土工試驗培訓教材

1、培訓教材土工試驗前言：土工試驗實際上包含三個方向的內(nèi)容。 一是機理實驗，為少數(shù)研究人 員為研究力學現(xiàn)象發(fā)生的機制而做， 為學術研究方向；二是特性實驗，主要為測 定計算參數(shù)服務；三是物理模型或模擬試驗，目的是為了尋求邊值問題和工程問 題的解答及應用。我們這里講的土工試驗通常指的是第三種，應用性土工試驗。土的工程分類及土樣制備土工試驗是一項影響因素復雜，變化性較大的試驗工作。不同的人因為試驗 方法、手法以及試驗技巧的熟練程度不一樣，所獲得的試驗結果也會有較大的差 異。因此土工試驗相對于其他常規(guī)檢測而言， 對于人員的實踐操作經(jīng)驗和基本理 論知識的要求要高些。為了比較正確的反映實際土的性質(zhì)，試驗人員應

2、該多現(xiàn)場 操作試驗，不斷積累經(jīng)驗，并且要掌握土工的基本原理和知識， 這樣才能對于土 工試驗進行熟練掌握。在了解試驗步驟和作業(yè)方法前，先對土的性質(zhì)、分類以及土樣制備進行大概 的介紹。土的分類方法目前主要有兩種，分別為按顆粒粒徑大小分類法和按塑性指數(shù) 分類法。一般土按其不同粒徑的相對含量可劃分為巨粒土和含巨粒土的土、粗粒土、 細粒土；巨粒土和含巨粒的土、粗粒土按粒粗、級配、所含細粒的塑性高低可分 為16種土類；細粒土按塑性圖及所含粗粒類別、有機質(zhì)多少可劃分為16種土類。我們所用分類常按照粒徑分類來區(qū)別，區(qū)分表如下:粒組 統(tǒng)稱粒組名稱粒徑（d）的范圍（mm）粒組 統(tǒng)稱粒組 名稱粒徑（d）的范圍（mm

3、）巨粒漂石（塊石）組d>200粗粒砂粒2>d> 0.075卵石（碎石）組200Ad>60細粒粉粒0.075>d>0.005粗粒礫類粗礫60>d>20粘粒dw 0.005細礫20>d>2按粒徑土的具體分類如下:1、試樣中巨粒組質(zhì)量多于總質(zhì)量的 50%的土稱巨粒土；試樣中巨粒組質(zhì)量 為總質(zhì)量的15%50%的士稱巨?；旌贤粒辉嚇又芯蘖＝M質(zhì)量小于總質(zhì)量的15% 的土，可扣除巨粒，按粗粒土或細粒土的相應規(guī)定分類定名；2、試樣中粗粒組質(zhì)量多于總質(zhì)量的 50%的土稱為粗粒土，其中試樣中礫粒 組質(zhì)量多于總質(zhì)量的50%的土稱礫類土，試樣中礫粒組質(zhì)量小于

4、或等于總質(zhì)量的 50%的土稱為砂類土 ；3、試樣中細粒組質(zhì)量多于或等于總質(zhì)量的 50%的土稱為細粒土，具體區(qū)分 為：試樣中粗粒組質(zhì)量小于總質(zhì)量的 25%的土稱細粒土；試樣中粗粒組質(zhì)量為總 質(zhì)量的25%50%的土稱為含粗粒的細粒土；試樣中含部分有機質(zhì)的士稱為有機 質(zhì)土。對于現(xiàn)場土樣為了方便常采用簡易鑒別方法來初步判別土類。如確定土粒粒 徑含量時可將碾散的風干試樣攤成一薄層， 憑目測估計土中巨粒、粗粒和細粒組 所占的比例，再按照粒徑土的分類方法確定其為巨粒土、 粗粒土（礫類或砂類土） 或細粒土。土樣制備主要有兩種，一是原狀土試樣制備，一是擾動土試樣制備。擾動土試樣制備按下列步驟進行：1、將土樣從土

