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土工部分1土是由土颗粒(固相)、水(液相)及气体(气相)三种物质组成,具有分散性、复杂性、易变性。固相物质分为无机矿物颗粒(原生矿物和次生矿物)和有机质(腐殖质和泥炭)。液相:土孔隙中存在的水。液态水分为存在于矿物颗粒内部的水和表面的水。内部水指化学结构水和化学结晶水,表面水指结合水和自由水,包括毛细水和重力水。气相:指土孔隙中中冲天的空气。土中气体可分为两类:与大气相连通的自由气体和与大气隔绝的封闭气体(气泡)。在受到外力作用时,自由气体能很快从孔隙中被挤出,一般不影响土的工程性质。封闭气体在受到外力作用时,随着压力的增大,气泡可被压缩或溶解于水中,压力减小时,气泡会恢复原状或重新游离出来。气泡的存在增加土体的弹性,减小土的渗透性。这种含气体的土成为非饱和土。所以,土孔隙中的含气量与含水量有密切关系,无论谁占优势,对土的性质影响很大。三项物理指标:土粒相对密度、天然密度、含水量。2土工试验项目:物理性质:含水量、密度、比重、颗粒分析、相对密度。水理性质:界限含水量、稠度、膨胀、收缩、毛细上升高度。力学性质:击实、渗透性、压缩性、黄土湿陷性、土基承载比及回弹模量。化学性质:酸碱度、烧失量。反映土含水程度的指标有:含水量、饱和度。3土的含水量试验:常用方法:烘干法(标准法)、酒精燃烧法、比重瓶法等。含水量定义:土颗粒表面以外的水分,工程上定义为土中水的质量与土粒质量之比的百分数。反映土含水程度的指标有:含水率、饱和度。烘干法:适用于粘质土、粉质土、砂类土和有机质土类;设备:烘箱、天平、干燥器、称量盒。步骤:取样,细粒土15-30g,砂类土、有机土50g,放入称量盒立即称量;揭开盒盖,将试样和盒盖放入烘箱,在105-110度烘干。时间:细粒土不少于8h,砂类土不少于6h,含有机质超5%的土,温度65-70;取出放入干燥器冷却0.5-1h,盖上盖称量,精确至0.01g;计算。要进行二次平行试验,取其算术平均值,允许平行差值0.3%、1%(含水量5%、40%以下)。酒精燃烧法:适用于快速简易测细粒土,三次燃烧。设备:称量盒、天平、酒精、滴管、火柴、调土刀。步骤:取样粘土5-10g,砂类土20-30g称量;用滴管将酒精注入放有试样的称量盒,至没过土样;点燃至熄灭;冷却后重新燃烧两次;第三次熄灭后,盖好盖称干土重,准确至0.01g;计算。同上。特殊土:含石膏土和有机质土:烘干温度在110时,含石膏土会失去结晶水,有机质土中有机成分会燃烧,测试结果将与含水量定义不符。这时宜用真空干燥箱在近乎1个大气压作用下将土干燥,或将烘箱温度控制在60-70,干燥12-15h以上。无机结合料稳定土:水泥与水拌合就要发生水化作用,在较高温度下水化作用发生较快,如将水泥混合料放在原为室温的烘箱内再升温,升温过程中发生放热反应,使得出的含水量偏小,所以要提前将烘箱升温到110,在规定的时间内完成,并且在烘干后冷却时应用硅胶做干燥剂。4土的密度试验方法:环刀法、封蜡法、灌砂法等。环刀法:适用于细粒土,原理:用环刀的体积代替土体积。仪器:环刀、天平、修土刀、钢丝锯、凡士林。步骤:选点整平;环刀垂直下压,边压边削,至土样伸出环刀上部为止。削去余土,使与环刀口面齐平,做剩余土样含水量测定;擦净外壁,称环刀与土质量m1,准确至0.1g;计算。要进行二次平行试验,取其算术平均值,允许平行差值0.03%。封蜡法:适用于易破裂土和形态不规则的坚硬土(一般蜡的密度采用0.92g/cm3)原理:蜡封土体体积减去蜡体积,获得土体体积。