鐵路工程土工試驗講義

鐵路工程土工試驗講義

楊德平

2011年6月

一、概述

本章內容以《鐵路工程試驗與檢測》為準。

1、土的形成

土是巖石風化的產物。

物理風化-----巖石暴露在大氣層內，受風、霜、雨、雪的腐蝕，以及受溫度升降變化的影響，裂隙

水結冰等原因，使巖石崩解成塊。

化學風化------這些碎塊再與水、二氧化碳、氧氣接觸發(fā)生化學作用。

生物風化------巖石在風化過程中與自然界的生物發(fā)生相互作用。

2、土與工程的關系

地基——作為建筑物（橋涵、樓房等）或構筑物（路基等）的地基：

填料——作為土工構筑物（路基、堤壩等）的填料；

介質——作為構筑物（渠道、黃土隧道等）的周圍介質。

3、土工試驗的重要意義

土用于地基，會顯現地基的變形和穩(wěn)固問題；用作填料，存在土的壓實和變形問題；用于介質，需考

慮土的滲流和抗?jié)B穩(wěn)固性問題。研究解決以上問題，涉及到土的物理、力學、化學性能。要評判土的以上

性能，須通過土工試驗來獲取土的各項性能指標。特別在研究不良地基處理方案時，實測的實驗指標是優(yōu)

選技術措施的重要依據。

4、對土工試驗人員的要求

由于土工試驗成果因試驗方法和試驗技巧的熟練程度不同，會有較大的差別，這種差別遠大于運算方

法引起的誤差。為了使土工試驗比較正確地反映實際土的性狀，要求試驗人員了解和把握以下五個問題：

①.試驗的目的和所依據的原理；

②.使用的儀器設備性能和操作方法：

③.試驗應獲得哪些數據、分析出什么結論；

④.試驗中的注意事項、誤差的初步分析；

⑤.分析試驗設計與實際問題的聯(lián)系

概括地說土工試驗人員要具備：一有基本理論，二有基礎知識，三有基本技能。

5、現行鐵路土工試驗有關標準

序

標準名稱標準代號實施日期備注

號

1鐵路路基設計規(guī)范TB10001-20052005-04-25

2鐵路工程地質勘查規(guī)范TB10012-20012001-12-01

3鐵路工程物理勘探規(guī)程TB10013-20042004-04-01

4鐵路工程地質鉆探規(guī)則TB10014-19981998-07-01

5鐵路工程地質原位測試規(guī)程TB10018-20032003-06-01

6鐵路工程不良地質勘察規(guī)程TB10027-20012001-12-01

7鐵路工程巖土分類標準TB10077-20012001-12-01

8鐵路工程土工試驗規(guī)程TB10102-20102010-11-21

9鐵路工程巖土化學分析規(guī)程TB10103-20082009-01-07

10鐵路工程水質分析規(guī)程TB10104-20032003-06-01

11鐵路工程地基處理技術規(guī)程TB10106-20102010-08-03

12鐵路工程巖石試驗規(guī)程TB10115-19981998-07-01

13鐵路路基施工規(guī)范TB10202-20022002-07-01

14鐵路路基工程施工質量驗收標準TB10414-20032004-01-01

15高速鐵路設計規(guī)范（試行）TB10621-20092009-12-01

16高速鐵路路基工程施工質量驗收標準TB10751-20102010-12-08

6、練習題

①.（填空）工程試驗工作的依據是（）。

②.（填空）鐵路工程土的物理力學性能檢測標準（代號）為（），化學性能檢測標

準（代號）為（）。

二、土工試驗項目

本章內容以《鐵路工程試驗與檢測》為準。

土工試驗項目應根據土的用途決定：

1、室內實驗。

①.土的物理性能試驗：含水率、密度、顆粒密度、界限含水率、顆粒分析、滲透、擊實等、粗粒土

的最大干密度等。試驗成果用于土的工程分類，土的狀態(tài)的判定，滲透運算，填土工程施工方法的挑選和

碾壓質量控制。

②.砂的相對密度試驗：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)。

③.土的變形試驗：包括固結、壓縮、濕陷性和膨脹性等。這些試驗為工程設計提供變形參數：壓縮

系數、壓縮模量、體積壓縮系數、壓縮指數、回彈指數、前期固結壓力、固結系數、濕陷系數、自重濕陷

系數、膨脹率、膨脹力等。

土的強度試驗：包括直接剪切試驗、反復直接剪切試驗、三軸壓縮試驗、無側限抗壓強度試驗等。

這些試驗為設計提供土的抗剪指標參數（粘聚力、內摩擦角）、無側限抗壓強度、靈敏度等。

⑤?土的化學性試驗：包括粘土礦物鑒定、有機質和鹽漬土試驗等。粘土礦物成分是決定土的物理化

學性質的重要因素；有機質試驗提供土中有機質含量，供施工挑選土料之用；鹽漬土是土中易溶鹽含量大

于5%的土，鹽漬土試驗指標供地基評判、采取工程措施或選料之用。

⑥.級配碎石：粒徑級配、破碎面含量、針狀及片狀顆粒含量、洛杉磯磨耗率、硫酸鈉浸泡缺失率、

液塑限、塑性指數、粘土團及其他雜質含量。

⑦.改良土：液塑限、塑性指數、顆粒分析、擊實（重型）、含灰劑量、無側限抗壓強度

2、路基現場壓實質量檢測。

①.路基壓實密度、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。

②.路基地基系數K30檢測。

③.路基動態(tài)變形模量Evd檢測。

④.路基靜態(tài)變形模量Ev2檢測。

3^土工原位測試

①.靜力載荷試驗。試驗成果用于確定地基承載力、變形模量等。

②.靜力觸探試驗。適用于軟土、粘性土、砂類土以及含少量碎石的土層。試驗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參數等。

