第四节 土的力学性质试验
一、击实试验【重点】
试验原理:在室内通过击实仪进行模拟施工现场压实条件,在不同含水率下对土样击实,寻找最佳含水率并求得最大干密度。
(现场填筑/室内击实仪)
本试验分轻型击实和重型击实。应根据工程要求和试样最大粒径选用击实试验方法。当粒径大于40mm的颗粒含量大于5%且不大于30%时,应对试验结果进行校正。粒径大于40mm的颗粒含量大于30%时,按2020版土工规程【粗粒土和巨粒土的最大干密度试验】进行。
表T 0131-1 击实试验方法种类
【2020助理】当土的重型击实试验采用大筒时,应分三层且填装试料每层击数为98次。
【答案】正确
3)试样
本试验可分别采用不同的方法准备试样,各方法可按下表准备试料,击实试验后的试料不宜重复使用。
表T 0131-2 试料用量
干土法。过40mm筛后,按四分法至少准备5个试样,分别加入不同水分(按
1%~3%含水率递增),将土样拌和均匀,拌匀后闷料一夜备用。
湿土法。对于高含水率土,可省略过筛步骤,拣除大于40mm的石子。保持天然含水率的第一个土样,可立即用于击实试验。其余几个试样,将土分成小土块,分别风干,使含水率按2%~4%递减。
【2024助理多选】根据《公路土工试验规程》(JTG 3430-2020),试验前样品需进行预处理,在土样制备过程中需要进行闷料的试验有( )。
A.击实试验 B.密度试验 C.颗粒分析试验 D.界限含水率试验
【答案】A、D
【解析】土的击实试验及界限含水率试验都需要提前闷料。
【2024助理单选】土的击实试验中,制备不同含水率试样的数量应不少于( )。
A.2个 B.3个 C.4个 D.5个
【答案】D
【2024检师单选】土的力学性质试验中,需要浸泡试样的是( )。
A.击实试验 B.压缩试验 C.承载比试验 D.回弹模量试验
【答案】C
【解析】承载比试验通常试件要泡水四个昼夜测膨胀量。
【2021助理单选】击实法确定土的最大干密度试验时,至少要制备( )个不同含水率的试样。
A.3 B.4 C.5 D.6
【答案】C
【解析】无。
【2023检测师单选】在干土法击实试验中,当土粒的最大粒径达到40mm时,每个试样需试料( )。
A.2.5kg B.3kg C.5kg D.6kg
【答案】D
表T 0131-2 试料用量
4)试验步骤
(1)根据土的性质和工程要求,按表T 0131-1规定选择轻型或重型试验方法,选用干土法或湿土法。
表T 0131-1 击实试验方法种类
(2)称取试筒质量m1,准确至1g。将击实筒放在坚硬的地面上,在筒壁上抹一薄层凡士林,并在筒底(小试筒)或垫块(大试筒)上放置蜡纸或塑料薄膜。取制备好的土样分3~5次倒入筒内。小筒按三层法时,每次约800~900g(其量应使击实后的试样等于或略高于筒高的1/3);按五层法时,每次约400~500g(其量应使击实后的土样等于或略高于筒高的1/5)。对于大试筒,先将垫块放入筒内底板上,按三层法,每层需试样1700g左右。
整平表面,并稍加压紧,然后按规定的击数进行第一层土的击实,击实时击锤应自由垂直落下,锤迹必须均匀分布于土样面,第一层击实完后,将试样层面“拉毛”。
然后再装入套筒,重复上述方法进行其余各层土的击实。小试筒击实后,试样不应高出筒顶面5mm;大试筒击实后,试样不应高出筒顶面6mm。【目的是不造成击实功的浪费】
(3)用削土刀沿套筒内壁削刮,使试样与套筒脱离后,扭动并取下套筒,齐筒顶细心削平试样,拆除底板,擦净筒外壁,称筒与土的总质量m2,准确至1g。
(4)用推土器推出筒内试样,从试样中心处取代表性的土样测其含水率,计算至0.1%。
测定含水率用试样的数量符合下表的规定。
表T 0131-3 测定含水率用试样的数量
二、压缩试验【极少考察】
1.基本概念
1)土体产生压缩的原因:【孔隙减小】
(1)固体颗粒的压缩;
(2)孔隙水和孔隙气体的压缩,孔隙气体的溶解;
(3)孔隙水和孔隙气体的排出;
纯水、固体颗粒的压缩量常可略不计;土体压缩主要来自孔隙水和气的排出。
2)饱和土的压缩需要一定时间才能完成。
土颗粒越粗,孔隙越大,则透水性越大,压缩越快!