5、樣筒或包裝袋中取出，對土樣的顏色、氣味、夾雜物和土類 及均勻程度進行描述，并將土樣切成碎塊，拌合均勻，取代表性土樣測定含水率；2、對均質(zhì)和含有機質(zhì)的土樣，宜采用天然含水率狀態(tài)下代表性土樣，供顆 粒分析、界限含水率試驗。對非均質(zhì)土應根據(jù)試驗項目取足夠數(shù)量的土樣，置于通風處晾干至可碾散為止。對砂土和進行比重試驗的土樣宜在 105110c溫度下 烘干，對有機質(zhì)含量超過 5%的土、含石膏和硫酸鹽的土，應在 6570C溫度下 烘干；3、將風干或烘干的土樣放在橡皮板上用木碾碾散，對不含砂和礫的土樣， 可用碎土器碾散（碎土器不得將土粒破碎）；4、對分散后的粗粒土和細粒土，應按標準要求過篩。對含細粒土的礫質(zhì)土

6、， 應先用水浸泡并充分攪拌，使粗細顆粒分離后按不同試驗項目的要求進行過篩。原狀土試樣制備按照以下步驟進行：1、將土樣筒按標明的上下方向放置，剝?nèi)ハ灧夂湍z帶，開啟土樣筒取出土 樣。檢查土樣結構，當確定土樣已受擾動或取土質(zhì)量不符合規(guī)定時，不應制備力學性質(zhì)試驗的試樣；2、根據(jù)試驗要求用環(huán)刀切取試樣時，應在環(huán)刀內(nèi)壁涂一薄層凡士林，刃口 向下放在土樣上，將環(huán)刀垂直下壓，并用切土刀沿環(huán)刀外側切削土樣， 邊壓邊削 至土樣高出環(huán)刀，根據(jù)試樣的軟硬采用鋼絲鋸或切土刀整平換刀兩端土樣，擦凈環(huán)刀外壁，稱環(huán)刀和土的總質(zhì)量；3、從余土中取代表性試樣測定含水率。比重、顆粒分析、界限含水率等項 試驗的取樣按照擾動土步驟2的

7、規(guī)定進行；4、切削試驗時，應對土樣的層次、氣味、顏色、夾雜物、裂縫和均勻性進 行描述，對低塑性和高靈敏度的軟土，制樣時不得擾動。士工現(xiàn)場見證取樣注意事項對于電廠建設等工程，土方回填量相對較大，回填要求也比較高。常規(guī)要求 0.93壓實系數(shù)。現(xiàn)場檢測和取樣影響因素較多，所以需要多加注意，避免因為 作業(yè)因素干擾多引起數(shù)據(jù)誤差較大，影響檢測結果。參照規(guī)范并結合現(xiàn)場的實際 作業(yè)經(jīng)驗，總結了幾點注意事項如下：1、在回填前應在現(xiàn)場取回填材料做擊實試驗，采取的土樣應具有一定的代 表性，取樣量應能滿足試驗的需要。很多單位不熟悉這個流程，在委托或者取樣 時有隨意性，所以擊實試驗盡量與監(jiān)理人員一同前往取樣點查看，并

8、且及時提醒委托單位做好取樣委托（擊實試驗至少要提前三天送樣）；2、鑒于基礎回填材料基本上是擾動土，在按設計要求及所定的測點處，每 層應按要求夯實，采用環(huán)刀取樣時，應注意以下事項：現(xiàn)場取樣必須是在見證人 監(jiān)督下，由取樣人員按要求在測點處取樣，而取樣、見證人員，必須通過資格考 核。取樣時應使環(huán)刀在測點處垂直而下，并應在夯實層 2/3處取樣。取樣時應注 意免使土樣受到外力作用，環(huán)刀內(nèi)應充滿土樣，如果環(huán)刀內(nèi)土樣不足，應將同類 土樣補足。盡量使土樣受最低程度的擾動，并使土樣保持天然含水量。3、密實度取樣量應符合下列要求：對于場地平整：每層100m2400 m2取1組；單獨基坑：20 m250 m2取1組

