道路工程-公路土工試驗(yàn)

道路工程——公路土工試驗(yàn)第一頁，共47頁。公路土工試驗(yàn)長安大學(xué)2017年10月26日公路水運(yùn)工程試驗(yàn)檢測考試——道路工程第二頁，共47頁。目錄變形試驗(yàn)強(qiáng)度試驗(yàn)物理性質(zhì)試驗(yàn)土的分類第三頁，共47頁。變形試驗(yàn)擊實(shí)試驗(yàn)單向固結(jié)試驗(yàn)第四頁，共47頁。擊實(shí)試驗(yàn)擊實(shí)——使土變密實(shí)，強(qiáng)度提高原理：施加能量，使土重新排列。（現(xiàn)場施工）：分層填土，分層夯壓。壓實(shí)區(qū)域重疊細(xì)粒土：分子引力；粗粒土：咬合力最大干密度，最優(yōu)含水率的概念因素：水（水少水多都不好，達(dá)到最優(yōu)含水率）擊實(shí)功（在一定限度內(nèi)，擊實(shí)功大，最大干密度大，最優(yōu)含水率?。簩?shí)機(jī)械土粒級(jí)配的影響擊實(shí)試驗(yàn)類型：輕型擊實(shí)：≤20mm；重型：≤40第五頁，共47頁。擊實(shí)試驗(yàn)干法：試樣風(fēng)干或在低于50℃溫度下烘干，將土碾碎，過篩。按試樣的塑限估計(jì)最優(yōu)含水率，在最優(yōu)含水率附近相差約2%的含水率制備至少5個(gè)，其中2個(gè)含水率大于塑限、2個(gè)小于塑限、1個(gè)接近塑限。灑水拌和均勻，靜置備用。高塑性黏性土靜置時(shí)間不得小于24h，低塑性黏性土不應(yīng)小于12h。

濕法：過篩后風(fēng)干到至少五個(gè)含水率擊實(shí)分3次或5次倒入筒中，每次按規(guī)定次數(shù)擊實(shí)。算好擊實(shí)后試樣高，擊完后余土高。刮平測含水率和密度第六頁，共47頁。擊實(shí)試驗(yàn)干法：試樣風(fēng)干或在低于50℃溫度下烘干，將土碾碎，過篩。按試樣的塑限估計(jì)最優(yōu)含水率，在最優(yōu)含水率附近相差約2%的含水率制備至少5個(gè)，其中2個(gè)含水率大于塑限、2個(gè)小于塑限、1個(gè)接近塑限。灑水拌和均勻，靜置備用。高塑性黏性土靜置時(shí)間不得小于24h，低塑性黏性土不應(yīng)小于12h。

濕法：過篩后風(fēng)干到至少五個(gè)含水率擊實(shí)分3次或5次倒入筒中，每次按規(guī)定次數(shù)擊實(shí)。算好擊實(shí)后試樣高，擊完后余土高。刮平測含水率和密度第七頁，共47頁。擊實(shí)試驗(yàn)第八頁，共47頁。固結(jié)試驗(yàn)土體的壓縮由孔隙減少產(chǎn)生；飽和土的壓縮要一定時(shí)間（滲流固結(jié)）有效應(yīng)力

1.飽和土體內(nèi)總應(yīng)力等于有效應(yīng)力和孔隙水壓力之和，其間關(guān)系總是滿足：

σ=σ′+u2.有效應(yīng)力決定土的變形（壓縮）與強(qiáng)度天然固結(jié)狀態(tài)

先期固結(jié)壓力：土在地質(zhì)歷史上曾經(jīng)受過的最大固結(jié)壓力。

先期固結(jié)壓力與上覆土層自重的比較：超固結(jié)土，正常固結(jié)土，欠固結(jié)土壓縮性指標(biāo)第九頁，共47頁。固結(jié)試驗(yàn)裝試樣：切好的環(huán)刀，外涂凡士林，刀口向下。刮平測含水率和密度在容器內(nèi)順次放上底板、濕潤的濾紙和透水石，然后放入加壓導(dǎo)環(huán)和傳壓活塞。

調(diào)整杠桿使之水平。施加預(yù)壓：為確保壓縮儀各部位接觸良好，施加1kPa的預(yù)壓荷重，裝好百分表，然后調(diào)整量表讀數(shù)至零處。

