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1、公路工程试验检测人员考试公路材料辅导,第一部分,土工,第一节 土的三相组成及物理性质指标换算,一、土的形成 土是由地表面的岩石经风化、剥蚀、搬运、沉积，形成固体矿物、流体水和气体的一种集合体。不同的风化作用形成不同性质的土。风化作用有下列三种。,1、物理风化,岩石经受风、霜、雨、雪的侵蚀，温度、湿度的变化，不均匀膨胀与收缩，使岩石产生裂隙，崩角为碎石。这种风化作用，只改变颗粒的大小和形状，不改变原来的矿物成份，称为物理风化。由物理风化生成的土为巨粒土，这种土呈松散状态，总称无黏性土。,2、化学风化,当岩石的碎屑，与水、氧气和二氧化碳等物质相互接触，使这些岩石碎屑逐渐发生化学变化，改变了原来组成
2、矿物的成份，产生一种新的成份次生矿物。这类风化称为化学风化。经化学风化生成的土为细粒土，具有黏结力，如黏土与粉质土，总称黏性土。,3、生物风化,由动物、植物和人类活动对岩石的破坏称生物风化。,二、土的三相组成,固相土颗粒，由无机矿物颗粒和有机质组成，构成土的骨架； 液相土孔隙中存在的水； 气相土孔隙中填充的空气。,土的三相比例变化，引起的状态和工程性质的变化：,固体+液体+气体湿土。 当液体=0， 固体+气体干土。 当气体=0， 固体+液体饱和土。,三、土中的水,土中的水可分为结晶水、结合水和自由水。 结晶水存在于土颗粒矿物晶体内部或参与矿物构造的水。要通过高温才能从土颗粒矿物中折出。,结合水
3、吸着在土颗粒表面呈薄膜状的水，受土粒表面引力作用而不服从静水力学规律，根据靠近土颗粒表面的距离，分强结合水和弱结合水。强结合水一般在105150下才能折出。 自由水存在于土颗粒孔隙中的水，分为毛细水和重力水，在105110时就能从土体中折出。,四、土的物理性质指标及指标换算,工程设计和工程检验中常用的物理性质指标：土的密度（湿密度）、土颗粒比重、饱和密度、干密度、浮密度、含水率、孔隙比、孔隙率、饱和度9个指标。 其中：土的比重、土的密度、土的含水率三个指标是实验指标（土的三相基本物理指标），其它的指标是换算指标。,1、常用物理性质指标和定义,（1）土的湿密度：是指土单位体积的质量。 m = （
4、kg/m3） V,（2）土颗粒比重（或土颗粒相对密度）Gs：是土粒在温度105110下烘至恒重时的质量与同体积4时纯水质量的比值。,ms/Vs Gs= mw/Vw4,(3) 土的含水率：是指土中水的质量和固体颗粒质量之比，通常以百分数表示。,mw = 100 ms,(4)干密度d：是指土的固体颗粒质量与土的总体积之比。,ms d= (kg/m3) V,（5）饱和密度sat：是指土孔隙中全部被水充满时的密度。,ms+Vv.w sat= (kg/m3) V,（6）浮密度（或称浸水密度）：是指土浸入水中受到水的浮力作用时的单位体积质量。,ms-Vs.w = (kg/m3) V,（7）孔隙比e：是土中
5、孔隙体积与固体颗粒体积之比。,Vv e = Vs,（8）孔隙率n：是指土中孔隙体积与总体积之比。,Vv n = 100 V,（9）饱和度Sr：是指孔隙中水的体积与空隙体积之比,Vw Sr= 100 Vv,2、土的物理指标换算关系,3、土的其它指标,（1）常用的物理状态指标：液限含水率L、塑限含水率P、塑性指数Ip、液性指数IL、相对密度Dr等。 （2）常用的力学性质指标：压缩系数、压缩指数、固结系数、抗剪强度指标、承载比、回弹模量、无侧限抗压强度等。 （3）常用土的水理性指标：渗透系数、湿化崩解量和毛细管水上升高度等。,五、土的含水率试验,含水率是土的基本物理性质指标之一。它反映土的状态，它的
