公路水运试验检测工程师公共基础.doc

土工试验 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形成的松散的固体颗粒、水和气体的集合体。主要特征是：分散性、复杂性、易变性。在工程建设中有三种不同的功能：用来支承建筑物传来的荷载——地基、用作建筑材料、作为建筑物周围的介质或环境。 土是由土颗粒（固相）、水（液相）、气体（气相）三种物质组成的集合体。 固相：固体物质分为无机矿物颗粒和有机物质。矿物颗粒由原生矿物和次生矿物组成。其中：次生矿物的成分和性质比较复杂，对土的工程性质影响较大。有机质成分对土的工程性质产生不利影响，在公路工程中不应采用。 液相：指土孔隙中存在的水。以三种状态存在：固态、液态、气态。 气态水在干旱和半干旱地区易引发盐胀。 液态水分为矿物颗粒内部水（化学结构水和化学结晶水）和矿物颗粒表面水（结合水和自由水（毛细水和重力水））。石膏在60~65℃时化学结晶水开始逸出。强结合水密度可达成1.5～1.8g/cm3。仅在105～110℃时才可完全释放。没有溶解能力不能使盐类迁移。减小了土孔隙的体积。弱结合水密度大于1g/cm3。能够由水膜薄处向水膜厚处移动。具有溶解和移动盐分的能力。难以冻结，冻结温度为-70～-80℃。弱结合水可以使土具有塑性。 毛细水在浸润引力和表面张力作用下可造成土层的聚冰体膨胀。重力水具有很强的溶解作用，在下行移动过程中逐渐扩散，转变为毛细水和弱结合水。 固态水：冰。 气相：指土孔隙中充填的空气。分为两类：与大气相连通的自由气体各与大气隔绝的封闭气体。 土的基本物理指标：（通过试验直接测定） 1、土的密度ρ：是指土体单位体积的质量。（KN/m3） 土的密度一般为16～22 KN/m3，或1.57～2.16g/cm3 2、土颗粒的比重Gs（或土粒密度ρs）：是指土的固体颗粒的单位体积的质量与水在4℃时单位体积之比。 其变化范围一般在26.0～27.5之间。 土的含水量w：是指土中水（结合水和自由水）的质量与固体颗粒质量之比。用百分数表示。 土的换算指标： 干密度ρd：是指土的固体颗粒质量与土的总体积之比。 (KN/m3或g/cm3) 干密度常用作土压实的控制指标。 饱和密度ρsat：是指土孔隙中全部被充满水时土的密度。（KN/m3） ρw是水的密度，=9.81 KN/m3=9.81×10-3N/cm3。 浮密度（或浸水密度）ρ/：是指土浸在水中受到水的浮力作用时的单位体积的重量。 或 孔隙比e：是土中孔隙的体积与固体颗粒体积之比。用来评价土的紧密程度。 孔隙率n：指土中孔隙体积与总体积之比。 孔隙比与孔隙率之间存在下述关系： 饱和度Sr：是指孔隙中水的体积与孔隙体积之比。 饱和度用来描述土中水充满孔隙的程度。Sr=0时土是完全干燥的；Sr=1时土是完全饱和的。砂土按饱和度可划分为三种状态： 0＜Sr≤0.5 稍湿的；0.5＜Sr≤0.8潮湿的；0.8＜Sr≤1.0饱和的。 三项指标的换算关系： 指标 符号 物理表达式 换算关系式 孔隙比 e 孔隙率 n 干密度 饱和密度 浮密度 饱和度 Sr 已知土的三个指标ρs、w、e,试推算各有关指标。 假定Vs=1,根据定义得：孔隙体积Vv=e,土粒质量为ρs,水的质量为 ρs·w,水的体积为ρs·w/ρw。则： 已知土的试验指标ρs,w,ρ;试推算各有关指标：假定V=1：则土的质量为ρ；土粒质量为ρ/（1+w）；水的质量为：ρw/（1+w）;土粒体积为：ρ/ρs（1+w）;孔隙体积为1-ρ/ρs（1+w）；水的体积为ρw/ρw (1+w)。 则可推出各指标：（见上表） 土工试验项目 可分为： 物理性质试验：含水量、密度、比重、颗粒分析、相对密度。 水理性质试验：界限含水量、稠度、膨胀、毛细上升速度。 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。 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。 土的物理性质试验 一、含水量试验：有烘干法、酒精燃烧法、比重法、碳化钙气压法。 烘干法是含水量测定的标准方法。适用于粘质土、粉质土、砂类土和有机质土类。一般情况下烘箱温度为105～110℃（有机质含量超过5%的土，应控制在65～70℃）细粒土不少于8h，砂类土不少于6h。 酒精燃烧法一般现场测试使用较多。适用于无粘性土和一般粘性土；不适用于含有机质土、含盐量较多的土和重粘土。 碳化钙气压法适用性强，缺点对电石粉的稳定性要求高。 比重法适用于砂类土。 针对含石膏土和有机质土，温度