路基工程試驗檢測作業(yè)指導(dǎo)書

路基工程試驗檢測作業(yè)指導(dǎo)書第一節(jié)土工試驗概述一、土的形成及土工試驗的重要性土是巖石分化的產(chǎn)物(火山灰除外)。巖石暴露在大氣圈內(nèi)，由于風(fēng)、霜、雨、雪以及溫度升降變化的影響，裂隙中積水結(jié)冰等原因(物理風(fēng)化)，使巖石崩解成塊。其大小從塊石到黏粒皆有，其外形因圓順或有棱角而不同，但它的化學(xué)成分與母巖相同。這些碎塊再與水、二氧化碳、氧氣接觸(化學(xué)風(fēng)化)以及受生物作用(生物風(fēng)化)，其粒徑變得更小，與母巖化學(xué)成分也有所不同的物質(zhì)。這些由風(fēng)化作用形成的沉積物或未經(jīng)固結(jié)的松散集合體，在工程上統(tǒng)稱為土。由于土在形成過程中所受的風(fēng)化作用不同，使它具有不同的沉積形式。土的主要成因類型有殘積、坡積、洪積、沖積、湖積、冰積和風(fēng)積。從工程觀點來看，土具有顆粒特性。顆粒與顆粒之間的黏結(jié)強度遠較土粒本身的強度低，甚至沒有黏結(jié)性。根據(jù)土粒之間有無黏結(jié)性大致可將土分為砂類土(礫石、砂)和黏性土兩大類。自然界的土與工程大體可歸納為三個方面：作為建筑物或構(gòu)筑物地基；作為土工構(gòu)筑物(路堤、堤壩等)填料；作為構(gòu)筑物的周圍介質(zhì)。在這些應(yīng)用中，土與建筑物、構(gòu)筑物產(chǎn)生著相互作用。例如：用于地基，會出現(xiàn)地基的變形和穩(wěn)定問題；用作填料，會產(chǎn)生土的壓實和變形問題；作為周圍介質(zhì)(渠道、土中隧道、地下洞穴等)需要考慮土的滲流及抗?jié)B穩(wěn)定性等。研究這類問題，涉及到土的強度、壓縮性、密實性以及滲透性等，都需要研究土的顆粒特性和力學(xué)性能，通過土工試驗確定顆粒特性和力學(xué)性能指標(biāo)。這些指標(biāo)也是評價地基和優(yōu)選填筑土料的必備數(shù)據(jù)。在研究不良地基處理方案時，實測試驗指標(biāo)更是優(yōu)選技術(shù)措施的重要依據(jù)。由此可見，從認識土性，利用土體到改良土體，換句話講，無論是研究巖土工程問題，或是解決巖土工程問題，土工試驗皆是必不可少和至關(guān)重要的工作。它的重要性表現(xiàn)在：測試指標(biāo)失真，不僅使按此設(shè)計的工程失穩(wěn)甚至于破壞，就是造成財力、物力的浪費。另外，土工試驗成果因試驗方法和試驗技巧的熟練程度的不同，會有較大的差別。這種差別遠大于計算方法所引起的誤差。為了使土工試驗比較正確地反映實際土的性狀，要求試驗人員必須了解和掌握以下五方面的情況：▲試驗的目的和所依據(jù)的原理。▲使用的儀器設(shè)備性能，操作方法。▲試驗應(yīng)獲得哪些數(shù)據(jù)、分析出什么結(jié)論?！囼炛械淖⒁馐马?、誤差的初步分析。▲分析試驗設(shè)計與實際問題的聯(lián)系。具體地說，要求試驗人員既要學(xué)習(xí)和理解試驗原理，又要訓(xùn)練和掌握試驗方法，并能熟悉和正確使用儀器設(shè)備。概括為三句話，就是要具有基本理論，基礎(chǔ)知識和基本技能。在此基礎(chǔ)上，向測試技術(shù)的深度和廣度發(fā)展。二、土工試驗項目土工試驗一般分為室內(nèi)試驗和現(xiàn)場原位測試兩部分。1．室內(nèi)試驗從現(xiàn)場采取具有代表性的原狀或擾動土樣，送至試驗室進行測試。一般常規(guī)的項目包括以下內(nèi)容：（1)土的物理性能試驗：包括含水率、密度、顆粒密度、界限含水率、顆粒分析、滲透、擊實等試驗。試驗成果可分別用于土的工程分類、土的狀態(tài)判定、滲透計算、填土工程施工方法的選擇和質(zhì)量控制。（2)砂的相對密度試驗：包括砂的最大和最小孔隙比試驗，由此確定砂的相對密實度，可作為判斷砂疏密狀態(tài)的指標(biāo)。（3)土的變形試驗：包括固結(jié)、壓縮、濕陷性和膨脹性等。這些試驗可為設(shè)計提供變形參數(shù)，即：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、膨脹力等指標(biāo)。（4)土的強度試驗：包括直接剪切試驗、反復(fù)直接剪切試驗、三軸壓縮試驗、無側(cè)限抗壓強度試驗等。這些試驗可為設(shè)計提供抗剪強度指標(biāo)參數(shù)(黏聚力、內(nèi)摩擦角)、無側(cè)限抗壓強度、靈敏度等。用以計算地基、邊坡及擋土墻等的穩(wěn)定性，必要時用以計算地基承載力。（5)土的化學(xué)性試驗：包括黏土礦物鑒定、有機質(zhì)和鹽漬土試驗等。黏土礦物成分是決定土的物理、化學(xué)性質(zhì)的重要因素；有機質(zhì)試驗可測得土中的有機質(zhì)含量，供研究其特性或供施工選擇土料之用；鹽漬土指土中易溶鹽含量大于5％的土。隨著其含量多寡和類別的不同，土的物理力學(xué)性質(zhì)將有不同程度的改變，進行鹽漬土試驗，提供相應(yīng)的指標(biāo)，作為地基評價、采取工程措施或選料決策的依據(jù)。2．現(xiàn)場原位測試原位測試就是在土原來所處的位置基本保持土的天然結(jié)構(gòu)，天然含水率以及天然應(yīng)力狀態(tài)測定土的性能。它與勘探一取樣一室內(nèi)試驗相比，有以下優(yōu)點：（1)可以測定諸如砂土、流動淤泥層、貝殼層、破碎帶等采樣時不可避免會擾動的土層的工程性質(zhì)。（2)避免采樣過程中應(yīng)力釋放的影響。（3)原位測試的土體體積比室內(nèi)試樣大，因此代表性也大。（4)可縮短勘探周期。但原位測試也有不足之處，主要表現(xiàn)在以下幾個方面：（1)各種原位測試都有其適用條件，如使用不當(dāng)則會影響其效果。（2)有些原位測試所得參數(shù)與土的工程性質(zhì)的關(guān)系往往是建立在統(tǒng)計經(jīng)驗關(guān)系上，難以從理論上解釋。（3)影響原位測試效果的因素較為復(fù)雜(如周圍的應(yīng)力場、排水條件等)，使得對測定值的準(zhǔn)確判定造成一定困難。（4)原位測試中的主應(yīng)力方向往往與實際工程問題中的主應(yīng)力方向并不一致。因此，土的室內(nèi)試驗與原位測試各有其獨到之處，在全面研究土的各種性狀中，兩者不能偏廢，而應(yīng)相輔相成。3．原位測試常用的方法（1)靜力載荷試驗(簡稱載荷試驗)：包括平板載荷試驗、螺旋載荷試驗、樁基載荷試驗、動載荷試驗等。試驗成果應(yīng)用于確定地基承載力、變形模量；預(yù)估建筑物沉降量；計算地基土的固結(jié)系數(shù)、不排水剪切強度；確定單樁(垂直、橫向)承載力。本章后邊介紹K30平板載荷試驗、Evd動態(tài)平板載荷試驗均是平板載荷試驗的變種。（2)靜力觸探試驗：適用于軟土、黏性土、砂類土及含少量碎石的土層，常用于劃分土層界面、土類定名，確定地基承載力和單樁極限荷載、判別砂土和飽和粉土液化可能性及測定地基土的物理力學(xué)參數(shù)等。（3)動力觸探試驗：適用于黏性土、砂類土和碎石類土。利用動力觸探測試資料，可以確定砂土、碎石土密實度及地基土的承載力；評定土的抗剪強度及變形模量等。（4)標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗：適用于一般黏性土、粉性土和砂類土。本試驗可判定砂土密實程度或黏性土的塑性狀態(tài)判別飽和砂土、粉土的液化等。（5)十字板剪切試驗：適用于測定飽和黏性土的不排水抗剪強度及靈敏度等參數(shù)。三、土的工程分類自然界的土是在各種不同的成土環(huán)境中形成的。土的礦物成分和所經(jīng)歷的年代不同，工程性質(zhì)的差別很大。在實際工程應(yīng)用中，正確的評價土的工程性質(zhì)，對土進行工程分類，作為工程設(shè)計及施工選料等的依據(jù)。一般地，工程土可按下列幾種標(biāo)準(zhǔn)分類：1．按地質(zhì)成因分類：殘積土、坡積土、洪積土、沖積土、海積土、湖積土、淤積土、風(fēng)積土和冰積土等。2．按沉積年代分類：（1)老黏土一第四紀晚更新世(Q3)及其以前沉積的，具有較高的結(jié)構(gòu)強度和低壓縮性。（2)一般黏土一第四紀全新世(Q4)沉積的黏性土。（3)新近沉積的黏性土一近代文化期沉積的，一般為欠壓密的，結(jié)構(gòu)性較差。3．按堆積碎屑物粗細(顆粒級配)分類：碎石類土、砂土、粉土和黏性土。4．按塑性指數(shù)分類一適用于黏性土。5．按塑性圖分類一適用于礫、砂及私黏性土。6．按地區(qū)和工程地質(zhì)分類的特殊土，如黃土、紅黏土、膨脹土、軟土、鹽漬土、多年凍土、填土等。四、土的組成及基本物理指標(biāo)1．土的固體、液體和氣體土中固體的礦物顆粒構(gòu)成骨架，其間布滿孔隙。孫隙中可能全部為水或空氣所充滿，為二相體，在多數(shù)的情況下，孔隙中水和空氣各占一部分，則呈為三相體。這種組成部分的改變決定于周圍的條件，如壓力、溫度和濕度的變化，三相之間量的比例關(guān)系和相互作用，決定著土的物理力學(xué)性質(zhì)。