③.動力觸探試驗。適用于粘性土、砂類土和碎石類土。試驗成果用于確定地基承載力、評定土的抗

剪強度和變形模量等。

④.標準貫入試驗。適用于一樣粘性土、粉性土和砂類土?？膳卸ㄉ巴恋拿軐嵆潭?、粘性土的塑性狀

態(tài)、判別飽和砂土及粉土的液化等。

⑤.十字板剪切試驗。適用于測定飽和粘性土的不排水抗剪強度及靈敏度等。

⑥.旁壓試驗。

4、練習題

①.（填空）土的抗剪強度可以用庫侖公式（）表達，其中（）表示摩擦角，（）表示凝

聚力。

②.（填空）黃土濕陷性是指黃土在（）、（）共同作用下產生的變形。

③.（填空）用動力觸探確定地基承載力，輕型動力觸探的錘重為（）kg,以貫入深度每（）cm的錘

擊數計：重型動力觸探的錘重為（）kg,以貫入深度每（）cm的錘擊數計。

④.（填空）靜力觸探試驗中多功能探頭可測得（）、（）和（）等指標。

⑤.（單選）標準貫入試驗中，其裝置的錘重為（C）

A.4.5kgB.2.5kgC.63.5kgD.100g

⑥.（單選）土的壓縮試驗中試樣體積的變化是：（）

A.空氣體積壓縮B.水體積壓縮

C.孔隙體積的減小D.土顆粒體積壓縮

⑦.（多選）土工原位測試試驗有：（）

A.擊實試驗B.壓縮試驗

C.十字板剪切試驗D.標準貫入試

⑧.（判定）一樣對粘性土地基用液性指數和天然孔隙比確定地基的容許承載力。（）

三、土的工程分類

本章內容以《鐵路工程試驗與檢測》為準。

工程土按用途主要有兩種：一是作為建筑物地基的原狀土；二是作為建筑材料的擾動土。

1、我國土的工程分類標準有：

①.國家標準《土的工程分類標準》GB50145-2007

《土工試驗方法標準》GB/T5O123-1999

②.水利部《土的工程分類》SL237-001-1999；

②.交通部《公路土工試驗規(guī)程》JTGE40-2007；

《公路橋涵地基與基礎設計規(guī)范》JTGD63-2007

④.鐵道部《鐵路工程巖土分類標準》TB10077-2001。

《鐵路工程土工試驗規(guī)程》TB10102-2010

2、鐵路工程橋涵地基與基礎土的分類

1),一樣土

①.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類15種。

B.碎石類土。講義表17.2

大于2mm的顆粒超過總質量的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2mm的顆粒不超過總質量的50%,而大于0.075mm的顆粒超過總質量的50%。按顆粒級配分為1類5

個名稱。

D.粉土。

粒徑大于0.075mm顆粒的質量不超過全部質量50%的土，且塑性指數等于或小于10。按塑性指數和顆

粒級配分為1類1個名稱。

E.粘性土。講義表17.4

按塑性指數分為1類2個名稱。

②.密實程度

A.碎石類土。講義表17.5

根據結構特點、天然坡和開挖情形、鉆探情形分為：密實、中密、稍密和松散4種。

B.砂類土。講義表17.6

根據標準貫入錘擊數N和相對密度Dr分為：密實、中密、稍密和松散4種。

C.粉土。講義表17.7

根據孔隙比e的大小分為密實、中密、稍密3種。

D.粘性土。講義表17.8

根據壓縮系數MM2分為高、中、低壓縮性土3種。

③.潮濕程度

A.碎石類和砂類土。講義表17.9

根據飽和度分為稍濕、潮濕、飽和3種。

B.粉土。講義表17.10

根據天然含水率分為稍濕、潮濕、飽和3種。

C.粘性土。講義表17.11

根據液性指數分為堅硬、硬塑、軟塑、流塑4種。

2).特別土

①.黃土。

第四紀以來，在洪澇、半洪澇氣候條件下形成的，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特點的土，應判定為黃

土。

黃土按堆積時代、塑性指數、濕陷系數分類。

②.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%的高塑性粘土，應判定為紅

粘土。紅粘土經搬運、沉積后仍保留殘積粘土的基本特點，且液限大于45%,應判定為次生紅粘土。紅粘土

具有遇水軟化、失水收縮強烈、裂隙發(fā)育、易剝落等工程地質特點。

紅粘土根據塑性狀態(tài)、裂隙狀態(tài)和界限液塑比和液塑比關系分類。

③.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，失水急劇收縮開裂，并能產生往復脹縮

變形的粘性土，應判定為膨脹土。

膨脹土分類第一根據地貌、土的顏色、結構、土質情形、自然地質現象和土的自由膨脹率等特點，作

初期判定；然后按自由膨脹率、蒙脫石含量、陽離子交換量三項指標可對膨脹土詳細判定。

④.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，壓縮系數大于或等于0.5,不排水抗剪強度

小于30kPa的粘性土，可判定為軟土。軟土一樣含有機質，具有壓縮性高、強度低、靈敏度高和排水固結緩

慢的特點。軟土的結構受到擾動后，強度會極大地下降。

軟土根據物理力學性質、成因類型、無側限抗壓強度試驗或現場十字板剪切試驗、軟土的靈敏度分類。

⑤.鹽潰土。

易溶鹽含量大于0.5%的土，可判定為鹽漬土。某地區(qū)或場地地表以下1.0m深度內易溶鹽的平均含量大

于0.5%時，應定為鹽漬土地區(qū)或場地。鹽漬土具有較強的吸濕、松漲、溶陷及腐蝕等工程地質特性。

鹽漬土按含鹽性質、鹽漬程度的分類。

⑥.填土.

