土工基本理論及試驗方法

1、土工基本理論及試驗方法第一節(jié) 巖土工程學的基本理論第二節(jié) 土工試驗檢測項目、方法第三節(jié) 土方工程野外質(zhì)檢及評定標準省質(zhì)檢中心蔡紅波第一節(jié) 巖土工程學的基本理論工程概念上的土是由固體顆粒、水和氣體三部分所組成的三相體系。固體部分一般由礦物質(zhì)所 組成，有時含有有機質(zhì)，由它構(gòu)成土的骨架。土骨架間布滿相互貫通的孔隙，這些孔隙有時被 水充滿，稱為飽和土；有時一部分被水占據(jù)，另一部分被氣體占據(jù)，稱為非飽和土；有時也可 以完全充滿氣體，稱為干土。 1.物理指標及意義基本物理指標中的含水率3、天然密度p、土粒密度Gs三指標通過試驗取得稱為實測指標， 其他指標均由它們換算得到。一般稱為導出指標（干密度p d、飽

2、和密度p sat、飽和含水率3 sat、 飽和度Sr、孔隙率n、孔隙比e等）。一、土的含水性土的含水性，指的是土中含水的情況。一般有二個指標：含水率、3,飽和度Sr。1、含水率3： 土中所含水分質(zhì)量mw與固體顆粒ms質(zhì)量之比。3 =mw/ms常用百分數(shù)表示， 計算時化為小數(shù)，通過室內(nèi)試驗確定（烘干法、酒精燃燒法）。天然含水率，一般砂土天然含水率都不超過40%，以10%30%。一般粘性土天然含水率大 都在20%50%之間。飽和含水率：3 sat 土的孔隙全部被普通水充滿時的含水率。2、飽和度Sr：含水率僅表明含水絕對數(shù)量，所以引進飽和度來說明孔隙中水的充填程度，即：Sr= Vw/V氣 X100%

3、。二、土粒密度Gs：固體顆粒與固體體積之比，即：Gs=ms/Vs，它實際上就是各種礦物密度的加權(quán)平均值。一般在 2.65-2.80g/cm3。粘性土一般為 2.70-2.75 g/cm3，亞粘土一般為 2.68-2.72 g/cm3，亞沙土 為2.68 g/cm3左右。通過室內(nèi)試驗確定（比重瓶法、浮稱法、虹吸筒法）。三、土的密度1、天然密度p一般為 1.6-2.2 g/cm3，砂土一般是 1.4 g/cm3，亞粘土及亞沙土一般為1.6-1.8 g/cm3，粘土為 1.8-2.0 g/cm3 左右2、干密度p d： 土的孔隙中完全沒水時的密度稱為。土的干密度一般在 1.4-1.7 g/cm3 范

4、圍內(nèi)。p d=p / （1+0.013 ）土的孔隙率 土的孔隙性主要指土內(nèi)孔隙的大小、數(shù)量及連通情況。常用孔隙率、孔隙比表示。1 孔隙比e： 土的孔隙體積與土粒體積之比。e=Vv/Vs常用小數(shù)表示，一般土的e為0.5-1.0之間，粘土有時大于1.0,淤泥e可達1.5五、砂土的相對密度Dr= (emax-e)/ (emax-emin)e天然孔隙比當Dr0時，eemax，最松散，易被壓縮；當Dr 1時，eemin,最緊密，不易被壓實。 在工程中，常用Dr作為沙土在振動荷載下，是否引起液化的判別指標，也是評價砂土強度穩(wěn)性 的重要指標。六、粘性土的可塑性和稠度粘性土這種因含水率變化而表現(xiàn)出的各種不同物

5、理狀態(tài)稱為土的稠度?？伤苄裕和猎谕饬ψ饔孟驴梢匀嗨艹扇我庑螤疃黄茐耐亮ｉg的連接，并在外力解除以后也 不恢復(fù)原來形狀。塑限3 p一從半固態(tài)稠度過度到稠塑狀態(tài)的含水率；液限3粘塑狀態(tài)過度到粘流狀態(tài)的含水 率。塑性指數(shù)Ip=3 L-W p液性指數(shù)IL=(W-Wp) /(WL-WP)=(W-wp) /Ip當W WL時，IL1，土處于液態(tài)；當W Vwp時，ILV0，土處于固態(tài)；當WpVw VwL時， 0VILV1，土處于塑態(tài)。七、土的滲透性土的滲透性一般隨粘粒含量增加，而滲透性減弱。；土的滲透性具有方向性，一般水平K是垂直K的1-7倍土的基本物理性質(zhì)指標相互換算實測指標：含水率3、天然密度p、土粒密度

6、Gs導出指標：干密度p d=p / (1+3 )飽和密度p sat= (1-p d/Gs) +p d孔隙比 e= (Gs/p d) -1飽和度Sr=3 XGs/e孔隙率 n= (1-p d/ Gs)X100% 2.土的力學指標及意義一、土的壓縮性：外力作用下體積壓縮變小的性能。設(shè)壓縮儀內(nèi)土樣橫截面積為A，土樣原始高度為h0，相應(yīng)的孔隙比為e0。當加壓力p1后， 土樣的壓縮量為皿，即土樣高度減小到h1= h0-Ah1，相應(yīng)的孔隙比由e0減小到e1。由于 土樣壓縮時不可能發(fā)生側(cè)向膨漲，故壓縮前后土樣橫截面積不變。在壓縮過程中，土粒體積也 是不變的。加壓前后土粒體積 A h0/ (1+ e0) =

