第二章室內(nèi)試驗巖土測試技術(shù)

第二章室內(nèi)試驗巖土測試技術(shù)第一頁，共七十八頁，2022年，8月28日第一節(jié)土的物理性質(zhì)試驗一、顆粒分析試驗

d>0.075mm的各粒組采用篩分法；

d<0.075mm的各粒組采用密度計法和移液管法。第二頁，共七十八頁，2022年，8月28日篩分法用一套孔徑不同的篩子，按從上至下篩孔逐漸減小放置。將事先稱過質(zhì)量的烘干土樣過篩，稱出留在各篩上的土質(zhì)量，然后計算其占總土粒質(zhì)量的百分數(shù)第三頁，共七十八頁，2022年，8月28日比重計法利用不同大小的土粒在水中的沉降速度不同來確定小于某粒徑的土粒含量第四頁，共七十八頁，2022年，8月28日第五頁，共七十八頁，2022年，8月28日土樣編號粒組（mm）百分含量>22-0.50.5-0.250.25-0.0750.075-0.005<0.0051281015201017表2-3顆粒分析成果表土樣編號小于某粒徑（mm）累積百分含量>2<2<0.5<0.25<0.075<0.0051287262472717表2-2顆粒分析成果表顆粒分析成果整理第六頁，共七十八頁，2022年，8月28日第七頁，共七十八頁，2022年，8月28日土的不均勻系數(shù)CuCu=d60/d10Cu<5的土視為級配不良的均粒土，而Cu>5的土稱為級配良好的非均粒土。土的曲率系數(shù)CcCc=1~3時，為級配連續(xù)；Cc<1或Cc>3時，級配不連續(xù)。第八頁，共七十八頁，2022年，8月28日二、三相實測指標的試驗土粒比重土的密度含水量含義？工程應(yīng)用？如何測試？第九頁，共七十八頁，2022年，8月28日測定土粒密度（比重）：比重瓶法第十頁，共七十八頁，2022年，8月28日測定土的密度：環(huán)刀法環(huán)刀的容積V=60cm3；環(huán)刀的質(zhì)量m1；環(huán)刀和土的質(zhì)量m2；第十一頁，共七十八頁，2022年，8月28日測定土的含水量：烘干法稱量盒質(zhì)量m0；稱量盒加濕土質(zhì)量m1；稱量盒加干土質(zhì)量m2；第十二頁，共七十八頁，2022年，8月28日三、液、塑限試驗液限、塑限？工程應(yīng)用？如何測定？《土工試驗方法標準》（GB/T50123-1999）

8界限含水率試驗第十三頁，共七十八頁，2022年，8月28日1、液、塑限聯(lián)合測定法適用于粒徑小于0.5mm，有機質(zhì)含量不大于試驗總質(zhì)量5%的土圓錐76g、30°錐角、試樣杯內(nèi)徑40mm，高度30mm。放錐在自重作用下下沉，5s后測下沉深度，并取錐體附近土樣測含水率再加水或吹干，調(diào)勻，重復(fù)測定，不少于3次（宜為3~4mm、7~9mm、15~17mm）第十四頁，共七十八頁，2022年，8月28日測定粘性土的液塑（錐式液限儀）

0.75N，錐角30°，錐體下沉深度為10mm，所對應(yīng)的含水量為粘性土的液限（放錐5秒）第十五頁，共七十八頁，2022年，8月28日液限試驗第十六頁，共七十八頁，2022年，8月28日水利部門據(jù)《工程地質(zhì)手冊》第四版圓錐儀法聯(lián)合測定土的液限、塑限。將土制備成不同含水量，分別控制圓錐儀下沉深度為4~5、9~10、16~18范圍內(nèi)，記錄下沉量及其相應(yīng)含水量。繪制圓錐下沉深度與含水量的關(guān)系曲線。圓錐儀（76g、30°錐尖角）下沉深度為17mm處的相應(yīng)含水量為液限，下沉深度為2mm的相應(yīng)含水量為塑限。第十七頁，共七十八頁，2022年，8月28日圓錐下沉深度與含水率關(guān)系曲線下沉深度為17mm所對應(yīng)的含水率為液限下沉深度為10mm所對應(yīng)的含水率為10mm液限下沉深度為2mm對應(yīng)的含水率為塑限第十八頁，共七十八頁，2022年，8月28日細粒土塑性圖（Cassagrandplasticitychart）《土的工程分類標準》（GBT50145-2007）圓錐儀（質(zhì)量為76g、錐尖角為30°）下沉深度為17mm處的相應(yīng)含水量為液限第十九頁，共七十八頁，2022年，8月28日2、蝶式儀液限試驗適用于粒徑小于0.5mm的土1、

