铁路土工试验培训课件.ppt

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1、,铁路土工试验及质量检测技术,铁路工程土工试验项目：,土的物理性质试验： 密度 含水率 液塑限 比重 颗粒分析 渗透性、毛细作用、湿化,土的力学性质试验： 抗剪试验 无侧限抗压试验 固结、压缩 CBR试验 K30（主要）、Evd、Ev2试验,土工试验项目,击实试验（主要）,1.密度试验,1）概念：天然状态下土的单位体积的质量,2）测定方法： 环刀法：适用于粉土和黏土 蜡封法：适用于环刀难以切削且易破碎的土 灌水、灌砂、气囊法：适用于砾类土 核子密度仪：适用于砂类、粘性土,=m/V,1.密度 试验,环刀法,蜡封法,灌砂法,试验步骤1.测定灌砂筒下的部圆锥体内砂的质量2.标定量砂的单位质量s3.现

2、场测试土的密度 （1）挖坑称取出土的质量mw，测定含水量 （2）灌入砂子 （3）计算灌入坑中量砂质量,结果分析,密度 试验（主要介绍灌砂法）,测定方法：比重法、浮称法、虹吸筒法等,重点介绍比重瓶法。,适用范围：d5mm且d20mm的土质量 小于土体质量的10%,d5mm且d20mm的土质量 大于土体质量的10%,2.颗粒密度 试验,2.颗粒密度 试验,试验方法 1.在比重瓶中装入烘干土与蒸馏水 2.在砂浴中煮沸 3.称瓶+水+土总质量 4.测温度 5.称瓶+水质量,结果分析,仪器设备：感量0.001g天平；100ml或50ml比重瓶；烘箱；蒸馏水；温度计；筛；漏斗；滴管,比重瓶法,颗粒密度试验

3、,3.含水率试验,1）测定方法： 烘干法：适用于各类土 酒精燃烧法：适用于不含有机质的砂土、粉土和黏土 碳化钙减量法：适用于各类土，碳化钙+水化学反应乙炔气体排除 核子密度仪：适用于砂类、细粒土,2）烘干法：在105110C下烘干至恒量时所失去的水分的质量和达恒温后干土质量的比值，以百分数表示。 步骤：首先取代表性试样(黏土1530g，砂土3050g，砾类土不少于250g，碎石土不少于500g）放入盒内，称质量为湿土质量。将试样和盒放入烘箱内在105110恒温下烘干，烘干时间砂类土不少于360min、粘性土480min、砾石碎石不少于240min，将烘干后的试样和盒取出，放入干燥器内冷却至室温

4、，称其质量。 进行两次平行测定取其算术平均值。,注意：有机质土烘干温度为6570C，真空干燥箱7h，电热干燥箱18h。(结晶水),3.含水率 试验,4.液塑限试验,试验步骤1）风干，研碎，过筛2）取3份土样3）分别加水4）闷料5）装入杯中6）测每份土的锥入深度7）分别测定3份土的含水量,4.液塑限试验,锥式液限仪测定法：76g锤经5s恰好沉入土17mm所对应的含水量。,碟式液限仪测定法：以2转/秒的速度，使碟子反复起落，坠击底座，当25击V型土槽合拢长度恰好13mm所对应的含水量。,锥式,碟式,液限L,注意：仅适用于重塑土,液塑限 试验,试验结果分析,以下沉17mm所对应的含水率为液限 ，下沉

5、深度为2mm所对应的含水率为塑限 ，塑性指数 ，液性指数 ， 为天然含水率。,塑限p,滚搓法：将天然湿度的土体在毛玻璃上搓成直径为3mm 土条时，土条恰好产生裂缝并开始断裂时的含水量。,液、塑性联合测定法：利用液、塑性联合测定仪同时测定3份不同含水量的同一个土样，得到圆锥下沉深度和含水量关系曲线，则曲线上对应深度为17mm及2mm时土样的含水量就分别为该土的液限和塑限。,工程上常用作粘性土与粉土定名的依据,粒度成分的分析方法,筛析法(0.075),密度计法(0.075),5.颗粒分析试验,确定方法 筛分法：适用于粗粒土 (0.075 mm) 密度计法：适用于细粒土 (0.075 mm),各粒组