（1）土的固體顆粒1）砂類土礫石、卵石和各種砂土的顆粒主要由原生礦物所組成。母巖中原有的礦物成份如石英、長石、云母等，它們在物理風(fēng)化作用下，形成大小為0.05~200mm的各種顆粒。顆粒形狀多為渾圓的，間或帶有棱角。這些礦物是憎水性的，與水的相互作用并不顯著。2)黏性土黏性土的礦物顆粒主要由次生礦物組成。原生礦物中一部分可溶解的成分，經(jīng)雨水淋溶以后，被流水帶到其他地方沉積下來，形成可溶性的次生礦物，如方解石、白云石、石膏等。另外，還有一些殘留部分，形成新的不可溶解的次生礦物，如高嶺石、蒙脫石、伊利石等，它們是各種黏性土的主要組成部分。這三種黏土礦物因含量上的差異，構(gòu)成了不同性質(zhì)的黏性土。高嶺石：具有堅固的不活動的骨架，晶體構(gòu)造比較穩(wěn)定，故吸水性能較差，壓縮性和膨脹性都很小，但透水性較大。蒙脫石：具有互相對稱的晶格且為層狀結(jié)構(gòu)，相鄰層組之間由于電荷相同，故層與層之間結(jié)合力較小，水易滲入其中，引起土的劇烈膨脹。同時在晶格內(nèi)部，低價元素可以交換高價元素，形成額外晶格缺陷，因而加大了土對水的吸收能力。由于蒙脫石具有這些特點，所以它的吸水性、膨脹性、壓縮性都很大，但透水性卻很小。伊利石：礦物晶格與蒙脫石相似，但由于鉀離子分布于層與層之間，可以加強層間的穩(wěn)定性。所以，伊利石的物理性質(zhì)介于高嶺石和蒙脫石之間。黏土礦物顆粒粒徑在0.001~5μm之間，顆粒呈鱗片狀，具有很強的親水性(其中高嶺石較弱，蒙脫石最強)。因顆粒很細，故顆粒之間產(chǎn)生了很大的吸引力，將一部分水緊緊地吸附在顆粒表面，水不能自由移動，并且具有抵抗變形的能力。這是黏性土區(qū)別于砂性土的顯著標(biāo)志之一。（2）土中水及其性質(zhì)土中水是影響土工程性質(zhì)的主要因素，土中水具有以下幾種形態(tài)：1)吸附水吸附水緊緊吸附在顆粒表面，它的性質(zhì)與普通水有很大的差別。由于高嶺石、蒙脫石、伊利石顆粒表面一般帶有負電荷，對水有很大的靜電作用，所以能將約0.003un厚度水吸附在其表面。吸附水的密度在1.2～2.0之間，冰點在-78℃，并具有很大的黏滯性、彈性和塑性，這種水在地球引力下不移動，只有在105-500℃溫度下用烘干的方法才能從土的顆粒表面逸出。2)薄膜水在吸附水的外層，由于距離黏土顆粒表面較遠，故被顆粒吸引的程度要弱些。當(dāng)兩個相鄰薄膜水的厚度不同時，較厚的水膜會向較薄處移動。薄膜水也具有一定的黏滯性和可塑性。吸著水和薄膜水的存在是黏性土具有可塑性的根本原因。薄膜水在105～500℃時可從土中逸出。3)孔隙水孔隙水遠距顆粒表面，可以認為不受靜電力的影響，可以自由移動。其中一部分位于地下水位以下，受重力作用在孔隙中自由移動，并對土產(chǎn)生浮力，稱為“重力水”。還有另一部分位于地下水位以上的土孔隙中，稱為“毛細水”。孔隙水在80~105℃時即可從土體中逸出。（3）土中氣及其性質(zhì)土體中存在一定量的氣體，如空氣，也可能還有沼氣等其他氣體。它們可能是與大氣相通的，也可能是封閉的。當(dāng)氣體與大氣相通時，土體受到壓力后，氣體可被排出到土體之外；反之，由于氣體與大氣不相通，氣體不能被排除到土體之外，這樣土就具有特殊的彈性特性；由于土體不能與大氣相通，從而孔隙中水也不能受壓排除到土體之外，因而土體受外力作用時，其變形過程延長。土體中氣體的存在遠較土全中水對土質(zhì)影響為小，但在特殊情況下，也會嚴重影響土的工程性質(zhì)。如封閉氣體的存在，就會降低土的透水性和產(chǎn)生彈性變形等。2．土的基本物理指標(biāo)及換算關(guān)系土是由固體顆粒、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。圖9-1是土的三相圖。圖9-1土的三相圖人們比較關(guān)心土的物理指標(biāo)為密度、顆粒密度、含水率、孔隙比、孔隙率及飽和度。其中密度、顆粒密度和含水率可以直接測量，而其他的三個指標(biāo)需通過其他指標(biāo)經(jīng)計算求得的。（1）密度ρ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)。9-1式中：ρ：密度；m：質(zhì)量；v：體積。當(dāng)土的結(jié)構(gòu)比較松散，孔隙中水分較多時，密度就小；結(jié)構(gòu)緊密，水分較少時，密度就大。泥炭、沼澤土的密度只有1.40～1.60g/cm3。生成年代較早的密實黏土，可達2.00～2.20g/cm3。工程設(shè)計中還經(jīng)常用到飽和密度ρsr、浮密度ρ’和干密度ρd、等指標(biāo)，它們均是土體在不同狀態(tài)下的密度。（2）孔隙率n土中孔隙體積與全部體積之比稱為孔隙率(％)。9-2式中：n：孔隙率；V：土體體積(cm3)。孔隙比與孔隙率之間存在著式(9-3)或式(9-4)的關(guān)系。9-39-4（3）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(％)。9-5式中：Sr：飽和度；Vw：土體中水的體積(cm3)。第二節(jié)含水率試驗 一、試驗?zāi)康耐恋暮适侵竿猎?05～110℃溫度下烘干至恒量時所失去水的質(zhì)量與干土質(zhì)量的比值。以百分數(shù)表示。含水率是土的基本物理指標(biāo)之一。它反映了土的干、濕狀態(tài)。土的含水率是計算干密度、孔隙比、飽和度、液性指數(shù)等指標(biāo)的基本數(shù)據(jù)和評價土的工程性質(zhì)的重要依據(jù)，是研究土的物理力學(xué)性質(zhì)的重要指標(biāo)。 二、試驗方法含水率的試驗方法較多，由于烘干法試驗簡便，結(jié)果穩(wěn)定，故以此法作為測定含水率的標(biāo)準(zhǔn)方法。如果測試條件不能滿足采用烘干法或需快速測定含水率時，可分別用如下方法：●酒精燃燒法：適用于不含有機質(zhì)的砂類土、粉土和黏性土?！裉蓟}減量法：本方法的原理是用過量碳化鈣與土中游離水混合接觸產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，生成乙炔氣體。根據(jù)乙炔氣體逸出失去的質(zhì)量，計算求得土的含水率。此方法適用于各類土?！窈俗由渚€法：適用現(xiàn)場原位測定填料為細粒土和砂類土的含水率。有機質(zhì)土的烘干溫度在65~70℃。烘干步驟為：（1）在真空干燥箱中烘7h；在電熱干燥箱中烘18h,（2）按規(guī)定時間烘干后，取出稱量盒，蓋好盒蓋，放人干燥器內(nèi)冷卻至室溫時稱干土質(zhì)量。（3）含水率試驗應(yīng)進行兩次平行測定，取兩次平行試驗結(jié)果的算術(shù)平均值為最終試驗結(jié)果，兩次測定的差值應(yīng)符合規(guī)范要求。（4）按下式計算試樣的含水率(計算至0.1%):ω=（mx/md-1）×100%9-6式中：ω：含水率；mω：濕土質(zhì)量(g)；md：干土質(zhì)量(g)。第三節(jié)密度試驗一、試驗的目的和方法土的密度是質(zhì)量密度的簡稱，指單位體積土體的質(zhì)量，即土的總質(zhì)量(m)與其體積(V)之比，以符號ρ表示，單位為g/cm3。重力密度(重度)由于涉及到作用于質(zhì)量上的重力，所以表示為單位體積的力，以符號γ表示(重度原稱容重)，單位為kN/cm3。兩者有以下的換算關(guān)系：γ＝g×ρ＝9.81×ρ≈10×ρ9-7土的密度是土的基本物理性指標(biāo)之一，用它可以換算土的干密度、孔隙比、孔隙率等指標(biāo)。在工程設(shè)計中，主要用于判斷土的工程性質(zhì)、計算土壓力、土體穩(wěn)定性及地基壓縮時的沉降量等。測定土的密度常用的方法主要有。●環(huán)刀法：適用于粉土和黏性土。●蠟封法：適用于環(huán)刀難以切削并且易碎裂的土?！窆嗌胺?、灌水法、氣囊法：適用于礫類土?！窈俗由渚€法：適用于砂類土、黏性土。下面僅介紹環(huán)刀法、灌砂法、核子射線法。測定土體密度的難度在于測定土體的體積，環(huán)刀法、蠟封法、灌砂法等均是針對測定土體體積進行的。二、環(huán)刀法環(huán)刀法測定土體密度的原理在于，用確定體積的環(huán)刀切削土體，使在盡量少的擾動下，使土灌滿環(huán)刀，從而達到測定密度的目的。1．試驗所用主要儀器設(shè)備和器具(1)環(huán)刀：目前常用的環(huán)刀內(nèi)徑為61.8±0.15mm和79.8土0.15mm兩種，高度為20土0.016mm。環(huán)刀的質(zhì)量、容積須定期校驗。(2)天平：稱量500g，分度值0.1g；稱量200g，分度值0.Olg。(3)其他：切土刀、鋼絲鋸等。2．主要試驗步驟(1)在環(huán)刀的內(nèi)壁涂上一薄層凡士林，刀口向下放在土樣上，垂直下壓環(huán)刀，同時旋轉(zhuǎn)切削土樣至環(huán)刀從土樣另一端伸出為止。