6、变化将使土的一系列力学性能随之而异；它又是计算土的干密度、孔隙比、饱和度等指标的依据。 测量土的含水率方法：烘干法、酒精燃烧法和比重法。,烘干法,是测定含水率的标准方法，适用于黏土、粉质土、砂类土、砂砾土、有机质土和冻土类。,酒精燃烧法,适用于快速简易测定细粒土（含有有机质土除外）的含水率。,比重法,是通过测定湿土体积，估计土粒比重，间接计算土的含水率，由于试验时没有考虑温度的影响，所以结果准确度较差。土内气体能否充分排出,直接影响试验结果的精度,故比重法仅适用于砂类土。,检测的要素,规定的原理和方法、规定的检测装置、条件约定和结果处理。,（一）土的含水率试验（烘干法）,原理和方法：土样在10
7、5110烘干至恒重，土样中水质量（湿土质量与干土质量的差）占干土质量的百分比。,规定的检测装置：,电热烘箱（或红外加热烘箱）、天平，感量0.01g、干燥器和称量盒。,条件约定：,试样称量细粒土15g30g，砂类土和有机质土50g。 烘干温度105110，6070。 烘干时间：细粒土不少于8h，砂类土不少于6h，含有机质5%以上或含有石膏的土6070，12h15h。,结果处理：,称样精度0.01g。 计算公式。 误差控制。,(二)土的含水率试验（酒精燃烧法）,见教材P5 要点：适用范围（不适合有机质土的含水率测定） 注意:1、阅读试验说明与注意事项。 2、整理一下试验程序。 一个试验规程一般分三
8、个部分：1、试验准备；2、试验过程；3、结果处理。,六、土的密度试验,密度试验是土的基本物理指标之一，用它可以换算土的干密度、孔隙率、饱和度等指标。 密度的基本公式是：m/V（即单位体积的质量）。引伸出的不同密度除非是采用不同的质量（m）和体积（V）。,在密度试验过程中，土的质量测定比较容易，一般采用不同精度的天平或秤来实现；试验规程中用大量的篇幅来描述的是体积测定，说明土的体积测定相对比较复杂，它受人为因素和粒度成份影响很大。,体积测定的几种常用方法：,1、量取法用已知体积容器进行量取。如环刀、容量筒、击实筒等。 2、浮力定义法根据浮力定义，在液体中物体的体积等于排开该液体的体积。也等于所排
9、开液体的质量。如蜡封法、比重瓶法等。 3、替代法用已知密度的物质填充被测体积。如灌砂法、灌水法等。,测定土密度常用的方法有：环刀法、电动取土器法、蜡封法、灌砂法、灌水法等。,方法的适用性： 1、环刀法适用细粒土。 2、电动取土器法适用石灰土、硬塑 土。 3、蜡封法适用坚硬易碎、含有粗颗粒和形状不规则的土。 4、灌砂法和灌水法适用于野外。,(一)土的密度试验（环刀法） 见教材P6 （二）土的密度试验（蜡封法） 见教材P7 （三）土的密度试验（灌砂法） 见教材P8,七、土的比重试验,土的比重试验是土的三大基本物理性指标（比重、密度、含水率）之一，是计算孔隙比和评价土类的主要指标。 比重无量纲！,（
10、一）土的比重试验（比重瓶法）,见教材P11 要点： 1、目的和使用范围； 2、比重瓶的校准； 3、排气方式； 4、公式的理解。,（二）土的比重试验（浮力法）,见教材P13 要点： 1、目的和使用范围； 2、称样的方式； 3、计算公式的理解。,（三）土的比重试验（浮称法）,见教材P14 要点： 1、目的和使用范围； 2、称样的方式； 3、计算公式的理解。 注：与浮力法比较，称 样方式的差异。,（四）土的比重试验（虹吸筒法）,见教材P15 要点： 1、目的和适用范围； 2、计算公式的理解。,第二节 土的粒组划分和工程分类,一、粒度、粒组划分、粒度成分及 表示方法 粒度土粒大小称为粒度。 粒组将大小
11、相近的土合并成 组。 粒度成分土中各种不同粒组的相对含量。,粒度成分的表示方法：,1、表格法，以列表形式直接表示各粒组的百分含量。它用于粒度成分的分类是比较方便的。 2、累计曲线法，它是一种比较完善的图示方法，通常用半对数纸绘制。横坐标（对数比例尺）表示某一粒径，纵坐标表示小于某一粒径的土粒的累计百分含量。采用半对数纸可以把细粒含量更好地表达清楚，如采用普通坐标纸刚不可能做到这一点。由累计曲线可以直观地判断土中各粒组的分布情况。 3、三角坐标法，三角坐标法可用来表达三种粒组的含量。用一点表示土的粒度成分，在一张图上能同时表示几种土的粒度成分。,二、司笃克斯定律：,球体（土粒）在介质（水）中沉降