人為活動堆填的土應判定為填土，一樣具有成分復雜和固結時間短等特點。根據物質組成和堆填方式,

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原《鐵路路基設計規(guī)范》TB10001-99中的“填料分類”為基礎，進行了局部

的修訂，在“一級定名''上與《鐵路工程巖土分類標準》TB10077-2001進行了統(tǒng)一，并以鐵建設[2004]148

號文發(fā)布。

①.巨粒土、粗粒土（包括砂類土）

根據顆粒組成、顆粒形狀、細粒含量、顆粒級配、抗風化能力等，按講義表17.26進行定名和分組。

②.細粒土

根據土的塑性指數Ip和液限含水率肌，按講義表17.27進行定名和分組。

3、練習題

（1）.（問答）鐵路工程土的分類標準，砂粒、粉粒、粘粒的含義是什么？

（2）.（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？

（3）.（問答）鐵路路基填料細粒土是怎樣分類的？需要做那些試驗？

（4）.（問答）路基填料分類中“細粒含量”的含義是什么？

（5）.（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？

（6）.（問答）路基填料分類中硬塊石于軟塊石是怎樣區(qū)分的？

⑺.（問答）細粒土填料分類標準規(guī)定液限含水率試驗采用圓錐儀法，圓錐儀總質量多少？入土深度多

少？

⑻.（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？

⑼.（填空）路基普通填料按顆粒粒徑大小可以分為三大類（）、（）、（）。

⑩.（填空）巨粒土、粗粒土填料依據顆粒組成、顆粒形狀、細粒含量、顆粒級配、抗風化能力等分為

（）組。

QD.（填空）細粒土填料分為粉土、粘性土和有機土。粉土、粘性土按照液限含水率進行分組，當町〈40%

時為（）組，當WL240%時為（）組，有機土為（）組。

（⑦.（單選）濕陷性黃土的判定，濕陷性系數為：（）

A、＞0.010；B、＞0.015；

C、20.020；D、^0.025

?.（單選）膨脹土的自由膨脹率Fs（%）（）?

A、＞10%；B、＞20%；

C、'30%；D、^40%o

（M）.（多選）軟土的判定：（）

A、eO＞l.0；B、WO^WL；

C、aO.1-0.220.5；D、不排水抗剪強度＜30kPa。

（15）.（多選）滲水土的判定：（）

A、細粒土含量W10%；B、細粒土含量〈10%；

C、滲透系數＜10-3cm/s；滲透系數＞10-3cm/s。

四、土的組成及基本物理指標

本章內容以《鐵路工程試驗與檢測》為準。

1、土的三相體概念

土是由固體顆粒、水分和空氣三相組成。其中每種成分的質量、體積的相對比例有所增減，都會引起

土的物理力學性質的變化。

V=-團洋野莉加件在；Vr孔窗（包括水及氣體）

部分酌律您；Vk水所占潴的律釵；Va-空氣舲

伴您；V-土博舲€舛釵；周沐蟄莉的加及；

m-水的質便；E-土博的6成星.

圖1土的三相圖

2、土的基本物理指標及換算關系

土的基本物理指標有九項，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。其中前三項是直接檢測出來的，后六項是運算出來的。

①.密度P

單位體積土的質量(包括孔隙中水的質量在內)稱為土的密度(g/cm3).

m八r4、

P=(171)

V

其中：

「：密度;

m:質量；

U：體積

②.顆粒密度P'

土體內的固體顆粒質量與顆粒體積之比值，稱為顆粒密度(g/cmD,顆粒密度關注的是土體固體顆粒

的視密度，也是以前的比重的概念。

其中：

K:為土固體顆粒的體積(cm5)

③.含水率w

土中水的質量與土固體顆粒質量的比值稱為土的含水率，以百分數計。在有的標準中，如公路用標準,

含水率又稱為含水量。

ITlw_八-,，、

w=x100....................................(17-6)

m.v

其中：

W：土的含水率(%)

加”：土體水的質量

不同的土其含水率的變化范疇很大。干燥堅硬的土，含水率只有2?10%.而軟粘土的含水率可達50?

200%.

④.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。

Vr

e=—............................(17-7)

Vv

其中：

e:孔隙比；

匕：孔隙僭R9心；

孔隙比是土的重要指標之一，它反映了土的松軟和緊密程度。

⑤.孔隙率n

土中孔隙體積與全部體積之比稱為孔隙率(%)。

n=^xl()O.................(17-8)

其中：

〃：孔隙率(%)；

V：土體體積(CT，/)

孔隙比與孔隙率之間存在著式(17-9)或(17-10)的關系。

1OOxe八

n=.......(1—9)

1+e

e=——-——.....................(17-10)

1OO-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（％）。

Vu.

