第二章 室内试验(岩土测试技术).ppt

1、第二章 室内试验,土体的室内试验（Laboratory Soil Test）也叫室内土工试验，包括土的物理性质指标的测定、土的力学性质指标的测定、土的动力特性试验、粘土矿物分析等等。 岩石的室内试验（Laboratory Rock Test）包括岩石水理性质试验、岩石强度和变形试验、岩石结构面抗剪强度试验、岩石软弱夹层剪切蠕变试验、岩石点荷载强度试验等等。,第一节 土的物理性质试验,一、颗粒分析试验 d0.075mm的各粒组采用筛分法；d0.075mm的各粒组采用密度计法和移液管法。,筛分法,用一套孔径不同的筛子，按从上至下筛孔逐渐减小放置。将事先称过质量的烘干土样过筛，称出留在各筛上的土质量

2、，然后计算其占总土粒质量的百分数,比重计法,利用不同大小的土粒在水中的沉降速度不同来确定小于某粒径的土粒含量,表2-3 颗粒分析成果表,表2-2 颗粒分析成果表,颗粒分析成果整理,土的不均匀系数Cu Cu=d60/d10 Cu5的土称为级配良好的非均粒土。 土的曲率系数Cc Cc=13时，为级配连续； Cc 3时，级配不连续。,二、三相实测指标的试验,土粒比重 土的密度 含水量 含义？工程应用？如何测试？,测定土粒密度（比重）：比重瓶法,测定土的密度：环刀法,环刀的容积V=60cm3； 环刀的质量m1； 环刀和土的质量m2；,测定土的含水量：烘干法,称量盒质量m0； 称量盒加湿土质量m1； 称

3、量盒加干土质量m2；,三、液、塑限试验,液限、塑限？ 工程应用？如何测定？ 土工试验方法标准（GB/T50123-1999）8 界限含水率试验,1、液、塑限联合测定法,适用于粒径小于0.5mm，有机质含量不大于试验总质量5%的土 圆锥76g、30锥角、试样杯内径40mm，高度30mm。 放锥在自重作用下下沉，5s后测下沉深度，并取锥体附近土样测含水率 再加水或吹干，调匀，重复测定，不少于3次（宜为34mm、79mm、1517mm）,测定粘性土的液塑（锥式液限仪）,0.75N，锥角30，锥体下沉深度为10mm，所对应的含水量为粘性土的液限（放锥5秒）,液限试验,水利部门,据工程地质手册第四版 圆

4、锥仪法联合测定土的液限、塑限。 将土制备成不同含水量，分别控制圆锥仪下沉深度为45、910、1618范围内，记录下沉量及其相应含水量。绘制圆锥下沉深度与含水量的关系曲线。 圆锥仪（76g、30锥尖角）下沉深度为17mm处的相应含水量为液限，下沉深度为2mm的相应含水量为塑限。,圆锥下沉深度与含水率关系曲线,下沉深度为17mm所对应的含水率为液限 下沉深度为10mm所对应的含水率为10mm液限 下沉深度为2mm对应的含水率为塑限,细粒土塑性图（Cassagrand plasticity chart）,土的工程分类标准（ GBT 50145-2007 ）,圆锥仪（质量为76g、锥尖角为30）下沉深

5、度为17mm处的相应含水量为液限,2、蝶式仪液限试验,适用于粒径小于0.5mm的土 1 、 将制备好的样调拌均匀，铺于铜碟前半部，并刮成水平，使试样中心厚度为10mm，用开槽器经蜗形轮的中心沿铜碟直径将试样划开，形成V形槽。,2、蝶式仪液限试验,2、以2转/s的速度转动摇柄，使铜碟反复起落，坠击于底座上，数记击数，直至槽底两边试样的合拢长度为13mm时，记录击数，并在槽的两边取试样不应少于10g，放入称量盒内，测定含水率。 3、对加不同水量的试样（宜为45个），重复测试 注：槽底试样合拢所需要的击数宜控制在1535之间,击次为25所对应的整数含水率为试样的液限,3、滚搓法塑限试验,适用与粒径小

6、于0.5mm的土 所用设备： 毛玻璃板：尺寸宜为200mm300mm。 卡尺：分度值为0.02mm。,3、滚搓法塑限试验,1 取0.5mm筛下的代表性试样100g，放在盛土皿中加纯水拌匀，湿润过夜。 2 将制备好的试样在手中揉捏至不粘手，捏扁，当出现裂缝时，表示其含水率接近塑限。 3 取接近塑限含水率的试样810g，用手搓成椭圆形，放在毛玻璃板上用手掌滚搓，滚搓时手掌的压力要均匀地施加在土条上，不得使土条在毛玻璃板上无力滚动，土条不得有空心现象，土条长度不宜大于手掌宽度。 4 当土条直径搓成3mm时产生裂缝，并开始断裂，表示试样的含水率达到塑限含水率。当土条直径搓成3mm时不产生裂缝或土条直径

