力学性质。因此，在GBJ7-89中，把它们之间的关系列成表格，可以根据土的物理性质，鉴定土的承载力。而在室内实验中，也可以此为依据，做一比较。比如对于不同的密度、含水量、液、塑限的土，它的抗剪强度、压缩性质有如何的变化，随着做实验时间的增长，慢慢可以从中找出一定的规律。当然由于土的形式的复杂性，经常出现一些意外情况，需要我们本着实事求是的态度，保证测出结果的准确性。假如将土的物性和力学性质统一起来，必将有助于我们对土的性质的结识，其中的规律也有待我们进一步探讨。3.土工实验的重要性内容提纲：土是公路建设中必不可少的建筑材料；土的分类与性质关系着公路工程质量；土工实验是土的分类与性质验证的重要手段和方法。一、土的分类：1、翻开中华人民共和国地形图，清楚可见黑褐色的高原山地；绿色的平原盆地；深蓝色的大海。千百年来由伟大自然力形成地壳表面一层厚厚的由许多细小矿物颗粒组成的土。土由多种矿物质组成，其中含量较多的有氧化钙CaO、二氧化硅SiO2、三氧化二铁Fe2O3高岭石Ai2O3·2SiO22H2O等。根据交通运送部的统一规定，把公路建设用土分为：巨粒、粗粒、细粒三类。巨粒组粗粒组细粒组漂石（块石）卵石（小块石）砾类（角砾）砂粉粒粘粒粗中细粗中细2、根据粒径范围，由坚硬的二氧化硅SiO2氧化钙CaO以及其它化合物组成的粒径在2.0-60mm之间的土为粗粒土。粗粒土分为砾类和砂类，砾类土中有较大一些的颗粒，有较好的强度，有以2.0-60mm间较好的级配，具有一定的粘性，是公路建设较好的材料。砂类土具有多种矿物质结构组合，具有一定砂性和粘性，并且有砾类土的优点，便于开挖和碾压，是公路填筑工程的最佳材料。砾类土是由于阳光覆射，雨水浸润，植物生长等因素石体风化形成的。砂类土是由江河迁徙，水流冲涮形成的破碎细石带着岁月痕迹形成的。3、（1）细粒土可分为粘质土、粉质土和有机质土三类。根据塑性指数，可将其分为高液限粘土和高液限粉土；低液限粘土和低液限粉细粒土细粒土0砾砂颗粒分析曲线图图0砾砂颗粒分析曲线图图4）%（数分百量质土径粒某于小mm颗粒粒径1001010.10.011009080706050403020100碾压遍数(n)876541.561.551.541.531.521.511.501.491.48附图2碾压遍数~干密度关系曲线铺土厚度45cm铺土厚度50cmYYYYYYY环刀法取样检测压实度测振压后的沉降量振压4、6、8遍静压2遍SD235推土机平料挖掘机立面取土20T汽车运送，倒退法卸料有机质土粘质土粉质土土。代号分别是：高液限粘土CH；高液限粉土MH；低液限粘土CL；低液限粉土ML；高液限有机质土CLO；低液限有机质土MLO。（2）土中具有未完全分解的动植物残骸，和未完全分解的无定形物质的土叫作有机质土。4、粘质土具有较强的亲水系数，具有合适的塑性，除一些高粘性土外，都能直接作为路基和路面基层的填筑材料。粘质土也能和一些材料结合组成改良土作为路基和路面基层的填筑材料。是公路工程填筑较好材料。（1）水泥稳定土，是较细粒土中缩性较大的特点，在粘质土中加入一定比例的低标号水泥，减少了土的缩性，增长了土的强度。（2）石灰稳定土，是根据粘质土塑性指数较高，亲水系数较大的特点，加入一定比例的石灰，改善土的塑性指数，增长土的强度，还能有效防止裂缝。 A线IP＝0.73(wl-20)塑性指数IP70 B线Wl＝50% 塑性指数IP60 BCH50 CHO40 CL30 CLO MH20 MHOIp=10Ip=6Ip=10Ip=60102030405060708090100110120液限Wl%5、粉质土，含单质矿物成分较多，亲水系数较小，缩性较小不易碾压成形，但成形后强度较好。是公路工程的一般材料。符合塑性指数规定的粉质土可以直接作为路基或路面基层的填筑材料。也可以和其它材料结合作改良土用。