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1、公路土工和 无机结合料稳定材料,试验检测培训,主要内容,第一部分 土工 一、 土的概述 二、 颗粒分析（颗粒级配）试验 三、 界限含水率试验 四、 击实(最佳含水率、最大干密度)试验 五、 土的承载比（CBR)试验,第二部分 无机结合料稳定材料 一、 无机结合料稳定材料击实试验 二、 无侧限抗压强度试验 三、 水泥（石灰）剂量,第一部分：土工 公路土工试验规程（JTG E40-2007),一、土的概述,1、 土的形成 土是由地壳表面的岩石经过物理风化 化学风化和生物风化作用之后的产物。,岩石暴露在大气中，受到温度变化的影响，体积经常发生膨胀和收缩，不均匀的膨胀和收缩使之产生裂缝，同时长期经受风
2、 霜 雨和雪的侵蚀以及动植物的破坏，逐渐由整块岩石崩解成大小不等和形状不同的碎块，这个过程叫物理风化。,物理风化只改变岩石颗粒的大小和形状，不改变颗粒的成分。物理风化后形成的碎块与氧气 二氧化碳和水接触，经过化学变化，变成更细的颗粒并且成分也发生改变，产生与原来岩石成分不同的矿物，这个过程叫做化学风化。,在此基础上，加之生物活动的参与，从而产生有机质的积聚，经过这些风化作用所形成的矿物颗粒堆积在一起，其间贯穿着孔隙，孔隙间存在着水和空气。这种松散的固体颗粒（有时还会含有有机质） 水和气体的集合体即是土。,2、土的三相组成,土由固体土粒、液体水和气体三相组成。,3、土的工程分类,土分类总体系图（
3、根据巨粒组、粗粒组和细粒组含量）,3.1巨粒土分类,3.2砾类土分类,备注：F为细粒组质量（ 0.075mm),3.3 砂类土分类,备注：F为细粒组质量（ 0.075mm),3.4、细粒土的分类,3.5、土工试验项目,1、物理性质试验：含水率、密度、比重、颗粒分析、相对密度。 2、水理性质试验：界限含水率、稠度、膨胀、毛细上升速度。 3、力学性质试验：渗透性、击实性、压缩性、黄土湿陷性、直接剪切、三轴剪切、无侧限剪切、土基承载比、回弹模量。 4、化学性质试验：酸碱度、烧失量、有机质含量、可溶盐含量、阳离子交换量、矿物成份。,二、土的颗粒分析,1、概述 粒度：土粒的大小。 粒组：大小相近的土粒合
4、并为组。 土的粒度成分（颗粒级配）：指土中各种不同粒组的相对含量（以干土质量的百分数表示），它可用来描述土的各种不同粒径土粒的分布特性。 粒组的划分,1.1粒度成分的分析方法：,1）筛析法（适用于粒径大于0.075mm的土） 粗筛（圆孔筛）：孔径为60mm、40mm、20mm、10mm、5mm、2mm； 细筛：孔径为2mm、 1.0mm、 0.5mm、0.25mm、0.075mm 2）沉降分析法：密度计法和移液管法（适用于粒径小于0.075mm的土）,1.2粒度成分的表示方法,1）表格法以列表形式直接表达各粒组的相对含量,2）累积曲线法用一条曲线表示一种土的粒度成分，在一张图上能同时表示许多种
5、土的级配成分。 不均匀系数 Cu = d60/d10 5 曲率系数 Cc = （d30）2/（d60d10） 13,3）三角坐标法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。,等边三角形,2、试验步骤,（一）筛析法（粒径d0.075mm的土） 1）试验原理 筛析法是将土样通过逐级减小孔径的一组标准筛子。对于通过某一筛孔的土粒，可以认为其粒径恒小于该筛的孔径，反之，遗留在筛上的颗粒，可以认为其粒径恒大于该筛的孔径。这样即可把土样的大小颗粒粒按筛孔径大小逐级加以分组和分析。,2）方法概述（无粘聚性的土-干筛法） 将土样放在橡皮板上风干，用木碾将粘结的土团充分碾散拌匀，用四分法取代