將制備好的樣調(diào)拌均勻，鋪于銅碟前半部，并刮成水平，使試樣中心厚度為10mm，用開槽器經(jīng)蝸形輪的中心沿銅碟直徑將試樣劃開，形成V形槽。第二十頁，共七十八頁，2022年，8月28日2、蝶式儀液限試驗2、以2轉(zhuǎn)/s的速度轉(zhuǎn)動搖柄，使銅碟反復(fù)起落，墜擊于底座上，數(shù)記擊數(shù)，直至槽底兩邊試樣的合攏長度為13mm時，記錄擊數(shù)，并在槽的兩邊取試樣不應(yīng)少于10g，放入稱量盒內(nèi)，測定含水率。3、對加不同水量的試樣（宜為4～5個），重復(fù)測試注：槽底試樣合攏所需要的擊數(shù)宜控制在15～35之間第二十一頁，共七十八頁，2022年，8月28日擊次為25所對應(yīng)的整數(shù)含水率為試樣的液限第二十二頁，共七十八頁，2022年，8月28日3、滾搓法塑限試驗適用與粒徑小于0.5mm的土所用設(shè)備：毛玻璃板：尺寸宜為200mm×300mm?？ǔ撸悍侄戎禐?.02mm。第二十三頁，共七十八頁，2022年，8月28日3、滾搓法塑限試驗1取0.5mm篩下的代表性試樣100g，放在盛土皿中加純水拌勻，濕潤過夜。2將制備好的試樣在手中揉捏至不粘手，捏扁，當出現(xiàn)裂縫時，表示其含水率接近塑限。3取接近塑限含水率的試樣8～10g，用手搓成橢圓形，放在毛玻璃板上用手掌滾搓，滾搓時手掌的壓力要均勻地施加在土條上，不得使土條在毛玻璃板上無力滾動，土條不得有空心現(xiàn)象，土條長度不宜大于手掌寬度。4當土條直徑搓成3mm時產(chǎn)生裂縫，并開始斷裂，表示試樣的含水率達到塑限含水率。當土條直徑搓成3mm時不產(chǎn)生裂縫或土條直徑大于3mm時開始斷裂，表示試樣的含水率高于塑限或低于塑限，都應(yīng)重新取樣進行試驗。5取直徑3mm有裂縫的土條3～5g，測定土條的含水率。第二十四頁，共七十八頁，2022年，8月28日第二節(jié)土的變形性質(zhì)的試驗最常用的是：固結(jié)與壓縮試驗固結(jié)？壓縮？試驗原理-太沙基一維固結(jié)理論