粉质土加入水泥或石灰，粉煤灰等组成改良土，性质与粘质土接近，但粉质土加入水泥的效果较粘质土要好一些。6、有机质土，应根据各种有机质含量和土的强度大小（CBR值）选择性的作为路基的填筑材料。高液限粘土、低液限粘土或粉土及易容盐含量较大，不容物含量较高的土不能用于公路工程。二、土工实验与检测1、土是公路工程施工中最基本的也是用量最大的材料。它的各项性能指标非常重要。因此拟定和验证土的各项技术性能指标的土工实验和检测工作也十分重要。（1）土的含水量实验是相对于105-110℃高温下所失去的水分和烘干土质量的比值（因此也叫相对含水量）的实验。这一指标较为重要，它直接关系到各种土的可用性和其它相关指标的形成。实验时，实验员一定要作好：试样的取样、称量、烘干的温度及时间。（2）液缩限和塑性指数，是拟定细粒土各种缩性和应用的必要指标。有效掌握土的干湿，干缩分区才干进行各项性能指标的验算。每次作实验时都要对仪器作以校正。筛土、拌水、闷土和锥入实验一定要认真准确。锥入深度与含水量（h-w）关系图一定要计算准确。3020 A1098 B76 锥入深度h(mm)锥入深度h(mm)4 3 2 10203010506070含水量WL%（3）筛分实验，是拟定土的各项粒径级配的实验。是对土样进行规类的实验。细粒土和特细土分别用筛分和比重法进行实验。（4）击实实验，是土工实验最基本指标拟定的实验。我国地区广阔，各地土质千差万别。土的最大干密度和最佳含水量是土方填筑施工质量控制的重要指标。土样选取不具代表性，实验数据不够准确就不能有效控制工程质量。取样、晾土、筛土、拌土、闷土、击实和修样过程都不能有半点马虎。（5）CBR承载比实验，CBR是英文简写，分为室内和室外两种。室内CBR是检查土的抗压强能力的指标，决定着某种土能否作为路基和基层填筑的材料。目前我国实行的是机械压缩和人工读表配合法作CBR实验，存在较大的人为误差，实验时要对每个环节都作到认真仔细，特别是贯入实验时记数、读数人员要注意力特别集中，报数要快，要准确无误。（6）无侧限抗压强度实验，是拟定石灰、水泥等结合土强度指标的实验。2、土工施工检测，是用标准实验拟定的技术指标对施工质量进行控制的检测实验。（1）现场含水量，土方填筑时现场土的含水量一定要检测准确。含水量低于规定指标要加水解决，高于规定指标要晾晒后再施工。这就规定技术人员合理布点认真检测，否则就会影响工程质量。（2）填筑厚度，是拟定土方压实和施工时间及工效的重要指标。计算土方用量也要用到它。检测时要均匀布点，认真测量，准确读数。（3）改良土或加入其它掺料的结合料，掺入料掺量检测要准确。（4）压实度是土的压实干密度（湿质量/1+含水量）与击实实验拟定的标准干密度（最大干密度）的比值。土方填筑时，土的含水量要略高于最佳含水量2%左右。假如过湿，碾压时就会形成局部软弹（细粒土中含水量较大，压路机多次碾压后，部分区块土和水达成饱合，形成泥状）。这时就要根据土的实际含水量，采用换土或石灰水泥解决后碾压成形，再进行压实度检测。在昌法线公路和沈长高速公路施工中多次应用这种方法效果较好。压实度是检测土方填筑质量和压实质量的最重要指标。（5）弯沉检测，是检测土方路基或土工稳定材料基层及路面抗压强度的另一个非常重要的指标。以标准汽车轴载下，轴距间碾压后的回弹值为标准。铁岭地区冬夏温度变化较大，检测选在15-25℃气温时间段进行较为合适。昌图的许多工程施工中采用在15-25℃气温时段和风力小于三级时段进行弯沉检测，结果比较稳定可靠。关于土工实验检测尚有很多，这里就不一一列举。土工材料是公路工程建设的最基本的，也是最重要的材料，因此土工材料各项技术指标的拟定与现场控制的土工实验与检测也就成了公路工程建设的重要工作，一定要作好。4.土工试验规程SD128-87说明书粗粒土的土样制备说明书

