鐵路工程土工試驗(yàn)基本知識

1、鐵路工程土工基本知識一、基本概述1 、土工試驗(yàn)的重要性? 土工試驗(yàn)是為工程設(shè)計(jì)或施工提供可靠的技術(shù)指標(biāo)和參數(shù)；如果測試指標(biāo)失真，不僅使按此設(shè)計(jì)的工程失穩(wěn)甚至于破壞，就會造成財(cái)力、物力的浪費(fèi)。2、對土工試驗(yàn)對人員的要求（17.1 ）由于土工試驗(yàn)成果因試驗(yàn)方法和試驗(yàn)技巧的熟練程度不同，會有較大的差別，這種差別遠(yuǎn)大于計(jì)算方法引起的誤差。為了使土工試驗(yàn)比較正確地反映實(shí)際土的性狀，要求試驗(yàn)人員了解和掌握以下五個問題： . 試驗(yàn)的目的和所依據(jù)的原理； . 使用的儀器設(shè)備性能和操作方法； . 試驗(yàn)應(yīng)獲得哪些數(shù)據(jù)、分析出什么結(jié)論； . 試驗(yàn)中的注意事項(xiàng)、誤差的初步分析； . 分析試驗(yàn)設(shè)計(jì)與實(shí)際問題的聯(lián)系概括地

2、說土工試驗(yàn)人員要具備：一有基本理論，二有基礎(chǔ)知識，三有基本技能。3、土的形成土是巖石風(fēng)化的產(chǎn)物。石風(fēng)化的產(chǎn)物。物理風(fēng)化 巖石暴露在大氣層內(nèi)，受風(fēng)、霜、雨、雪的侵蝕，以及受溫度升降變化的影響，裂隙水結(jié)冰等原因，使巖石崩解成塊?；瘜W(xué)風(fēng)化 這些碎塊再與水、二氧化碳、氧氣接觸發(fā)生化學(xué)作用。生物風(fēng)化 巖石在風(fēng)化過程中與自然界的生物發(fā)生相互作用。4、土與工程的關(guān)系地基 作為建筑物（ 橋涵、樓房等） 或構(gòu)筑物（ 路基等） 的地基；填料 作為土工構(gòu)筑物（ 路基、堤壩等） 的填料；介質(zhì) 作為構(gòu)筑物（ 渠道、黃土隧道等） 的周圍介質(zhì)。5、土工試驗(yàn)主要工程分類工程土按用途主要有兩種：一是作為建筑物地基的原狀土；二是

3、作為建筑材料的擾動 土。1 ) 土的主要工程分類標(biāo)準(zhǔn)： . 鐵路： 鐵路工程巖土分類標(biāo)準(zhǔn)TB10077-2001 、鐵路路基設(shè)計(jì)規(guī)范TB10001-2005 。鐵路工程土工試驗(yàn)規(guī)程TB10102-2004 . 國家標(biāo)準(zhǔn)土的工程分類標(biāo)準(zhǔn)GB 50145-2007土工試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)GB/T50123-1999 . 公路： 公路土工試驗(yàn)規(guī)程JTG E40-2007公路橋涵地基與基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范JTG D63-2007 . 水利部土的工程分類SL237-001-1999 ；2、鐵路工程橋涵地基與基礎(chǔ)土的分類1 ) . 一般土 . 分類定名A. 土的顆粒分類。講義表17.1把土顆粒按顆粒形狀和粒徑大小分成了7

4、類 15種。B. 碎石類土。講義表17.2大于2mmi顆粒超過總質(zhì)量的50%按顆粒形狀和級配分為 4類8個名稱。C. 砂類土。講義表17.3大于2mmi顆粒不超過總質(zhì)量的 50%而大于0.075mm的顆粒超過總質(zhì)量的 50%按顆 粒級配分為1類 5個名稱。D. 粉土。粒徑大于0.075mm粒的質(zhì)量不超過全部質(zhì)量 50%勺土，且塑性指數(shù)等于或小于10。按塑性指數(shù)和顆粒級配分為1 類 1個名稱。E. 粘性土。講義表17.4按塑性指數(shù)分為1類 2個名稱。 . 密實(shí)程度A. 碎石類土。講義表17.5根據(jù)結(jié)構(gòu)特征、天然坡和開挖情況、鉆探情況分為：密實(shí)、中密、稍密和松散4種。B. 砂類土。講義表17.6根