去掉預(yù)壓荷載，立即加第一級(jí)荷載并開動(dòng)秒表，荷重等級(jí)一般為50、100、200、300、400kPa。

試驗(yàn)結(jié)束后迅速拆除儀器各部件，取出試樣，必要時(shí)測定試驗(yàn)后的含水率。第十頁，共47頁。固結(jié)試驗(yàn)施加預(yù)壓：為確保壓縮儀各部位接觸良好，施加1kPa的預(yù)壓荷重，裝好百分表，然后調(diào)整量表讀數(shù)至零處。

去掉預(yù)壓荷載，立即加第一級(jí)荷載并開動(dòng)秒表，荷重等級(jí)一般為50、100、200、300、400kPa。

試驗(yàn)結(jié)束后迅速拆除儀器各部件，取出試樣，必要時(shí)測定試驗(yàn)后的含水率。第十一頁，共47頁。固結(jié)試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理第十二頁，共47頁。固結(jié)試驗(yàn)可以推出規(guī)范公式。壓縮模量的推導(dǎo)類似第十三頁，共47頁。強(qiáng)度試驗(yàn)直剪試驗(yàn)三軸壓縮試驗(yàn)無側(cè)限抗壓試驗(yàn)CBR試驗(yàn)第十四頁，共47頁。直剪試驗(yàn)土常常由于受剪而產(chǎn)生破壞，強(qiáng)度問題一般是指抗剪強(qiáng)度問題與強(qiáng)度有關(guān)的三類工程問題：邊坡穩(wěn)定，地基承載力，擋土結(jié)構(gòu)的土壓力第十五頁，共47頁。直剪試驗(yàn)強(qiáng)度指標(biāo)：

c,c:水膜與相鄰?fù)亮５姆肿右?，膠結(jié)物膠結(jié)：砂粒間摩擦阻力和鎖固作用實(shí)驗(yàn)步驟：制樣：將環(huán)刀內(nèi)側(cè)涂上一層凡士林，刀刃相下放在土樣上。

用刮土刀將環(huán)刀均勻壓入土樣，高出環(huán)刀上沿1-2mm為宜，然后用鋼絲鋸和刮土刀將土樣兩端刮平。第十六頁，共47頁。直剪試驗(yàn)對準(zhǔn)上下剪切盒，插上銷釘，下放濾紙，透水石，將土樣放入盒內(nèi)。試樣裝好后，轉(zhuǎn)動(dòng)手輪，使上盒前端與測力計(jì)接觸。順次加上加壓蓋、鋼珠、加壓架。記下初始讀數(shù)

第十七頁，共47頁。直剪試驗(yàn)根據(jù)試驗(yàn)設(shè)計(jì)施加垂直壓力，注水，如果非飽和，包上濕棉花。施加垂直荷載后，立即拔去銷釘開動(dòng)秒表，以0.8mm/min的速率剪切土樣

當(dāng)百分表讀數(shù)不變或后退，繼續(xù)剪切至4mm。如果測力計(jì)百分表無峰值，剪切至6mm實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，測定含水率。第十八頁，共47頁。直剪試驗(yàn)第十九頁，共47頁。直剪試驗(yàn)試驗(yàn)方法

快剪：還沒有來得及固結(jié)就被快速剪壞剪壞

固結(jié)快剪：充分排水之后快速剪壞

慢剪：充分排水后慢速剪壞三個(gè)實(shí)驗(yàn)得出的強(qiáng)度指標(biāo)不同如何選擇：土的滲透性，現(xiàn)場的排水條件，施工的快慢進(jìn)度，第二十頁，共47頁。三軸試驗(yàn)三軸試驗(yàn)：