粗粒土相对密度实验说明书

粗粒土击实实验说明书

粗粒土渗透实验说明书

无粘性土扰动试样渗透变形及反滤层实验说明书

粗粒土固结实验说明书

粗粒土直接剪切实验说明书

粗粒土三轴剪切实验说明书

粗粒土多级加荷三轴剪切实验说明书

粗粒土的土样制备说明书一、概述粗粒土土样制备的目的，是为了使各项实验所用的土样制备有统一的程序，并提供具有同一级配或规定级配的试样进行各单项实验。为了便于叙述，本规程将粗粒土分为粘性粗粒土和无粘性粗粒土两大类。二、试样级配的选择级配是影响粗粒土工程特性的重要因素。就同一地区同一类的土料而言，尽管成因相同，级配组成也会有所变化。在挖填方工程中，土料级配也常会发生很大变化，尤以风化料更甚。由于级配变化，其工程特性随之也不同。因此，在进行实验时，应按料场或天然地基的自然级配，或模拟工程实际情况合理地选择试样级配，以使实验成果具有代表性。目前各单位所采用的级配类型有二：即天然级配和人工级配。天然级配是根据天然料场或天然地基的天然级配制备试样，进行各项物理力学性实验。并按此来拟定各项指标的范围及其采用值。由于这种方法具有真实性和代表性，故为多数单位所采用。但该法的缺陷是工作量太大，按所做一组大型实验，要花较多的人力、物力和时间。因此，就出现了用人工级配来代替天然级配，以便通过少量实验而获得代表性成果。人工级配，是根据料场或实际填料实验所得级配成果，按记录方法整理而得出的级配，随记录方法不同有多种型式。如长江水利水电科学研究院，建议采用土料方量百分率级配曲线的方法进行记录[1]，得出典型级配，涉及上包线级配、下包线级配和平均级配；又如石头河工程指挥部实验室，则根据多组级配曲线的外包轮廓线作出，以最细者为上包线，最粗者为下包线、各组算术平均为平均级配[2]。外包级配是控制料场的极端情况，多用作验证性或探索性实验的依据，平均级配曲线系代表料场的平均级配情况，大多数都用作进行物理力学性质实验的依据。对于级配变化较大的土料，如风化料，则不能固定在某一级配情况下实验，必须在一定范围内进行研究。此外，尚有采用小值平均级配与考虑强度或渗透变形特性进行配置，级配的其他方法［3］、［4］、［5］。总之，试样级配选择是一个复杂的问题，实际选用时，必须以反映客观实际情况为原则，防止由于试样级配选择不妥而影响实验成果的可靠性。三、超粒径颗粒的解决用原级配土料进行实验是最抱负的。但由于仪器尺寸的限制，有时不得不对土料中某些超过仪器允许粒径的颗粒（即超粒径颗粒）进行解决。

粒等量替代超粒径颗粒，这样虽可较好地保持粗粒的粗度和骨架作用，但增大了粗粒的均匀性；另一种方法是以允许的最大粒径至5mm颗粒按比例替代超径颗粒，这样既保持了粗粒的骨架作用，又能保持粗粒级配的连续性和近似性。

3．相似级配法系根据拟定的允许最大粒径按几何相似等比例将原土样粒径缩小，则颗分曲线平移后，仍保持与原级配曲线相似，故Cμ、Cc可保持不变，但细粒含量有所增长。因此，本法只是几何尺寸相似，还不能全面地模拟原样的性质。抱负的模拟材料是：材料的级配、颗粒形状、颗粒自身的强度、颗粒表面的粗糙度等等，均应与原材料相似。但这种条件是难以满足的。采用相似级配法应注意的是颗粒级配曲线的平移，不应使其中的细粒的含量增大到影响原级配试样的力学性质。一般来讲，细粒含量不大于15％～3O％，对力学性质的影响是明显的。相似级配法在国外应用较广，多用于砂砾料及堆石料等无粘性粗粒土的力学性质实验。近年来，我国也有一些单位采用。水利电力部昆明勘测设计院科学研究所曾用大型（φ70cm），中型（φ30cm），小型（φ10cm）三种不同尺寸的三轴仪对几种堆石料和砂卵石料进行一系列比较实验，以大试件为原级配，中、小试件分别用相似级配和等量替代级配。成果表白，中档试件两种模拟级配所得强度指标，内摩擦角（φ）比大试件大2～2.5，应力应变关系基本一致，而小试件的强度指标内摩擦角（φ）和应力应变关系均偏大[8]。这说明粗粒土级配粒径缩小过多其成果将受到一定的影响。此外，对于渗透及渗透变形等实验，超粒径颗粒解决是否可参照进行，尚有待于实验验证。总之，上述几种解决超粒径颗粒的方法，有一定局限性，故本规程未作具体规定。在使用时，要根据土料性质和实验项目来决定，不能无限制缩小比尺乃至性质发生变化。此外也要通过进一步的实验研究探索更合理的解决办法。四、其他1．关于风化粗粒土超粒径的限制问题