7、A h1/ (1+ e1)則：e1= e0-Ah1* (1+ e0) / h0如以縱坐標表示孔隙比e，以橫坐標表示壓力p,根據(jù)壓縮試驗成果，可以繪制出ep關(guān)系曲線，稱壓縮曲線。在壓縮曲線中，當壓力P1P2變化范圍不大時，可以將曲線一小段M1M2用直線代替，則 M1M2斜率可用下式表示：a= （e1-e2）/（P1P2）這就是土力學中的基本定理之一，壓密定理。在工程實際中，常以P1 = 0.1Mpa，P2=0.2Mpa的壓縮系數(shù)a1-2作為判斷土的壓縮性高低的 標準。低壓縮性土，a1-2W0.1 Mpa-1中壓縮性土，0.1Wa1-2W0.5 Mpa-1高壓縮性土，0.5 Mpa-1Wa1-2二

8、、土的抗剪性：土本身所具有的抵抗剪切破壞的極限強度。（一）、直剪試驗：將土樣放在上下兩部分可以錯動的金屬盒內(nèi)，將上盒固定，下盒沿水 平方向滑動。在傳壓板上施加力P，則法向壓力為a=P/A （A為土樣面積）。隨后在下盒上 從小到大逐級施加水平力使土樣沿著上下盒接觸面處受剪切。當水平剪力增至T時土樣發(fā)生剪 切破壞，此時剪應(yīng)力T =T/A，即為土樣法向方向上的抗剪強度抗剪強度隨法向應(yīng)力而改變，同一種土制備三個相同的土樣，分別施加不同的法向應(yīng)力a1、 a2、a3,得出不同的抗剪強度。分別以抗剪強度T為縱坐標，法向應(yīng)力a為橫坐標?？衫L出土 樣的T -a關(guān)系曲線。1、排水剪（慢剪）0 d、Cd:使土樣在垂

9、直壓力下，待充分排水固結(jié)后再緩慢施加水平剪力， 使剪力作用下也充分排水固結(jié)，直至土樣破壞。例如：粘土層較薄，排水條件較好，施工期較 長可能充分固結(jié)，采用慢剪試驗。2、不排水剪（快剪）0 u、Cu：無論加垂直壓力或水平剪力，都必須迅速進行，不讓孔隙水排 出，即試驗過程不讓孔隙水消散，例如飽和粘土層較厚，排水條件不好，施工期較短，可采用 快剪試驗。3、 固結(jié)不排水剪（固結(jié)快剪）0 cu、Ccu:試樣在垂直壓力下排水固結(jié)穩(wěn)定后，迅速施加 水平剪力。例如施工期固結(jié)已基本完成，但使用過程可能遇到突然荷栽，則可才采用固結(jié)快剪 法。以上三種試驗方法測得抗剪強度指標，在同一法向應(yīng)力作用下，但得出不同大小的強度

10、指 標：一般是0 u0 cu60mm。七、擊實試驗方法試驗方法的類型：擊實試驗分輕型和重型兩類，輕型試驗實用于粒徑小于5mm的粘性土，其 單位體積擊實功能為592.2kJ/m3。重型試驗實用于粒徑小于20mm的粘性土，其單位體積擊實 功能為 2684.9kJ/m3 九、滲透試驗滲透試驗的目的是測定土的滲透系數(shù)，土的滲透系數(shù)變化范圍很大（10-1-10-8），滲透系數(shù)的測 定應(yīng)采用不同的方法。II、常水頭滲透試驗適用于粗粒土（砂質(zhì)土，70型滲透儀）。22、變水頭滲透試驗適用于細粒土（粘質(zhì)土和粉質(zhì)土，南55型）。十、人工地基施工質(zhì)量的檢測和控制第三章土方野外工程質(zhì)檢與評定標準11、土料填筑工程質(zhì)量

11、抽檢主要內(nèi)容為干密度、和外觀尺寸，并滿足以下要求:、每2000m堤長至少抽檢一個斷面；、每個斷面至少抽檢2層，每層不少于3點，且不得在堤頂取樣；、每個單位工程抽檢樣本總點數(shù)不少于20個。2、環(huán)刀取土樣應(yīng)在壓實層厚的下部1/3處取樣，若下部1/3的厚度不足環(huán)刀高度時，以環(huán)刀底 面達下層頂面時環(huán)刀取滿土樣為準，并記錄壓實層厚度。二、土方工程評定標準土堤質(zhì)量評定按單元工程進行，并應(yīng)符合下列要求：筑新堤宜按工段內(nèi)每堤長200m500m劃分一個單元，老堤加高培厚可按填筑量每5000m3 劃分一個單元。單元工程的質(zhì)量評定，是對單元堤段內(nèi)全部填土質(zhì)量的總體評價，由單元內(nèi)分層檢測的干密 度成果累加統(tǒng)計得出其合格率，樣本總數(shù)應(yīng)不少于20個。檢測干密度值不