直剪試驗(yàn)的缺點(diǎn)，三軸試驗(yàn)?zāi)M實(shí)際真實(shí)受力狀態(tài)試驗(yàn)方法：

兩個(gè)階段：加圍壓，加軸壓

不固結(jié)不排水：施加圍壓和施加軸壓的時(shí)候都不排水

固結(jié)不排水：施加圍壓排水，施加軸壓不排水

固結(jié)排水：從始至終排水第二十一頁，共47頁。三軸試驗(yàn)第二十二頁，共47頁。無側(cè)限抗壓試驗(yàn)制樣：試件直徑和高度應(yīng)與重塑筒直徑和高度相同，一般直徑為40～50㎜，高為100～120㎜.試件高度與直徑之比應(yīng)大于2，按軟土的軟硬程度采用2.0～2.5。開始試驗(yàn)將切削好的試件立即稱量，準(zhǔn)確至0.1g。同時(shí)取切削下的余土測定含水率。用卡尺測量其高度及上、中、下各部位直徑，計(jì)算其平均直徑Do。在試樣兩端抹一薄層凡士林，如為防止水分蒸發(fā)，試件側(cè)面也可抹一層薄凡士林。第二十三頁，共47頁。無側(cè)限抗壓試驗(yàn)將制備好的試件放在應(yīng)變控制式無側(cè)限抗壓強(qiáng)度儀下加壓板上，轉(zhuǎn)動(dòng)手輪，使其與上加壓板剛好接觸，調(diào)測力計(jì)百分表讀數(shù)為零點(diǎn)。以軸向應(yīng)變1%/min～3%/min的速度轉(zhuǎn)動(dòng)手輪（0.06～0.12㎜/min），使試驗(yàn)在8～20min內(nèi)完成。應(yīng)變在3%發(fā)前，每0.5%應(yīng)變記讀百分表讀數(shù)一次；應(yīng)變達(dá)3%以后，每1%應(yīng)變記讀百分讀數(shù)一次。當(dāng)百分表達(dá)到峰值或讀數(shù)達(dá)到穩(wěn)定，再繼續(xù)剪3%～5%應(yīng)變值即可停止試驗(yàn)。如讀數(shù)無穩(wěn)定值，則軸向應(yīng)變達(dá)20%時(shí)即可停止試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)束后，迅速反轉(zhuǎn)手輪，取下試件，描述破壞情況。若需測定靈敏度，則將破壞后的試件去掉表面凡士林，再加少許土，破壞其結(jié)構(gòu)，放入重塑筒內(nèi)，與重塑前尺寸相等，然后立即重復(fù)試驗(yàn)步驟進(jìn)行試驗(yàn)。第二十四頁，共47頁。無側(cè)限抗壓試驗(yàn)第二十五頁，共47頁。CBR試驗(yàn)按擊實(shí)所得最佳含水量制備CBR試件;

稱量試筒本身質(zhì)量（m1），將試筒固定在底板上，放入墊塊、濾紙，安上套環(huán)。將試料按規(guī)定的層數(shù)和每層擊數(shù)擊實(shí)，求試料的最大干密度和最佳含水量。將其余3份試料按最佳含水量制備三個(gè)試件。試料加水浸潤時(shí)間，重粘土不少于24h，輕粘土12h，砂土1h，天然砂礫2h，取料測定每個(gè)試件的含水率第二十六頁，共47頁。CBR試驗(yàn)取備好的試料分3-5次倒入筒內(nèi)（視最大粒徑而定），五層法時(shí)每層試樣約900g（細(xì)粒土）-1100g（粗粒土）；按三層法，每層試樣1700g左右。（其量應(yīng)使擊實(shí)后試件高出1/3筒高1-2mm）。擊實(shí)時(shí)錘應(yīng)自由垂直落下，錘跡均勻分布于試樣表面上。擊實(shí)時(shí)每層表面應(yīng)“拉毛”。大試筒擊實(shí)后，試樣不宜高出筒高5mm。修平擊實(shí)試件，稱取試筒和試樣的質(zhì)量（m2）。

第二十七頁，共47頁。CBR試驗(yàn)泡水測膨脹量步驟：在試件表面放一張好濾紙，安裝多孔板和荷載板，試件放入干水槽中，用拉桿將模具拉緊，安裝百分表，讀取初讀數(shù)。向槽內(nèi)放水，浸沒試件頂部，保持水面在試件頂上約25mm，泡水4晝泡水終了，讀取百分表終讀數(shù)，計(jì)算膨脹量取出試件，靜置15min排水，卸去附加荷載、多孔板、底板、濾紙第二十八頁，共47頁。CBR試驗(yàn)試件放在路強(qiáng)儀升降臺(tái)上，使貫入桿與試件頂面全面接觸，放上荷載板。先在貫入桿上施加45N荷載，然后將測力和測變形的百分表的指針調(diào)至零點(diǎn)。加荷使貫入桿以1-1.25mm/min的速度壓力試件，記錄測力計(jì)內(nèi)百分表某些整讀數(shù)（如20，40，60）時(shí)的貫入量，使貫入量為250×10-2mm時(shí)有5個(gè)以上讀數(shù)。第二十九頁，共47頁。CBR試驗(yàn)2.5mm第三十頁，共47頁。物理性質(zhì)試驗(yàn)比重試驗(yàn)顆粒分析試驗(yàn)液塑限試驗(yàn)第三十一頁，共47頁。概述土的形成：物理風(fēng)化，化學(xué)風(fēng)化，生物風(fēng)化三相組成：固液氣

固態(tài)：無機(jī)礦物（原生礦物——巖漿冷凝形成，次生

礦物），有機(jī)質(zhì)