試驗過程中無側(cè)向變形，在k0條件下壓縮固結(jié)試驗適用與飽和黏性土壓縮性指標的測定壓縮試驗適用于非飽和土壓縮性指標的測定（不能測固結(jié)系數(shù)）第二十五頁，共七十八頁，2022年，8月28日常規(guī)壓縮試驗第二十六頁，共七十八頁，2022年，8月28日高壓固結(jié)試驗第二十七頁，共七十八頁，2022年，8月28日按加荷方式不同可分為標準固結(jié)試驗和連續(xù)加荷固結(jié)試驗第二十八頁，共七十八頁，2022年，8月28日（一）標準固結(jié)試驗1、試驗儀器步驟儀器：標準固結(jié)試驗分級加荷式固結(jié)儀分級加壓0.01、0.025、0.05、0.1、0.2、0.4、0.8、1.6、3.2、6.4MPa變形穩(wěn)定國家標準規(guī)定為24h在固結(jié)試驗中，每級荷載下應(yīng)在下列時刻讀變形量在非飽和土壓縮試驗中，只需讀每級荷載下24h的讀數(shù)第二十九頁，共七十八頁，2022年，8月28日2、標準固結(jié)壓縮試驗資料整理繪制壓縮曲線、固結(jié)曲線，求解變形指標和先期固結(jié)壓力1）壓縮曲線第三十頁，共七十八頁，2022年，8月28日壓縮系數(shù)：e-p曲線上，一定壓力范圍內(nèi)，孔隙比差值與相應(yīng)壓力差值之比的絕對值，即體積壓縮系數(shù)：e-p曲線上，一定壓力范圍內(nèi)，孔隙率差值與相應(yīng)壓力差值之比的絕對值，即壓縮模量：壓縮條件下（側(cè)限壓縮）試樣豎向應(yīng)力與應(yīng)變的比值第三十一頁，共七十八頁，2022年，8月28日壓縮指數(shù)：e-lgp曲線上，在壓力超過一定數(shù)值后，曲線段將漸變?yōu)橹本€，該直線的斜率為壓縮指數(shù)，有回彈指數(shù)：e-lgp曲線上，在加荷到一定壓力后再卸荷將產(chǎn)生回彈，回彈曲線一般近似為直線，回彈直線段的斜率即為回彈指數(shù)第三十二頁，共七十八頁，2022年，8月28日先期固結(jié)壓力超固結(jié)比第三十三頁，共七十八頁，2022年，8月28日2）固結(jié)曲線固結(jié)系數(shù)Cv：估算固結(jié)快慢的指標常用時間對數(shù)法和時間平方根法時間對數(shù)法

理論零點d0、理論終點d100d50T50=0.196第三十四頁，共七十八頁，2022年，8月28日時間平方根法第三十五頁，共七十八頁，2022年，8月28日2）固結(jié)曲線次固結(jié)系數(shù)Ca時間對數(shù)曲線

第三十六頁，共七十八頁，2022年，8月28日（二）連續(xù)加荷固結(jié)試驗（自學(xué)）儀器：應(yīng)變控制（CRS）連續(xù)加荷固結(jié)試驗儀應(yīng)變速率的選取標準：在任何時間內(nèi)孔隙水壓力為同時施加的軸向壓力的3%~20%連續(xù)加荷至預(yù)定壓力，定時采集數(shù)據(jù)如需要測定回彈，在同樣應(yīng)變速率下卸荷第三十七頁，共七十八頁，2022年，8月28日連續(xù)加荷固結(jié)試驗資料整理1）計算任意時刻試樣的孔隙比2）確定任意時刻施加于試樣的有效壓力3）計算某一壓力范圍內(nèi)的壓縮系數(shù)4）計算某一壓力范圍內(nèi)的壓縮指數(shù)、回彈指數(shù)第三十八頁，共七十八頁，2022年，8月28日連續(xù)加荷固結(jié)試驗資料整理5）計算任意時刻的固結(jié)系數(shù)6）計算某一壓力范圍內(nèi)的體積壓縮系數(shù)7）繪制孔隙比—有效壓力曲線、固結(jié)系數(shù)—有效壓力曲線第三十九頁，共七十八頁，2022年，8月28日第三節(jié)土的強度試驗土的強度試驗（剪切試驗）的主要目的：測定土在不同排水條件和應(yīng)力狀態(tài)下，土的抗剪強度指標c、φ。室內(nèi)土的強度試驗主要有直接剪切試驗、三軸壓縮試驗和無側(cè)限抗壓試驗。第四十頁，共七十八頁，2022年，8月28日一、直剪試驗直接剪切試驗是利用盒式剪切儀，在試樣上施加豎向壓力，直接測定總抗剪強度指標的一種試驗方法。適用于砂土及滲透系數(shù)k<10-6cm/s的黏土。直剪儀可分為應(yīng)變控制式和應(yīng)力控制式兩種，目前常用的是應(yīng)變控制式直剪儀。第四十一頁，共七十八頁，2022年，8月28日直剪儀設(shè)備剪切容器與應(yīng)力環(huán)第四十二頁，共七十八頁，2022年，8月28日直剪試驗的類型分為快剪（Q）、固結(jié)快剪（CQ）、慢剪（S）三種慢剪試驗：土樣在某一級垂直壓力作用下，排水固結(jié)變形穩(wěn)定后，再緩慢施加水平剪應(yīng)力剪切固結(jié)快剪試驗：先使土樣在某荷重下固結(jié)至排水變形穩(wěn)定，再以較快速度施加剪力剪切快剪試驗：在試樣上施加垂直壓力后，立即施加水平剪切力剪切，試驗過程不發(fā)生固結(jié)排水情況。第四十三頁，共七十八頁，2022年，8月28日試驗結(jié)果整理第四十四頁，共七十八頁，2022年，8月28日殘余強度與峰值強度殘余強度τr是土在某豎向荷載下強度達到峰值后，當位移繼續(xù)增大，強度隨位移增加而逐漸減小，最終達到穩(wěn)定值時的強度。（殘余強度試驗需要較大的位移）在土壩、路堤和超固結(jié)土開挖邊坡的長期穩(wěn)定問題的分析中，都要求用殘余強度參數(shù)cr、φr。對于某一黏土，在一定的有效豎向壓力作用下，殘余強度為一常數(shù)，與其應(yīng)力歷史無關(guān)，只取決于土的顆粒性質(zhì)。第四十五頁，共七十八頁，2022年，8月28日試驗類型試驗方法強度指標慢剪