【2019检测师判断】土的击实试验的原理与压缩试验的原理一样都是土体受到压密。
【答案】错误
【解析】击实试验的原理是使土颗粒重新排列紧密,击实过程中没有水流出。压缩试验使孔隙减小,就必须使土中水部分挤出,亦即土的压缩与孔隙中水的挤出是同时发生的。
【2019助理判断】土的击实试验原理与压缩试验原理相同,都是土体受到压密。
【答案】×
【解析】两种不同的试验,原理不同。
2.压缩试验与压缩曲线
三、粗粒土和巨粒土的最大干密度试验
表面振动压实仪法
本试验用于测定无黏聚性自由排水粗粒土和巨粒土(粒径小于0.075mm的干土质量百分数不大于15%)的最大干密度。
【2020规程删除堆石料】
对于最大颗粒尺寸大于60mm的巨粒土,因受试筒允许最大粒径的限制,宜按本试验3.8节规定处理。(按比例配制缩小粒径的系列模型试料)
1)仪器设备:振动器【略】
【2020师】采用表面振动压实仪法测定材料的最大干密度,其适用条件包括( )。
A.通过0.075mm标准筛的土颗粒质量百分数不大于15%
B.堆石料
C.无黏性自由排水粗粒土
D.无黏性自由排水巨粒土
【答案】ACD
【解析】按2020土工规程。
【2021助理】室内测定巨粒土最大干密度的试验方法为( )。
A.轻型击实法 B.重型击实法 C.表面振动压实仪法 D.灌砂法
【答案】C
【2021助理】无黏聚性自由排水的粗粒土可用重型击实试验法测定最大干密度。
【答案】错误
【解析】应该采用表面振动压实仪法。
试筒:见下表或根据土体颗粒级配选用较大试筒。但固定试筒的底板须固定于混凝土基础上。试筒容积宜每年标定一次。
2.试验步骤:
3.1本试验采用干土法。充分拌匀烘干试样,然后大致分成三份。测定并记录空试筒质量。
3.2用小铲或漏斗将任一份试样徐徐装填入试筒,并注意使颗粒分离程度最小(装填量宜使振毕密实后的试样等于或略低于筒高的1/3);抹平试样表面。然后可用橡皮锤或类似物敲击几次试筒壁,使试料下沉。
3.3将试筒固定于底板上,装上套筒,并与试筒紧密固定。
3.4放下振动器,振动6min。吊起振动器。
3.5按本试验3.2~3.4进行第二层、第三层试样振动压实。
3.6卸去套筒。将直钢条放于试筒直径位置上,测定振毕试样高度。读数宜从四个均布于试样表面至少距筒壁15mm的位置上测得并精确至0.5mm,记录并计算试样高度。
3.7卸下试筒,测定并记录试筒与试样质量。扣除试筒质量即为试样质量。计算最大干密度。
3.结果整理
①过程(略)
②精度和允许差
最大干密度应进行2次平行试验,两次试验结果允许偏差应符合下表要求,否则应重做试验。取两次试验结果的平均值作为最大干密度,试验结果精确至0.01g/cm³。
表T 0133-3 最大干密度试验结果精度
四、土的承载比(CBR)试验
补充基本概念:
承载比CBR:评定基层材料承载能力的一个指标。
CBR就是试验贯入量达到2.5mm或5mm时的单位压力与标准碎石压入相同贯入量时标准荷载强度(7MPa或10.5MPa)的比值,用百分数表示。
【步骤】制备试件模拟现场的最不利条件→测贯入量为2.5mm或5mm时的单位压力→与标准压力比较。
【例】对于高速一级路基上路床填料,最小CBR值要求不小于8%,二级6%,三四级5%。
本试验方法只适用于在规定的试筒内制件后,对各种土和路面基层、底基层材料进行承载比试验。
试样的最大粒径宜控制在20mm以内,最大粒径不得超过40mm,且粒径在20~40mm的颗粒含量不宜超过5%。
1.仪器设备
(1)圆孔筛:孔径40mm、20mm及5mm筛各1个。