Sr=-X100...........................................（17-11）

Vv

其中：

Sr:飽和度（％）

Vw:土體中水的體積尸

⑦.干密度外

表示單位體積內土粒的質量（g/cnV5）。

8=晉.............07-4)

⑧.飽和密度

當土體的孔隙完全為水所充滿時.，土體的密度（g/cn?）

。=烏節(jié)&...................................................（17-2）

其中：

pST：飽和密度（g/a/）；

ms:土體固體顆粒質量；

匕：土體孔隙體積（523）；

pw：水密度,一般可取1g/cm③;

V:土體體積（cm3'）

⑨.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:

P=Psr~A.......................（17—3）

3、練習題

⑴、（填空）一樣情形下，土是由（）、（）、（）三相組成。

（2）、（單選）土粒比重的定義式為：（）

卜、P、=缶B、處=怖以.=懸D、P,二六

⑶、（單選）干密度的定義為：（）

A、4=十B、4=詈C、/=貨D、4=令

⑷、（單選）土粒比重的單位是：（）

A、kN/m"B、kg/m'1C、無D、kPa

⑸、（單選）對于礫石土、碎石土和級配碎石，宜采用（）運算孔隙率n。

A、顆粒密度B、毛體積密度C、表觀密度D、堆積密度

（6）、（多選）土可能由（）組成。

A、單相體B、兩相體C、三相體D、四相體

（7）、（多選）在土的三相體比例指標中，可以直接測出的指標有（）

A、濕密度B,干密度C、顆粒密度D、含水率

⑻、（判定）孔隙率n是土樣中的孔隙體積占土樣總體積的百分率。（）

⑼、（判定）土中的空氣體積為零時，土的密度最大。（）

(10).(運算)已知土樣面積30cm2,高2cm,濕土質量126.4g,含水率W=14.8%,土的顆粒密度p,=2.73,

求該土樣的孔隙比e、孔隙率n和飽和度Sr。

?、普通鐵路路基基床底層用碎石土填筑，，室內測定填料的顆粒密度為2.73g/cm3,毛體積密度為

2.68g/cm3,現場測定壓實后的干密度分別為：2.00、1.95、L90、L85、L80、1.75g/cm3,要求孔隙率

n<35%,運算并判定該六個點的孔隙率n是否合格。

五、土工試驗方法

本章內容以TB101()2-201()為準。

1、含水率

①、試驗目的：土的基本物理指標之一，是運算干密度、孔隙比、飽和度、液性指數等指標的基本數

據，用于評判土的工程性質。

②、檢測方法：

a.烘干法：適用于各類土。本法為測定含水率的標準方法，粘性土、粉土烘干時間不少于8h,砂類土

不少于6h,礫、碎石類土不少于4h。但當土中有機質含量超過5%或含石膏或硫酸鹽時，應控制溫度在65-7CTC,

真空干燥像7h或電熱干燥箱18h。

b酒精燃燒法：適用于不含有機制的砂類土、粉土和粘性土。

c.碳化鈣減量法：適用于各類土。

d.核子射線法：適用于現場原位測定填料為細粒土和粗粒土的含水率

③、烘干法數據處理：

3=(m-ms)/nuX100%

3—含水率，%；運算至0.1%

m—濕土質量，g)稱量至0.01g

ms—干土質量，g,稱量至0.01g

④、平行試驗答應偏差：

砂類土、細粒土：含水量10%以下為0.5%；含水量40%以下為<1%；含水量40%以上為W2%。

礫石類、碎石類土：含水量10%以下為1%；含水量40%以下為W2%；含水量40%以上為W3%。

練習題

1、(多選)含水量測定的方法有0

A、烘干法B、酒精燃燒法C、碳化鈣法D、比重法

2、(判定)現場平行測定細粒土的含水量為26.5%及27.9%,則含水量的平均值為：27.2%。()