用鋼絲鋸或切土刀去掉環(huán)刀周圍的土，使環(huán)刀與土柱分離，然后削去環(huán)刀兩端的多余土(用做含水率試驗)，并將環(huán)刀兩端修平。(2)將環(huán)刀與所切土同時稱量，然后再稱環(huán)刀質(zhì)量，從而稱得試樣質(zhì)量，準(zhǔn)確至0.lg。(3)應(yīng)進行兩次平行測定，其平行差值不得大于0.03g/cm3。(4)按式(9-8)和式(9-9)分別計算土的濕密度和干密度。9-8式中：ρ：土的濕密度(g/cm3)；mo：濕土的質(zhì)量(g)；V刀：環(huán)刀體積(cm3)。9-9式中：ρd：干密度(g/cm3)。ω：含水率(％)。三、灌砂法利用在確定的灌入狀態(tài)下，砂的密度(可以在相同灌入條件下事先測得)不會發(fā)生變化的原理，測定試坑中砂子質(zhì)量，從而計算試坑的體積，達到測定土體密度的目的。1．試驗所用主要儀器設(shè)備和工具（1)灌砂法密度測定儀：如下圖9-2所示。圖9-2灌砂法密度測定儀（2)天平：稱量10kg，分度值5g；稱量500g，分度值0.1g。（3)其他：小鐵鍬、小鐵鏟、盛土容器等。2．標(biāo)準(zhǔn)砂密度測定(1)選取一定量的粒徑為0.25～0.50mm，密度為1.47～1.61g/cm3的潔凈干燥砂。(2)稱量組裝好的密度測定儀質(zhì)量(m1)。(3)將密度測定儀豎立(漏斗向上)，向容砂瓶內(nèi)注滿清水(用小玻璃板封口，以玻璃板下氣泡最小為準(zhǔn))，稱測定器和水的質(zhì)量(m2)，同時測記水溫。再重復(fù)測定兩次。將三次測定結(jié)果換算為該溫(4)按上述步驟將水換為標(biāo)準(zhǔn)砂，測定標(biāo)準(zhǔn)砂充滿容量瓶后密度測定儀和標(biāo)準(zhǔn)砂的質(zhì)量(m3)。(5)按式(9-10)計算容砂瓶的容積Vx=(m2-m1)Vw9-10式中：Vr：容砂瓶體積(ml)；m2：密度測定儀和水的質(zhì)量(g)；m1：密度測定儀的質(zhì)量(g)；Vw：每克水的體積(ml/g)。不同溫度下，水的密度不同，在計算密度測定儀容砂瓶容積時，要根據(jù)測定時的溫度使用不同的水的密度，其值見表9-1。表9-1不同溫度下每克水的體積水溫(℃)121416182022每克水體積(ml)1．000481．000731．001031．001381．001771．00221水溫(℃)2426283032每克水體積(ml)1．002681．003201．003751．004351．004917按式(9-11)計算標(biāo)準(zhǔn)砂的密度：9-11式中：ρS：標(biāo)準(zhǔn)砂的密度；m3：測定儀和標(biāo)準(zhǔn)砂的質(zhì)量。3.測定灌滿漏斗所需標(biāo)準(zhǔn)砂的質(zhì)量(1)將標(biāo)準(zhǔn)砂灌滿容砂瓶，稱測定器和標(biāo)準(zhǔn)砂的質(zhì)量(m3)。將測定器倒置于潔凈的平面上(漏斗朝下)，打開閥門，待砂停止流動后迅速關(guān)閉閥門，稱剩余砂和測定器質(zhì)量(m4)，計算流失砂的質(zhì)量(m5)。(2)按式計算灌滿漏斗所需標(biāo)準(zhǔn)砂的質(zhì)量：m5＝m3-m4 (9-12)式中：m4：剩余砂和測定器質(zhì)量；m5：灌滿漏斗所需標(biāo)準(zhǔn)砂質(zhì)量。4.灌砂法試驗要點(1)將測定儀倒置(漏斗朝下)于整平的地面上，沿灌砂漏斗外緣畫一輪廓線，在所畫輪廓線內(nèi)挖坑，試坑大小應(yīng)根據(jù)土的最大粒徑確定，見表9-2。(2)將挖出的土全部裝入容器稱出濕土總質(zhì)量，同時取代表性試樣測定含水率。表9-2試坑最小體積和測定含水率試樣質(zhì)量土的最大粒徑(mm)試坑尺寸(mm)測定含水率應(yīng)取試樣質(zhì)量(g)直徑高度5～2515020010025～50200250300(3)將容砂瓶內(nèi)充滿砂，稱標(biāo)定器和標(biāo)準(zhǔn)砂質(zhì)量(m3)，將測定器倒置(漏斗朝下)于挖好的坑口上(如坑口土質(zhì)較松軟，要采用底板。當(dāng)使用底板時，應(yīng)把底板空洞視為灌砂漏斗的一部分)，打開閥門，使標(biāo)準(zhǔn)砂流人試坑內(nèi)，當(dāng)砂停止流動時關(guān)閉閥門，稱測定器和剩余砂質(zhì)量(m6)。(4)按式(9-13)計算充滿試坑所需砂質(zhì)量：m7＝m3-m5-m6 9-13式中：m6：灌滿試坑后測定儀和剩余砂質(zhì)量(g)；m7：灌滿試坑所需標(biāo)準(zhǔn)砂質(zhì)量(g)。(5)按式(9-14)、式(9-15)計算密度和干密度：9-14式中：m：試坑內(nèi)土的質(zhì)量(g)。9-15式中：m：試坑內(nèi)土的質(zhì)量(g)。四、核子射線法核子射線法廣泛用于路基填土壓實工程中檢測土的密度和含水率。核子濕度密度儀的原理是根據(jù)不同密度的土對γ射線(艷137-γ源，半衰期為33.2年)的反射，間接地求出該材料的密度；根據(jù)土中游離水中的氫離子對中子(媚241/鈹中子源，半衰期為458年)的反射，測出氫離子含量，進而推算出游離水的含量，即計算出含水率。1．試驗所用主要儀器設(shè)備核子濕度密度儀：由主機和附件組成。（1)主機：由放射源、探測器、微處理器、測深定位裝置等組成，見圖9-3所示。圖9-3核子濕度密度儀示意圖放射源：艷137-γ源，輻射活性3.7x108Bq媚241/鈹中子源，輻射活性1.85x109Bq?！裉綔y器：蓋革一密勒計數(shù)管，接收γ射線；氫一3探測管，接收中子射線?！裎⑻幚砥鳎簩⑻綔y器接收到的射線信號轉(zhuǎn)換成數(shù)據(jù)，并經(jīng)運算后顯示檢測結(jié)果。●測深定位裝置：將放射源放置到預(yù)定的測試深度。（2)附件：標(biāo)準(zhǔn)塊、導(dǎo)板、鉆桿、充電器。（3)技術(shù)指標(biāo)：●測量范圍：含水量0～0.64g/cm3；密度1.12-2.73g/cm3。●準(zhǔn)確度：含水量±0.004g/cm3；密度±0.004g/cm3?！駜x器應(yīng)按《核子濕度密度測試儀檢定規(guī)程》(JJG128一91)檢定合格，檢定周期兩年。2．試驗要點(1)標(biāo)準(zhǔn)計數(shù)和統(tǒng)計試驗：將標(biāo)準(zhǔn)塊放在堅硬的材質(zhì)表面，按規(guī)定將儀器放置在標(biāo)準(zhǔn)塊上，儀器手柄設(shè)置在安全位置。周圍l0m以內(nèi)無其他放射源，3m以內(nèi)的地面上不得堆放其他材料。按下啟動鍵，開始進行標(biāo)準(zhǔn)計數(shù)或統(tǒng)計試驗。操作人員應(yīng)退到離儀器2m以外區(qū)域。當(dāng)儀器發(fā)出結(jié)束信號后，檢查含水量、密度的標(biāo)準(zhǔn)計數(shù)或統(tǒng)計分析結(jié)果，如果其數(shù)值在規(guī)定的范圍內(nèi)，即可開始檢測。(2)輸人設(shè)定參數(shù)1)測量計數(shù)時間(不宜小于30s)。2)選擇計量單位g/cm3或kg/m3。3)密度、含水量的偏移量，當(dāng)無偏移量時輸人“0”。4)測點記錄號。(3)平整被測材料表面，必要時可用少量細粉顆粒鋪平，然后用導(dǎo)板或鉆桿造孔?？咨畋仨毚笥跍y試深度，孔應(yīng)垂直，孔壁光滑，不得坍塌。(4)按規(guī)定方法將儀器就位，并將放射源定位到預(yù)定的測試深度，按下啟動鍵開始測試，操作人員退到離儀器2m以外的區(qū)域。(5)當(dāng)儀器發(fā)出結(jié)束信號后，儲存或記錄檢測結(jié)果，并將放射源退回到安全位置。(6)試驗誤差應(yīng)滿足以下規(guī)定要求：本試驗在同一測點，儀器在初始位置進行第一次讀數(shù)，然后將儀器繞測孔旋轉(zhuǎn)180°進行第二次讀數(shù)，含水量及密度應(yīng)分別取兩次讀數(shù)的平均值。其含水率的允許平行差值應(yīng)符合規(guī)范的規(guī)定；密度的平行差值不應(yīng)大于0.03g/cm3。如果兩次測定的平行差值(含水率或密度)超過允許差值，則應(yīng)將儀器再繞測孔旋轉(zhuǎn)到90°和270°的位置進行兩次讀數(shù)，取其四次讀數(shù)的算術(shù)平均值。(7)干密度和含水率按式(9-16)和式(9-17)計算：1)干密度：ρd=ρ-ρsw 9-16式中：ρ：濕密度(g/cm3)；ρd：干密度(g/cm3)；ρsw：含水量(單位體積土中水的質(zhì)量)(g/cm3)。2)含水率：9-17式中：ω含量水(％)，計算至0.1%。第四節(jié)顆粒密度試驗試驗?zāi)康暮头椒?．方法概述土的顆粒密度是指土體內(nèi)固體顆粒的質(zhì)量與顆粒體積之比值，單位g/cm3。粒徑大于5mm的礫石、碎(卵)石等粗顆粒，因顆粒間存在空隙?？障队址址忾]的與敞開的兩部分，當(dāng)浸水時，開敞部分為水所填充，封閉部分則不能浸人。