7、大于3mm时开始断裂，表示试样的含水率高于塑限或低于塑限，都应重新取样进行试验。 5 取直径3mm有裂缝的土条35g，测定土条的含水率。,第二节 土的变形性质的试验,最常用的是：固结与压缩试验 固结？压缩？ 试验原理-太沙基一维固结理论试验过程中无侧向变形，在k0条件下压缩 固结试验适用与饱和黏性土压缩性指标的测定 压缩试验适用于非饱和土压缩性指标的测定（不能测固结系数）,常规压缩试验,高压固结试验,按加荷方式不同可分为标准固结试验和连续加荷固结试验,（一）标准固结试验,1、试验仪器步骤 仪器：标准固结试验分级加荷式固结仪 分级加压0.01、0.025、0.05、0.1、0.2、0.4、0.8

8、、1.6、3.2、6.4MPa 变形稳定国家标准规定为24h 在固结试验中，每级荷载下应在下列时刻读变形量 在非饱和土压缩试验中，只需读每级荷载下24h的读数,2、标准固结压缩试验资料整理,绘制压缩曲线、固结曲线，求解变形指标和先期固结压力 1）压缩曲线,压缩系数：e-p曲线上，一定压力范围内，孔隙比差值与相应压力差值之比的绝对值，即 体积压缩系数： e-p曲线上，一定压力范围内，孔隙率差值与相应压力差值之比的绝对值，即 压缩模量：压缩条件下（侧限压缩）试样竖向应力与应变的比值,压缩指数：e-lgp曲线上，在压力超过一定数值后，曲线段将渐变为直线，该直线的斜率为压缩指数，有 回弹指数： e-l

9、gp曲线上，在加荷到一定压力后再卸荷将产生回弹，回弹曲线一般近似为直线，回弹直线段的斜率即为回弹指数,先期固结压力 超固结比,2）固结曲线,固结系数Cv：估算固结快慢的指标 常用时间对数法和时间平方根法 时间对数法理论零点d0、理论终点d100d50 T50=0.196,时间平方根法,2）固结曲线,次固结系数Ca 时间对数曲线,（二）连续加荷固结试验（自学）,仪器：应变控制（CRS）连续加荷固结试验仪 应变速率的选取标准：在任何时间内孔隙水压力为同时施加的轴向压力的3%20% 连续加荷至预定压力，定时采集数据 如需要测定回弹，在同样应变速率下卸荷,连续加荷固结试验资料整理,1）计算任意时刻试样

10、的孔隙比 2）确定任意时刻施加于试样的有效压力 3）计算某一压力范围内的压缩系数 4）计算某一压力范围内的压缩指数、回弹指数,连续加荷固结试验资料整理,5）计算任意时刻的固结系数 6）计算某一压力范围内的体积压缩系数 7）绘制孔隙比有效压力曲线 、固结系数有效压力曲线,第三节 土的强度试验,土的强度试验（剪切试验）的主要目的：测定土在不同排水条件和应力状态下，土的抗剪强度指标c、。 室内土的强度试验主要有直接剪切试验、三轴压缩试验和无侧限抗压试验。,一、直剪试验,直接剪切试验是利用盒式剪切仪，在试样上施加竖向压力，直接测定总抗剪强度指标的一种试验方法。 适用于砂土及渗透系数k10-6cm/s的

11、黏土。 直剪仪可分为应变控制式和应力控制式两种，目前常用的是应变控制式直剪仪。,直剪仪设备,剪切容器与应力环,直剪试验的类型,分为快剪（Q）、固结快剪（CQ）、慢剪（S）三种 慢剪试验：土样在某一级垂直压力作用下，排水固结变形稳定后，再缓慢施加水平剪应力剪切 固结快剪试验：先使土样在某荷重下固结至排水变形稳定，再以较快速度施加剪力剪切 快剪试验：在试样上施加垂直压力后，立即施加水平剪切力剪切，试验过程不发生固结排水情况。,试验结果整理,残余强度与峰值强度,残余强度r是土在某竖向荷载下强度达到峰值后，当位移继续增大，强度随位移增加而逐渐减小，最终达到稳定值时的强度。（残余强度试验需要较大的位移）

12、 在土坝、路堤和超固结土开挖边坡的长期稳定问题的分析中，都要求用残余强度参数cr、r。,对于某一黏土，在一定的有效竖向压力作用下，残余强度为一常数，与其应力历史无关，只取决于土的颗粒性质。,直剪试验的强度指标,二、三轴试验,三轴压缩试验是根据莫尔库仑强度理论，用 3 4 个试样，分别在不同的恒定周围压力下施加轴向压力，进行剪切直至破坏，从而确定土的抗剪强度参数。 适用于黏性土、砂土各类土的总强度参数和有效强度参数。,土静三轴试验仪器,饱和器,承膜筒与橡皮膜,切土盘,试验原理,三轴压缩试验的应力圆及强度包络线,三种试验方法,三种试验方法,三、无侧限抗压强度试验,试验时围压3=0（无侧限），试样在

