土工试验相关检测技术探讨

摘 要: 通过土工试验可获取土的物理性质指标和力学性能指标, 同时其试验操作的准确性将影响数据准确程度, 从而对施工产生直接影响, 文章结合笔者从事土工试验操作实践, 详细地针对土的密度、含水率及其液塑限试验, 提出准确的试验操作, 为同行提供参考。

关键词: 土工试验; 土密度; 含水率; 液塑限

中图分类号：V448文献标识码： A

引言

土木工程在我国社会经济发展中占有重要的地位。如何选择、处理以及利用土作为土木工程建筑物、构筑物的地基以及路基与土坝的填土材料等, 已成为设计一切土木工程的先决条件。但是由于土是自然历史的产物, 各地方的土千差万别, 所以土和金属材料不同, 不能对它的物理力学性质指标定出标准和规格。因此, 试验是认识土并获得土的性质指标的唯一途径, 土工试验显然就是土木工程中的重要内容之一。土的力学性质试验, 包括渗透、固结 、剪切、击实和贯入等。土的化学性质试验, 主要测定有机质和可溶盐含量。现详细地探讨土工试验中重要的几项试验检测, 为同行提供准确的土工试验流程。

一、土的密度试验检测

密度是土的一个重要基本物理指标, 土的密度是土的单位体积的质量, 单位为 g/ cm3。密度与重力加速度 g 的乘积为土的重度。对于一般的粘性土、粉土等细粒土, 密度可采用环刀法测定。如果土样易碎裂, 难以切削, 可用蜡封法。在现场条件下, 对粗粒土, 可用灌砂法和灌水法。现通过对土的密度采用环刀法来测定其密度, 可有效地了解土的疏密状态, 供换算土的其他物理性质指标、工程设计及施工质量控制之用。进行土密度测定应当首先记录环刀号, 称环刀质量, 准确至0. 1 g。按工程需要取原状土或制配所需状态的扰动土样,其高度和直径应大于环刀的尺寸, 整平两端放在玻璃板上。采用用修土刀修平土样表面。将环刀内壁涂一薄层凡士林,刃口向下放在土样上。然后用手将环刀垂直下压(不允许环刀发生倾斜现象) , 并用切土刀沿环刀外侧切削土样, 边压边削至土样高出环刀为止, 根据试样的软硬采用钢丝锯或切土刀将环刀两端余土修平。

二、土工试验中含水率的试验

土的含水率是土在温度105 e ~ 110 e 下烘至恒量时, 所失去的水质量和达到恒量后干土质量的比值, 以百分数表示。通过测定土的含水率, 可充分了解土的工程特性, 是计算土的干密度、孔隙比、液性指数、饱和度等指标的重要参数, 是土的一个重要的基本物理指标。而目前在室内多采用烘干法测定土的含水率, 该测定方法主要适用于砂类土、粉土、粘性土和有机质类土。对于在野外如无烘箱设备或要求快速测定时,可分别采用酒精燃烧法、比重法等。试验应当采用电热烘箱,要求其应能控制温度为105 e ~ 110 e 。天平称量200 g, 最小分度值0. 01 g; 其他: 铝质称量盒、调土刀。测定时首先记录称量盒盒号, 称量空盒质量; 选取代表性的试样约 15~ 30 g(粘性土) , 放在称量盒中, 立即盖好盒盖, 称盒加湿土质量, 精确至0. 01 g。打开盒盖, 放入烘箱中, 在温度105 e ~ 110 e 下烘至恒重。烘干时间对于粘性土、粉土不得少于8 h, 对于砂类土不得少于6 h, 对含有机质超过干土质量5%的土, 应将温度控制在65 e ~ 70 e 的恒温下烘至恒量。