(2)试筒;内径152mm、高170mm的金属圆筒;套环,高50mm;筒内垫块,直径151mm、高50mm;夯击底板,同击实仪。
【试件高120mm】
(3)夯锤和导管;夯锤底面直径50mm,总质量4.5kg,在导管内的总行程为450mm,夯锤的形式和尺寸与重型击实试验法所用的相同。
(4)贯入杆,端面直径50mm、长约100mm的金属柱。
(5)路面材料强度仪或其他载荷装置。能调节贯入速度至每分钟贯入1mm;测力环应包括7.5kN、15kN、30kN、60kN、100kN和150kN等型号。
(6)百分表:3个。
(7)试件顶面上的多孔板(测试件吸水时的膨胀量)。
(8)多孔底板(试件放上后浸泡水中)。
(9)测膨胀量时支承百分表的架子或采用压力传感器测试。
(10)荷载板:直径150mm,中心孔眼直径52mm,每块质量1.25kg,共4块,并沿直径分为两个半圆块。
2.试样
将具有代表性的风干试料(必要时可在50℃烘箱内烘干),用木碾捣碎。土团应捣碎到过5mm的筛孔。用40mm筛筛除大于40mm的颗粒,并记录超尺寸颗粒的百分数。
按本规程击实试验方法确定试料的最大干密度和最佳含水率。
3.试验步骤
(1)取代表性的试料测定其风干含水率。按最佳含水率制备3个试件,掺水将试料充分拌匀后装入密闭容器或塑料口袋内浸润。浸润时间:黏性土不得小于24h,粉性土可缩短到12h,砂土可缩短到6h,天然砂砾可缩短到2h左右。
(2)称试筒本身质量(),将试筒固定在底板上,将垫块放入筒内,并在垫块上放一张滤纸,安上套环。
(3)取备好的试样分3次倒入筒内(每层约需试样1500~1750g,其量应使击实后的试样高出1/3筒高1~2mm)。整平表面,并稍加压紧,然后按规定的击数进行第一层试样的击实,击实时锤应自由垂直落下,锤迹必须均匀分布于试样面上。
第一层击实完后,将试样层面“拉毛”,然后再装入套筒,重复上述方法进行其余每层试样的击实。大试筒击实后,试样不宜高出筒高10mm。【可以采用击实成型,也可以静压成型】
注:1)需需要时,可制备三种干密度试件,使试件的干密度控制在最大干密度的90%~100%之间。如每种干密度试件制3个,则共制9个试件,9个试件共需试样约55kg。
2)采用击实成型试件时,每层击数一般分别为30次、50次和98次。
【2023助理判断】在土的承载比试验中,根据试验需要制备干密度试件,试样分3次倒入试筒内,每层击实数分别为30次、50次和90次。
【答案】错误
(4)每击实完一个试件,都要取代表性试样进行含水率试验。
(5)卸下套环,用直刮刀沿试筒顶修平击实的试件,表面不平整处用细料修补。取出垫块,称试筒和试件的质量()。
(6)CBR试样制件采用静压成型制件时,根据确定的压实度计算所需的试样量,一次静压成型。
【2021检师多选】土的承载比(CBR)试验泡水测膨胀率,以下说法正确的有( )。
A.在泡水期间,槽内水面应保持在试筒顶面以上约25mm
B.试件泡水时间2昼夜
C.试件泡水时间4昼夜
D.泡水后试件高度的变化量即为膨胀率
【答案】AC
【解析】在泡水期间,槽内水面应保持在试件顶面以上大约25mm。通常试件要泡水4昼夜。膨胀量泡水后试件高度变化/原试件高。
【2023助理】试验人员在室内开展土的承载比(CBR)试验过程中发现,贯入量为5.0mm时的承载比小于贯入量2.5mm时的承载比,试验人员对数据处理正确的是( )。
A.试验作废
B.取贯入量2.5mm时的承载比作为该土样承载比
C.取贯入量5mm时的承载比作为该土样承载比
D.取贯入量2.5mm和5mm时的承载比的平均值作为该土样承载比