9、，且不得少于1組；室內(nèi)回填：溝道及基 礎，每層20 m250 m2取1組；其他50 m2200 m2取1組。根據(jù)現(xiàn)場的實際 情況判斷取樣點數(shù)。對于重點控制的地方盡量加大取點點數(shù)。二、現(xiàn)場檢測作業(yè)及注意事項1、作業(yè)前準備工作：士工試驗是我們常規(guī)現(xiàn)場檢測作業(yè)， 有時候作業(yè)地點距離試驗室比較遠， 需 要做好準備工作，儀器工具等要攜帶齊全，否則現(xiàn)場很難操作。主要儀器及工具 有：標準環(huán)刀；鏟刀；取土用勺子；小錘；灌砂筒；標準砂；電子稱；毛刷；塑 料袋若干。回到室內(nèi)作業(yè)時需要調(diào)試準備好以下設備：馬歇爾擊實儀；101-3A型恒溫干燥箱；平底瓷盤若干；電子天平兩個（10Kg量程，最小分度值5g;稱 量500

10、g,最小分度值0.1g）。作業(yè)人員在試驗操作前一定要對委托單的信息內(nèi)容有所熟悉了解， 最好能在 作業(yè)前預先熟悉一下作業(yè)流程，做好記錄準備，做好預備方案。這樣做的好處是 盡量避免因為某一個流程的失誤而造成整個試驗的失敗。 因為土工試驗做一次下 來相對費時些，盡量做好這些工作可以避免做無用工。2、作業(yè)具體操作要求：1）含水量試驗：取代表性試樣，粘性土 1530g,砂性土有機質(zhì)50g,放入稱量盒內(nèi)蓋上盒蓋， 將盒置于烘箱內(nèi)，在105110c恒溫下烘干；烘干時間，粘性土不得少于 8h, 砂性土不得少于6h將稱量盒從烘箱中取出，放入干燥容器內(nèi)冷卻至恒溫，稱干土質(zhì)量（精確至 0.01g）；試驗數(shù)據(jù)要及時進

11、行記錄，含水量按下式計算：（1） 100 md式中含水率，%m濕土質(zhì)量，g;md 干土質(zhì)量，go含水率做兩次，差值超過1%應重做。值得注意的是，含水率試驗取代表性試樣時一定要注意 “代表性”這三個字， 有個別土樣會有粒徑很大的石頭或者顆粒， 一定要篩選掉，這些顆粒含水量不能 代表試樣的平均狀態(tài)，會直接影響試驗結果。裝樣入盒時候要在注意盒蓋與盒身 標識編號對應記錄，避免混淆。2）密度試驗步驟（環(huán)刀法）：環(huán)刀法適用于細粒土，具體操作也相對簡單：在選好取樣點做好了取樣準備后，將環(huán)刀垂直壓入土中，取出后削去環(huán)刀兩 端余土，擦凈環(huán)刀外壁，稱環(huán)刀和土的總質(zhì)量，并取余土測定含水量，取出環(huán)刀 內(nèi)土樣稱重；試驗

12、過程中各項數(shù)據(jù)及時記錄，按照公式計算其結果：試樣的干密度按下式計算：1 0.01式中d干密度，g/cm3濕密度，g/cm3水率，環(huán)刀法試驗也要進行兩次平行測定，兩次測定的差值不得大于0.03g/cm3,取兩次測值的平均值。3）密實度試驗（灌砂法）：灌砂法密實度試驗適用于現(xiàn)場測定粗粒土的密度，具體步驟如下：做好儀器等準備工作后，將選定11t驗處的試坑的試坑地面整平,除去表面松 散的土層，按確定的試坑直徑劃出坑口輪廊線，在輪廊線內(nèi)下才g至要求深度，邊挖 邊將坑內(nèi)的試樣裝入盛土容器內(nèi)，稱試樣質(zhì)量，準確到10g。（土樣要做好標識和 密封，待回室內(nèi)方便做試樣的含水率測定）向容砂瓶內(nèi)注滿砂，關閥門，稱容砂

13、瓶，漏斗和砂的總質(zhì)量，準確到 10g。將密度測定器倒置（容砂瓶向上）于挖好的坑口上，打開閥門，使砂注入試 坑。在注砂過程中不應震動。當砂注滿試坑時關閉閥門，稱容砂瓶、漏斗的余砂 的總質(zhì)量，準備至10g,并計算注滿試坑所用的標準砂質(zhì)量。記錄各次稱量數(shù)據(jù)，根據(jù)土樣含水率按照公式計算試樣密度和干密度。計算 公式如下：mp0sms式 中 o試樣密度，g/cm3s標準砂密度，g/cm3ms 注滿試坑所用標準砂的質(zhì)量，gmp 試樣質(zhì)量，go試樣的干密度按下式計算：d1 0.01式中d干密度，g/cm330試樣濕存度，g/cm試樣含水率，灌砂法試驗應注意現(xiàn)場實際情況，挖坑時候要盡量避開下面有大顆粒石頭的 地

