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1、铁路工程土工试验讲义杨德平2011年6月一、概述本章内容以以铁路路工程试试验与检检测为为准。1、土的形形成土是岩石风风化的产产物。物理风化-岩岩石暴露露在大气气层内，受受风、霜霜、雨、雪雪的侵蚀蚀，以及及受温度度升降变变化的影影响，裂裂隙水结结冰等原原因，使使岩石崩崩解成块块。化学风化-这些碎碎块再与与水、二二氧化碳碳、氧气气接触发发生化学学作用。生物风化-岩石在在风化过过程中与与自然界界的生物物发生相相互作用用。2、土与工工程的关关系地基-作作为建筑筑物(桥涵、楼楼房等)或构筑筑物(路基等等)的地基基；填料-作作为土工工构筑物物(路基、堤堤坝等)的填料料；介质-作作为构筑筑物(渠道、黄黄土隧
2、道道等)的周围围介质。3、土工试试验的重重要意义义土用于地基基，会出出现地基基的变形形和稳定定问题；用作填填料，存存在土的的压实和和变形问问题；用用于介质质，需考考虑土的的渗流和和抗渗稳稳定性问问题。研研究解决决以上问问题，涉涉及到土土的物理理、力学学、化学学性能。要要评价土土的以上上性能，须须通过土土工试验验来获取取土的各各项性能能指标。尤尤其在研研究不良良地基处处理方案案时，实实测的实实验指标标是优选选技术措措施的重重要依据据。4、对土工工试验人人员的要要求由于土工试试验成果果因试验验方法和和试验技技巧的熟熟练程度度不同，会会有较大大的差别别，这种种差别远远大于计计算方法法引起的的误差。为
3、为了使土土工试验验比较正正确地反反映实际际土的性性状，要要求试验验人员了了解和掌掌握以下下五个问问题：.试验的的目的和和所依据据的原理理；.使用的的仪器设设备性能能和操作作方法；.试验应应获得哪哪些数据据、分析析出什么么结论；.试验中中的注意意事项、误误差的初初步分析析；.分析试试验设计计与实际际问题的的联系概括地说土土工试验验人员要要具备：一有基基本理论论，二有有基础知知识，三三有基本本技能。5、现行铁铁路土工工试验有有关标准准序号标准名称标准代号实施日期备注1铁路路基设设计规范范TB 1000011-200052005-04-252铁路工程地地质勘查查规范TB 1000122-200012
4、001-12-013铁路工程物物理勘探探规程TB 1000133-200042004-04-014铁路工程地地质钻探探规则TB 1000144-199981998-07-015铁路工程地地质原位位测试规规程TB 1000188-200032003-06-016铁路工程不不良地质质勘察规规程TB 1000277-200012001-12-017铁路工程岩岩土分类类标准TB 1000777-200012001-12-018铁路工程土土工试验验规程TB 1001022-200102010-11-219铁路工程岩岩土化学学分析规规程TB 1001033-200082009-01-0710铁路工程水水质
5、分析析规程TB 1001044-200032003-06-0111铁路工程地地基处理理技术规规程TB 1001066-200102010-08-0312铁路工程岩岩石试验验规程TB 1001155-199981998-07-0113铁路路基施施工规范范TB 1002022-200022002-07-0114铁路路基工工程施工工质量验验收标准准TB 1004144-200032004-01-0115高速铁路设设计规范范(试行行)TB 1006211-200092009-12-0116高速铁路路路基工程程施工质质量验收收标准TB 1007511-200102010-12-086、练习题题.(填空空
6、)工程程试验工工作的依依据是( )。. (填填空)铁铁路工程程土的物理理力学性性能检测测标准(代号)为（ ）,化化学性能能检测标标准(代号)为( )。二、土工试试验项目目 本章内容以以铁路路工程试试验与检检测为为准。土工试验项项目应根根据土的的用途决决定：1、室内实实验。.土的物物理性能能试验：含水率率、密度度、颗粒粒密度、界界限含水水率、颗颗粒分析析、渗透透、击实实等、粗粗粒土的的最大干干密度等等。试验验成果用用于土的的工程分分类，土土的状态态的判定定，渗透透计算，填填土工程程施工方方法的选选择和碾碾压质量量控制。.砂的相相对密度度试验：包括砂砂的最大大和最小小孔隙比比的测定定，由此此确定砂