5、據(jù)標(biāo)準(zhǔn)貫入錘擊數(shù) Nft相對密度Dr分為：密實(shí)、中密、稍密和松散4種。C. 粉土。講義表17.7根據(jù)孔隙比e的大小分為密實(shí)、中密、稍密3種。D. 粘性土。講義表17.8根據(jù)壓縮系數(shù)a0.10.2 分為高、中、低壓縮性土3種。 .潮濕程度A. 碎石類和砂類土。講義表17.9根據(jù)飽和度分為稍濕、潮濕、飽和3種。B. 粉土。講義表17.10根據(jù)天然含水率分為稍濕、潮濕、飽和3種。C.粘性土。講義表17.11根據(jù)液性指數(shù)分為堅(jiān)硬、硬塑、軟塑、流塑4種6、土工試驗(yàn)項(xiàng)目土工試驗(yàn)項(xiàng)目應(yīng)根據(jù)土的用途決定：1 ） 、室內(nèi)實(shí)驗(yàn)。 . 土的物理性能試驗(yàn)：含水率、密度、顆粒密度、界限含水率、顆粒分析、滲透、擊實(shí)等。

6、試驗(yàn)成果用于土的工程分類，土的狀態(tài)的判定，滲透計(jì)算，填土工程施工方法的選擇和碾壓質(zhì)量控制。 . 砂的相對密度試驗(yàn)：包括砂的最大和最小孔隙比的測定，由此確定砂的相對密度，判定砂的疏密狀態(tài)。 . 土的變形試驗(yàn)：包括固結(jié)、壓縮、濕陷性和膨脹性等。這些試驗(yàn)為工程設(shè)計(jì)提供變形參數(shù)：壓縮系數(shù)、壓縮模量、體積壓縮系數(shù)、壓縮指數(shù)、回彈指數(shù)、前期固結(jié)壓力、固結(jié)系數(shù)、濕陷系數(shù)、自重濕陷系數(shù)、膨脹率、膨脹力等。 . 土的強(qiáng)度試驗(yàn)：包括直接剪切試驗(yàn)、反復(fù)直接剪切試驗(yàn)、三軸壓縮試驗(yàn)、無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)等。這些試驗(yàn)為設(shè)計(jì)提供土的抗剪指標(biāo)參數(shù)（ 粘聚力、內(nèi)摩擦角） 、 無側(cè)限抗壓強(qiáng)度、靈敏度等。 . 土的化學(xué)性試驗(yàn)：包括粘

7、土礦物鑒定、有機(jī)質(zhì)和鹽漬土試驗(yàn)等。粘土礦物成分是決定土的物理化學(xué)性質(zhì)的重要因素；有機(jī)質(zhì)試驗(yàn)提供土中有機(jī)質(zhì)含量，供施工選擇土料之用；鹽漬土是土中易溶鹽含量大于5%的土，鹽漬土試驗(yàn)指標(biāo)供地基評價(jià)、采取工程措施或選料之用。 . 級配碎石：粒徑級配、破碎面含量、洛杉磯磨耗率、硫酸鈉浸泡損失率、液塑限、塑性指數(shù)、粘土團(tuán)及其他雜質(zhì)含量、毛體積密度。 . 改良土：液塑限、塑性指數(shù)、顆粒分析、擊實(shí)（ 重型 ） 、含灰劑量、無側(cè)限抗壓強(qiáng)度2）、路基現(xiàn)場壓實(shí)質(zhì)量檢測。 .路基壓實(shí)密度、含水率檢測。常用的方法有環(huán)刀法、灌砂法、灌水法、氣囊法、核 子射線法等。 .路基地基系數(shù)K30僉測。 .路基動態(tài)變形模量Evd檢測

8、。 .路基靜態(tài)變形模量Ev2檢測。 ）、土工原位測試 .靜力載荷試驗(yàn)。試驗(yàn)成果用于確定地基承載力、變形模量等。 .靜力觸探試驗(yàn)。適用于軟土、粘性土、砂類土以及含少量碎石的土層。試驗(yàn)成果用 于確定地基承載力、判定砂土液化和提供地基物理力學(xué)參數(shù)等。 .動力觸探試驗(yàn)。適用于粘性土、砂類土和碎石類土。 試驗(yàn)成果用于確定地基承載力、 評定土的抗剪強(qiáng)度和變形模量等。 .標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)。適用于一般粘性土、粉性土和砂類土?？膳卸ㄉ巴恋拿軐?shí)程度、粘 性土的塑性狀態(tài)、判別飽和砂土及粉土的液化等。 .十字板剪切試驗(yàn)。適用于測定飽和粘性土的不排水抗剪強(qiáng)度及靈敏度等。 .旁壓試驗(yàn)。2）.特殊土 .黃土。第四紀(jì)以來，在干旱