【答案】B
【解析】依据2020版土工试验规程,分别计算贯入量为2.5mm和5mm时的承载比(CBR)。取两者的较大值作为该材料的承载比(CBR)。
五、土的回弹模量【课程为准,极少考察】
1.杠杆压力仪法
本试验适用于粒径不大于5mm的土。
仪器设备:杠杆压力仪,承载板(直径50mm,高80mm)
试筒:内径152mm、高170mm的金属圆筒;套环,高50mm;筒内垫块,直径151mm,高50mm;夯击底板与击实仪相同,千分表两块,秒表一只。
3试样
3.1按本规程T0131方法制备3个平行试样。
3.2根据工程要求选择轻型或重型法,采用大筒进行击实试验,得出最佳含水率和最大干密度。然后按最佳含水率用上述试筒击实制备试件。
4试验步骤
4.1安装试样:将试件和试筒的底面放在杠杆压力仪的底盘上;将承载板放在试件中央位置并与杠杆压力仪的加压球座对正;将千分表固定在立柱上,将表的测头安放在承载板的表架上。
4.2预压:在杠杆仪的加载架上施加砝码,用预定的最大单位压力p进行预压。含水率大于塑限的土,p=50~100kPa,含水率小于塑限的土,p=100~200kPa。预压进行1~2次,每次预压1min。预压后调正承载板位置,并将千分表调到接近满量程的位置,准备试验。
4.3测定回弹量:将预定最大单位压力分成4~6份,作为每级加载的压力。加砝码时应避免冲击和摇晃,在加上砝码的同时,立即开动秒表。每级加载时间为1min时,,记录千分表读数,同时卸载,让试件恢复变形。卸载1min时,再次记录千分表读数,同时施加下一级荷载。如此逐级进行加载卸载,并记录千分表读数,直至最后一级荷载。为使试验曲线开始部分比较准确,第一、二级荷载可用每份的一半。试验的最大压力也可略大于预定压力。
5.5精度和允许差。
土的回弹模量由三个平行试验的平均值确定,每个平行试验结果与平均值回弹模量相差应不超过5%,否则应重做试验。
【2022检师判断】土的回弹模量是指土体在侧限条件受压时竖向有效压力与竖向应变的比值。
【答案】正确
【解析】无
2.强度仪法
本试验适用于粒径不大于5mm的土。
仪器设备:路面材料强度仪:压力不小于50kN,能调节贯入速度至每分钟贯入1mm,试筒,承载板,量表支杆及表夹,千分表两块,秒表一只。
3试样
3.1按本规程T0131方法制备3个平行试样。
4试验步骤
4.1安装试样:将试件和试筒放在强度仪的升降台上;将千分表支杠拧在试筒两侧的螺丝孔上,将承载板放在试件表面中央位置,并与强度仪的贯入杠对正;将千分表和表夹安装在支杆上,并将千分表测头安放在承载板两侧的支架上。
4.2预压:摇动摇把,用预定的试验最大单位压力进行预压。含水率大于塑限的土,p=50~100kPa;含水率小于塑限的土,p=100~200kPa。预压进行1~2次,每次预压1min。预压后调正承载板位置,并将千分表调到接近满量程的位置,准备试验。
4.3测定回弹量。
4.3.1将预定最大压力分为4~6份,作为每级加载的压力。由每级压力计算测力计百分表读数,按照百分表读数逐级加载。
4.3.2加载卸载:每级加载时间为1min时,记录千分表读数,同时卸载,让试件恢复变形。卸载1min时,再次记录千分表读数,同时施加下一级荷载。如此逐级进行加载卸载,并记录千分表读数,直至最后一级荷载。为使试验曲线开始部分比较准确,第一、二级荷载可用每份的一半。试验的最大压力也可略大于预定压力。
如果试样较硬,预定的p值可能偏小,此时可不受p值的限制,增加加载级数,至需要的压力为止。
- 还没有人评论,欢迎说说您的想法!