3、(問答)常用的測試含水量的方法有哪些？并說明各自的適用范疇。

2、密度

①、試驗目的：測定土的密度，用于運算土的干密度、壓實度、孔隙比、孔隙率、飽和度等指標。

②、檢測方法及適用范疇：

a、環(huán)刀法：適用于粉土和粘性土。

b、蠟封法：適用于環(huán)刀難以切削并易碎裂的土。

c、灌砂法：適用于現場測定最大粒徑小于75mm的土密度。

d、氣囊法：適用于現場測定最大粒徑小于40mm的土密度。

e、灌水法：適用于現場測定最大粒徑小于200mm的土密度。

3核子射線法：適用于現場測定填料為細粒土、粗粒土的壓實密度。

③、檢驗標準：《鐵路工程土工試驗規(guī)程》TB10102-2010

④、灌砂法注意事項

a.答應偏差：兩次平行誤差不得超過0.03g/cm:!o

b、灌砂筒下部圓錐體內砂的質量必須進行標定；標準砂的密度也必須進行標定，并保持干燥狀態(tài)，

受潮或重新進樣必須重新標定。

c、灌砂法測試表面必須清理干凈、平整；試坑必須垂直，不能鼓肚。

練習題

⑴、（單選）灌砂法測定土的密度之前，要求標定的內容有（）。

A、一項B、二項C、三項D、四項

⑵、（多選）密度測定方法有（）

A、環(huán)刀法B、臘封法C、比重法D、灌砂法

⑶、（判定）灌砂法測定密度應進行兩次平行測定，兩次測定的差值不得大于0.05g/cm>（）

（4）、灌砂法適用于最大粒徑（）的土，灌水法適用于最大粒徑（）的土。

A.20inm；B.60mm；C.75mm；D.200niin

⑸、灌砂法測試壓實密度，已知灌入的砂重1200g,量砂的單位重為1.35g/cm3,挖出的濕土重1750g,

含水率18.0%o請運算P和Pd。

3、顆粒密度

①、檢測目的：測定土的顆粒密度，用于運算土的孔隙比、孔隙度、飽和度等指標。（土體內固體顆

粒質量與顆粒體積之比值，即為顆粒密度）

②、檢測方法及適用范疇：

a、量瓶法：粒徑小于5mm的土；

b、浮稱法：粒徑大于、等于5mm的土，且其中大于20mm的顆粒含量應小于總土質量的10%。

c、虹吸法：粒徑大于、等于5mm的土，且其中大于20mm的顆粒含量應大于總土質量的10%。

d、當土中含有小于5mm和大于5mm的顆粒時，則分別用量瓶法、浮稱法或虹吸法測定不同粒徑時的顆

粒密度，平均顆粒密度按下式運算：

Psn=l/（PlPS1+P2/PS2）

其中：P”平均顆粒密度（g/cn?）

Pi、P2大于和小于5mm粒徑的土粒質量占總質量的質量分數

psi>Ps2大于和小于5mm粒徑的顆粒密度

③、檢驗標準：《鐵路工程土工試驗規(guī)程》TBI0102-2010

④、量瓶法試驗操作步驟

a.一樣土的顆粒密度應采用純水測定；當土中含有可溶鹽、親水性膠體或有機質，應采用中性液體

（如煤油）測定。

b.量瓶在使用前必須進行量瓶和水（或中性液體）總質量的校正，其校正方法應按附錄A規(guī)定進行。

c.將量瓶烘干，取烘干土15g裝入100mL量瓶內（若用50磯量瓶，宜取10g）,稱量瓶和土的總質量,

準確至0.OOlgo

d.向已裝有干土的量瓶內注入純水至量瓶的一半處，搖動量瓶，然后將量瓶放在砂浴上煮沸。煮沸時

間自懸液沸騰時算起，砂土及粉土不少于30min,黏土及粉質黏土不少于lh。

e.煮沸完畢，取下量瓶，冷卻至接近室溫，將事先煮沸并冷卻的純水注入量瓶至近滿（有恒溫水槽時,

可將量瓶放于恒溫水槽內）。待瓶內懸液溫度穩(wěn)固及懸液上部澄清時，塞好瓶塞，使余外水分自瓶塞毛細管

中溢出，將瓶外壁上的水分擦干后，稱量瓶、水和土總質量，準確至0.001g。并測定量瓶內水的溫度，準

確至0.5"C。

f.根據測得的溫度，從已繪制的“溫度與量瓶和水的總質量關系曲線”中查得量瓶和水的總質量。

g.本試驗稱量應準確至0.001go

h.結果處理

m.

A=-------------------AT

mpw+md-mpws

用純水測定時

3

式中ps——顆粒密度（g/cn?）,運算至o.oig/cm；

Wpw---量瓶和水的總質量（g）；

m?vs——量瓶、水和土的總質量（g）；

mt----干試樣質量（g）;

Pw/——T℃時水的密度（g/cn?）。

⑤.浮稱法試驗操作步驟

a.取粒徑大于5mm的代表性試樣約1000g,用清水洗凈后，將試樣浸在15?25℃的水中，浸泡24h后

取出，將試樣放在濕毛巾上滾擦或擦干（以顆粒表面無發(fā)亮水膜為準），即得飽和面干試樣，稱飽和面干試

樣質量5）。

b.將鐵絲筐浸入水中，稱鐵絲筐在水中的質量（加）.

C.將已知質量的飽和面干試樣全部放入鐵絲筐中，慢慢浸沒于水中，并在水中搖動至無氣泡逸出為止,

稱鐵絲筐和試樣在水中總質量（加），并測定盛水容器內水溫，準確至0.5℃。

d.取出鐵絲筐中的全部試樣放于瓷盤中，吸去盤中余水，置于105“l(fā)l（TC烘箱中烘4飛h,取出冷卻至

室溫，稱烘干試樣的質量（如）。

e.本試驗稱量應準確至0.2g?

f.試驗結果應按下列公式運算：

式中——鐵絲筐在水中的質量（g）;

m.一鐵絲筐和試樣在水中總質量（g）。'