9、、半干旱氣候條件下形成的，土顆粒成分以粉粒為主、含碳酸鈣 及少量易溶鹽、并具大孔隙和垂直節(jié)理、抗水性能差、易崩解和潛蝕、上部多具濕陷性等工 程地質(zhì)特征的土，應(yīng)判定為黃土。黃土按堆積時代、塑性指數(shù)、濕陷系數(shù)分類。 .紅粘土。顏色呈棕紅、褐黃色，覆蓋于碳酸鹽系巖層之上， 且液限等于或大于50%勺高塑性粘土， 應(yīng)判定為紅粘土。紅粘土經(jīng)搬運(yùn)、沉積后仍保留殘積粘土的基本特征，且液限大于45%應(yīng)判定為次生紅粘土。 紅粘土具有遇水軟化、失水收縮強(qiáng)烈、裂隙發(fā)育、易剝落等工程地質(zhì)特 征。紅粘土根據(jù)塑性狀態(tài)、裂隙狀態(tài)和界限液塑比和液塑比關(guān)系分類。 .膨脹土。土中粘粒成分主要由親水礦物組成，具有吸水顯著膨脹軟化，失

10、水急劇收縮開裂，并 能產(chǎn)生往復(fù)脹縮變形的粘性土，應(yīng)判定為膨脹土。膨脹土分類首先根據(jù)地貌、土的顏色、結(jié)構(gòu)、土質(zhì)情況、自然地質(zhì)現(xiàn)象和土的自由膨 脹率等特征，作初期判定；然后按自由膨脹率、 蒙脫石含量、陽離子交換量三項(xiàng)指標(biāo)可對膨脹土詳細(xì)判定。 .軟土。天然孔隙比大于或等于1.0,天然含水率大于或等于液限，壓縮系數(shù)大于或等于0.5 ,不排水抗剪強(qiáng)度小于30kPa的粘性土，可判定為軟土。軟土一般含有機(jī)質(zhì)，具有壓縮性高、 強(qiáng)度低、靈敏度高和排水固結(jié)緩慢的特點(diǎn)。軟土的結(jié)構(gòu)受到擾動后，強(qiáng)度會極大地下降。軟土根據(jù)物理力學(xué)性質(zhì)、成因類型、無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)或現(xiàn)場十字板剪切試驗(yàn)、軟 土的靈敏度分類。 .鹽漬土。易溶

11、鹽含量大于0.5%的土，可判定為鹽漬土。某地區(qū)或場地地表以下1.0m深度內(nèi)易溶鹽的平均含量大于0.5%時，應(yīng)定為鹽漬土地區(qū)或場地。鹽漬土具有較強(qiáng)的吸濕、松漲、溶陷 及腐蝕等工程地質(zhì)特性。鹽漬土按含鹽性質(zhì)、鹽漬程度的分類。 .填土 .人為活動堆填的土應(yīng)判定為填土，一般具有成分復(fù)雜和固結(jié)時間短等特點(diǎn)。根據(jù)物質(zhì) 組成和堆填方式，填土分為雜填土、素填土、沖填土、填筑土4類。3、鐵路工程路基填料的分類鐵路路基填料分類是根據(jù)原 鐵路路基設(shè)計(jì)規(guī)范 TB10001-99中的 填料分類”為基礎(chǔ)， 進(jìn)行了局部的修訂，在 乙級定名”上與鐵路工程巖土分類標(biāo)準(zhǔn) TB10077-2001進(jìn)行了統(tǒng) 一，并以鐵建設(shè)20041

12、48號文發(fā)布。 .巨粒土、粗粒土（包括砂類土）根據(jù)顆粒組成、顆粒形狀、細(xì)粒含量、顆粒級配、抗風(fēng)化能力等，按講義表17.26進(jìn)行定名和分組。 .細(xì)粒土根據(jù)土的塑性指數(shù)Ip和液限含水率wl,按講義表17.27進(jìn)行定名和分組。3、練習(xí)題 .（問答）鐵路工程土的分類標(biāo)準(zhǔn)，砂粒、粉粒、粘粒的含義是什么？ .（問答）鐵路路基填料巨粒土、粗粒土和砂類土，他們是怎樣分類的？需要做什么 試驗(yàn)？ .（問答）鐵路路基填料細(xì)粒土是怎樣分類的？需要做那些試驗(yàn)？ .（問答）路基填料分類中 細(xì)粒含量”的含義是什么？ .（問答）路基填料分類中顆粒級配良好"與 不良”是怎樣區(qū)分的？ .（問答）路基填料分類中硬塊石于軟