12、，其沉降速度与球体（土粒）半径的平方成正比，而与介质（水）的黏滞系数成反比。,司笃克斯定律是一个土力学公式，一般用于沉降分析法对细粒土的粒径分析。司笃克斯定律得出如下结论：土粒在悬液中的沉降速度与粒径的平方成正比关系。,三、土粒级配指标,1、土的不均匀系数（Cu）反映粒径分布曲线上的土粒径分布范围。 不均匀系数（Cu）= 土粒分布曲线上通过率60%的粒径（d60）/土粒分布曲线上通过率10%的粒径（d10）,2、曲率系数（Cc）,反映粒径分布曲线上的土粒分布形状。 曲率系数（Cc）=土粒分布曲线上通过率30%的粒径的平方（d30）2 /土粒分布曲线上通过率60%的粒径（d60）土粒分布曲线上通
13、过率10%的粒径（d10）,土粒级配判断：,（1）Cu5时为均匀土，级配不好；Cu10时为级配良好的土； （2）不能单独使用Cu 一个指标，而是要和Cc 同时考虑，当同时满足Cu、Cu=13，为级配良好的土；若不能同时满足，则为级配不良土。,四、土的工程分类及命名,我国公路用土根据下列特征作为土的分类依据： （1）土的颗粒组成特征；（筛分法） （2）土的塑性指标：液限、塑限、塑性指数；（液、塑限联合测定仪法） （3）土中有机质存在情况。（塑性图法）,粒组划分表：（教材P17）,土的基本代号表：（教材P17）,（一）巨粒土的分类,1、巨粒土的定名分类 巨粒组质量多于总质量50%的土称巨粒土。 (
14、1)巨粒组质量多于总质量75%的土称漂（卵）石； (2)巨粒组质量多于总质量50%75%的土称漂（卵）石夹土； (3)巨粒组质量多于总质量15%50%（含50%）的土称漂（卵）石质土； (4)巨粒组质量少于总质量15%的土，可扣除巨粒，按粗粒土或细粒土的相应规定分类定名。,2、漂（卵）石的定名 （1）漂石粒组质量多于卵石粒组质量的土称漂石，记为B； （2）漂石粒组质量少于等于卵石粒组质量的土称为卵石，记为Cb 3、漂（卵）石夹土的定名 （1）漂石粒组质量多于卵石粒组质量的土称漂石夹土，记为BSl； （2）漂石粒组质量少于等于卵石粒组质量的土称为卵石夹土，记为CbSl 。,4、漂（卵）石质土的定
15、名 （1）漂石粒组质量多于卵石粒组质量的土称漂石质土，记为SIB （2）漂石粒组质量少于等于卵石粒组质量的土称为卵石质土，记为SICb； （3）如有必要，可按漂（卵）石质土中的砾、砂、细粒土含量定名。,（二）粗粒土分类,试样中巨粒组土粒质量少于或等于总质量的15%，且巨粒组土粒与粗粒组土粒质量之和多于总土质量50%的土称粗粒土。,1、砾类土 粗粒土中砾粒组质量多于砂砾组质量的土称砾类土，砾类土应根据其中细粒含量和类别以及粗粒组的级配进行分类。 （1）砾类土中细粒组质量少于或等于总质量5%的土称砾，按下列级配指标定名： 当Cu5，Cc=13时，称级配良好砾，记为GW； 不同时满足Cu5，Cc=1
16、3条件时，称级配不良砾，记为GP。,（2）砾类土中细粒组质量为总量5%15%（含15%）的土称含细粒土砾，记为GF。 （3）砾类土中细粒组质量大于总质量的15%，并小于或等于总质量的50%的土称细粒土质砾，按细粒土在塑性图中的位置定名： 当细粒土位于塑性图A线以下时，称粉性土质砾，记为GM； 当细粒土位于塑性图A线或A线以上时，称黏土质砾，记为GC。,2、砂类土 粗粒土中砾粒质量少于或等于砂粒组的土称砂类土，砂类土应根据其中细粒含量的类别以及粗粒组的级配进行分类。 根据粒径分组由大到小，以首先符合者命名。 （1）砂类土中细粒组质量少于或等于总质量5%的土称砂，,按下列级配指标定名： 当Cu5，Cc=13时，称级配良好砂，记为SW； 不同时满足Cu5，Cc=13条件时，称级配不良砂，记为SP。 需要时，砂可进一步细分为粗砂、中砂和细砂： 粗砂：粒径大于0.5mm颗粒多于总质量50%； 中砂：粒径大于0.25mm颗粒多于总质量50%； 细砂：粒径大于0.075mm颗粒多于总质量75%；