因此，粗顆粒土顆粒密度通常以下列三種方法表示：(1)視密度(也稱表觀密度)：土粒干質(zhì)量與土粒實體積(包括固體顆粒和封閉空隙體積)的比值。它與細粒土的顆粒密度在實用上是一致的，因為一般指的空隙，事實上是指能被水充填的空隙。通常情況下，粗粒土的顆粒密度就是指視密度。(2)毛體積密度：土粒干質(zhì)量與土粒總體積(包括固體顆粒、封閉空隙和開敞空隙全部體積)的比值。(3)飽和面干密度(簡稱表干密度)：當(dāng)土粒呈飽和面干狀態(tài)時的土粒總質(zhì)量與土?？傮w積的比值。顆粒密度是計算孔隙比、孔隙率、飽和度等指標(biāo)的重要數(shù)據(jù)。毛體積密度用于擊實試驗中對超粒徑(≥5mm或≥20mm或≥40mm,顆粒在5％~30%)土的最大干密度校正及計算粗顆粒填料壓實后的孔隙率。土的顆粒密度試驗按土粒的不同粒徑可分別采用：(1)量瓶法：適用于粒徑小于5mm的土。(2)浮稱法：適用于粒徑等于或大于5mm的土，且其中粒徑大于20mm的土質(zhì)量應(yīng)小于土總體質(zhì)量的10%。(3)虹吸管法：適用于粒徑等于或大于5mm的土，且其中粒徑大于20mm的土質(zhì)量應(yīng)等于或大于土總體質(zhì)量的10%。(4)如果土含有小于和大于5mm的顆粒．，則應(yīng)分別用量瓶法和浮稱法或虹吸筒法測定不同粒徑的顆粒密度，并按加權(quán)平均計算土的平均顆粒密度：2．量瓶法（1）試驗所需主要儀器設(shè)備和器具①量瓶：容積100(或50)mL。②天平：稱量200g，分度值0.001g。③恒溫水槽：準(zhǔn)確度士1.0℃。④砂?。簯?yīng)能調(diào)節(jié)溫度。⑤溫度計：測量范圍0~50℃，分度值0.5℃。⑥真空抽氣設(shè)備。⑦其他：烘箱、純水或中性液體(煤油)等。（2）量瓶校正①將量瓶洗凈，烘干后稱其質(zhì)量，準(zhǔn)確至0.001g。②將煮沸經(jīng)冷卻的純水(或抽氣后的煤油)注人量瓶，對長頸量瓶注水(油)至刻度處，對短頸量瓶注水(油)至毛細管口。將量瓶放人恒溫水槽直至瓶內(nèi)水(油)溫度穩(wěn)定。取出量瓶，擦凈外壁，稱瓶、水(油)總質(zhì)量，準(zhǔn)確至O.OOlg。測定恒溫水槽內(nèi)水溫，準(zhǔn)確至0.5℃。③按5℃間隔調(diào)節(jié)恒溫水槽內(nèi)水的溫度，測定不同溫度下的瓶、水(油)總質(zhì)量。每個溫度需進行兩次測定，平行差值不大于0.002g，取兩次測值的平均值。繪制溫度與瓶、水(油)總質(zhì)量的關(guān)系曲線，如圖9-4所示。圖9-4溫度和瓶、水質(zhì)量關(guān)系曲線（3）試驗要點①在烘干的l00ml量瓶內(nèi)裝人試樣15g(50mL量瓶裝10g)，稱量瓶和試樣質(zhì)量，準(zhǔn)確至0.001g。②向已裝有試樣的量瓶內(nèi)注人半瓶純水，搖動量瓶，并放在砂浴上煮沸，煮沸時間：砂性土不少于30min,黏性土不少于60min。煮沸后為防止瓶內(nèi)懸液溢出，應(yīng)隨時注意調(diào)節(jié)砂浴溫度。③將煮沸并冷卻的純水注人裝有試樣懸液的量瓶(液面高度與量瓶校正時相同)，并放置于恒溫水槽內(nèi)，直至溫度穩(wěn)定，瓶內(nèi)懸液上部澄清，取出量瓶，擦凈外壁，稱量瓶、水、試樣總質(zhì)量，準(zhǔn)確至0.001g。測定量瓶內(nèi)的水溫，準(zhǔn)確至0.5℃。④根據(jù)測得的溫度，從已繪制的“溫度與量瓶和水總質(zhì)量關(guān)系曲線”中查得量瓶和水的總質(zhì)量。⑤如試樣含有可溶鹽、親水性膠體或有機質(zhì)，需用抽氣法以中性液體(如煤油)為介質(zhì)進行測定。抽氣時真空壓力表讀數(shù)須接近l00kPa，抽氣時間1～2h。⑥按式(9-18)計算顆粒密度：9-18式中：ρ：顆粒密度（g/cm3），計算至0.01g/cm3；md：試樣干質(zhì)量（g）；mPw：量瓶和水（油）的總質(zhì)量（g）；mpws：量瓶，水（油）和土的總質(zhì)量（g）；ρWT:在T(℃)時水（油）的密度（g/cm3）。3．浮稱法（1）試驗所需主要儀器設(shè)備和器具①鐵絲框：孔徑小于5mm，邊長10～15cm，高10～20cm。②天平：稱量2000g，分度值0.2g。③盛水容器：尺寸應(yīng)能適合鐵絲框沉入。④其他：烘箱、溫度計、孔徑5及20mm篩等。（2）試驗要點①選取有代表性的試樣500~1000g清洗干凈，浸入水中24h后取出，將試樣放在濕毛巾上擦干表面，即得飽和面干試樣，稱其質(zhì)量(mb)。②將鐵絲框浸人水中，稱鐵絲框在水中的質(zhì)量(m1),如圖9-5所示。③將已知質(zhì)量的飽和面干試樣全部放入鐵絲框中，緩緩浸沒于水中，并在水中搖晃至無泡溢出為止，稱鐵絲框和試樣在水中的總質(zhì)量(m2)，測定盛水容器內(nèi)水溫，準(zhǔn)確至0.5℃。④取出鐵絲框中的全部試樣烘干，并稱烘干試樣質(zhì)量(md)。圖9-5浮稱天平⑤按公式(9-19),(9-20),(9-21)和(9-22)計算顆粒密度(ρs)、毛體積密度(ρa)、飽和面干密度(ρb)和吸著含水率(Wx)。9-199-209-219-224．虹吸管法（1）試驗所需主要儀器設(shè)備和器具①虹吸筒：見圖9-6圖9-6虹吸筒示意圖（單位：cm）②臺秤：稱量10kg，分度值1g。③量筒：容積2000ml。④其他：同浮稱法。 二、空隙率計算方法孔隙率為：土的孔隙體積與總體積的比值，以百分數(shù)表示。9-23式中：n:孔隙率；Vv：土的孔隙體積（cm3）；V：土的總體積（cm3）。由孔隙率定義式可推導(dǎo)出如下實用計算公式：9-249-25式中：n1：用顆粒密度計算求得的孔隙率；n2：用毛體積密度計算求得的孔隙率；ρd：土的干密度（g/cm3）;ρa：土的干密度（g/cm3）當(dāng)土中既有粒徑大于5mm的土顆粒，又含有粒徑小于5mm的土顆粒時，工程中一般采用平均顆粒密度，取粗細顆粒密度的加權(quán)平均值。對這類土的孔隙率宜采用土的平均顆粒密度計算?！肚厣蚩瓦\專線粗粒土壓實檢測方法討論會》會議紀要(秦沈總指〔2000)48號)提出：“對于礫石土，碎石類土和級配碎石，由于粒徑小于0.1mm的顆粒成分較少，宜采用毛體積密度計算孔隙率，并作為控制壓實度的指標(biāo)之一。”土的顆粒密度(ρa)和土的毛體積密度(ρd)可按本章17.6相應(yīng)方法測試。土的干密度(ρa)應(yīng)按本章的密度試驗和本章的含水率試驗相應(yīng)方法測定濕密度和含水率，并計算求出干密度。第五節(jié)液限、塑限試驗一、試驗?zāi)康暮头椒ㄒ合奘峭脸士伤軤顟B(tài)的上限含水率，是從可塑狀態(tài)過渡到流動狀態(tài)的界限含水率；塑限是土呈可塑狀態(tài)的下限含水率，是土從可塑狀態(tài)過渡到半固體狀態(tài)的界限含水率。液限、塑限之差為塑性指數(shù)，表示豁性土呈可塑狀態(tài)時含水率的變化范圍，標(biāo)志著土的可塑程度。液塑限的大小，反映了土的工程性質(zhì)，是劃分土的類別及評價工程性質(zhì)的重要指標(biāo)，是黏性土物理性質(zhì)的必測項目。液塑限試驗適用于粒徑小于0.5nun的黏性土。測定液、塑限的方法有圓錐儀法、碟式儀法、液限塑限聯(lián)合測定法；測定塑限的方法有搓條法、液、塑限聯(lián)合測定法。我國采用的圓錐儀法有兩種：一種是圓錐儀質(zhì)量76g，錐角300，自錐尖起17mm,10mm處有刻度，當(dāng)入土深度剛好到17mm,10mm刻度線時，測定試樣的含水率，此含水率即為土的液限，分別稱為17mm液限和1Omm液限；另一種是公路土工試驗采用的圓錐儀，質(zhì)量為100g，錐角300，錐體人土深度為20mm測定的含水率為液限。它和上述76g錐人土深度17mm的液限基本相等。與76g錐人土l0mm的液限換算關(guān)系為：9-26式中：W’L：100g錐入土深度20mm時的液限（%）；W’L：76g錐入土深度10mm時的液限（%）；76g錐入土深度17mm和100g錐人土深度20mm測定的液限與美國ASTM標(biāo)準(zhǔn)(碟式液限儀測得的液限)是等效的。因此，76g錐人土深度對應(yīng)的含水率是確定界限含水率液限的標(biāo)準(zhǔn)。76g下沉10mm時測得的強度比下沉17mm時測得的強度高幾倍。實際上，10mm液限不是土的真正液限。但現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》(GB5007-2002)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《鐵路工程巖土分類標(biāo)準(zhǔn)》(TB10077-2001)都采用76g錐，入土深度10mm的液限計算塑性指數(shù)和液性指數(shù)，對黏性土進行工程分類，以及確定黏性土承載力值。實際使用中應(yīng)區(qū)別17mm液限和10mm液限的含義和用途，避免發(fā)生混淆。二、液、塑限聯(lián)合測定法1．