13、塊石是怎樣區(qū)分的？ .（問答）細(xì)粒土填料分類標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定液限含水率試驗(yàn)采用圓錐儀法，圓錐儀總質(zhì)量多 少？入土深度多少？ .（問答）土樣定名時，如果同時符合 2個或2個以上名稱時，怎樣處理？四、土的組成及基本物理指標(biāo) 、土的三相體概念土是由固體顆粒、水分和空氣三相組成。其中每種成分的質(zhì)量、體積的相對比例有所 增減，都會引起土的物理力學(xué)性質(zhì)的變化。1sfv=-圖作期前的件在；Vu-H修包括水質(zhì)氣體下 曲外益，*l息所后患的伴護(hù)；叱 呈、.n 件也；V- 土葬的白洋也；EL固林霞莉聃質(zhì)集 E - <PMi, mb上擇騎皂向液，圖1 ±的三相圖 、土的基本物理指標(biāo)及換算關(guān)系土的基本物理指標(biāo)

14、有九項(xiàng)，他們是：密度、顆粒密度、含水率、干密度、飽和密度、有 效重度、孔隙比、孔隙率及飽和度。其中前三項(xiàng)是直接檢測出來的，后六項(xiàng)是計(jì)算出來的。.密度p單位體積土的質(zhì)量（包括孔隙中水的質(zhì)量在內(nèi)）稱為土的密度（ g/cm3）。m（二（17-1）v其中：P:密度；m :質(zhì)量；v :體積.顆粒密度*sg/cm3）,顆粒密度關(guān)注的土體內(nèi)的固體顆粒質(zhì)量與顆粒體積之比值，稱為顆粒密度（ 是土體固體顆粒的視密度，也是以前的比重的概念。m 吃-（175）Vs其中：Vs：為土固體顆粒的體積（cm3） .含水率w土中水的質(zhì)量與土固體顆粒質(zhì)量的比值稱為土的含水率，以百分?jǐn)?shù)計(jì)。在有的標(biāo)準(zhǔn)中,如公路用標(biāo)準(zhǔn)，含水率又稱為含

15、水量。m w w =100 （17-6）m s其中：w : 土的含水率 （ ）m w : 土體水的質(zhì)量不同的土其含水率的變化范圍很大。干燥堅(jiān)硬的土，含水率只有210%.而軟粘土的含水率可達(dá)50200%. .孔隙比e土中的孔隙體積與土固體顆粒體積的比值稱為孔隙比。Vv e 二 (177)Vs其中：e:孔隙比；Vv :孔隙體積(cm 3);孔隙比是土的重要指標(biāo)之一，它反映了土的松軟和緊密程度。 .孔隙率n土中孔隙體積與全部體積之比稱為孔隙率(為。Vv n 二一100 (17_8)V其中：n :孔隙率(%);V : 土體體積(cm3)孔隙比與孔隙率之間存在著式(17-9)或(17-10)的關(guān)系。10

16、0en = (1 -9)1 +ee - n (17-10 )- 100_n .飽和度Sr土中水分所占體積與全部孔隙所占體積之比，稱為飽和度( 為。V wSr -100(17 _11 )V v其中：S r :飽和度 ()V w : 土體中水的體積(cm 3 ); .干密度Pd表示單位體積內(nèi)土粒的質(zhì)量(g/cm3)。m s :d =(174)Vp .飽和密度sr當(dāng)土體的孔隙完全為水所充滿時，土體的密度(g/cm3)m +V 二、，：sr = -(17 -2)V其中：Psr :飽和密度(g / cm 3 );m s : 土體固體顆粒質(zhì)量；V r : 土體孔隙體積(cm 3);Pw :水密度，一般可取1g / cm 3 ;V : 土體體積(cm 3) .浮密度"表示地下水位以下的土體，且它的孔隙完全為水所充滿，但又整個受到地下水的浮力 作用。因此有：-'-:一 =>sr 一 ：w (17-3)3、練習(xí)題1、（填空）一般情況下，土是由（）、（）、（）三相組成。2、（單選）土粒比重的定義式為：（）B、3、（單選）干密度的定義為：（）VSVSD、4、（單選）土粒比重的單位是：（）A、kN/m3B 、kg/m3C 無 D 、kPa5、（單選）對于礫石土、碎石土和級配碎石，宜采用（）計(jì)算孔隙率A、顆粒密度 B、毛體積密度C、表觀密度D、堆積密度6、（多選