⑥、答應偏差：平行測定的差值，不得大于0.02g/cm3,取兩次的算術平均值。

練習題

1、（問劄檢測土的顆粒密度的目的是什么？

2、（問答）顆粒密度的常規(guī)檢測方法有哪些？各適用于什么土？

3、（問答）當土中既含有小于5mm的土也含有大于5mm的土時，土的顆粒密度應怎樣測定？

4、顆粒分析

①.試驗目的：測定土的粒徑級配，為土的分類定名洪成應用提供依據。

②.檢驗標準：《鐵路工程土工試驗規(guī)程》TB10102-2010

③.檢驗方法和適用范疇：

篩析法：200mm,>0.075mm的土

密度計法或移液管法：<0.075mm的土

當土中含有大于或小于0.074mm的土各超過總質量的10%時，應聯(lián)合使用篩析法和密度計法或移液

管法。

篩析法

1).試驗篩：

粗篩：孔徑為200、150、100、75、60、40、20、10、5、2mm

細篩：孔徑為2、1、0.5,0.25、0.075mm

2).操作步驟

A..無凝聚性土的試驗：

a.視土樣顆粒大小，用四分對角線法按表7.2.2的規(guī)定取樣數量，取代表性風干試樣。當稱量小于500

g時，應準確至0.1g；當稱量大于500g時，應準確至1g。

b.將試樣過2mm篩，稱篩上或篩下的試樣質量，當篩下的試樣質量小于試樣總質量的10%時，不作細

篩分析：當篩上的試樣質量小于試樣總質量的10%時，不作粗篩分析。

c.取過2mm篩上的試樣倒入依次疊好的粗篩最上層篩中；篩下的試樣倒入依次疊好的細篩最上層篩中，

進行篩析。細篩宜置于篩析機上震篩，震篩時間為10~15min。

d.按由上而下的順序將各篩取下，于白瓷盤上用手拍叩搖動，檢查各篩，直至篩凈為止，篩下的試樣

應收放入下一級篩內，最后稱各級篩上及底盤內試樣的質量，應準確至0.1go

e.篩后各級篩上和底盤內試樣質量的總和與篩前試樣總質量的差值，不得大于試樣總質量的1%。

B.含有黏土粒的砂類土的試驗：

a.先將土樣放在橡皮板上，用木碾充分碾散黏結的土團塊，然后按本條1款要求稱取試樣，置于盛有

清水的容器內充分攪拌，使試樣中的粗細顆粒完全分離。

b.將容器中的試樣懸液通過2mm篩，邊翻動、邊沖洗、邊過篩，直到篩上僅留大于2mm的土粒為止。

取篩上的試樣風干后稱量，準確至0.1g,然后按本條1款3)-5)項各步驟進行粗篩分析。

c.取過2mm篩下的懸液，用帶橡皮頭的研杵研磨，使通過0.075mm篩，篩上土粒反復加清水研磨過篩,

直至懸液澄清為止，將篩上的試樣烘干稱量，準確至0.1g,然后按本條1款3)?5)項各步驟進行細篩分

析。

d.當小于0.075mm試樣質量超過試樣總質量的10%時,應按本標準密度計法或移液管法測定小于0.075

mm的顆粒組成。

3).運算：小于某粒徑的土的質量百分率X=A/B*p

⑤.比重計法

1).儀器設備：

a.密度計：密度計應按本規(guī)程附錄B校正。

甲種：刻度單位以攝氏20"C時每1000ml懸液內所含試樣質量的克數表示。刻度自一5?50,分度值

為0.5o

乙種：刻度單位以攝氏20℃時懸液的相對密度表示。刻度自0.995?1.020,分度值為0.0002。

b.量筒：高約420mm,內徑約60mm,容積1000ml,刻度。?1000ml,分度值為10ml。

c.細篩：孔徑為2、0.5、0.25、0.075mm,

d.洗篩:孔徑為0.075mm。

e.洗篩漏斗：上口直徑略大于洗篩直徑，下口直徑略小于量筒直徑。

f.天平、烘箱等

2).準備工作

a.試樣制備：稱取具有代表性風干試樣200~300g,過2mm篩，求出篩上試樣占試樣總質量的百分數。

取篩下試樣測定風干含水率。

b.密度計溫度校正

C.分散劑校正

d.分散劑處理（一樣用氨水）

pll<6.5NaOH

pH6.5?7.5NaC20）草酸鈉

pH>7.5（NaPO，六偏磷酸鈉

3）.操作步驟

a.將稱好的干土倒入錐形燒瓶，注入蒸儲水20nd浸泡一晝夜，加入分散劑。

b.搖蕩后的燒瓶放在電爐上煮沸40min后，冷卻。

c.倒入1000ml的量筒中，注入蒸儲水至刻度。

d.攪拌，Imin往返30次。

e.取出攪拌器，開動秒表，測記0.5、1.0、5、15、30、60、120、240、1440min比重計讀數

4）數據處理。按講義7.3.4.。求出小于某粒徑的土的質量百分率X=A/B*P

在半對數坐標紙上繪制粒徑分布曲線

運算：不平均系數Cu=cUo/dio曲率系數Cc=d2g/（deddio）

九、d3。、分別為顆粒級配曲線上10%、30%>60%含量的粒徑。

判定級配：級配良好：C.25,且&=1?3；否則為級配不良。

⑦.注意事項：

a.四分法取樣；

b.篩析法時，如2nlm篩下的土不超過試樣總質量的10%,可省略細篩分析；2mm篩上的土不超過試樣總

質量的10%,可省略粗篩分析。

c.比重計在使用前必須進行校正。

練習題

1、（填空）土顆粒分析試驗常用的方法包括（）、（）、（）o

2、（填空）評判土的級配指標有（）和（），前者的定義式為（），后者的定義式為（）。

3、（單選）以X表示小于某粒徑的試樣質量占試樣總質量的百分數，以d表示土粒直徑。土的顆粒分析

數據表示在（）圖形上。

A、X-dB、lgX-dC、lgX-lgdD、X-lgd

4、（判定）.土顆粒分析篩析法適用于小于或等于200mm,大于0.075mm的土。（）