应视粗粒风化限度不同对试样允许最大粒径的限制可适当放宽。水利电力部昆明勘测设计院科学研究所，对天生桥、鲁布等两个工程软岩风化料进行了现场碾压实验和室内击实实验，实验前风化粗粒（大于5mm）含量为60％～80％，实验后粗粒含量减少10％～30％［9］，即大部分超粒径颗粒已碾碎。2．关于反复使用问题对于风化粗粒土，因易破碎磨损，不应反复使用。西北农学院水利系和水利电力部昆明勘测设计院科学研究所均有实验成果论证[9]、[10]。对于有锋利棱角的堆石，意大利ESMES曾用不同形状系数（Cf）的灰岩堆石料，控制同一孔隙比进行压缩实验，得出Cf由0.16增至0.32，在垂直压力5MPa下，垂直应变由6％增长到9％[11]。水利电力部昆明勘测设计院科学研究所用灰岩堆石料进行三轴剪切试关于土的渗透实验方法中提出，试样内径至少要大于试料最大粒径的20倍[24]。美国水道实验站关于“实验室土工实验”附录VⅡ中规定，渗透筒内径不能小于试料最大粒径的10倍[25]，因而大型渗透仪的径径比的合理数值有待进一步研究。

三、试样饱和及实验用水试样饱和度愈小，土孔隙中残存的气体愈多，使试样的有效渗透面积缩小。同时由于气体因孔隙水压力的变化而胀缩，因而饱和度成为对实验成果的一个影响因素。为了使实验有代表性，规定试样必须充足饱和，排除土孔隙中的气体。为此，本次修订不同性质土料的试样饱和分别作了一些具体规定。关于实验用水问题，重要是由于水中含气形成气泡，堵塞孔隙，致使渗透系数逐渐减少。这已为国内外的一些研究者所证实。故SDS01－79规程对粘性土渗透实验用水作了明确规定。在实验前必须用抽气法或煮沸法进行脱气，并在说明书中介绍了国内一些单位制备脱气水的经验。但是粗粒土试样大，透水性强，用水量多，完全采用脱气水是有一定困难的。因此，本实验建议对渗透性较小的粘性粗粒土采用煮沸脱气水；对渗透性较大的无粘性粗粒土不作明确规定，可根据各单位具体条件进行。目前国内对脱气水制备有一些经验。同时有些单位对减少水中气体的解决也有一些方法。如南京水利科学研究院在管涌仪下盘装置斜孔板，集中排气；浙江水利科学研究所作管涌实验用水，采用装泡沫陶土板或反滤层过滤；长江水利水电科学研究院采用提高水温等办法均可供藉鉴。四、防止沿筒壁渗透的问题含细粒少的粗粒土，试样不易与筒壁密合，常会导致沿筒壁的集中渗漏。因此，必须采用措施，防止沿筒壁渗漏。实验实践表白，国内对原状粗粒土用膨胀水泥砂浆止水效果较好，垂直圆柱试样简壁装橡皮膜加侧压（充气）止水也较抱负。对扰动粗粒土沿筒壁渗漏，四川省水利水电勘测设计院作了一些比较实验，见表31－2。试料性质为风化砂岩石渣和砂砾石两种大于P。粗粒含量分别为71％和76％，采用三种密度，三种筒壁解决形式［筒壁不解决、筒壁装橡皮膜，简壁装橡皮膜且加侧压（充气）］进行比较实验。从表31－2可以看出，简壁不解决，由于产生沿筒壁渗漏，致使渗透系数偏大。以筒壁不作解决与简壁装橡皮膜不充气比较，当K10等于10-n时，两者A值的差值一般大于4，最大达成10，超过渗透系数平差范围；简壁装橡皮膜不充气与简壁装橡皮膜充气比较，当K10=A×10-n时，两者A值的差一般均小于2，符合渗透系数平差规定。为此，本次修订对原状粗粒土试样分别采用膨胀水泥砂浆和筒壁装橡皮膜充气止水。对扰动粗粒土试样采用筒壁装橡皮膜不充气止水列入规程。SDS01-79规程中所列的扰动土试样用涂泥止水法，由于涂泥厚度不易控制，装样过在实际工程中，渗透变形发生的形式，可以是单一形式出现，也可以是几种形式随着出现于不同部位。对流土和管涌，除用实验方法拟定以外，目前国内外对此已有一些判别方法。例如有用土的不均匀系数来判别的[26]；有用骨架孔径与细粒（填料）粒径之比值来判别的[27]；也有用微分曲线型式来判别的[28]。根据不断地实践，随后又有人提出用细粒含量来判别[29]、[30]、[31]。后一方法较上述各法更能符合实际情况。用细粒含量判别，是根据细粒在骨架孔隙内的充填限度，通过计算用某一细粒含量的上限及下限区分流土及管涌；也可用一个判别式算出某一细粒含量，作为判别界线。上述各法中涉及到骨架颗粒和填料细粒的区分粒径。