公路土工和无机结合料稳定材料试验检测.ppt
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1、公路土工和无机结合料稳定材料,试验检测培训,主要内容,第一部分 土工一、土的概述二、颗粒分析(颗粒级配)试验三、界限含水率试验四、击实(最佳含水率、最大干密度)试验 五、土的承载比(CBR)试验,第二部分 无机结合料稳定材料一、无机结合料稳定材料击实试验二、无侧限抗压强度试验三、水泥(石灰)剂量,第一部分:土工公路土工试验规程(JTG E40-2007),一、土的概述,1、土的形成 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的产物。,岩石暴露在大气中,受到温度变化的影响,体积经常发生膨胀和收缩,不均匀的膨胀和收缩使之产生裂缝,同时长期经受风霜雨和雪的侵蚀以及动植物的破坏,逐渐由
2、整块岩石崩解成大小不等和形状不同的碎块,这个过程叫物理风化。,物理风化只改变岩石颗粒的大小和形状,不改变颗粒的成分。物理风化后形成的碎块与氧气二氧化碳和水接触,经过化学变化,变成更细的颗粒并且成分也发生改变,产生与原来岩石成分不同的矿物,这个过程叫做化学风化。,在此基础上,加之生物活动的参与,从而产生有机质的积聚,经过这些风化作用所形成的矿物颗粒堆积在一起,其间贯穿着孔隙,孔隙间存在着水和空气。这种松散的固体颗粒(有时还会含有有机质)水和气体的集合体即是土。,2、土的三相组成,土由固体土粒、液体水和气体三相组成。,3、土的工程分类,土分类总体系图(根据巨粒组、粗粒组和细粒组含量),3.1巨粒土
3、分类,3.2砾类土分类,备注:F为细粒组质量(0.075mm),3.3 砂类土分类,备注:F为细粒组质量(0.075mm),3.4、细粒土的分类,3.5、土工试验项目,1、物理性质试验:含水率、密度、比重、颗粒分析、相对密度。2、水理性质试验:界限含水率、稠度、膨胀、毛细上升速度。3、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。4、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。,二、土的颗粒分析,1、概述粒度:土粒的大小。粒组:大小相近的土粒合并为组。土的粒度成分(颗粒级配):指土中各种不同粒组的相对含
4、量(以干土质量的百分数表示),它可用来描述土的各种不同粒径土粒的分布特性。粒组的划分,1.1粒度成分的分析方法:,1)筛析法(适用于粒径大于0.075mm的土)粗筛(圆孔筛):孔径为60mm、40mm、20mm、10mm、5mm、2mm;细筛:孔径为2mm、1.0mm、0.5mm、0.25mm、0.075mm2)沉降分析法:密度计法和移液管法(适用于粒径小于0.075mm的土),1.2粒度成分的表示方法,1)表格法以列表形式直接表达各粒组的相对含量,2)累积曲线法用一条曲线表示一种土的粒度成分,在一张图上能同时表示许多种土的级配成分。不均匀系数 Cu=d60/d10 5曲率系数 Cc=(d30
5、)2/(d60d10)13,3)三角坐标法用一点表示土的粒度成分,在一张图上能同时表示几种土的粒度成分。,等边三角形,2、试验步骤,(一)筛析法(粒径d0.075mm的土)1)试验原理 筛析法是将土样通过逐级减小孔径的一组标准筛子。对于通过某一筛孔的土粒,可以认为其粒径恒小于该筛的孔径,反之,遗留在筛上的颗粒,可以认为其粒径恒大于该筛的孔径。这样即可把土样的大小颗粒粒按筛孔径大小逐级加以分组和分析。,2)方法概述(无粘聚性的土-干筛法)将土样放在橡皮板上风干,用木碾将粘结的土团充分碾散拌匀,用四分法取代表性土样备用。将四分法取出的代表性土样按表2.1的规定称取试样质量,应准确至0.1g,试样数
