公路工程试验检测培训讲义
公路工程试验检测培训讲义
2019年3月10日
土工试验
试验一、试样制备
一、概述
试样的制备是获得正确的试验成果的前提，为保证试验成果的可靠性以及试验数据的可比性，应具备一个统一的试样制备方法和程序。
试样的制备可分为原状土的试样制备和扰动土的试样制备。对于原状土的试样制备主要包括土样的开启、描述、切取等程序；而扰动土的制备程序则主要包括风干、碾散、过筛、分样和贮存等预备程序以及击实等制备程序，这些程序步骤的正确与否，都会直接影响到试验成果的可靠性，因此，试样的制备是土工试验工作的首要质量要素。
二、仪器设备
试样制备所需的主要仪器设备，包括：
（1）孔径0.5mm、2mm和5mm的细筛；
（2）孔径0.075mm的洗筛；
（3）称量10kg、最小分度值5g的台秤；
（4）称量5000g、最小分度值1g和称量200g、最小分度值0.01g的天平；
（5）不锈钢环刀（内径61.8mm、高20mm；内径79.8mm、高20mm或内径61.8mm、高40mm）；
（6）击样器：包括活塞、导筒和环刀；
（7）其他：切土刀、钢丝锯、碎土工具、烘箱、保湿器、喷水设备、凡士林等。
三、试样制备
（一）原状土试样的制备步骤
1、将土样筒按标明的上下方向放置，剥去蜡封和胶带，开启土样筒取土样。
2、检查土样结构，若土样已扰动，则不应作为制备力学性质试验的试样。
3、根据试验要求确定环刀尺寸，并在环刀内壁涂一薄层凡士林，然后刃口向下放在土样上，将环刀垂直下压，同时用切土刀沿环刀外侧切削土样，边压边削直至土样高出环刀，制样时不得扰动土样。
4、采用钢丝锯或切土刀平整环刀两端土样，然后擦净环刀外壁，称环刀和土的总质量。
5、切削试样时，应对土样的层次、气味、颜色、夹杂物、裂缝和均匀性进行描述。
6、从切削的余土中取代表性试样，供测定含水率以及颗粒分析、界限含水率等试验之用。
7、原状土同一组试样间密度的允许差值不得大于0.03g/cm3，含水率差值不宜大于2%。
（二）扰动土试样的制备步骤
1、扰动土试样的备样步骤
（1）将土样从土样筒或包装袋中取出，对土样的颜色、气味、夹杂物和土类及均匀程度进行描述，并将土样切成碎块，拌和均匀，取代表性土样测定含水率。
（2）先将土样风干或烘干，然后将风干或烘干土样放在橡皮板上用木碾碾散，对不含砂和砾的土样，可用碎土器碾散，但在使用碎土器时应注意不得将土粒破碎。
（3）将分散后的土样根据试验要求过筛。对于物理性试验土样，如液限、塑限等试验，过0.5mm 筛；对于力学性试验土样，过2mm 筛；对于击实试验土样，过5mm 筛。对于含细粒土的砾质土，应先用水浸泡并充分搅拌，使粗细颗粒分离后，再按不同试验项目的要求进行过筛。
2、扰动土试样的制样步骤
（1）试样制备的数量视试验需要而定，一般应多制备1~2个试样以备用。
（2）将碾散的风干土样通过孔径2mm 或5mm 的筛，取筛下足够试验用的土样，充分拌匀，并测定风干含水率，然后装入保湿缸或塑料袋内备用。
（3）根据环刀容积及所要求的干密度，按式（1-1）计算试样制备所需的风干土质量： V
w m d ρ)01.01(00+= （1-1） 式中 0m —制备试样所需的风干含水率时的土样质量（g ）；
0w —风干含水率（%）；
d ρ—试样所要求的干密度（g/cm3）；
V —试样体积（cm3）。
（4）根据试样所要求的含水率，按式（1-2）计算制备试样所需的加水量：
)(01.001.010100w w w m m w -?+=
（1-2） 式中 w m —制备试样所需要的加水量（g ）；