6、表性土样备用。 将四分法取出的代表性土样按表2.1的规定称取试样质量，应准确至0. 1g，试样数量超过500g时，应准确至1g。,将试样过孔径为2mm的细筛，分别称出筛上和筛下土的质量。（若2mm筛下的土不超过试样总质量的10%，则可省略细筛分析。同样，2mm筛上的土如不超过试样总质量的10，则可省略粗筛分析）。 取2mm筛上试样倒入依次叠好的粗筛（孔径为60mm、40mm、20mm、10mm、5mm）的最上层筛中；取2mm筛下的土样倒入依次叠好的细筛（孔径为2mm、0.5mm、0.25mm、0.075mm）的最上层筛中进行筛析，筛析时细筛可放在摇筛机上振摇，振摇时间一般为（10-15）min
7、。,依次将留在各筛上的土称重。要求各细筛及底盘内土质量总和与原来所取2mm筛下试样质量之差不得大于1，同样各粗筛及2mm筛下的土质量和与试样质量之差不得大于1%。 如果小于0.075mm颗粒含量超过总土质量的10%，有必要时，做密度计分析。,3）计算及绘图 在半对数坐标纸上，以小于某粒径的土质量百分数为纵坐标，以粒径为横坐标，绘制颗粒大小分配曲线。 按下式计算小于某粒径颗粒质量百分数： X=(A/B)100 式中：X小于某粒径颗粒的质量百分数，； A小于某粒径的颗粒质量，g； B试样的总质量，g。 当小于2mm的颗粒如用四分法缩分取样时，试样中小于某粒径的颗粒质量占总质量的百分数： X=(a/
8、b)p100 式中：a通过2mm筛的试样中小于某粒径的颗粒质量，g； b通过2mm筛的土样中所取试样的质量，g； p粒径小于2mm的颗粒质量百分数。,（二）沉降分析法 1试验原理 沉降分析法分密度计和移液管法两种，是根据土粒在液体中沉降的速度与粒径的关系由笃克斯定理确定。定理认为土粒越大，在静水中沉降速度越快。反之，土粒越小、沉降速度越慢。,2.密度计种类及校正 （1）密度计分甲、乙两种。 甲种密度计：刻度单位以20时每1000ml悬液内所含土质量的克数表示，刻度为-550，最小分度值为0.5； 乙种密度计：刻度单位以20时悬液的比重表示，刻度为0.9951.020，最小分度值为0.0002.
9、 （2）密度计的几种校正：密度计刻度及弯月面校正、温度校正、土粒比重校正（2.65）、分散剂校正。,试验示例,由曲线可确定两个土粒的级配指标: 不均匀系数Cu=d60/d10 曲率系数CC= d302 /（d10 *d60 ） d60 、 d30 、d10 有效粒径，即土中小于该粒径的颗粒质量为60、30%、10%的粒径，mm；,三、界限含水率试验,（一）概述 界限含水率定义：粘性土的状态随着土中含水率的变化而变化，各种粘性土有一个处于塑性状态的含水率范围，界限含水率就是这个范围的度量值； 说明：对实际工程来说，具有实用意义的是液限、塑限和缩限。液限是可塑状态的上限，塑限是可塑状态的下限。含水
10、率低于缩限，水分蒸发时体积不再缩小。,液限WL（%）：土从液体状态向塑性体状态过渡的界限含水率。 塑限WP （%） ：土由塑性体状态向脆性固体状态 过渡的界限含水率。 缩限WS （%） ：达到某一含水率后，土体积不再收缩的界限含水率。 塑性指数 IP=WL-WP：液限与塑限之差值。（一般在习惯上用不带百分数符号的数值表示。塑性指数越大，表示土越具有高塑性）,液性指标IL=(W-WP)/（WL-WP ）（%） ：表示天然含水率与界限含水率关系的指标。 当IL=1.0，即W=WL,土处于液限； 当IL=0，即W=WP,土处于塑限。 故按IL可区分土的各种状态： IL0 为坚硬状态 01.0 为流塑
11、状态 天然稠度：土的液限与天然含水率之差和塑性指数之比。,界限含水率试验方法：,1、液限塑限联合测定法 2、液限碟式仪法（碟式液限仪） 3、滚搓塑限试验法 4、缩限试验,（二）液限塑限联合测定法 实验目的： 为了确定粘性土由流动状态，可塑状态和半固体状态、固体状态相互转化时的分界含水率。 它是土工试验中的基本指标之一。为划分土类，计算天然稠度，塑性指数IP，液性指标IL，供工程设计和施工之用。 适用范围： 本试验适用于粒径不大于0.5mm、有机 质含量不大于5%的土；,仪器设备： LP-100型液塑限联合测定仪:锥质量为100g，锥角为30，读数显示形式宜采用光电式、游标式、百分表式。,电子天