这是一个不固定的粒径。由于较粗颗粒形成的孔隙，恰好为较细颗粒所填充。但是从实际情况来看，发生管涌时，一方面被冲动的是土体中较细的颗粒，这些细粒在孔隙中处在自由状态，并不与骨架颗粒一起承重。并且它们自身所形成的孔隙，已经不能为更细颗粒所填充，因此，就有也许根据受力情况用某一固定粒径来拟定骨架与填料的区分粒径。一般用2mm粒径为界线，也有用1mm或5mm的，尚有用微分曲线上的断裂点粒径为区分的。渗透变形的临界坡降，应按室内或现场实验加以拟定；也可通过计算拟定。对流土的坡降计算，比较成熟。对管涌的临界坡降计算，目前研究的还不够进一步，在苏联有特立雪夫、伊斯托明娜[24]、康特拉契夫[28]等方法，在国内有原南京水利科学研究所[30]、[33]等方法，所有这些计算方法，在缺少实验条件下，可作为估计之用。渗透变形是一个十分复杂的问题，人们对其物理现象及力学机理的结识还不够，因此，还需要进一步进一步研究。实践表白，保护渗流出口处不发生破坏可以有效地防止渗透变形的发生和发展。反滤层是防止流土及外部管涌的重要措施。国内外虽然已提出不少设计方法，但是多限于保护不均匀系数较小的土。在实验研究方面，也是对保护砂土的反滤层实验做的较多，而对保护不均匀系数较大的砂砾料的反滤层实验却做的不多。此外，对不同渗流方向的反滤层实验，涉及井的反滤层也需要进行研究。更进一步尚需研究在振动荷载或脉动水流作用下的反滤层。选择反滤料，应以就地取材为原则，尽也许运用天然物料，既省工，又便于施工机械化，故不一定局限于选用级配料。此外，目前国内外已有用新材料（如塑料、土工织物之类合成材料）做反滤层的。选用级配料做反滤层，对其层数、厚度，也值得探讨。原则上讲，除必须多层反滤逐步过渡的情况以外，反滤层的厚度对于防止流土来说，应按力的平衡来计算。对于防止外部管涌来说，级配的选择是重要方面，厚度应根据施工规定拟定。本规程重要根据国内外的实验方法及仪器设备情况，并参考《土工实验操作规程》（62年版）进行修订。内容涉及渗透变形及反滤层两部分。在渗透变形实验规程中，增长了水平渗透变形实验（SDS01－034－79）。关于接触冲刷实验，因开展不多，缺少经验，暂不列入规程，其实验方法及仪器设备与水平渗透变形大至相似。关于接触流土实验，可参照反滤层实验。此外，增长了原状土的渗透变形实验，由于目前经验不多，故暂列为参考性实验方法。二、对仪器的规定及选择目前由于渗透变形实验的仪器，可分垂直的及水平的两种。垂直仪器重要用来进行水流自下向上和自上向下的滤层实验及自下向上的管涌和流土实验。水平方向的渗透变形实验仪器可兼作接触冲刷和滤层实验之用。在做反滤层实验或接触冲刷实验时，应将接触面布置在有测压管之处。垂直方向渗透变形仪器，原规程列有四种规格，这次修订取消了其中直径为10cm的仪器，由于该仪器直径太小，侧壁影响较大，实际工作中也不常用；此外，对50cm内径的仪器也不作为常规仪器。故只保存直径为20cm及30cm的两种。也有采用直径为22.6cm的，其相相应的断面积为400cm2及800cm2。这样做是为了便于计算渗流速度。仪器内径与实验土样最大粒径（或d85）之比值，可选为4～6。个别地区可视本地材料而具体拟定合适的比值。仪器高度一般来说为内径的2～3倍。仪器分进水段、试样段和出水段。仪器筒身可用无缝有机玻璃管制成，也可用嵌有玻璃的铁质圆筒，以便观测。1．渗透变形仪的设计原则及规定（l）应能测定试样的总坡降及局部坡降。（2）应能测定试样的渗透性。（3）在试作上，应能施加所需规定的压力。（4）应能测定试样因渗透变形而产生的沉降量。（5）应设有集砂器，测定试样中被带出颗粒数量和机械成分。（6）能用目力直接观测到变形现象，或运用其他方法测定变形。（7）应在最大限度内防止水中所含的空气进入试样。在上述规定不能全满足时，至少要保证第（l）、第（2）和第（6）三条，力求做到第（7）条。2．测压管的布置原则（l）在仪器的进水段及出水段应各布置一个测压管，以测定试样总坡降。（2）试样段测压管应布置较密些。一般每隔5.0cm布置一个。布置方式不限，可以是分排布置，也可以是螺旋形布置或其他布置形式。