14、方，發(fā)現(xiàn)這樣的情況要另外選坑，避免試驗結果失真。另外在放砂時候保持試 坑周圍無擾動，避免大型機械在周圍作業(yè)的影響以及人為因素影響。否則試驗結果不準確。灌砂基板選用根據(jù)壓實表面情況而定，表面粗糙空隙較大時候要扣除 基板空間，具體操作按照統(tǒng)一的灌砂法現(xiàn)場記錄表格內(nèi)容進行即可。另外可以將幾種方法結合核子密度儀法對比進行。這樣可以相互參考，獲得較為真實的結果。（核子儀操作要嚴格按照核子儀規(guī)程進行。） 4）擊實試驗：室內(nèi)擊實試驗的目的是要確定擾動土在一定的擊實功能下干密度隨含水率 變化的關系曲線，以求得土的最大干密度和最優(yōu)含水率，以此作為土的壓實特性參數(shù)，為工程設計和現(xiàn)場施工碾壓提供參考。擊實試驗分輕型

15、擊實和重型擊實。輕型擊實適用于粒徑小于 5mmi勺粘性土， 重型擊實適用于粒徑不大于20mmi勺土，若采用三層（每層94擊）擊實時，最大 粒徑不大于40mm擊實試驗試樣制備分為干法和濕法兩種：干法制備是用四分法取代表性土樣 20kg （重型50 kg）,風干碾碎后過5mm 篩，將篩下土樣拌勻，并測定土樣的風干含水量；根據(jù)土的塑限預估最優(yōu)含水量， 取5個土樣，按不同的含水量加水拌勻，裝入盛土器內(nèi)潤濕一晝夜；相鄰兩個含 水量的差值宜為2%其中應有2個含水率大于塑限，2個小于塑限，1個接近塑 I濕法制備試樣應按下列步驟進行：取天然含水率的代表性土樣 20kg （重型 為50kg）,碾碎，過5mml

16、（重型過20mnm£ 40mm,將篩下土樣拌解剖勻，并測 定土樣的天然含水率。根據(jù)土樣的塑限預估最優(yōu)含水率，按本條1注的原則選擇 至少5個含水率的土樣，分別將天然含水率的土樣風干或加水進行制備，應使制 備好的土樣水分均勻分布。擊實試驗操作具體步驟如下：首先將擊實筒平穩(wěn)置于剛性底板上， 擊實筒與底座聯(lián)接好，裝好護筒，在擊 實筒內(nèi)涂一薄層潤滑油，稱取一定量試樣，倒入擊實筒內(nèi)，分層擊實，輕型擊實 試樣為2-5kg,分3層進行，每層25擊；重型擊實試樣為4-10kg,分5層進行， 每層56擊，若分3層，每層94擊。每層試樣高度宜相等；二交界處的土面應刨 毛，擊實后超出擊實筒頂端的試樣高度應小

17、于 6mm拆去護筒，用刀修平擊實筒頂部的土樣，拆除底板，試樣底部若超出筒外， 也就修平，擦凈筒外壁，稱筒和試樣的總質(zhì)量（精確至1g）,算出試樣的濕密度。用脫模器將試樣從擊實筒中推出，取 2個代表性試樣測定含水率，2個含水 率的差值就不大于1%對不同含水量的試樣按上述方法依次進行擊實試驗。需要注意的是，在試驗過程中要及時進行數(shù)據(jù)記錄， 最后進行數(shù)據(jù)計算填入 計算表中自動繪制曲線。若關系曲線不能繪出峰值點時，應進行補點，土樣不宜 重復使用。重復使用土會因為部分顆粒在反復擊實中破碎而改變土的級配，也會在再加水時難于凈透從而影響試驗結果。在試樣擊實后會有部分土超過筒頂高， 這部分土柱稱為余土高度。當余高度不超過6mnW,干密