6、的相对含量，用质量百分数来表示,表述方法 粒径级配累积曲线,5.颗分试验,筛分法就是用一套标准筛子如孔直径(mm)：20、10、5.0、2.0、l.0、0.5、0.25、0.1、0.075，将烘干且分散了的200g有代表性的试样倒入标准筛内摇振，然后分别称出留在各筛子上的土重，并计算出各粒组的相对含量，即得土的颗粒级配。 沉降分析法：具体有密度计法(也称比重计法)或移液管法(也称吸管法)。该两法的理论基础都是依据Stokes(司笃克斯)定律，即球状的细颗粒在水中的下沉速度与颗粒直径的平方成正比,105.02.01.00.50.250.075,200g,10161824223872,P%9587

7、78665536,颗粒分析 试验,密度计法,颗粒分析试验,典型颗分级配曲线,沉降分析结果,小于某粒径之土质量百分数P（）,粒径(mm),d10,d60,d50,d30,特征粒径: d60 : 控制粒径d10 : 有效粒径d30 :中值粒径,不均匀程度：Cu = d60 / d10,连续程度: Cc = d302 / (d60 d10 ) 曲率系数, 不均匀系数,Cu 5,级配不均匀,颗粒分析 试验,斜率: 某粒径范围内颗粒的含量 陡相应粒组质量集中 缓-相应粒组含量少 平台-相应粒组缺乏,连续程度: Cc = d302 / (d60 d10 ) 曲率系数,较大颗粒缺少,Cc 减小,较小颗粒缺少

8、,Cc 增大,C c = 1 3, 级配连续性好,颗粒密度试验,粒径级配,粒径级配累积曲线及指标的用途：,1）粒组含量用于土的分类定名；,2）不均匀系数Cu用于判定土的不均匀程度： Cu 5, 级配不均匀； Cu 5, 均匀土,3）曲率系数Cc用于判定土的连续程度： C c = 1 3, 级配连续土； Cc 3 或 Cc 1,级配不连续土,4）不均匀系数Cu和曲率系数Cc用于判定土的级配优劣： 如果 Cu 5且 C c = 1 3 ， 级配 良好的土； 如果 Cu 3 或 Cc 1, 级配 不良的土,不均匀系数：Cu = d60 / d10,曲率系数：Cc = d302 / (d60 d10

9、),颗粒密度 试验,1.击实试验,土的压实性：指土在一定压实能量作用下密度增长的特性,研究击实性的目的：以最小的能量消耗获得最大的压实密度,方法：,室内击实试验；现场试验: 夯打、振动、碾压,2）室内击实试验,1）路基压实的评定指标压实系数（控制路基填筑质量的重要指标之一） K = d/ max100% d 填土干密度 max最大干密度（标准干密度）,压实的本质,土料孔隙率减小，密实度提高,6.击实 试验,击实试验,试验方法1)土风干、过筛2)备56份试样3)计算每份试样加水量4)加水5)闷料6)击实7)取代表性土样测含水量,结果分析,土,击实试验,3）细粒土的压实性,0 4 8 12 16

10、20 24 28含水量w(%),饱和曲线,dmax=1.83,wop=12.1,具有峰值位于饱和曲线之下,压实机理：,颗粒被击碎，土粒定向排列;土粒破碎，粒间联结力被破坏而发生孔隙体积减小;气被挤出或被压缩等,影响因素：,a. 击实功能,b. 级配,曲线特点：,击实试验,4）粗粒土的压实性,不存在最优含水量； 在完全风干和饱和两种状态 下易于击实；潮湿状态下d明显降低。,特点,理论分析,对粗粒土，击实过程中可以自由排水，不存在细粒土中出现的现象。 在潮湿状态下，存在着假凝聚力，加大了阻力。,压实标准,常用相对密度控制 Dr0.70.75；基床表层压实控制指标取消了压实系数，而采用K30和n；

11、施工过程中要么风干，要么就充分洒水，使土料饱和,路基填筑压实过程中应控制最优含水量和最大干密度,排列致密、定向性强 密度1g/cm3 冰点处于零下几十度 具有固体特性 温度高于100C时可蒸发,强结合水,位于强结合水之外，电场引 力作用范围之内 外力作用下可以移动 不因重力而移动，有粘滞性,弱结合水,击实试验,自由水,击实试验,从微观角度讲，土粒表面存在一定强度的电场，处于电场范围的水分子在土粒周围形成结合水，分为强结合水和弱结合水，强结合水为紧靠土颗粒表面被牢牢吸引住，常表现出固态特征，而弱结合水距土粒较远处，它受到的引力相对较小。弱结合水水膜厚度对粘性土的物理力学性质有很大影响，两颗粒之间