5.（運算）顆粒分析試驗中,從級配曲線上求得d6o=16.5mm,d:io=8.1mm,dio=3.1mm,試判定該土樣級

配的好壞。

6、（多選）土的顆粒分析試驗時，當小于0.075mm的顆粒含量小于總土質量10%時應當采用（），當

小于0.075mm的顆粒含量大于總土質量10%時應當采用（）。

A,篩析法；B、密度計法或移液管法。

7、用移液管法測定級配碎石小于0.02mm的顆粒含量，根據溫度（20℃）和顆粒密度⑵70g/cm3）查表

得粒徑運算系數K=0.1044,請運算所需要的沉降時間to

8、（問答）案例：某項目試驗室測定粗粒土的粒經級配，他們的做法是：取5000g烘干土樣，第一過

0.075mm水篩，小于0.075mm的顆粒棄之，大于0.075mm的顆粒再烘干，稱重為4000g,然后過篩，將通過

各篩的數量按照總重為4000g運算小于某粒經的百分數，繪制顆粒分布曲線，找出d60、d30和diO,再運

算Cu和Cc,最后判定顆粒級配良好與不良以及確定填料的組別。你認為他的做法對嗎？如果不對錯在哪

里？應當怎么做？

5、界限含水率

①.概述

a.液限。土從塑態(tài)向流態(tài)過渡的界限含水量，或土處于可塑狀態(tài)的上限含水量。以“爐表示。

b.塑限。土從半固態(tài)向塑態(tài)過渡的界限含水量，或土處于可塑狀態(tài)的下限含水量。以%”表示

c.塑性指數。IP=W「WP,粘性土處于可塑狀態(tài)時的含水量變化范疇。Ip越大，可塑性越高，大壓縮性土。

d.液性指數。土的相對稠度。即土的天然含水量與界限含水量的關系。L=（W-W,.）/（WL-W,.）

e.縮限。當土達到塑限后連續(xù)變干，土的體積隨之減小，當收縮達到某一含水量后土的體積不再收縮,

此時的含水量為縮限。

②.試驗的目的：根據％、怖運算Ip、Ii,為土的分類、工程設計、施工提供依據。

③.適用范疇：粒徑〈0.5mm,有機質＜5虬

檢驗標準：《鐵路工程土工試驗規(guī)程》TB10102-2010

⑤.檢測方法：液限：聯(lián)合測定法、碟式儀法

塑限：聯(lián)合測定法、搓條法

⑥.聯(lián)合測定法儀器設備：試錐76g,錐角30°。

⑦.試驗操作應按下列步驟進行：

a.本試驗應采用保持天然含水率的土樣制備試樣。在無法保持土的天然含水率情形下，也可用風干土

制備試樣。

b.當采用天然含水率的土樣時，應剔除大于0.5mm的顆粒，然后分別按下沉深度為3~5mm、9~11mm

及16~18mm（或分別按接近液限、塑限和二者的中間狀態(tài)）制備不同稠度的土膏，靜置潮濕。靜置時間可

根據含水率的大小而定。

c.當采用風干土樣時?，取過0.5mm篩的代表性試樣約200g,分成3份，分別放入3個盛土皿中，加入

不同數量的純水，使分別達到本條第2款中所述的3種稠度狀態(tài)，調成平均土膏，然后用玻璃和濕毛巾蓋住

或放在密封的保濕器中，靜置24h。

d.將制備好的土膏用調土刀加以充分調拌平均，密實地填入試樣杯中，盡量使土中空氣逸出。高出試

樣杯的余土用調土刀刮平，將試樣杯安放在儀器升降座上。

e.在圓錐儀錐體上涂以薄層凡士林。接通電源，使電磁鐵吸穩(wěn)圓錐儀（對于游標式或百分表式，提起

錐桿，用旋鈕固定）。

f.調劑屏幕準線，使初始讀數為零（游標尺或百分表讀數調零）。調整升降臺，使圓錐儀錐尖剛好接

觸土面，指示燈亮時圓錐儀在自重作用下沉入試樣中（游標式或百分表式用手紐動旋紐，放開錐桿）。約經

5s后立刻測讀圓錐下沉深度。取出試樣杯，取10g以上的試樣2個裝入稱量盒內，測定其含水率。

g.重復本條第4~6款步驟，測試其余二個試樣的圓錐下沉深度和含水率。

⑧.試驗結果整理：

以含水率為橫坐標，圓錐下沉深度為縱坐標，在雙對數坐標紙上繪制如圖的關系曲線。三點應連成一

條直線，如圖中A線所示。當三點不在一條直線上，則通過高含水率這一點與其余二點連成二條直線，在圓

錐下沉深度為2mm處可查得相應的兩個含水率。當這兩個含水率的差值小于2%時，應以這二點的含水率平

均值與高含水率的點連成一條直線，如圖中B線所示。當這二個含水率之差值大于或等于2%時，則應再補

作試驗。

下沉深度為17mm所對應的含水率為液限；下沉深度為10mm所對應的含水率為10mm液限：下沉深度

為2mm所對應的含水率為塑限。取值以百分數表示，準確至0.現。

⑨.注意事項：

a.以規(guī)程用圖解法求得液塑限，所使用的雙對數坐標紙一定要足夠的準確度和辨論率。

b.國標、鐵路、公路工程界限含水量的實驗方法標準不盡相同，進行界限含水量試驗之前，一定要弄

清楚需要執(zhí)行的檢驗標準。

C.鐵路、公路標準規(guī)定的儀器設備不同，不可混用。

練習題

1、（填空）搓條法塑限試驗中，當土條直徑搓成（）麗時產生裂縫，并開始斷裂，表示試樣的含水率

達到塑限含水率。

2、（填空）液塑限測定，下沉深度為17mm所對應的含水率為（）；下沉深度為10mm所對應的含水率為

0;下沉深度為2mm所對應的含水率為（）。取值以百分數表示，準確至0.1%。

3、（填空）液限是土的可塑狀態(tài)的（）含水量，塑限是土的可塑狀態(tài)的（）含水量。

4、（單選）液塑限聯(lián)合測定數據表示在（）圖形上。

A、h?勿B(yǎng)、Igh?①C、Igh?lg。D、h?1g?