試驗所需儀器設(shè)備和器具(1)液塑限聯(lián)合測定儀：包括讀數(shù)顯示器(有光電式、游標(biāo)式、百分表式)、圓錐儀(質(zhì)量76g，錐角30°)、試樣杯(直徑40～50mm，高30～40mm)。(2)天平：稱量200g，分度值0.01g。(3)其他：烘箱、干燥器、稱量盒、調(diào)土刀等。2．試驗要點(1)按下沉深度3～5mm,9～11mm及16～18mm制備不同稠度的土膏，靜置濕潤后，填滿試樣杯，放于聯(lián)合測定儀升降座上。(2)接通電源，讓電磁鐵吸住圓錐儀，調(diào)整零點和升降座，使圓錐儀尖剛好接觸土面。電磁鐵斷電，圓錐儀在自重作用下，落人試樣中，經(jīng)5s后測讀下沉深度。取出試樣測定含水率。重復(fù)上述步驟，再測定另外兩個不同稠度試樣的圓錐儀人土深度和含水率。(3)在雙對數(shù)坐標(biāo)紙上以圓錐下沉深度(h)為縱坐標(biāo)，以含水率(w)為橫坐標(biāo)，繪制h-w關(guān)系曲線。三點應(yīng)連成一條直線，如三點不在一條直線上，則通過高含水率這一點與其余兩點連成兩條直線，在圓錐下沉深度2mm處可查得相應(yīng)的兩個含水率，如果這兩個含水率的差值小于2%，用該兩點含水率平均值的點與高含水率的點連成一條直線。從直線上查得下沉深度為17mm所對應(yīng)的含水率為液限，下沉深度為l0mm所對應(yīng)的含水率為l0mm液限，下沉深度為2mm所對應(yīng)的含水率為塑限。若兩個含水率的差值大于2%，則應(yīng)重做試驗。(4)按公式(9-27),(9-28)計算塑性指數(shù)和液性指數(shù)。IP=WL-WP9-279-28式中：IP：塑性指數(shù)；IL,：液性指數(shù)；WP：塑限（％）；WL：液限（％）；W：天然含水量（％）。三、碟式儀法液限試驗1．試驗用儀器設(shè)備和器具(1)碟式液限儀：由土碟、支架及底座組成，并配專用劃刀。(2)天平：稱量200g，分度值0.01g。(3)其他：同聯(lián)合測定法。2．試驗要點(1)調(diào)整銅碟底與底座間距為10mm。(2)在銅碟前半部放人制備好的試樣，制成水平狀，使其厚度為10mm。用劃刀自蝸心軸中心沿銅碟直徑將試樣劃開成“V"型槽。(3)轉(zhuǎn)動手柄，速率為每秒兩轉(zhuǎn)，使銅碟上下起落至溝槽兩邊試樣在振動下合攏約13mm時為止，記錄此時的擊數(shù)。(4)用4～5個不同含水率的試樣重復(fù)進行試驗，槽底試樣合攏所需的擊數(shù)宜在15一35之間。(5)測定各擊次下試樣的相應(yīng)含水率。(6)在單對數(shù)坐標(biāo)紙上以含水率為縱坐標(biāo)，以擊數(shù)為橫坐標(biāo)，繪制含水率與擊數(shù)關(guān)系曲線，曲線上擊數(shù)25次所對應(yīng)的含水率。即為該試樣的液限。四、搓條法塑限試驗將土調(diào)至接近塑限狀態(tài)(揉捏不沾手)，取8～10g在毛玻璃板上用手掌輕輕滾搓，手掌要均勻適宜地施加壓力在試樣上，土條不能有空心現(xiàn)象。當(dāng)土條直徑達3mm時產(chǎn)生裂縫并開始斷裂，取直徑符合3mm斷裂土條3～5g測定含水率，此含水率即為塑限磷。試驗應(yīng)進行平行測定，平行差值與本章17.4含水率試驗的平行差值相同。第六節(jié)顆粒分析試驗一、試驗?zāi)康暮头椒ㄍ潦怯纱笮〔煌?，形狀各異的顆粒組成的集合體，為研究土的顆粒組成，將工程性質(zhì)相近的顆粒歸并為一類，稱為粒組。將土按顆粒大小分成不同粒組的過程，稱為顆粒分析試驗。根據(jù)顆粒組成進行分類，可粗略地判定土的透水性，可塑性，收縮及膨脹等物理性質(zhì)。顆粒大小分析試驗的結(jié)果是級配曲線。在顆粒級配曲線上，可以找到顆粒含量小于10%,30%,60%粒徑分別為d10,d30,d60。d10稱為有效粒徑，對砂性土而言，d10越小，它的透水性越低；黏性土的d10越小，土的可塑性越高，且膨脹性顯著。d60為控制粒徑。這三個指標(biāo)組成粗粒土的級配指標(biāo)。不均勻系數(shù)曲率系數(shù)不均勻系數(shù)Cu越小，級配曲線越陡，表明土顆粒越均勻，反之，則說明土顆粒組成越不均勻；曲率系數(shù)CC反映土顆粒分布范圍。根據(jù)工程經(jīng)驗，當(dāng)Cu≤5時，屬級配均勻的土，Cu>5時，屬級配不均勻的土。當(dāng)CC=1～3時屬級配良好，否則，是級配不良的。根據(jù)此來判定級配的優(yōu)劣情況。目前，顆粒分析的主要方法有：(1)篩析法——適用于粒徑0.075~60mm的土。(2)密度計法或移液管法——適用于粒徑小于0.075mm的土。當(dāng)土中含有粒徑大于和小于0.075mm的顆粒，各超過10％時，應(yīng)聯(lián)合篩析法和密度計法或移液管法。二、篩析法篩析法是將土樣通過各種不同孔徑的篩子，將大小顆粒按篩的孔徑逐級加以分組，分別計算出各粒組質(zhì)量占總質(zhì)量的百分比，從而分析土的顆粒級配情況。1．試驗所需主要儀器設(shè)備(1)粗細篩各一套：粗篩，篩孔直徑為分別為60mm,40mm,20mm,1Omm,5mm,2mm；細孔篩篩孔直徑分別為2.Omm,1.Omm,0.5mm,0.25mm,0.75mm。(2)天平：稱量5000g，分度值1g。稱量l000g，分度值0.1g，稱量200g，分度值0.01g。(3)振篩機。(4)其他：烘箱，瓷盤、研缽等。2．試驗要點(1)將土樣風(fēng)干，碾散，拌勻，用四分法按表9-3取代表性試樣。(2)將試樣先過2mm篩，分別稱篩上和篩下的試樣質(zhì)量。當(dāng)篩下的試樣質(zhì)量小于試樣總質(zhì)量的10％時，不作細篩分析；篩上的試樣質(zhì)量小于試樣總質(zhì)量的10％時，不作粗篩分析。表9-3篩析法取樣數(shù)量土粒粒徑（mm)<2<10<20<40<60取樣數(shù)量（g)100～300300～10001000～20002000～40004000以上(3)將2mm篩上和篩下的試樣，分別倒入依次疊好的粗篩和細篩的最上層，分別進行篩析。篩后依次稱各篩上留下的試樣質(zhì)量。各級篩上及底盤內(nèi)試樣質(zhì)量總和與試驗前試樣質(zhì)量的差值，不得大于試樣總質(zhì)量的1%。(4)對含有鉆土粒的砂性土，應(yīng)先將試樣在水容器內(nèi)加水?dāng)嚢?，使試樣充分浸潤，粗細粒分離后過2mm篩。篩上試樣烘干后稱其質(zhì)量后進行粗篩分析。篩下試樣懸液用帶橡皮頭的研柞研磨后過0.075mm篩，將篩上試樣烘干稱其質(zhì)量后進行細篩分析。(5)如粒徑小于0.075mm試樣質(zhì)量大于試樣總質(zhì)量的10％時，則應(yīng)將這部分細顆粒用密度計法或移液管法測定其小于0.075mm的顆粒組成。(6)按公式(9-29)計算小于某粒徑的試樣質(zhì)量占試樣總質(zhì)量的百分比。9-29式中：X：小于某粒徑的試樣質(zhì)量占總質(zhì)量的百分比（%）；mA：小于某粒徑的試樣質(zhì)量（g）；mB：細粒分析師為所取試樣質(zhì)量，粗粒分析時為總質(zhì)量（g）；dx：粒徑小于2mm的度樣質(zhì)量占總質(zhì)量的百分比（%），計算粒料各級所在質(zhì)量百分比時，取100%。(7)繪制顆粒級配曲線：在單對數(shù)坐標(biāo)紙上，以小于某粒徑的試樣質(zhì)量占試樣總質(zhì)量的百分比為縱坐標(biāo)，顆粒粒徑為橫坐標(biāo)繪制顆粒大小分布曲線。三、密度計法密度計法是根據(jù)司篤克斯定律測定的。利用土壤密度計通過測量不同深度處懸液的密度和土粒沉降的距離來計算不同粒徑所占的百分比。1．試驗所用的主要儀器設(shè)備(1)密度計：甲種---刻度為-5～50，分度值為0.5。刻度值表示在20℃時1000ml懸液內(nèi)所含干土質(zhì)量；乙種---刻度為0.995～1.020，分度值為0.002?？潭戎当硎?0℃時懸液的密度。(2)量筒：容積1000ml，刻度0～1000ml，分度值為10ml。(3)細篩和洗篩(孔徑0.075mm)。(4)天平：稱量1000g，分度值0.1g，稱量200g，分度值0.01g。(5)其他：攪拌器、溫度計、煮沸設(shè)備、秒表、錐形瓶等。2．試驗要點(1)取相當(dāng)于30g干土質(zhì)量的風(fēng)干土或天然濕度的土倒入三角燒瓶中，加純水約200mL，浸泡過夜，然后置于煮沸設(shè)備上煮沸40min。(2)將煮沸冷卻的懸液過0.075mm洗篩。取篩上試樣烘干，稱量、進行細篩分析，并計算各級顆粒占試樣總質(zhì)量的百分比；將篩下懸液全部倒入量筒，加入4％六偏磷酸鈉1000mL，再加入純水至1000mL。(3)用攪拌器在懸液中上下攪拌1min，取出攪拌器，立即開動秒表，將密度計放人懸液中，測計0.5,1,5,30,120,1440min時的密度計讀數(shù)，同時測定每次讀數(shù)時的懸液溫度。密度計讀數(shù)以懸液面上緣為準(zhǔn)，甲種密度計準(zhǔn)確至0.5，乙種密度計準(zhǔn)確至0.0002。