1w —试样所要求的含水率（%）；
（5）称取过筛的风干土样平铺于搪瓷盘内，根据式（1-2）计算得到的加水量，用量筒量取，并将水均匀喷洒于土样上，充分拌匀后装入盛土容器内盖紧，润湿一昼夜。
（6）测定润湿土样不同位置处的含水率，不应少于两点，一组试样的含水量与要求的含水量之差不得大于±1%。
（7）扰动土试样的制备，可采用击样法、压样法和击实法。
击样法
将根据环刀容积和要求干密度所需质量的湿土，倒入装有环刀的击样器内，击实到所需密度，然后取出环刀。
压样法
将根据环刀容积和要求干密度所需质量的湿土，倒入装有环刀的压样器内，采用静压力通过活塞将土样压紧到的所需密度，然后取出环刀。
击实法
采用击实仪，将土样击实到所需的密度，用推土器推出，然后将环刀内壁涂一薄层凡士林，刃口向下放在土样上，将环刀垂直向下压，边压边削，直至土样伸出环刀为止，削去两端余土并修平。
（8）擦净环刀外壁，称环刀和试样总质量，准确至0.1g，同一组试样的密度与要求的密度之差不得大于±0.01g/cm3。
（9）对不需要饱和，且不立即进行试验的试样，应存放在保湿器内备用。
四、试样饱和
土的孔隙逐渐被水填充的过程称为饱和，当土中孔隙全部被水充满时，该土则称为饱和土。
根据土样的透水性能，试样的饱和可分别采用浸水饱和法、毛细管饱和法和真空抽气饱和法三种方法。
（1）对于粗粒土，可采用直接在仪器内对试样进行浸水饱和法的方法；
（2）对于渗透系数大于10-4cm/s的细粒土，可采用毛细管饱和法；
（3）对于渗透系数小于、等于10-4cm/s的细粒土，可采用真空抽气饱和法。
（一）试样饱和步骤
1、毛细管饱和法
（1）选用框式饱和器，在装有试样的环刀上、下面分别放滤纸和透水石，装入饱和器内，并通过框架两端的螺丝将透水石、环刀夹紧。
（2）将装好试样的饱和器放入水箱内，注入清水，水面不宜将试样淹没，以使土中气体得以排出。
（3）关上箱盖，浸水时间不得少于两昼夜，以使试样充分饱和。
（4）试样饱和后，取出饱和器，松开螺母，取出环刀擦干外壁，取下试样上下的滤纸，称环刀和试样的总质量，准确至0.1g，并计算试样的饱和度，当饱和度低于95%时，应继续饱和。
2、抽气饱和法
（1）选用重叠式或框式饱和器和真空饱和装置。在重叠式饱和器下夹板的正中，依次放置透水石、滤纸、带试样的环刀、滤纸、透水石，如此顺序重复，由下向上重叠到拉杆高度，将饱和器上夹板盖好后，拧紧拉杆上端的螺母，将各个环刀在上、下夹板间夹紧。
（2）将装有试样的饱和器放入真空缸内，真空缸和盖之间涂一薄层凡士林，并盖紧。
（3）将真空缸与抽气机接通，启动抽气机，当真空压力表读数接近当地一个大气压力
值后，继续抽气不少于1h ，然后微开管夹，使清水由引水管徐徐注入真空缸内。在注水过程中，微调管夹，以使真空气压力表读数基本保持不变。
（4）待水淹没饱和器后，即停止抽气，开管夹使空气进入真空缸，静止一段时间，对于细粒土，为10h 左右，借助大气压力，从而使试样充分饱和。
（5）打开真空缸，从饱和器内取出带环刀的试样，称环刀和试样总质量，并计算试样的饱和度，当饱和度低于95%时，应继续抽气饱和。
（二）饱和度计算
试样的饱和度可按式（1-3）计算： e G
S d s d r ρρρ)(-=
或 e wG S s
r = （1-3）
式中：r S —试样的饱和度（%）； （a ）框式 （b ）叠式 图1-1 饱和器 1-夹板 2 -透水板 3-环刀 4-拉杆
图1-2 真空饱和装置 1-二通阀 2-橡皮塞 3-真空缸 4-管夹 5-引水管 6-盛水器 7-饱和器 8-排气管 9-接抽气机