12、存在弱结合水时，土粒之间表现出一定联结力，弱结合水膜越薄，土粒之间的距离越小，土粒间引力越大，联结强度越高，土粒越不容易发生相对移动，土的工程性质越好，反之水膜厚度越大，甚至出现自由水时，土粒间的相互吸引力小，粒间联结强度越低，土粒越容易发生相对移动，土的工程性质越差。,颗粒表面水膜很薄，相对移动困难,水膜润滑作用不明显;封闭气泡难以排出;增加水的相对含量, op, d dmax, op , d dmax, op , d dmax,粘性土存在最优含水量op，在填土施工中应该将土料的含水量控制在op左右，以期得到dmax，通常取,地基系数subgrade reaction coefficient

13、: 由平板荷载试验测得的荷载强度与其相应下沉量的比值。K30为30cm直径荷载板试验得出的地基系数，一般取下沉量为0.125cm的荷载强度。（铁路路基设计规范TB1000199） 地基系数(K30)subgrade reaction coefficient: 通过试验测得的直径30cm荷载板下沉1.25mm时对应的荷载强度p(MPa)与其下沉量1.25mm的比值。（铁路路基设计规范TB100012005） K30试验(K30 for coefficient of subgrade reaction test):用直径为30cm的刚性承压板，测定下沉量为1.25mm时的地基系数的试验方法。,地基

14、系数K30定义,7.地基系数K30试验,7.地基系数K30,试验目的,地基系数是表示地基抗力的一种指标，能够直观表征地基的刚度情况，在建筑地基和地下工程中经常使用。在铁路路基中，除了用于设计计算分析，也是路基施工质量控制的重要指标。,地基系数K30,适用条件,地基系数K30试验适用于填料最大粒径不大于荷载板直径1/4的各类土和土石混合填料。试验时，场地及环境条件应符合以下要求：(1)对于水分挥发较快的均粒砂，表面结硬壳、软化或因其他原因表层扰动的土，平板荷载试验应置于扰动带以下进行。(2)对于粗、细粒均质土，宜在压实后24h内开始进行。(3)测试面必须是平整无坑洞的地面。对于粗粒土或混合料造成

15、的表面凸凹不平，应铺设一层约23mm的干燥中砂或石膏腻子。测试点必须远离震源。(4)雨天或风力大于6级的天气，不得进行试验。,地基系数K30,试验仪器和用具,K30平板载荷仪由荷载板、加荷装置、下沉量测装置组成。(1)荷载板：直径30cm圆形钢板，厚度25mm。应带水准泡。(2)加载装置：由千斤顶、液压泵及加荷测量装置组成。荷载能力不小于50kN。液压泵应装有可调节减压阀，可准确地分级加卸载。测压表量程应达到试验荷载的1.25倍，精度不低于0.6级。当采用测力计时，精度不低于1%。(3)反力装置：可利用装载的汽车或其他设备，其承载能力应大于试验荷载10kN。(4)下沉测量装置：由测桥和测表组成

16、。测桥用于安装测表固定支架或作为测表量测基准面，支承长度应大于3m。测表精度0.01mm，量程不小于10mm。(5)辅助设备：铁锹、钢板尺、毛刷、圬工泥刀、刮铲、水准仪、铅锤、褶尺、干燥砂、石膏等。,地基系数K30,试验要点,(1)试验场地准备：整平，并用毛刷扫去松土。当处于斜坡上时，支承面做成水平面。(2)安装荷载板仪：1）安装荷载板：为保证良好接触，铺设（23mm）干燥砂或石膏腻子。2）安装反力装置：将反力装置的承载点置于荷载板上方，并加以制动。反力装置的支撑点必须距离荷载板外缘1m以外。3）安装反力装置：将千斤顶置于荷载板上，利用接长杆和调节丝杆，使千斤顶顶端的球铰座紧贴在反力装置的承载