(4)按公式(9-30)或(9-31)計算小于某粒徑試樣質(zhì)量占試樣總質(zhì)量的百分比：1)甲種密度計：9-30式中：X：小于某粒徑的試樣質(zhì)量百分比（%），計算至0.1%；md：試樣干質(zhì)量（g）；Cs：顆粒密度校正值；mT：懸液溫度校正值；CD：分散劑校正值；n：彎液面校正值；R：甲種密度計讀數(shù)。2）乙種密度計：9-31式中：Vx：懸液體積（=1000ml）；：顆粒密度校正值；：懸液溫度校正值；：分散劑校正值；n‘：彎液面校正值；R‘：乙種密度計讀數(shù)；：20℃純水的密度（=0.998232g/cm3）。（5）按式（9-32）計算試樣顆粒粒徑：9-32式中：d：土粒粒徑（mm），計算至0.001mm；：水的動力學(xué)黏度（=10-6kPa.s）;：顆粒密度（g/cm3）;:T℃時的水密度（g/cm3）;:4℃時的水密度（g/cm3）;L：某一時間內(nèi)土粒沉降距離（mm）；t：沉降時間（s）。(6)顆粒級配曲線繪制同篩析法。四、移液管法移液管法也是根據(jù)司篤克定律的原理計算出某種粒徑的顆粒自液面下沉到一定深度所需的時間，在此預(yù)計的時間內(nèi)用移液管自該深度處取出固定體積的懸液。烘干懸液中水分，然后稱干土質(zhì)量，從而可計算出該粒徑土粒的百分比。1．試驗所需主要儀器設(shè)備(1)移液管：容積25mL；(2)燒杯：容積50mL,,(3)天平：稱量200g，分度值0.001g。(4)其他：與密度計法相同。2．試驗要點(1)制備土的懸液同密度計法。(2)將裝置懸液的量筒置于恒溫水槽中至懸液溫度穩(wěn)定，測定懸液溫度。并按公式(9-32)計算粒徑小于0.05,0.01,0.005,0.002mm和其他所需粒徑下沉一定深度需要靜置的時間(或從相應(yīng)《土工試驗規(guī)程》中查土粒沉降時間表)。(3)用攪拌器在懸液中上下攪拌1min，取出攪拌器并開動秒表，按計算的不同時間在懸液面下1cm深處用移液管取出25mL懸液，移人燒杯內(nèi)蒸發(fā)、烘干，稱干試樣質(zhì)量。(4)按公式(9-33)計算小于某粒徑的試樣質(zhì)量占總質(zhì)量的百分比X：9-33式中：Vx：懸液總體積（=1000ml）；V：吸取的懸液體積（=25ml）；mx：吸取25ml懸液中試樣干質(zhì)量（g）；md：干試樣質(zhì)量（g）。(5)繪制顆粒級配曲線的方法與篩析法相同。第七節(jié)擊實試驗一、試驗的目的和方法土作為路堤填筑材料，就需要對土的壓實性進行試驗。由于土質(zhì)、含水率及壓實的工藝不同，土的壓實效果也會不一樣。為了提高土體的強度，降低路堤土體的可壓縮性和滲透性，改善其工程性質(zhì)，控制現(xiàn)場施工質(zhì)量，均需在室內(nèi)模擬現(xiàn)場施工條件，在給定的擊實功的條件下，求得干密度與含水率的關(guān)系，從而求出壓實填土所能達到的最大干密度和相應(yīng)的最優(yōu)含水率。擊實試驗的目的就是利用標(biāo)準(zhǔn)化的擊實儀器和規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)方法，測出土的最大干密度及最優(yōu)含水率，達到控制施工的目的。二、試驗所需主要儀器設(shè)備1．擊實儀：由擊實錘、擊實筒、護筒組成。2．推土器。3．天平：稱量200g，分度值O.Olg。4．臺秤：稱量15kg，分度值5g。5．標(biāo)準(zhǔn)篩：孔徑5mm,20mm,40mm。6．其他：碾土設(shè)備、切土刀、稱量盒、烘箱等。三、試驗要點1．試樣制備：分為干法和濕法兩種。（1)干法：取代表性試樣20kg(小直徑筒)或50kg(大直徑筒)風(fēng)干，碾碎，過5mm,20mm或40mm篩，將篩下土樣拌和均勻，并測定土樣的風(fēng)干含水率。根據(jù)土的塑限預(yù)估最優(yōu)含水率，分別制備5個不同含水率的一組試樣，其中兩個含水率大于塑限，2個小于塑限，1個接近塑限，相鄰兩個試樣的含水率差值宜為2%。（2)濕法：取天然含水率的代表性試樣碾碎過5mm,20mm或40mm篩，將篩下土樣拌均勻，并測定天然含水率。根據(jù)土樣的塑限預(yù)估最優(yōu)含水率，取5份試樣，其中一份保持天然含水率，其余4份分別風(fēng)干或加水達到所要求的含水率。2．組裝好擊實儀，在擊實筒和護筒內(nèi)壁涂一薄層潤滑油，分層裝樣，并按要求擊數(shù)擊實。每層試樣高度宜相等，下層擊實后，要將表面刮毛，然后再加入上一層土，再擊實；最后一次擊實后超出擊實筒的余土高度不得大于6mm。3．擊實完成后拆去護筒，用切土刀修平擊實筒頂部的試樣，拆除底板，當(dāng)試樣底面超出筒外時，也應(yīng)修平，擦凈筒外壁后稱量試樣總質(zhì)量，準(zhǔn)確至5g。4．計算擊實后試樣的試密度，并取2個代表性試樣，測定含水率，2個試樣含水率差值不應(yīng)大于1％。5．重復(fù)進行其他含水率試樣的擊實試驗。6．按公式(9-34)計算擊實后試樣的干密度()9-34式中：：擊實后試樣的濕密度（g/cm3）；：擊實后試樣的含水率（%）。9-359-36式中：試驗所測得的粒徑小于5mm、20mm或40mm試樣的最大干密度（g/cm3）;Ps：以小數(shù)表示試樣中粒徑大于5mm、20mm或40mm的顆粒含量；：粒徑大于5mm、20mm或40mm的顆粒毛體積密度（g/cm3）;：試驗測得粒徑小于5mm、20mm或40mm的顆粒的試樣的最優(yōu)含水率（%）；：試驗測得粒徑大于5mm、20mm或40mm的顆粒吸著含水率（%）.顆粒毛體積密度和吸著含水率的試驗計算方法顆粒密度試驗。7．在直角坐標(biāo)紙上以干密度為縱坐標(biāo)，含水率為橫坐標(biāo)，繪制干密度與含水率關(guān)系曲線(如圖9-7)。曲線上峰值點的縱橫坐標(biāo)分別表示該試樣的最大干密度和最優(yōu)含水率。圖9-7干密度-含水率關(guān)系圖8．當(dāng)試樣中粒徑大于各方法相應(yīng)的最大粒徑5mm,20mm或40mm的顆粒質(zhì)量占總質(zhì)量的5%30％時，其最大干密度和最優(yōu)含水率應(yīng)按式(9-35),(9-36)校正最大干密度(dmax)和最佳含水率(w'opt)。第八節(jié)K30平板載荷試驗一、試驗?zāi)康暮瓦m用條件K30平板載荷試驗是用直徑為30cm的荷載板測定下沉量為1.25mm地基系數(shù)的試驗方法。地基系數(shù)是指以某一下沉量除與其相對應(yīng)的荷載強度所得出的值。計量單位為MPa/m。K30作為一種抗力指標(biāo)，能夠直觀地表征路基剛度和承載能力，物理意義明確，與傳統(tǒng)的物理指標(biāo)相比具有明顯的優(yōu)越性，因此，從20世紀70年代以來，腸試驗被廣泛應(yīng)用于鐵路、公路、機場等工程的地基檢測。1867年，捷克工程師文克勒(E.winkler)在研究鐵路路基上部結(jié)構(gòu)時提出對彈性地基的假定：地基上任何點的沉降取決于作用在該點上所受的力，而與鄰近的壓力無關(guān)。用公式表達，即：9-37式中：σ：基底壓力；S：沉降量；Kn：比例常數(shù)，即地基系數(shù)(或地基反力系數(shù))；n：荷載板直徑，常用的有30cm,60cm或75cm。文克勒假定適用地基壓縮層為很薄的情況，即地基壓縮層與受力面積尺寸相比為一個很薄的“墊層”時，計算變形才能符合實際情況。在鐵路路基施工時每層攤鋪厚度為30～60cm，因此，可以近似地認為符合文克勒假定。這就是K30平板載荷試驗用于路基壓實質(zhì)量檢測的理論基礎(chǔ)。K30平板載荷試驗使用于填料最大粒徑不大于載荷板直徑1/4的各類土、土石混合填料及級配碎石填料。試驗時，場地及環(huán)境條件等應(yīng)符合以下要求：(1)對于水分揮發(fā)快的均粒砂，表面結(jié)硬殼、軟化或因其他原因表層擾動的土，平板荷載儀應(yīng)置于擾動帶以下(下挖深度限定在荷載板直徑D的范圍內(nèi))。(2)對于粗、細粒均質(zhì)土，宜在壓實后2~4小時內(nèi)開始進行。(3)測試面必須是平整無坑洞的地面。對于粗粒土或混合料造成的表面凹凸不平，應(yīng)鋪設(shè)一層2-3mrn的干燥中砂或石膏膩子。此外，測試面必須遠離震源，以保持測試精度。(4)雨天或風(fēng)力大于6級的天氣，不得進行試驗。二、試驗所需主要儀器設(shè)備和器具平板載荷儀由載荷板、加荷裝置、下沉量測定裝置及其他輔助設(shè)備組成。(1)荷載板：圓形鋼板，其直徑為30cm，板厚為25mm，上部應(yīng)帶有水準(zhǔn)泡，以便安裝時測定測試面的水平。(2)加荷裝置：由千斤頂、高壓油管、手動液壓泵組成。為了不影響檢測精度，千斤頂與手動油泵應(yīng)為分體式。為了準(zhǔn)確傳遞壓力，千斤頂油缸頂端應(yīng)設(shè)置球鉸，并配有加長桿件，以使與各種不同高度的反力裝置相適應(yīng)。手動液壓泵上應(yīng)有一個可調(diào)節(jié)減壓閥，便于準(zhǔn)確的分段對荷載板實施加、卸載。高壓油管長度至少為2m，油軟管兩端應(yīng)裝有自動開閉閥門快速接頭，以防止液壓油漏出。