（3）在作反滤层实验时，必须在反滤层与被保护土之间及反滤层每层之间的接触面上布置测压管。

（4）在作水平渗透变形及接触冲刷实验时，在不同介质接触面上，应每隔5cm布置测压管。

（5）测压板上的玻璃管一定要垂直，各个玻璃管内径互相误差不大于2mm。（6）测压板上零点读数，应低于仪器的第一个测压管，测压板上的最高读数应比最高水箱的水位略高些。3．对测压管的规定及使用（1）测压头伸入仪器内壁，应与仪器内壁壁面齐平。（2）在实验过程中，当从测压管套嘴上接上或取下橡皮管时，应不使测压头周边土的改变土样的粗细级配比例。相似级配法是将原有土样级配曲线向右侧平移，等于把所有颗粒粒径按比例缩小，然后根据平移后的级配曲线，配料装人仪器内进行实验。这个方法的理论根据是不改变原土样的相对级配比例，但对原有土样的几何结构及渗透性能，也许有较大的改变。上述三个方法比较起来，代替法较好。2．关于边壁影响的解决问题试样装入仪器内，不也许与仪器边壁很好结合，容易形成边壁通道，渗流集中。因此，管涌往往一方面从边壁孔隙内发生，这样，测得的管涌临界坡降就会偏小，使得实验成果失真，必须进行边壁解决。其解决办法，目前均处在摸索阶段，例如用凡士林或橡皮泥涂在侧壁周边等；这些解决办法均是在试样分层装入仪器时，同时逐层进行的。3．关于实验时渗流坡降的递增值问题为了缩短实验时间，原规程将渗流玻降的递增值，采用逐级加大的方法，即是随着实验的不断进行，将其相邻两级的坡降差额，逐步加大，类似于等比级数那样。这样做的目的是既节省了实验时间，又不会增大相对误差。但应按既要取得试样临发生变形前的坡降值，又要能准确找到变形的临界坡降的原则，视具体情况掌握。对于非管涌土，递增值可大些，对于管涌土递增值宜小些。在临界状态以后至破坏坡降这一段，由于历时较长，递增值可大些。四、存在问题及其解决途径1．实验用水及排气问题