6、量超过500g时,应准确至1g。,将试样过孔径为2mm的细筛,分别称出筛上和筛下土的质量。(若2mm筛下的土不超过试样总质量的10%,则可省略细筛分析。同样,2mm筛上的土如不超过试样总质量的10,则可省略粗筛分析)。取2mm筛上试样倒入依次叠好的粗筛(孔径为60mm、40mm、20mm、10mm、5mm)的最上层筛中;取2mm筛下的土样倒入依次叠好的细筛(孔径为2mm、0.5mm、0.25mm、0.075mm)的最上层筛中进行筛析,筛析时细筛可放在摇筛机上振摇,振摇时间一般为(10-15)min。,依次将留在各筛上的土称重。要求各细筛及底盘内土质量总和与原来所取2mm筛下试样质量之差不得大于
7、1,同样各粗筛及2mm筛下的土质量和与试样质量之差不得大于1%。如果小于0.075mm颗粒含量超过总土质量的10%,有必要时,做密度计分析。,3)计算及绘图在半对数坐标纸上,以小于某粒径的土质量百分数为纵坐标,以粒径为横坐标,绘制颗粒大小分配曲线。按下式计算小于某粒径颗粒质量百分数:X=(A/B)100 式中:X小于某粒径颗粒的质量百分数,;A小于某粒径的颗粒质量,g;B试样的总质量,g。当小于2mm的颗粒如用四分法缩分取样时,试样中小于某粒径的颗粒质量占总质量的百分数:X=(a/b)p100 式中:a通过2mm筛的试样中小于某粒径的颗粒质量,g;b通过2mm筛的土样中所取试样的质量,g;p粒
8、径小于2mm的颗粒质量百分数。,(二)沉降分析法1试验原理沉降分析法分密度计和移液管法两种,是根据土粒在液体中沉降的速度与粒径的关系由笃克斯定理确定。定理认为土粒越大,在静水中沉降速度越快。反之,土粒越小、沉降速度越慢。,2.密度计种类及校正(1)密度计分甲、乙两种。甲种密度计:刻度单位以20时每1000ml悬液内所含土质量的克数表示,刻度为-550,最小分度值为0.5;乙种密度计:刻度单位以20时悬液的比重表示,刻度为0.9951.020,最小分度值为0.0002.(2)密度计的几种校正:密度计刻度及弯月面校正、温度校正、土粒比重校正(2.65)、分散剂校正。,试验示例,由曲线可确定两个土粒
9、的级配指标:不均匀系数Cu=d60/d10曲率系数CC=d302/(d10*d60)d60、d30、d10 有效粒径,即土中小于该粒径的颗粒质量为60、30%、10%的粒径,mm;,三、界限含水率试验,(一)概述界限含水率定义:粘性土的状态随着土中含水率的变化而变化,各种粘性土有一个处于塑性状态的含水率范围,界限含水率就是这个范围的度量值;说明:对实际工程来说,具有实用意义的是液限、塑限和缩限。液限是可塑状态的上限,塑限是可塑状态的下限。含水率低于缩限,水分蒸发时体积不再缩小。,液限WL(%):土从液体状态向塑性体状态过渡的界限含水率。塑限WP(%):土由塑性体状态向脆性固体状态 过渡的界限含
10、水率。缩限WS(%):达到某一含水率后,土体积不再收缩的界限含水率。塑性指数 IP=WL-WP:液限与塑限之差值。(一般在习惯上用不带百分数符号的数值表示。塑性指数越大,表示土越具有高塑性),液性指标IL=(W-WP)/(WL-WP)(%):表示天然含水率与界限含水率关系的指标。当IL=1.0,即W=WL,土处于液限;当IL=0,即W=WP,土处于塑限。故按IL可区分土的各种状态:IL0 为坚硬状态01.0 为流塑状态天然稠度:土的液限与天然含水率之差和塑性指数之比。,界限含水率试验方法:,1、液限塑限联合测定法2、液限碟式仪法(碟式液限仪)3、滚搓塑限试验法4、缩限试验,(二)液限塑限联合测