測壓表應(yīng)采用0.6級精度，或用1％精度的測力計直接量測荷載，量程應(yīng)是最大試驗荷載的1.25倍。(3)反力裝置：可利用裝載的汽車或其他設(shè)備裝置等以得到所需反力，其承載能力應(yīng)大于最大試驗荷載lOkN以上。(4)下沉量測定裝置：由測橋和測表組成。測橋是用于安裝測表固定支架或作為測表量測基準(zhǔn)面，其長度由大于3m的支撐梁和支撐座組成，為了運輸方便、操作安全和穩(wěn)定可靠，支撐梁應(yīng)由輕金屬制成，可采用可伸縮管式橫桿做成Y形三點支撐或采用雙橫桿平行布局。當(dāng)跨度為4m時，其截面系數(shù)應(yīng)大于或等于8cm3。測表宜配置2～4個精度為O.Olmm的百分表，量稱應(yīng)不小于10mm，每個測表應(yīng)配有可調(diào)式固定支架。(5)輔助設(shè)備：鐵鍬、鋼板尺(長400mm)、毛刷、圬工泥刀、刮鏟、水準(zhǔn)儀、鉛錘、褶尺、干燥中砂、石膏、油、遮陽擋風(fēng)設(shè)備。隨著技術(shù)的發(fā)展，目前已開發(fā)出專用的K30荷載板檢測，采用自動化程度高的微機系統(tǒng)控制，機動性能良好，快速、準(zhǔn)確，特別適應(yīng)大規(guī)模快速機械化施工的需要。K30平板載荷試驗儀各測試儀器，量表應(yīng)定期進行計量檢測和校驗，以保證測試結(jié)果的準(zhǔn)確性。三、試驗要點1．試驗場地準(zhǔn)備：對已選定的場地測試面進行整平，并用毛刷掃去松土。當(dāng)處于斜坡上時，亦應(yīng)將荷載板支撐面做成水平面。2．安裝平板載荷儀：（1)安裝荷載板：為了保證荷載板與地面的良好接觸，可鋪設(shè)一薄層中砂(2～3mm)或石膏膩子，用石膏膩子做墊層時，應(yīng)在荷載板頂面上抹一層油膜，然后將荷載板安放在石膏層上轉(zhuǎn)動并輕輕擊打頂面。使其與地面完全接觸，同時借助荷載板上水準(zhǔn)泡或水準(zhǔn)儀調(diào)整水平。（2)安裝反力裝置：將反力裝置(例如：汽車或壓路機)駛?cè)藴y試點，在使其承載部位正處于荷載板上方之后，加以制動。此時，反力裝置的支撐點(以汽車或壓路機作為反力裝置時系指其車輪或滾筒與地面的接觸點)必須距荷載板外側(cè)邊緣1m以外。（3)安裝加載裝置：將千斤頂放置于反力裝置下面的荷載板上，可利用加長桿和通過調(diào)節(jié)絲桿，使千斤頂頂端球鉸座緊貼在反力裝置承載部位上，組裝時應(yīng)保持千斤頂垂直不出現(xiàn)傾斜。（4)安裝下沉量測定裝置：測橋支撐座應(yīng)設(shè)置在距離荷載板外側(cè)邊緣及反力裝置支撐點lm以外。當(dāng)測橋呈Y型布置時，應(yīng)安裝3個測表，相互呈1200放置；當(dāng)測橋呈雙橫桿平行布置時，應(yīng)安裝4個測表呈正方形布置，或安裝2個測表呈對角線布置，不論安裝幾個測表，都必須與荷載板中心保持等距離，以便求取平均置，降低誤差。3．加載試驗（1)為穩(wěn)固荷載板，預(yù)先加O.O1Mpa荷載，約30s，待穩(wěn)定后卸除荷載，將百分表讀數(shù)調(diào)至零或讀取百分表讀數(shù)作為下沉量的起始讀數(shù)。（2)以0.04MPa的增量，逐級加載。每增加一級荷載，應(yīng)等該級荷載下的下沉量穩(wěn)定后，讀取荷載強度和下沉量讀數(shù)。當(dāng)1min的下沉量不大于該級荷載強度下產(chǎn)生的總下沉量的1％時即可認為下沉已終止。（3)當(dāng)下沉量超過規(guī)定的基準(zhǔn)值(1.25mm)，或者荷載強度超過估計的現(xiàn)場實際最大接觸壓力，或者達到地基的屈服點，試驗即可告終止。4．試驗點的下挖工作：當(dāng)試驗過程出現(xiàn)異常時(如荷載板嚴重傾斜，荷載板過度下沉)，應(yīng)將試驗點下挖相當(dāng)于荷載板直徑的深度。如遇到石塊，或不太密實或含水很多或含水很少的土?xí)r，均應(yīng)在試驗記錄中注明。5．由試驗結(jié)果，繪制如圖9-8所示的荷載一下沉量曲線。6．誤差校正（1)由被測土體表面狀態(tài)影響，所出現(xiàn)的隨機誤差可通過作圖或與ADTUST程序進行校正。（2)作圖法校正如圖9-9所示。當(dāng)試驗結(jié)果如圖中曲線②時，曲線經(jīng)坐標(biāo)原點，可不校正。當(dāng)試驗結(jié)果如圖中曲線①時，應(yīng)在曲線出現(xiàn)明顯拐點的位置沿正常曲線延伸，使交于S軸于01點，此時零點下移△S"，標(biāo)準(zhǔn)下沉量為S1＝SS＋△S"，并由此對應(yīng)的荷載σ1計算出KS值。當(dāng)試驗結(jié)果如圖中曲線③時，應(yīng)在曲線出現(xiàn)明顯拐點的位置沿正常曲線延伸，使交于S軸于03點，此時零點下移△S'，標(biāo)準(zhǔn)下沉量為S3=Ss+△S'，并由此對應(yīng)的荷載,計算出Ks值。圖9-8荷載-下沉量關(guān)系曲線圖9-9誤差校正示意圖第九節(jié)Evd動態(tài)平板載荷試驗一、試驗?zāi)康暮瓦m用條件Evd動態(tài)平板載荷試驗是采用動態(tài)變形模量測試儀來監(jiān)控檢測土體承載力指標(biāo)一動態(tài)變形模量Evd的試驗方法。它通過落錘試驗和沉陷測定直接測出反映土體動態(tài)特性的指標(biāo)Evd。動態(tài)變形模量Evd是德國20世紀90年代開始采用的新型路基壓實質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。1997年2月德國頒布執(zhí)行的《德國鐵路建設(shè)輕型落錘儀使用規(guī)定》(NGT39)標(biāo)志著動態(tài)變形模量Evd標(biāo)準(zhǔn)開始在鐵路工程中正式采用。該標(biāo)準(zhǔn)的最大特點是能夠反映列車在高速運行時產(chǎn)生的動應(yīng)力對路基的真實作用狀況。1999年12月20日頒布執(zhí)行的《德國鐵路規(guī)范》DS836.0501中，按路基結(jié)構(gòu)形式、設(shè)計速度、填料種類、工程部位的不同，明確規(guī)定了各種情況下動態(tài)變形模量Evd的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，其中設(shè)計速度300km/h的高速鐵路路基基床表層Evd的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)為50MPa。我國《鐵路土工試驗規(guī)程》(TB1012一2004)已正式納人《Evd動態(tài)平板載荷試驗》，《京滬高速鐵路設(shè)計暫行規(guī)定》(2004年修定版)也將Evd作為路基基床壓實質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的指標(biāo)之一。Evd動態(tài)平板載荷試驗適用于粒徑不大于荷載板直徑1/4的各類土、土石混合料和級配碎石，測試有效深度范圍400～500mm。試驗時的場地及環(huán)境條件應(yīng)滿足以下要求：(1)測試面宜水平，其傾斜度不大于50；測試面必須平整無坑洞。若粗粒土或混合料造成的表面凹凸不平，可用少量細中砂補平。(2)試驗時測點必須遠離振源。二、試驗所需主要儀器設(shè)備1．動態(tài)平板載荷試驗儀(也稱動態(tài)變形模量測試儀)由落錘儀和沉陷測定儀組成(見圖9-10)。2．落錘儀主要有脫鉤裝置、落錘、導(dǎo)向桿、阻尼裝置和荷載板等部分構(gòu)成。（1)落錘：質(zhì)量為(10±0.1)kg。（2)荷載板：圓形鋼板，其直徑為300mm，板厚為20mm。圖9-10動態(tài)平板荷載儀示意圖（3)脫鉤裝置：必須既能保證掛住落錘使落錘定位，又能使落錘順利脫鉤自由落下；必須既能保證試驗時它與導(dǎo)向桿之間連接牢固無位置錯動，又能夠在標(biāo)定落高時調(diào)節(jié)它在導(dǎo)向桿上的位置。（4)阻尼裝置：必須彈性系數(shù)可調(diào)、性能穩(wěn)定、形狀對稱，其外部設(shè)防塵罩。（5)最大沖擊力F:7.07kN;沖擊持續(xù)時間18±2ms。3．沉陷定位儀主要有傳感器、信號、處理、顯示、打印和電源等部分組成。4．沉陷測試范圍：0.1～2.0±0.05mm。Evd測試范圍：10MPa<Evd<225Mpa。三、試驗要點1．測試前的準(zhǔn)備工作（1)測試面必須用工具或者通過荷載板的轉(zhuǎn)動、推移來整平。如果還達不到要求的平整度，那么也可用少量的細砂或中砂補平。（2)必須檢查導(dǎo)向桿的垂直度和測試面的傾斜度不大于50。（3)必須嚴格檢查儀器標(biāo)明的落距。2．測試步驟（1)將荷載板輕輕放置在準(zhǔn)備好的測試面上，安裝上導(dǎo)向桿并保持其垂直。（2)將落錘提升至脫鉤裝置的臨界點位置，然后讓落錘自由落下，在阻尼裝置上產(chǎn)生沖擊力后再將彈回的落錘抓住。