试样中气泡存在的因素是试样自身含气及实验用水含气两方面。对于试样自身含气，重要应在装样饱和时尽量排除。用热水饱和试样是一个可行的方法，且用水量亦不多。至于实验用水，应当采用无空气水，但这不易做到。根据长江水利水电科学研究院土工室的经验，将自来水贮存一天以上，可减少水中空气的离析。若水中含气，则气泡易将土中孔隙封闭，以致使土的渗透系数减小，阻力加大，对实验成果精度影响很大。因此，排气问题是取得可靠成果的重要因素。根据苏联学者的研究，实验用水的含量，不能超过天然河水中的含气量，并提出为了防止渗透水通过土样时析出其所含的气体，应使实验用水的水温略高于室温，并预先进行抽气20～40kPa负压。国内的研究也认为应控制水温与室温保持一致。过滤排气可以起到一定作用，但效果并不抱负。实验证明，过滤后的水进入试样中仍有不少气泡。对于粘性土实验，由于流量较小，加温办法易收效果，但在流动过程中，应使水流经试样内部时，在整个实验过程期间，应防止水温下降。对本实验所规定的无粘性土来说，加温办法甚难奏效，由于实验所需流量太大。采用循环水进行实验是一个办法，但是设备较复杂，一般实验室不易做到。此外，外界温度，压力变化时，难免会有影响。当水流自下向上流动时，先通过倾斜透水板滤气并通过排气孔排气，然后通过下透水板进入试样，可以收到一定效果。2．管涌的鉴别实验中对管涌的鉴别，国内外缺少一个明确标准，根据不一，见解不一。概括起来，不外乎下列几种：（1）实验人员从仪器周壁及试样表面，直接用肉眼观测。（2）在双对数纸上，以渗流坡降（i）为纵坐标，渗透速度（v）为横坐标，绘制i～v关系曲线。若实验期间，温度变化不大，坡降较小，则根据达西定律：在管涌发生以前，i～v线段应为直线，其斜率等于1；管涌开始后，一般说来，该直线段将发生明显转折。（3）供水水箱位置升高，而上游测压管水位并不相应升高，甚至下降，流量加大，说明了试样内部结构已起变化。（4）试样表面有2／3的面积出现细粒跳动，或泉眼翻滚，形成破坏。从上面所列举的几条标准来看，立足点并不一致，有的是说明管涌的临界坡降，有的则是说明管涌的破坏坡降。因此，在鉴别试样的管涌前，应一方面对下述管涌坡降有所了解。3．管涌的临界坡降与破坏坡降对流土来说，当渗透坡降达成某一定值时，渗透力等于土体在水中的自重，该土体处在极限平衡状态，不久破坏，表现在试样中，可以看到土体浮动，颗粒群同时起动，或者是土体先行膨胀，紧接着有隆起或断裂等现象，最后忽然崩溃。因此，流土的临界坡降是较易拟定的。对管涌而言，其变形有一个发展过程。先是填料中最细一级颗粒开始跳动，这是由于该级颗粒处在平衡状态，由静止转化为运动，此时的坡降叫临界坡降，这是管涌的第一个阶段。这个临界坡降指标表白了试样内部某处开始起了变化。顺便指出，在鉴别管涌颗粒的跳动时，要把那些由于气泡冲动的颗粒及水箱上升时，由于水流惯性力冲动的那些暂时跳动不久又停下来的颗粒区别开来。但是也有些颗粒跳动一段时间后，由于该处水力条件的改变而停下，而在别处又出现跳动，这种情况应是管涌。随着水头的增高，细粒流失的部位增多，流失的粒径也增大，试样的渗透性也加大，并且出现若干通道；在仪器中可以看到有较多的细粒从孔道中被带走，或不断地回漩；而上游测压管水位上升缓慢，这个阶段是管涌的第二个阶段。它只是量变的限度有所增长，有人称此阶段为局部破坏坡降，但它没有明显的界线可以标志。随着水头不断升高，试样破坏的限度加剧，各孔隙管道互相串通，细颗粒流失量大量增多，试样内部结构发生质的变化，渗流量增大，上游测压管水位升不上去，是管涌发展过程中的第三个阶段，也是最后阶段，其相应的水力坡降称为破坏坡降。管涌过程的各个阶段，在i～v关系曲线上表现为：当第一个阶段接近终了时，斜率为1的直线段发生转折，到达管涌临界坡降，管涌过程进入第二阶段。这时i～v直线与横轴成某一角度继续上升。在经历一个过程中，到达第三阶段，此时i～v曲线的纵坐标i值随v的增大而减小，此转折点所相应的坡降值为破坏坡降。综上所述，对管涌的鉴定，应以i～v曲线为主，并结合目测。顺便指出，有一些砂砾料，在i～v曲线发生转折后，即使水头不再上升，或稍许上升，其流量却不久增长，i～v曲线升不上去。也有另一类型的砂砾料，尽管供水箱上升到顶点（实验条件所限），i～v曲线却仍不下降。4．渗透系数k值的计算在实验过程中，是按k=v/i公式计算渗透系数的。应当指出，这是层流渗流的线性关系式。当45°的i～v关系曲线转折后，渗流流态已属于非线性规律，因此不能按此式计算。五、反滤层试验的说明1．反滤层实验中应注意的事项（1）一方面需了解地基及料场的地质剖面图，掌握地基土的特证及料场的贮藏量。（2）根据已选定的地基代表性土料，进行颗粒大小分析实验，拟定其组成和不均匀系数，并测定其渗透系数。（3）选择反滤料，并进行颗粒大小分析，拟定其组成和不均匀系数，并测定其渗透系数是否满足规定。绘出渗透系数与孔隙率的关系曲线。（4）反滤料自身应采用外管涌土。（5）应根据实际的渗流方向进行反滤层实验。2．通过实验选择反滤层的原则（1）反滤层与被保护土的接触面不应产生下移。（2）淤填后接触带的渗透系数至少要比被保护土的渗透系数大3倍。（3）渗流方向由上向下时，不允许被保护土穿过滤层。六、现场实验方法的选择目前国内河床覆盖层渗透变形现场实验已进行过不少[34]。其实验方法计有以下几种：