SlowShear施加正應(yīng)力-充分固結(jié)慢剪，保證無超靜孔壓cs，s固結(jié)快剪Consolidated

QuickShear施加正應(yīng)力-充分固結(jié)快剪，在3-5分鐘內(nèi)剪切壞ccq，cq快剪QuickShear施加正應(yīng)力后不固結(jié)，立即快剪，3-5分鐘內(nèi)剪壞cq，q直剪試驗的強度指標第四十六頁，共七十八頁，2022年，8月28日二、三軸試驗三軸壓縮試驗是根據(jù)莫爾——庫侖強度理論，用3～4個試樣，分別在不同的恒定周圍壓力下施加軸向壓力，進行剪切直至破壞，從而確定土的抗剪強度參數(shù)。適用于黏性土、砂土各類土的總強度參數(shù)和有效強度參數(shù)。第四十七頁，共七十八頁，2022年，8月28日土靜三軸試驗儀器第四十八頁，共七十八頁，2022年，8月28日飽和器承膜筒與橡皮膜切土盤第四十九頁，共七十八頁，2022年，8月28日試驗原理三軸壓縮試驗的應(yīng)力圓及強度包絡(luò)線

第五十頁，共七十八頁，2022年，8月28日三種試驗方法第五十一頁，共七十八頁，2022年，8月28日三種試驗方法第五十二頁，共七十八頁，2022年，8月28日三、無側(cè)限抗壓強度試驗試驗時圍壓σ3=0（無側(cè)限），試樣在軸向壓力下產(chǎn)生剪切破壞。破壞時的軸向壓力稱為無側(cè)限抗壓強度，以qu