5、（單選）下面關于液塑限的說法錯誤的是：（）

A、鐵路標準試錐質量76g、錐體入土深度17mm的含水率為液限；

B、公路標準試錐質量100g、錐體入土深度20mm的含水率為液限；

C、《鐵路工程巖土分類標準》（TB10077-2001）是采用76g錐、入土深度17mm的液限運算塑性指數和液

性指數的。

D、鐵路標準與公路標準塑限的取值方法也是不相同的。

6、（多選）液限測試的方法有（）

A、聯(lián)合測定法B、圓錐儀法C、搓條法D、碟式儀法

7、（多選）塑限測試的方法有（）

A、聯(lián)合測定法B、圓錐儀法C、搓條法D、碟式儀法

8、（問答）界限含水量的測定有哪些用途？

9、（運算）界限含水量測試時，測得液限5=58.5%,3產28.5%,3=25.5%,試判定該土樣的狀態(tài)。

10、（多選）鐵路和公路路基填料細粒土液塑限的檢測，下述規(guī)定適用于鐵路的是（），適用于公路

的是（）。

A、液限試錐100g,入土深度20mm；

B、液限試錐76g,入土深度17mm；

C、液限試錐76g,入土深度10mm；

D、液限可以用蝶式儀法測定；

E、塑限試錐76g,入土深度2mm;

F、塑限可以用搓條法測定。

6、相對密度

①.概念。相對密度即無黏性土處于最松散狀態(tài)孔隙比與天然狀態(tài)（或給定）孔隙比之差和最松散狀

態(tài)孔隙比與最緊密狀態(tài)孔隙比之差的比值。

cemax-eo八“私皿（。-01面）

Dr=------Dr=----------

emax-emin或（R,max-p/min）

②.試驗目的：測定相對密度，用以判定砂類土或碎石類土的密實狀態(tài)，從而確定其工程特性，為設

計和施工提供依據。

③.適用范疇：

砂的相對密度試驗適用于顆粒粒徑小于5mm、且粒徑2?5mm的試樣質量不大于試樣總質量的15%及粒

徑小于0.075mm的顆粒質量不大于總土質量的12%；

礫和碎石類土的相對密度試驗適用于最大粒徑為60mm、且粗顆粒中小于0.075mm的顆粒含量不得大

于12%。

④.檢驗標準：《鐵路工程土工試驗規(guī)程》TB10102-2010

⑤.檢測方法：

a.測定砂的最小干密度采用漏斗法或量筒法（見規(guī)程11.2.2）,最大干密度采用振動錘擊法（見規(guī)程

11.2.3）

b.測定碎石類土的最小干密度采用固定體積法（見規(guī)程11.3.3）,最大干密度采用振動臺振動加重物法

（見規(guī)程11.3.4）

⑥.注意事項：

a.相對密度Dr的變化范疇在0?1之間,相對密度越大，越密實。

b.砂類土特別是碎石類土的顆粒級配不穩(wěn)固，其最大最小干密度也變化很大，在實際應用中應密切關

注其變化。

練習題

1、（單選）相對密度D的定義為：（）

A、D.—■■■—B、D=加品二梟”C、D—■-D、D=工曲』1

「^max—^min「^max-r^max—^min「^minm

2、（討論）某工程填料為砂卵石，但其中所含的卵石比例不穩(wěn)固，若壓實后要求相對密度達到0.70,

請問怎樣搞好施工控制，才能保證壓實質量。

7、擊實

①.試驗目的：求得最大干密度和最佳含水量，用于指導路基填土施工和評判路基壓實質量。

②.檢驗標準：《鐵路工程土工試驗規(guī)程》TB10102-2010

③.類型：輕型：QI、Q2重型：Zl、Z2、Z3

④.適用范疇：各種粗粒土和細粒土，最大粒徑有5mm、20mm、40mm三種

⑤.儀器設備：

鐵路工程擊實試瞼標準技術參數

試驗方法

試擊實儀規(guī)格試驗條件

驗編擊錘擊實筒護筒每

最大

類錘底層層

質量落距內徑簡高容積高度粒徑

型號直徑數擊

(kg)(mm)(mm)(mm)(mm)(cm3)(mm)數(mm)

輕Q12.551305102116947.4503255

型Q22.5513051521162103.95035620

重Z14.551457102116947.4505255

Z21.5514571521162103.95055620

型Z34.5514571521162103.95039440

注：LQ1、Q2、Zl、Z2,Z3分別稱：輕1、輕2、重1、重2、重3；

2.Q2、Z2、Z3簡高為簡內凈高。

⑥.試驗操作步驟：

1）.試樣制備：分為干法和濕法兩種。

干法：

a.將代表性試樣風干或在低于50"C溫度下進行烘干。烘干后以不破壞試樣的基本顆粒為準。將土碾

碎，過5mm、20mm或40mm篩，拌和平均備用。試樣數量，小直徑擊實筒最少20kg,大直徑擊實筒最少50kg。

b.烘干法測定試樣的風干含水率。按試樣的塑限估量最優(yōu)含水率，在最優(yōu)含水率鄰近挑選依次相差約

2%的含水率制備一組試樣至少5個，其中2個含水率大于塑限、2個小于塑限、1個接近塑限。加水量可用下

式運算：