设备:天平、烧杯、细线、石蜡、针、削土刀;步骤:用削土刀取体积大于30cm3试件,称量,准确至0.01g;加热石蜡至刚过熔点,用细线系住试件浸入石蜡;冷却后称量;用细线将蜡封试件浸浮在盛有蒸馏水的烧杯中,称试件水下质量;取出试样,擦干,在空气中称量,与冷却后称量值比较,若增加,表示水分进入试件,若浸入水分超过0.03g,应重做。计算湿密度及干密度(计算到0.01)。=m(m1-m2)wt(m1-m) nd=(1+0.01) 式中:湿密度; d:干密度; m:试件质量;m1:蜡封试件质量 m2:蜡封试件水中质量wt:蒸馏水在t时密度,准确至0.001;n:石蜡密度,一般为0.92gcm3; :含水量;(m1-m2)wt:蜡封试样体积 (m1-m) n:蜡体积灌砂法适用于现场测定细粒土、砂类土、砾类土密度,原理:用已知材料的密度间接获得体积。灌水法:适于现场测定粗粒土和巨粒土。5相对密度(比重)试验目的:是求土在105110下烘干至恒重时的质量,与同体积4时蒸馏水的质量的比值。试验方法及适用范围:比重瓶法(粒径5mm)、浮称法(粒径5mm,其中粒径20mm土质量总质量20%)、虹吸筒法(粒径5mm,其中粒径20mm土质量总质量20%)。比重瓶法:土中不含水溶盐时,用蒸馏水;含盐时,用中性液体。步骤: 将比重瓶烘干,将15g烘干土装入lOOmL比重瓶内(若用50mL比重瓶,装烘干土约12g),称量。为排除土中空气,将已装有干土的比重瓶,注蒸馏水至瓶的一半处,摇动比重瓶,并将瓶在砂浴中煮沸,煮沸时间自悬液沸腾时算起,砂及低液限粘土应不少于30min,高液限粘土应不少于1h,使土粒分散。注意沸腾后调节砂浴温度,不使土液,溢出瓶外。如系长颈比重瓶,用滴管调整液面恰至刻度,擦干瓶外及瓶内壁刻度以上部分的水,称瓶、水、土总质量。如系短颈比重瓶,将纯水注满,使多余水分自瓶塞毛细管中溢出,将瓶外水分擦干后,称瓶、水土总质量,称量后立即测出瓶内水的温度,准确至05。 根据测得的温度,从已绘制的温度与瓶、水总质量关系曲线中查得瓶水总质量。如比重瓶体积事先未经温度校正,则立即倾去悬液,洗净比重瓶,注人事先煮沸过且与试验时同温度的蒸馏水至同一体积刻度处,短颈比重瓶则注水至满,按本试验第步骤调整液面后,将瓶外水分擦干,称瓶、水总质量。如系砂土,煮沸时砂粒易跳出,允许用真空抽气法代替煮沸法排除土中空气,其余步骤同上。 对含有某一定量的可溶盐、不亲性胶体或有机质的土,必须用中性液体(如煤油)测定,并用真空抽气法排除土中气体。真空压力表读数宜为100kpa,抽气时间12h,(直至悬液内无气泡为止)其余步骤同上。计算:称量精确0.001g。公式如下。精度要求:要进行二次平行试验,取算术平均值,以2位小数表示,允许平行差值不大于0.02。用蒸馏水测定时:Gs=ms(m1+ms-m2)Gwt用中性液体测定时:Gs=ms(m1+ms-m2)Gkt(ms:干土质量;m1:瓶、水总质量;m2:瓶、水、土总质量; Gwt:t时蒸馏水相对密度; m1:瓶、中性液体总质量m2:瓶、中性液体、土总质量;Gkt:t时中性液体相对密度)6土的粒组划分:土粒的大小称为粒度;把大小相近的土粒合并为组,称为粒组;土的粒度成分是指土中各种不同粒组的相对含量(以干土质量的百分比表示)。常用的粒度成分表示方法有表格法、累计曲线法、三角形坐标法。土的分类依据及获得途径:1、土颗粒组成特征(通过颗粒分析实验);2、土的塑性指标:液限、塑限和塑性指数(也称为反映土吸附结合水能力指标)通过液塑限试验;3、土中有机质存在情况(通过化学实验)。颗粒分析目的、意义:测定土的粒径大小和级配状况,为土的分类、定名和工程应用提供依据,指导工程施工。常用的颗粒分析方法有两种:直接法和间接法。