液相：氣態(tài)，液態(tài)水（礦物顆粒的水，礦物表面的

水），固態(tài)水

結(jié)合水：強(qiáng)、弱

自由水：毛細(xì)水，重力水三大試驗(yàn)指標(biāo)：密度，比重，含水率第三十二頁，共47頁。比重試驗(yàn)比重瓶法：將比重瓶烘干，將15g烘干土裝入100mL比重瓶內(nèi)（若用50mL比重瓶，裝烘干土約12g），稱量。為排出土中空氣，將已裝有干土的比重瓶，注蒸餾水至瓶的一半處，搖動(dòng)比重瓶，土樣浸泡20h以上，再將瓶在砂浴中煮沸，煮沸時(shí)間自懸沸騰時(shí)算起，砂及低液限黏土應(yīng)不少于30min，高液限黏土應(yīng)不少于1h，使土粒分散。注意沸騰后調(diào)節(jié)砂浴溫度，不使土液溢出瓶外。第三十三頁，共47頁。比重試驗(yàn)如系長頸比重瓶，用滴管調(diào)整液面恰至刻度處（以彎月面下緣為準(zhǔn)），擦干瓶外及瓶內(nèi)壁刻度以上部分的水，稱瓶、水、土總質(zhì)量。如系短頸比重瓶，將純水注滿，使多余水分自瓶塞毛細(xì)管中溢出，將瓶外水分擦干后，稱瓶、水、土總質(zhì)量，稱量后立即測出瓶內(nèi)水的溫度，準(zhǔn)確至0.5℃。第三十四頁，共47頁。比重試驗(yàn)根據(jù)測得的溫度，從已繪制的溫度與瓶、水總質(zhì)量關(guān)系曲線中查得瓶水總質(zhì)量。如系砂土，煮沸時(shí)砂粒易跳出，允許用真空抽氣法代替煮沸法排出土中空氣。對含有某一定量的可溶鹽、不親性膠體或有機(jī)質(zhì)的土，必須用中性液體（如煤油）測定，并用真空抽氣法排出土中氣體。真空壓力表讀數(shù)宜為100kPa，抽氣時(shí)間1-2h（直至懸液內(nèi)無氣泡為止）排水體積等于物體所占的體積，也就是物體所受到的浮力。第三十五頁，共47頁。比重試驗(yàn)第三十六頁，共47頁。比重試驗(yàn)浮稱法分母，指試樣被稱出來的質(zhì)量，根據(jù)受力平衡，實(shí)際重量=浮力+被稱出來的質(zhì)量。所以浮力等于。浮力法：m3—m1為在水里的金屬網(wǎng)籃和試樣的總質(zhì)量，m2是金屬網(wǎng)籃的浮力質(zhì)量，根據(jù)受力平衡，分母相減只剩下試樣的浮力。注意這個(gè)方法能直接稱出浮力，和浮稱法不一樣。虹吸法：m1—m0指的是量筒中的水，m—ms指晾干后殘留的水。分母指的是土中固體排水的質(zhì)量，也就是浮力。第三十七頁，共47頁。顆粒分析大于0.075mm的土粒采用篩分法，反之用沉降分析法（密度計(jì)法，移液管法）。斯篤克斯定律：土靠自重下沉，越重下沉速度越快劃分粒組：任意劃分和性質(zhì)變化劃分粒度成分表示方法：表格法，累計(jì)曲線法，三角坐標(biāo)法。第三十八頁，共47頁。顆粒分析第三十九頁，共47頁。顆粒分析第四十頁，共47頁。液塑限含水率對于土的狀態(tài)有很大的影響塑性大小：塑性指數(shù)不帶百分號(hào)液性指數(shù)：第四十一頁，共47頁。液塑限液塑限聯(lián)合測定法取有代表性的天然含水量或風(fēng)干土樣過0.5mm的篩。每個(gè)盛土皿中放大約200g土樣，加入不同數(shù)量蒸餾水，土樣的含水量分別控制在液限，略大于塑限、二者的中間狀態(tài)（b點(diǎn)）。調(diào)勻，蓋上濕布，放置18h以上。將制備的土樣充分?jǐn)嚢杈鶆颍謱友b入盛土杯中，用力壓密，使空氣逸出。用調(diào)土刀反復(fù)壓實(shí)。試杯裝滿后，刮成與杯邊齊平。第四十二頁，共47頁。液塑限調(diào)平儀器，接通電源，打開開關(guān)，提起錐體，錐頭上涂少許凡士