三、土工试验中界限含水率试验

细粒土随着土中含水量的不同, 分别处于各种不同的状态。1911年瑞典农学家阿太堡将土从液态过渡到固态的过程分为 5个阶段, 规定了各个界限含水量, 称为阿大堡限度。土的界限含水量和土的机械组成、土粒的矿物成分, 比表面积、表面电荷强度等一系列因素有关, 是这些因素的综合反映。塑性高表示土中胶体粘粒含量大, 同时也表示粘土中可能含有蒙脱石或其他高活性的胶体粘粒较多。因此, 界限含水量尤其是液限、较好地反映出土的某些物理力学特性, 如压缩性、胀缩性等, 对工程来说, 有实用意义的主要是土的液限、塑限和缩限。液限是土可塑状态的上限含水量, 塑限是土可塑状态的下限含水量。含水量低于缩限, 水分蒸发时土体积不再缩小。事实上, 上从粘滞流动状态到可塑状态、从可塑状态到半固体状态的性质和直观变化都是渐变的。因此, 在两者之间建立确定的界限都带有一定的任意性。也就是说, 其他的物质例如水从液态变到气态或从液态变到固态有直观的温度临界点, 而上随含水量的变化从一状态到另一状态元明显可见的含水量临界点, 这就促使各国、各行业土木工程人员实行行业约定和规范, 先后发展用碟式仪法、圆锥仪法、搓条法以及联合测定法来区分和测定土的界限含水量。我国通用圆锥仪法测土的液限含水量, 搓条法测土的塑限含水量, 或联合法测土的液限和塑限含水量。但各行业间由于历史原因, 用同样方式测试时, 所采用的仪器的具体尺寸、质量和测试标准不相同, 这是测试工作者和应用人员必须注意的问题。黏性土的物理状态随其含水率的变化而有所不同, 界限含水率是黏性土从一个稠度状态过渡到另一稠度状态时的界限含水率。液限是黏性土由软塑状态过渡到流塑状态的界限含水率。塑限是黏性土由半固态过渡到可塑状态的界限含水率。通过测定黏性土的液限和塑限, 用于计算土的塑性指数Ip和液性指数 IL, 从而对黏性土进行分类及软硬状态判断, 也是预估地基承载力的一个重要依据。采取界限含水率试验方法有圆锥仪液限试验, 碟式仪液限试验, 滚搓法塑限试验以及液限和塑限联合测定法。试样制备主要为取有代表性的天然含水率土样250 g。当土样不均匀时, 采用风干试样, 取0. 5 mm筛下的代表性土样200 g; 将试样放在橡皮板上, 用纯水将土样调成均匀膏状, 放入调土皿, 浸润过夜。

试验时首先将制备的试样充分调拌均匀, 填入试样杯中,填样时不应留有空隙。对较干的试样应充分搓揉, 密实地填入试样杯中, 填满后刮平表面。将试样杯放在联合测定仪的升降座上, 在圆锥上抹一薄层凡士林, 接通电源, 使电磁铁吸住圆锥。调节零点, 将屏幕上的标尺调在零位, 调整升降座,使圆锥尖刚好接触试样表面。指示灯亮时圆锥在自重下沉入试样, 经 5s后测读圆锥下沉深度( 显示在屏幕上) , 取出试样杯, 挖去锥尖入土处的凡士林, 取锥体附近的试样不少于10 g,入称量盒内, 测定含水率。将全部试样再加水或吹干并调匀,重复试验步骤上述步骤, 分别测定第二点、第三点试样的圆锥下沉深度及相应的含水率。液塑限联合测定应不少于 3 点。但值得注意的是, 从工程实践效果表明, 圆锥入土深度宜为3~ 4 mm, 7~ 9mm, 15~ 1 7 mm。

根据试验结果采取结果处理是一个重要方面。以含水率为横坐标, 圆锥入土深度为纵坐标, 在双对数坐标纸上绘制关系曲线, 应当 3 点应在一直线上。当 3 点不在一直线上时, 通过高含水率的点和其余 2 点连成 2 条直线, 在下沉量为2 mm处查得相应的 2 个含水率。当 2个含水率的差值小于 2%时,应以 2 点含水率的平均值与高含水率的点连一直线。当 2 个含水率的差值大于或等于 2%时, 应重做试验。在含水率与圆锥下沉深度的关系图上查得下沉深度为17 mm所对应的含水率为液限, 查得下沉深度为10mm所对应的含水率为10 mm液限, 查得下沉深度为2 mm所对应的含水率为塑限, 取值以百分数表示, 准确至0101%。

结束语

土木工程在我国社会经济发展中占有重要的地位。如何选择、处理以及利用土作为土木工程建筑物、构筑物的地基以及路基与土坝的填土材料等,已成为设计一切土木工程的先决条件。上文结合土工试验操作实践,详细地针对土的密度、含水率及其液塑限试验,提出准确的试验操作,为广大从业者提供参考。

参考文献:

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