（3)以上述(2)的方式首先進行一次沖擊(即預(yù)沖擊)，目的是消除在結(jié)果上可能產(chǎn)生的塑性變形的影響，并可使荷載板下得到精確的平整面。（4)按(2)的方式進行三次測試沖擊。測試時可通過腳踩固定來避免荷載板的移動和跳躍。（5)測試時，應(yīng)記錄每個測點的工程名稱、檢測部位、檢測時間、土的種類、含水率以及相關(guān)的參數(shù)。3．測試結(jié)果按平板壓力公式(9-38)計算：9-38式中：Evd：動態(tài)變形模量（MPa），計算至0.1MPa；r：圓形剛性荷載板半徑；：荷載板下的最大動應(yīng)力，它是通過在剛性基礎(chǔ)上，有最大沖擊力Fs=7.07kN且沖擊時間t=18ms時標(biāo)定所得，=0.1MPa；S:實測荷載板下沉量（mm）；1.5：荷載板變形影響系數(shù)。實際使用時，可采用簡化公式（9-39）計算：9-39四、Evd與K30的相關(guān)關(guān)系通過采用“Evd動態(tài)變形模量測試儀”和“K30平板載荷試驗儀”對秦沈客運專線路基的800多組對比試驗(其中細粒土、粗粒土、碎石類土和級配碎石等四類各180組)，經(jīng)統(tǒng)計分析，建立了Evd與K30的相關(guān)關(guān)系，見表9-4，可供參考使用。表9-4Evd與K30的相關(guān)性參考表土的種類相關(guān)系數(shù)相關(guān)關(guān)系細粒土0．926K30=3.45Evd+0.1粗粒土0．913K30=3.33Evd+6.1碎石土0．915K30=3.10Evd+14.3級配碎石0．915K30=3.49Evd+14.4Evd動態(tài)變形模量測試體積小、重量輕、便于攜帶，安裝及拆卸方便，操作簡便，尤其適用于狹小場地(如路橋過渡段、路肩等)的檢測。對于某一具體工程，在有條件的情況下，宜通過Evd與K30的對比試驗確定Evd值與K30值的相關(guān)關(guān)系。第十節(jié)Ev2變形模量試驗一、試驗?zāi)康暮瓦m用范圍Ev2靜態(tài)模量試驗是通過圓形承載板和加載裝置對地面進行第一次加載和卸載后，再進行第二次加載，用測得的承載板下應(yīng)力σ和與之相對應(yīng)的承載板中心沉降量s，來計算變形模量Ev2及Ev2/Ev1值的試驗方法。該試驗適用于粒徑不大于承載板直徑1/4的各類土和土石混合填料。二、所用主要儀器設(shè)備變形模量Ev2測試儀器應(yīng)包括承載板、反力裝置、加載裝置、荷載量測裝置及沉降量測裝置。1．承載板應(yīng)符合下列要求：（1)承載板直徑應(yīng)為300±0.2mm，厚度應(yīng)為25±0.2mm，材質(zhì)應(yīng)為Q345鋼。承載板上應(yīng)帶有水準(zhǔn)泡。（2)承載板加工表面粗糙度Ra不應(yīng)大于6.3μm。2．反力裝置的承載能力應(yīng)大于最大試驗荷載10kN以上。3．加載裝置應(yīng)符合下列要求：（1)千斤頂應(yīng)通過高壓油軟管與手動液壓泵連接。千斤頂頂端應(yīng)設(shè)置球鉸，并配有可調(diào)節(jié)絲桿和加長桿件。（2)高壓油軟管長度不應(yīng)小于2m，兩端應(yīng)裝有自動開閉閥門的快速接頭。（3)手動液壓泵上應(yīng)裝有可調(diào)節(jié)減壓閥，可準(zhǔn)確地對承載板進行分級加、卸載。（4)千斤頂兩邊應(yīng)固定，并確保不傾斜。千斤頂活塞的行程不應(yīng)小于150mm。在試驗過程中，應(yīng)保證千斤頂高度不應(yīng)超過600mm。4．荷載量測裝置的量測表量程應(yīng)達到最大試驗荷載的1.25倍，最大誤差應(yīng)不大于1%，顯示值應(yīng)能保證承載板上的荷載有效位至少達到0.001MPa。5．沉降量測裝置應(yīng)符合下列要求：（1)沉降量測裝置應(yīng)由測橋和測表組成。（2)測橋的測量臂可采用杠桿式(見圖9-11)或垂直抽拉式。測量臂應(yīng)有足夠的剛度。（3)承載板中心至測橋支撐座的距離應(yīng)大于1.25m。杠桿式測量臂杠桿比hp:hM可在1:1至2:1范圍內(nèi)選擇，選定后不得改變。（4)沉降量測表最大誤差不應(yīng)大于0.04mm，分辨率應(yīng)達到O.O1mm，量程不應(yīng)小于10mm。輔助工具應(yīng)包括鐵鍬、鋼板尺(長400mm)、毛刷、刮鏟、水準(zhǔn)儀、鉛錘、褶尺、干燥中砂、石膏粉、油、遮陽擋風(fēng)設(shè)施等。測試儀器標(biāo)定應(yīng)符合下列規(guī)定：(1)傳感器、測表應(yīng)按國家有關(guān)規(guī)定標(biāo)定。(2)變形模量Ev2測試儀必須每年標(biāo)定一次。圖9-11杠桿式測量臂三、試驗要點1．場地測試面應(yīng)進行平整，并使用毛刷掃去表面松土。當(dāng)測試面處于斜坡上時，應(yīng)將承載板支撐面做成水平面。2．測試儀器安置應(yīng)符合下列要求：（1)將承載板放置于測試點上，使承載板與地面完全接觸，必要時可鋪設(shè)一薄層（2～3mm）干燥砂或石膏膩子。同時利用承載板上水準(zhǔn)泡或水準(zhǔn)儀來調(diào)整承載板水平。當(dāng)用石膏膩子做墊層時，應(yīng)在承載板底面上抹一層油膜，然后將承載板安放在石膏層上，左右轉(zhuǎn)動承載板并輕輕擊打頂面，使其與地面完全接觸，被擠出的石膏應(yīng)在凝固前清除，直至石膏凝固以后方可進行測試。（2)將反力裝置承載部位安置于承載板上方，并加以制動。承載板外側(cè)邊緣與反力裝置支撐點之間的距離不得小于0.75m。（3)將千斤頂放在承載板的中心位置，使千斤頂保持垂直。用加長桿和調(diào)節(jié)絲桿使千斤頂頂端球鉸座與反力裝置承載部位緊貼。（4)安置測橋時應(yīng)將沉降量測裝置的觸點自由地放人承載板上測量孔的中心位置，沉降量測表必須與測試面垂直。測橋支撐座與反力裝置支撐點的距離不得小于1.25m。（5)試驗過程中測橋和反力裝置不得晃動。（6)沉降量測裝置應(yīng)有遮陽擋風(fēng)設(shè)施。3．預(yù)加載時，應(yīng)預(yù)先加O.O1MPa荷載約30s，待穩(wěn)定后卸除荷載，將沉降量測表讀數(shù)調(diào)零。4．加載與卸載應(yīng)符合下列要求：（1)變形模量Ev2：試驗第一次加載應(yīng)分為6級，并以大致相等的荷載增量(0.08MPa)逐級加載，達到最大荷載為0.5MPa或沉降量達到5mm時所對應(yīng)的應(yīng)力后，再進行卸載。（2)承載板卸載應(yīng)按最大荷載的50%、25％和0三級進行。（3)卸載后，按照第一次加載的操作步驟，并保持與第一次加載時各級相同的荷載進行第二次加載，直至第一次所加最大荷載的倒數(shù)第二級。（4)每級加載或卸載過程必須在1min內(nèi)完成。（5)加載或卸載時，每級荷載的保持時間為2min，在該過程中荷載應(yīng)保持恒定。（6)試驗中若施加了比預(yù)定荷載大的荷載時，應(yīng)保持該荷載，并將其記錄在試驗記錄表中，加以注明。5．當(dāng)試驗過程中出現(xiàn)承載板嚴重傾斜，以至水準(zhǔn)泡上的氣泡不能與圓圈標(biāo)志重合或承載板過度下沉及量測數(shù)據(jù)出現(xiàn)異常等情況時，應(yīng)查明原因，另選點進行試驗，并在試驗記錄表中注明。四、資料整理與計算1．每一級荷載的應(yīng)力。和所對應(yīng)的沉降量測表讀數(shù)SM應(yīng)按表9-5填寫。承載板中心沉降量S應(yīng)按下式計算：9-40式中：S：承載板中心沉降量（mm）；SM：沉降量測表讀數(shù)（mm）；hp/hM：杠桿比。表9-5變形模量EV2試驗記錄工程名稱：填料類型：試驗編號：儀器名稱：工程地點：填層厚度：杠桿比hp／hM：型號：施工單位：試驗里程：試驗日期：天氣：承載板直徑：試驗標(biāo)高：加卸載順序序號荷載F(kN)應(yīng)力σ(MPa)沉降量測表讀數(shù)sM(mm)承載板中心沉降量S(mm)預(yù)壓復(fù)位試驗?zāi)暝氯諒?fù)核年月日試驗負責(zé)人年月日2．根據(jù)試驗結(jié)果繪制應(yīng)力一沉降量曲線(見圖9-12)，應(yīng)力一沉降量曲線上應(yīng)用箭頭標(biāo)明受力方向。3．變形模量Ev計算應(yīng)符合下列規(guī)定：（1)第一次加載和第二次加載所得到的應(yīng)力一沉降量曲線，可用式(9-41)式表達：9-41式中：：承載板下應(yīng)力（MPa）；S：承載板中心沉降量（mm）；a0：常數(shù)項（mm）；a1：一次項系數(shù)（mm/MPa）；a2：二次項系數(shù)（mm/MPa2）。圖9-12應(yīng)力-沉降量曲線（2)應(yīng)力一沉降量曲線方程的系數(shù)是將測試值按最小二乘法計算得到的。用于計算系數(shù)的方程式為：9-429-439-44=1,2,3……n;S1,,S2,……Sn分別為每級荷載的應(yīng)力和相應(yīng)的承載板中心沉降量測試值。（3