1．试坑注水法

观测坑有圆形、扇形、长方形及上下观测坑等多种形式，可因地制宜选择其中任何一种形式进行现场实验。

观测坑为圆形及扇形的，试坑制作较简便，但存在着注水坑的水渗入观测坑的渗流面积由小变大的缺陷。对于长方形上下观测坑两侧挖槽回填粘土半封闭式的，注水量流失相对地少，开挖回填工作量不太大，且一次可同时测出两组平均坡降，是目前较好的一种形式。但一般只合用于地下水位埋藏较浅部位。上述几种形式的注水量都不能所有流入观测坑内，只能定性地得出i～Q关系曲线，重要还靠观测逸出处细粒流失现象来拟定其坡降值。实验方法有待于进一步改善。因此，上述实验方法仅供参考使用。2．钻孔或试坑抽水法此法由于出逸点附近的水位减少过大，渗流量增大，过水截面减小，流速增大，导致坡降值偏小。但此法可用于河床深层部位。因此，对于深厚覆盖层测渗透变形指标，除用合金钻头取干样筛分在室内做实验外，如有条件，也可采用钻孔抽水法粗略测定，以便对照比较。3．砾质原状土渗透变形实验对于在现场能挖成50cm×50cm×50cm或（φ50～φ80cm）×80cm的试样，四周浇混凝土，并预留溢水口和装进水管、测压管等，可仍照室内垂直渗透变形实验方法进行实验。此法既保持了覆盖层砾质土的天然级配组成和结构，也能较准确地测定渗流量和渗透系数。因此，是值得推广的一种方法。关于软弱夹层，破碎带夹泥层的渗透变形实验，在室内开展这方面实验的单位和资料不多，有待于此后进一步积累资料。

粗粒土固结实验说明书一、概述粗粒土在有侧限的单轴加压情况下的固结过程，就是颗粒产生相对位移，重新排列，土体积逐渐压缩并随时间变化直至变形达成稳定为止的全过程。粗粒土的压缩性重要取决于它的起始状态、排水条件、大于5mm粗粒含量以及粗细颗粒的性质。当粗粒含量增大到起骨架作用后，细粒充填在骨架孔隙中，粗粒承担了大部分外部荷载，土的压缩性将减少。粗粒土的压缩性除取决于它的起始密度状态外，还决定于粗颗粒自身的强度、形状及其接触点处的平均应力。假如压力增大，粗粒土的压缩还也许是颗粒被压碎的结果。粗颗粒的压碎效应与其接触点处的平均应力、颗粒大小、形状、强度等有关。一般情况下，颗粒土的压缩量比细粒土小；但是，在高压力下，也能达成相称的量级，例如压缩应变可达3％，甚至到6％以上[33]。随着国内外高土石坝的建造和发展，研究粗粒土在荷载作用下的变形特性愈来愈必要。测定粗粒土的压缩及固结指标的大型实验有所发展：1948年L.J.Murdock对含粗粒的土曾用直径分别为3、4、6in的中型压缩仪进行上述实验；1954年P.W.Rowe推荐一种仪器进行砂土的压缩实验，其试样尺寸为10in，高度为2～5in；1961年E.Se－hultze为研究碎石的弹性性质，曾使用荷载板和三轴仪（φ50cm×125cm）进行实验；日本的大型固结仪尺寸为φ112.8cm×38.1cm，最大垂直压力达2500kPa，英国、意大利、墨西哥等都建造了高压大型固结仪。实验土料的范围也从粘性粗粒土扩大到堆石料。国内如水利水电科学研究院，南京水利科学研究所（1960年），水利电力部东北勘测设计院科学研究所（1960年），水利电力部昆明勘测设计院科学研究所（1964年）等也相继开展了这方面的工作，且近几年来又有所发展，如水利水电科学研究院研制成高压多环式压缩仪（φ500mm×1000mm）。但到目前为止，对于粗粒土固结实验无论在理论或实践方面，仍有不少问题有待进一步研究。这里就影响粗粒土固结实验成果的几个重要因素加以讨论和说明，以供参考。二、试样尺寸试样尺寸的大小，应当和粗粒土的粒径相适应，即试样的最大粒径dmax随试样高度与最大粒径之比（H／dmax）、试样直径与高度之比（D／H）等而定。

ASTM2435－80中5.2.2及5.2.3规定：对具有大颗粒的试样，其高度应不小于最大粒径的10倍，最小试样直径与高度之比应为2.5。根据国内