17、部位。组装时应保持千斤顶垂直。4）安装下沉测量装置：安装测桥时，测桥支撑座应离荷载板外缘1m以上。测表应对称均布在承载板上。,地基系数K30,试验要点,(3)加载试验： 1）为稳固荷载板，预先加荷载，30秒后卸除荷载，然后等待30秒后，将百分表调零或初读数。 2）以0.04MPa的增量，逐级加载。每一级加载，当1min的沉降量不大于该级荷载产生的沉降量的1%时，认为沉降稳定，待沉降稳定后，读取荷载强度和下沉量读数，然后增加下一级荷载，每级荷载稳定时间不少于3min。 3）当总沉降量超过规定的基准值(1.25mm)且加载级数至少5级，或者荷载强度大于设计标准对应荷载值的1.3倍且加载级数至少5级

18、，或者达到地基的屈服点，试验即可终止。,地基系数K30,试验要点,(4)异常处理：试验过程中板严重倾斜、过度下沉等，应将试验点下挖相当于荷载板直径的深度，重新进行试验。并在记录中注明。,地基系数K30,(5)结果整理：绘制荷载下沉曲线，取1.25mm对应的荷载强度除以下沉量1.25mm，即得到K30值。,动态变形模量Evd的定义,动态变形模量是指土体在一定大小的竖向冲击力Fs和冲击时间ts作用下抵抗变形能力的参数。（铁路工程土工试验规程 TB101022010）,8.动态变形模量Evd,4.动态变形模量Evd,测试原理与操作要点,测试原理,动态变形模量Evd是由落锤冲击施加一定大小和作用时间荷

19、载的平板试验测得的土体变形模量。通常，载荷板的直径也为300mm，锤重为10kg，最大的冲击力为7.07kN，荷载脉冲宽度18ms。试验记录落锤冲击时板的沉降。在假定冲击力恒定和泊松比为0.21的情况下，由弹性半空间体上圆形局部荷载的公式计算模量：,动态变形模量Evd,测试原理与操作要点,测试原理与仪器结构,动态变形模量Evd,测试原理与操作要点,试验场地及环境条件,（1）测试面宜水平，其倾斜角度不大于5（2）测试面必须平整无坑洞。对于粗粒土或混合料造成的表面凹凸不平，可用少量细中砂补平（3）试验时测试点必须远离震源,动态变形模量Evd,测试原理与操作要点,试验仪器,动态变形模量测试仪组成:加

20、载装置荷载板沉陷测定仪组成,动态变形模量Evd,测试原理与操作要点,试验仪器,加载装置:挂（脱）钩装置落锤导向杆阻尼装置落锤重：10kg最大冲击力：7.07kN冲击持续时间：182ms导向杆必须保持垂直、光洁,动态变形模量Evd,测试原理与操作要点,试验仪器,荷载板:圆形钢板传感器,1.圆形钢板直径300mm；厚度20mm。2.传感器必须牢固密贴地安装在荷载板的中心位置上。,动态变形模量Evd,动态变形模量Evd测试原理与操作要点,试验仪器,沉陷测定仪:信号处理显示打印机电源,动态变形模量Evd,测试原理与操作要点,测试范围：,沉陷测试范围： （0.12.0）mm0.04mm。Evd测试范围：

21、10 MPa Evd225 MPa。,动态变形模量Evd,仪器的校验和标定应符合下列要求：,仪器在每次试验前应按使用说明书进行校验。仪器每年必须重新标定一次。,测试原理与操作要点,试验操作步骤,测试前的准备工作：1)测试面应整平。应使荷载板与地面良好接触。必要时可用少量的细中砂来补平。2)导向杆应保持垂直。3)检查仪器标明的落距。,动态变形模量Evd,测试原理与操作要点,测试步骤：荷载板放置在平整好的测试面上，安装上导向杆并保持其垂直。将落锤提升至挂(脱)钩装置上挂住，然后使落锤脱钩并自由落下，当落锤弹回后将其抓住并挂在挂(脱)钩装置上。按此操作进行三次预冲击。正式测试时按上述方式进行三次冲击测试，作为正式测试记录。测试时应避免荷载板的移动和跳跃。测试时，应记录每个测点的工作名称、检测部位、试验时间、土的种类、含水率以及相关的参数。,动态变形模量Evd,(四)试验结果应按下列平板压力公式计算:实测结果可采用下列简化公式:,动态变形模量Evd,试验记录落锤冲击时板的沉降。在假定冲击力恒定和泊松比为0.21的情况下，由弹性半空间体上圆形局部荷载的公式计算模量：,动态变形模量Evd,