11、定法实验目的:为了确定粘性土由流动状态,可塑状态和半固体状态、固体状态相互转化时的分界含水率。它是土工试验中的基本指标之一。为划分土类,计算天然稠度,塑性指数IP,液性指标IL,供工程设计和施工之用。适用范围:本试验适用于粒径不大于0.5mm、有机 质含量不大于5%的土;,仪器设备:LP-100型液塑限联合测定仪:锥质量为100g,锥角为30,读数显示形式宜采用光电式、游标式、百分表式。,电子天平(称量200g,感量0.01g)、烘箱,试验步骤:1)取有代表性的天然含水率或风干土样进行试验。如土中含有大于0.5mm的土粒或杂物时,应将风干土样用带橡皮头的研杵研碎或用木棒在橡皮板上压碎,过0.5
12、mm的筛。取代表性土样200g,分别放入三个盛土皿中,加不同数量的蒸馏水,使土样的含水率分别控制在液限(a点)、略大于塑限(c点)和二者的中间状态(b点)附近。用调土刀调匀,密封放置18h以上。2)利用简易辨别法或颗粒分析法确定土的类别,砂类土还是细粒土。(锥入深度和结果整理需要),3)将制备好的土样充分搅拌均匀,分层装入盛土杯中,试杯装满后,刮成与杯边齐平。4)给圆锥仪锥尖涂少许凡士林,将装好土样的试杯放在联合测定仪上,使锥尖与土样表面刚好接触,然后按动落锥开关,测记经过5s锥的入土深度h。改变锥尖与土接触位置重复本操作。(锥尖两次锥入位置距离不小于1cm)5)去掉锥尖入土处的凡士林,测盛土
13、杯中土的含水率w。重复以上步骤对已准备好的其它两个含水率的土样进行测试。,结果整理:以含水率w为横坐标,锥入深度h为纵坐标在双对数坐标纸上绘制关系曲线,如图所示。三点应在一直线上。,砂类土,细粒土,a,b,c,当三点不在一直线上时,通过高含水率的a点和其余两点b、c连成二条直线,由液限在hp-wl图上查的hp,以此hp再在h-w的ab及ac两直线上求出相应的两个含水率,当两个含水率的差值小于2时,应以两点含水率的平均值与高含水率的点连一直线如图中B线,当两个含水率的差值大于、等于2时,应重做试验。,土样定名,(1)当细粒土位于塑性图A线或A线以上时,按下列规定定名:在B线或B线以右,称高液限黏
14、土,记为CH;在B线以左,IP=7线以上,称低液限黏土,记为CL。(2)当细粒土位于A线以下时,按下列规定定名:在B线或B线以右,称高液限粉土,记为MH;在B线以左,IP=4线以下,称低液限粉土,记为ML。(3)黏土粉土过渡区(CLML)的土可以按相邻土层的类别考虑细分。,注意事项,1、对于100g锥而言c点的锥入深度应控制在5mm以下,对于砂类土可大于5mm,a点的锥入深度应为200.2mm;锥入深度允许误差0.5mm,否则应重做,每次均取10g以上的土样两个,测定其含水率。2、试验须进行两次平行测定,取其算术平均值,以整数(%)表示。其允许差值为:高液限土小于或等于2%,低液限土小于或等于
15、1%。,四、击实试验,(一)概述击实试验的意义:为了改善土的工程性质,常采用压实的方法使土变得密实。击实试验的目的是确定土的最大干密度和最佳含水率,为施工控制填土密度提供设计依据。击实试验的原理:击实试验就是模拟施工现场压实条件,采用锤击方法使土颗粒重新排列紧密。对于粗粒土因颗粒的紧密排列,增强了颗粒表面摩擦力和颗粒之间嵌挤形成的咬合力。对细粒土则因为颗粒间的靠紧而增强粒间的分子引力,从而使土在短时间内得到新的结构强度。,含水率土中的水分为强结合水、弱结合水及自由水。工程上含水率定义为土中自由水的质量与干土粒质量之比的百分数,一般认为在100-110温度下能将土中自由水蒸发掉。含水率=(湿土质