13、轴向压力下产生剪切破坏。 破坏时的轴向压力称为无侧限抗压强度，以 qu 表示。,三、无侧限抗压强度试验,第四节 岩块物理性质试验,工程岩体试验方法标准（GB/T 50266-2013） 公路工程岩石试验标准,一、岩石含水率试验,岩石在天然状态下的含水率可以间接反映岩石中空隙的多少、岩石的致密程度等特性。 岩石含水率：指试件在105110 温度下烘至恒量时失去的水分质量与达到恒量时试件干质量的比值，以百分数表示。 含结晶水矿物的岩石，烘干温度应控制在（405） 。 一般用于测定黏土质岩石在地质环境中的自然含水状态。 试件必须保持天然含水率，取样不得采用爆破或湿钻，在取样、运输、存储和试件制备过程

14、中，试件含水率的损失不宜超过1%。,一、岩石含水率试验,采用烘干法。 按下式计算岩石含水率，精确至0.1%。 以5个试件的算术平均值作为测定值。,二、岩石颗粒相对密度试验,岩石颗粒密度：试件干质量与同体积4 时蒸馏水质量的比值。 有比重瓶法和水中称量法两种 比重瓶法见下页表 水中称量法,三、岩石块体密度试验,块体密度：试件质量与试件体积的比值。 根据其含水率状态，块体密度可分为烘干密度、饱和密度和天然密度。 块体密度试验可分为量积法、水中称量法和蜡封法。 量积法适用于能制备成规则试件的各类岩石； 水中称量法适用于除遇水崩解、溶解和干缩湿胀外的其它各类岩石； 蜡封法适用于不能用量积法和水中称量法

15、进行试验的岩石。,三种方法的试验步骤：,第五节 岩石的水理性质试验,地大岩体力学上，岩石水理性质包括吸水性、软化性、抗冻性、岩石的透水性。 成都理工大学教材：岩石水理性质吸水性、渗透性以及在水作用下某些岩石出现的膨胀和崩解现象。 一、岩石吸水性试验 二、岩石渗透性试验 三、膨胀性试验 四、耐崩解性试验,一、吸水性试验,包括岩石吸水率试验和岩石饱和吸水率试验。 岩石吸水试验，适用于不崩解、不溶解和不干缩湿胀的岩石。 岩石（自然）吸水率：试样在大气压力和室温条件下所吸收水的质量与试样固体质量的比值，采用自由浸水法测定。 岩石饱和吸水率：试样在强制条件下最大吸水量与试样固体质量的比值，采用真空抽气法

16、测定。,吸水率试验,先将试样烘干冷却后称量，再将试样放入容器中，注水至试样高度的1/4处，以后每隔2h分别注水至试样高度的1/2和3/4处，后将水加入高出试样顶面20mm。试样全部浸水后自由吸水48h，取出试样，用湿布擦去其表面水分，称其质量。,饱和吸水率试验,a.煮沸法饱和试件：将称量后的试件放入水槽，注水至试件高度1/2，静置2h，再加水使试件淹没，煮沸6h以上，并保持水的深度不变，冷却至室温，取出并沾去表面水分称量 b.真空抽气法饱和试件：将称量后的试件置于干燥器中，加水至水面高出试样顶面20mm，打开抽气机，抽气时真空压力要达到100kPa，保持此状态直至无气泡发出时为止（不少于4h）

17、。取出抽气后的试件置于原容器中，在大气压力下静置4h，取出并沾去表面水分称量。,饱和吸水率试验,按公式计算吸水率、饱和吸水率及饱水系数。吸水率和饱和吸水率结果精确至0.01%；饱水系数精确至0.01. 对于组织均匀的试件，取3个试件的平均值作为测定值； 对于组织不均匀的试件，取5个试件的平均值作为测定值，并同时列出每个试件的试验结果。,结果计算及整理要求：,二、岩石渗透试验,测定岩石在水压力作用下，水穿透空隙介质的能力，即渗透系数。 k 岩石渗透系数（cm/s）；Q渗透流量（ cm3/s ）；L 试样高度（cm）；A 试样截面积（cm2）；H渗透水头（cm）；,自学内容,膨胀性试验 耐崩解性试验,第六节 岩石力学性质试验,一、单轴抗压强度试验 二、单轴压缩变形试验 三、三轴压缩强度试验 四、抗拉强度试验 五、直剪试验 六、点荷载强度试验,一、单轴抗压强度试验,测定形状规则的岩石试件的单轴抗压强度，用于岩石的强度分级和岩性描述。 采用饱和状态下的岩石立方体（或圆柱体）试件（不少于3个）的抗压强度来评定岩石强度。 试验仪器设备：（1）切石机、钻石机、磨石机等，（2）测量平台，（3）材料试验机,岩石压力机,一、单轴抗压强度试验,