粒径大于0.075mm的土粒采用筛分(筛析)法直接测定;0.002-0.075mm的土粒采用水析法间接测定(或比重计法);粗细皆有联合用筛分法和沉降分析法;粒径小而比重大的土用移液管法。筛分法:筛析法:设备:标准筛:粗筛(圆孔):孔径60、40、20、10、5、2mm;细筛:2、1、0.5、0.25、0.075mm。步骤:按规定取样,分批过2mm筛;大于2mm试样从大到小逐级过粗筛,分别称量筛余; 2mm筛下试样从大到小逐级过细筛;筛后各级筛底土总质量与原质量之差,不大于1%;如2mm筛下土不超过试样总质量的10%,可省略细筛分析,如2mm筛上土不超过试样总质量的10%,可省略粗筛分析(以求在筛分过程中尽量减少过程减少损失);结果整理:在半对数坐标纸上,以小于某粒径的颗粒质量百分数为纵坐标,以粒径为横坐标,绘制颗粒大小级配曲线,求出各个粒组的颗粒质量百分数。必要时计算不均匀系数。筛分注意事项: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大于1%,各粗筛及2mm筛下土质量与试样质量之差不大于1%;筛后总质量之差不大于1%;对含有粘土粒的砂砾土,用水析法,如果小于0.075mm的土超过10%,要做水析法。比重计法:粒径小于0.075mm。原理:颗粒越大,下降越快。土粒级配指标有两个:Cc和Cu。不均匀系数Cu=d60d10,反映大小不同粒组的分布范围,曲率系数Cc=(d30)2(d60d10),描述累计曲线的分布形状。Cu越大,表示土粒大小分布范围大,土的级配良好。一般认为1、Cu5时为均匀土,级配不好;Cu10时为级配良好土。2、不能单独用Cu,要和Cc同时考虑。同时满足Cu5,Cc=1-3时,级配良好;否则级配不良。粒度成分累计曲线有三种情况:比较陡:颗粒均匀;比较平缓:级配良好;有起伏(阶梯):用级配好坏的评价指标判断。如何从累计曲线上判断及配好坏?1、做颗粒分析实验;2、绘制累积曲线;3、从累积曲线上查到d60、d30、d10值;4、计算Cu、Cc;5、判断:Cu5,Cc=1-3时,级配良好;否则级配不良。7.以土的以下特征作为分类依据:土颗粒组成特征;土的塑性指标:液限、塑限和塑性指数(也称为反映土吸附结合水能力的指标);土中有机质存在情况。8土的成分代号:砂S;粉土M;粘土C;有机质土O;高液限H;低液限L。 塑 B线 CH(高液粘) 性 CL(低液粘) CHO A线 指 CLO 数 7 4 ML(低粉)MH(高粉) MLO MHO(有机质) 液限 50塑性图土的工程分类遇搭界情况时,怎样确定土名?土中粗细粒组质量相同时,为细粒土土正好落在A线上为粘土正好落在B线上,当其在A线以上为高液限粘土,在A线以下为高液限粉土总原则是从工程安全角度考虑在AB交叉点为高液限粘土在虚线之间为粘土到粉土的过渡段。9、土的天然稠度:土的液限与天然含水量之差和塑性指数之比。土所能达到最密实时的孔隙比emin和最松时的孔隙比emax相对比可用来表示现场土孔隙比为e时的密实度,称为相对密实度Dr。即:Dr=(emax-e)(emax-emin)土从液体状态向塑性状态过渡的界限含水量称为液限;由塑性状态向脆性固体状态过渡的界限含水量称为塑限;到达塑限后继续变干,土的体积随含水量的减少而收缩,当达到某一含水量后,土体积不再收缩,这个界限含水量称为缩限。W=0 缩限 塑限 液限 坚硬 半坚硬 可塑 流动界限含水量与土状态的关系塑性指数IL=(wwp)(wLwp)= (wwp)IPIL 与颗粒表面的水有关,含水量越大,值越大;IP与粘土矿物(结合水)有关,粘土矿物多,结合水多,值越大。IL=1,土处于液
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