表示。第五十三頁，共七十八頁，2022年，8月28日三、無側(cè)限抗壓強度試驗第五十四頁，共七十八頁，2022年，8月28日第四節(jié)巖塊物理性質(zhì)試驗《工程巖體試驗方法標準》（GB/T50266-2013）《公路工程巖石試驗標準》第五十五頁，共七十八頁，2022年，8月28日一、巖石含水率試驗巖石在天然狀態(tài)下的含水率可以間接反映巖石中空隙的多少、巖石的致密程度等特性。巖石含水率：指試件在105℃~110℃溫度下烘至恒量時失去的水分質(zhì)量與達到恒量時試件干質(zhì)量的比值，以百分數(shù)表示。含結(jié)晶水礦物的巖石，烘干溫度應(yīng)控制在（40±5）℃。一般用于測定黏土質(zhì)巖石在地質(zhì)環(huán)境中的自然含水狀態(tài)。試件必須保持天然含水率，取樣不得采用爆破或濕鉆，在取樣、運輸、存儲和試件制備過程中，試件含水率的損失不宜超過1%。第五十六頁，共七十八頁，2022年，8月28日一、巖石含水率試驗采用烘干法。按下式計算巖石含水率，精確至0.1%。以5個試件的算術(shù)平均值作為測定值。第五十七頁，共七十八頁，2022年，8月28日二、巖石顆粒相對密度試驗巖石顆粒密度：試件干質(zhì)量與同體積4℃時蒸餾水質(zhì)量的比值。有比重瓶法和水中稱量法兩種比重瓶法見下頁表水中稱量法第五十八頁，共七十八頁，2022年，8月28日第五十九頁，共七十八頁，2022年，8月28日三、巖石塊體密度試驗塊體密度：試件質(zhì)量與試件體積的比值。根據(jù)其含水率狀態(tài)，塊體密度可分為烘干密度、飽和密度和天然密度。塊體密度試驗可分為量積法、水中稱量法和蠟封法。量積法適用于能制備成規(guī)則試件的各類巖石；水中稱量法適用于除遇水崩解、溶解和干縮濕脹外的其它各類巖石；蠟封法適用于不能用量積法和水中稱量法進行試驗的巖石。第六十頁，共七十八頁，2022年，8月28日三種方法的試驗步驟：第六十一頁，共七十八頁，2022年，8月28日第五節(jié)巖石的水理性質(zhì)試驗地大《巖體力學(xué)》上，巖石水理性質(zhì)包括吸水性、軟化性、抗凍性、巖石的透水性。成都理工大學(xué)教材：巖石水理性質(zhì)——吸水性、滲透性以及在水作用下某些巖石出現(xiàn)的膨脹和崩解現(xiàn)象。一、巖石吸水性試驗二、巖石滲透性試驗三、膨脹性試驗四、耐崩解性試驗

第六十二頁，共七十八頁，2022年，8月28日一、吸水性試驗包括巖石吸水率試驗和巖石飽和吸水率試驗。巖石吸水試驗，適用于不崩解、不溶解和不干縮濕脹的巖石。巖石（自然）吸水率：試樣在大氣壓力和室溫條件下所吸收水的質(zhì)量與試樣固體質(zhì)量的比值，采用自由浸水法測定。巖石飽和吸水率：試樣在強制條件下最大吸水量與試樣固體質(zhì)量的比值，采用真空抽氣法測定。第六十三頁，共七十八頁，2022年，8月28日吸水率試驗先將試樣烘干冷卻后稱量，再將試樣放入容器中，注水至試樣高度的1/4處，以后每隔2h分別注水至試樣高度的1/2和3/4處，后將水加入高出試樣頂面20mm。試樣全部浸水后自由吸水48h，取出試樣，用濕布擦去其表面水分，稱其質(zhì)量。第六十四頁，共七十八頁，2022年，8月28日飽和吸水率試驗a.煮沸法飽和試件：將稱量后的試件放入水槽，注水至試件高度1/2，靜置2h，再加水使試件淹沒，煮沸6h以上，并保持水的深度不變，冷卻至室溫，取出并沾去表面水分稱量b.真空抽氣法飽和試件：將稱量后的試件置于干燥器中，加水至水面高出試樣頂面20mm，打開抽氣機，抽氣時真空壓力要達到100kPa，保持此狀態(tài)直至無氣泡發(fā)出時為止（不少于4h）。取出抽氣后的試件置于原容器中，在大氣壓力下靜置4h，取出并沾去表面水分稱量。第六十五頁，共七十八頁，2022年，8月28日飽和吸水率試驗第六十六頁，共七十八頁，2022年，8月28日按公式計算吸水率、飽和吸水率及飽水系數(shù)。吸水率和飽和吸水率結(jié)果精確至0.01%；飽水系數(shù)精確至0.01.

對于組織均勻的試件，取3個試件的平均值作為測定值；對于組織不均勻的試件，取5個試件的平均值作為測定值，并同時列出每個試件的試驗結(jié)果。結(jié)果計算及整理要求：第六十七頁，共七十八頁，2022年，8月28日二、巖石滲透試驗測定巖石在水壓力作用下，水穿透空隙介質(zhì)的能力，即滲透系數(shù)。k—巖石滲透系數(shù)（cm/s）；Q—滲透流量（cm3/s）；L—試樣高度（cm）；A—試樣截面積（cm2）；