12、平（称量200g,感量0.01g）、烘箱,试验步骤： 1）取有代表性的天然含水率或风干土样进行试验。如土中含有大于0.5mm的土粒或杂物时，应将风干土样用带橡皮头的研杵研碎或用木棒在橡皮板上压碎，过0.5mm的筛。取代表性土样200g，分别放入三个盛土皿中，加不同数量的蒸馏水，使土样的含水率分别控制在液限（a点）、略大于塑限（c点）和二者的中间状态（b点）附近。用调土刀调匀，密封放置18h以上。 2）利用简易辨别法或颗粒分析法确定土的类别，砂类土还是细粒土。（锥入深度和结果整理需要）,3）将制备好的土样充分搅拌均匀，分层装入盛土杯中，试杯装满后，刮成与杯边齐平。 4）给圆锥仪锥尖涂少许凡士林，
13、将装好土样的试杯放在联合测定仪上，使锥尖与土样表面刚好接触，然后按动落锥开关，测记经过5s锥的入土深度h。改变锥尖与土接触位置重复本操作。（锥尖两次锥入位置距离不小于1cm) 5）去掉锥尖入土处的凡士林，测盛土杯中土的含水率w。 重复以上步骤对已准备好的其它两个含水率的土样进行测试。,结果整理： 以含水率w为横坐标，锥入深度h为纵坐标在双对数坐标纸上绘制关系曲线，如图所示。三点应在一直线上。,砂类土,细粒土,a,b,c,当三点不在一直线上时，通过高含水率的a点和其余两点b、c连成二条直线，由液限在hp-wl图上查的hp,以此hp再在h-w的ab及ac两直线上求出相应的两个含水率，当两个含水率的
14、差值小于2时，应以两点含水率的平均值与高含水率的点连一直线如图中B线，当两个含水率的差值大于、等于2时，应重做试验。,土样定名,（1）当细粒土位于塑性图A线或A线以上时，按下列规定定名： 在B线或B线以右，称高液限黏土，记为CH； 在B线以左，IP=7线以上，称低液限黏土，记为CL。 （2）当细粒土位于A线以下时，按下列规定定名： 在B线或B线以右，称高液限粉土，记为MH； 在B线以左， IP=4线以下，称低液限粉土，记为ML。 （3）黏土粉土过渡区（CLML）的土可以按相邻土层的类别考虑细分。,注意事项,1、对于100g锥而言c点的锥入深度应控制在5mm以下，对于砂类土可大于5mm，a点的锥
15、入深度应为200.2mm;锥入深度允许误差0.5mm，否则应重做，每次均取10g以上的土样两个，测定其含水率。 2、试验须进行两次平行测定，取其算术平均值，以整数（%）表示。其允许差值为：高液限土小于或等于2%，低液限土小于或等于1%。,四、击实试验,（一）概述 击实试验的意义：为了改善土的工程性质，常采用压实的方法使土变得密实。击实试验的目的是确定土的最大干密度和最佳含水率，为施工控制填土密度提供设计依据。 击实试验的原理：击实试验就是模拟施工现场压实条件，采用锤击方法使土颗粒重新排列紧密。对于粗粒土因颗粒的紧密排列，增强了颗粒表面摩擦力和颗粒之间嵌挤形成的咬合力。对细粒土则因为颗粒间的靠紧
16、而增强粒间的分子引力，从而使土在短时间内得到新的结构强度。,含水率 土中的水分为强结合水、弱结合水及自由水。工程上含水率定义为土中自由水的质量与干土粒质量之比的百分数，一般认为在100-110温度下能将土中自由水蒸发掉。 含水率=（湿土质量-干土质量） 干土质量100% 允许差值 含水率试验须进行二次平行测定，取其算术平均值，允许平行差值应符合下表规定,密度：是指土体单位体积的质量，=m/V (g/cm3) 干密度：是指土的固体颗粒质量与土的总体积之比。 d=ms/V (g/cm3) 土的干密度越大，土越密实。所以干密度常用作填土压实的控制指标。 最大干密度(d):在击数一定时，当含水率较低时，击实后的干密度随着含水率的增加而增大；而当含水率达到某一值时，干密度达到最大值，此时含水率继续增加反而使干密度减小。干密度的这一最大值称为最大干密度，与它对应