16、量-干土质量)干土质量100%允许差值含水率试验须进行二次平行测定,取其算术平均值,允许平行差值应符合下表规定,密度:是指土体单位体积的质量,=m/V(g/cm3)干密度:是指土的固体颗粒质量与土的总体积之比。d=ms/V(g/cm3)土的干密度越大,土越密实。所以干密度常用作填土压实的控制指标。最大干密度(d):在击数一定时,当含水率较低时,击实后的干密度随着含水率的增加而增大;而当含水率达到某一值时,干密度达到最大值,此时含水率继续增加反而使干密度减小。干密度的这一最大值称为最大干密度,与它对应的含水率称为最佳含水率。,(二)仪器设备,仪器主要部件由击实筒,击锤。,试验方法的类型:,击实试
17、验分轻型和重型两类,其击实试样方法类型见下表:,(三)试验步骤,1试样制备 试样制备分干法和湿法两种,对一般土,干法制样和湿法制样所得击实结果有一定差异,对于具体试验应根据工程性质选择制备方法。(1)干法制样:将代表性土样风干或在低于50温度下烘干,放在橡皮板上用木碾碾散,过筛(筛号视粒径大小而定)拌匀备用。测定土样风干含水率w,按土的塑限估计最佳含水率,并依次按相差约2的含水率制备一组试样(不少于5个),其中有两个大于和两个小于最佳含水率。,按确定含水率制备试样。将称好质量的土平铺于不吸水的平板上,用喷水设备往土样上均匀喷洒预定mw的水量拌匀后,静置一段时间,装入塑料袋内静置备用。静置时间对
18、高液限粘土不得少于24h,对低液限粘土不得少于12h。(2)湿法制样:对天然含水率的土样过筛(筛孔视粒径大小而定),并分别风干到所需的几组不同含水率备用。,2.试样击实 将击实筒放在坚硬的地面上,取制备好的土样按所选击实方法分3或5次倒入筒内,每层按规定的击实次数进行击实,要求击完后余土高度不超过试筒顶面6mm(大筒)或5mm(小筒)。用修土刀齐筒顶削平试样,称筒和击实样土重后用推土器推出筒内试样,测定击实试样的含水率和测算击实后土样的湿密度,依次重复上述过程,将所备不同预定含水率的土样击完。,3.结果整理计算击实后各点的干密度d。以干密度d为纵坐标,含水率w为横坐标,绘d-w关系曲线,曲线上
19、峰值点的纵、横坐标分别为最大干密度和最佳含水率。,击实试验记录(小筒997cm3),最佳含水率:13.0%,最大干密度:1.86g/cm3,砂砾土击实结果处理,含石量与干密度关系曲线,(四)土的击实特性1、击实曲线有一个峰点。2、当含水率偏干时,含水率的变动对干密度的影响要比含水率偏湿时的影响更为明显,由图知曲线左段较右段陡。3、土的含水率接近和大于最佳含水率时,土内孔隙中的空气越来越多的处于与大气隔离的封闭状态,击实作用已不能将这些气体排出,亦即击实土不可能达到完全饱和的状态。因此,击实曲线必然位于饱和曲线左下侧。,(五)影响压实的因素1、含水率对整个压实过程的影响(击实曲线)。2、击实功对
20、最佳含水率和最大干密度的影响。击实功愈大,土的最大干密度也愈大,而土的最佳含水率则愈小,但增大击实功是有限的,超过这一限度,干密度增加不明显。3、不同压实机械对压实的影响。光面压路机和振动压路机压实效果不同。4、土粒级配的影响。均匀颗粒的砂,单一尺寸的砾石和碎石,很难碾压密实,只有在良好级配的条件下才能达到要求的密实度。,注意事项:1)当试样中有大于20mm或40mm颗粒时,应先取出大于颗粒,并求得其百分率P,其百分率应小于30%,把小于颗粒部分做击实试验,并对最大干密度和最佳含水率进行校正。2)制备粘性土时,要保证洒水均匀,充分拌和,充分闷料。3)在留取测定含水率的土样时,要从试筒两侧均匀取
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