7、砂的相对对密度，判判定砂的的疏密状状态。.土的变变形试验验：包括括固结、压压缩、湿湿陷性和和膨胀性性等。这这些试验验为工程程设计提提供变形形参数：压缩系系数、压压缩模量量、体积积压缩系系数、压压缩指数数、回弹弹指数、前前期固结结压力、固固结系数数、湿陷陷系数、自自重湿陷陷系数、膨膨胀率、膨膨胀力等等。.土的强强度试验验：包括括直接剪剪切试验验、反复复直接剪剪切试验验、三轴轴压缩试试验、无无侧限抗抗压强度度试验等等。这些些试验为为设计提提供土的的抗剪指指标参数数(粘聚力力、内摩摩擦角)、无侧侧限抗压压强度、灵灵敏度等等。.土的化化学性试试验：包包括粘土土矿物鉴鉴定、有有机质和和盐渍土土试验等等。
8、粘土土矿物成成分是决决定土的的物理化化学性质质的重要要因素；有机质质试验提提供土中中有机质质含量，供供施工选选择土料料之用；盐渍土土是土中中易溶盐盐含量大大于5%的土，盐盐渍土试试验指标标供地基基评价、采采取工程程措施或或选料之之用。.级配碎碎石：粒粒径级配配、破碎碎面含量量、针状状及片状状颗粒含含量、洛洛杉矶磨磨耗率、硫硫酸钠浸浸泡损失失率、液液塑限、塑塑性指数数、粘土土团及其其他杂质质含量。.改良土土：液塑塑限、塑塑性指数数、颗粒粒分析、击击实(重型)、含灰灰剂量、无无侧限抗抗压强度度2、路基现现场压实实质量检检测。.路基压压实密度度、含水水率检测测。常用用的方法法有环刀刀法、灌灌砂法、灌
9、灌水法、气气囊法、核核子射线线法等。.路基地地基系数数K300检测。.路基动动态变形形模量EEvd检检测。.路基静静态变形形模量EEv2检检测。3、土工原原位测试试.静力载载荷试验验。试验验成果用用于确定定地基承承载力、变变形模量量等。.静力触触探试验验。适用用于软土土、粘性性土、砂砂类土以以及含少少量碎石石的土层层。试验验成果用用于确定定地基承承载力、判判定砂土土液化和和提供地地基物理理力学参参数等。.动力触触探试验验。适用用于粘性性土、砂砂类土和和碎石类类土。试试验成果果用于确确定地基基承载力力、评定定土的抗抗剪强度度和变形形模量等等。.标准贯贯入试验验。适用用于一般般粘性土土、粉性性土和
10、砂砂类土。可可判定砂砂土的密密实程度度、粘性性土的塑塑性状态态、判别别饱和砂砂土及粉粉土的液液化等。.十字板板剪切试试验。适适用于测测定饱和和粘性土土的不排排水抗剪剪强度及及灵敏度度等。旁压试试验。4、练习题题.(填空空)土的抗抗剪强度度可以用用库仑公公式( )表表达，其其中( )表示摩摩擦角，( )表示凝聚力。.(填空空)黄土湿湿陷性是是指黄土土在( )、( )共同作作用下产产生的变变形。.(填空空)用动力力触探确确定地基基承载力力，轻型型动力触触探的锤锤重为( )kgg，以贯贯入深度度每( )cm的的锤击数数计；重重型动力力触探的的锤重为为( )kkg，以以贯入深深度每( )cmm的锤击击
11、数计。.(填空空)静力触触探试验验中多功功能探头头可测得得( )、( )和( )等等指标。.(单选选)标准准贯入试试验中，其其装置的的锤重为为(C)A.4.55kg B.22.5kkg C.663.55kg D.1000g .(单选选)土的压压缩试验验中试样样体积的的变化是是：( ) AA.空气气体积压压缩 B.水体积积压缩 CC.孔隙隙体积的的减小 D.土土颗粒体体积压缩缩.(多选选)土工原原位测试试试验有有：( )A.击实试试验 B.压缩试试验C.十字板板剪切试试验 D.标准贯贯入试.(判断断)一般对对粘性土土地基用用液性指指数和天天然孔隙隙比确定定地基的的容许承承载力。( )三、土的工工
12、程分类类本章内容以以铁路路工程试试验与检检测为为准。工程土按用用途主要要有两种种：一是是作为建建筑物地地基的原原状土；二是作作为建筑筑材料的的扰动土土。1、 我国土的工工程分类类标准有有：. 国家标准土土的工程程分类标标准GGB 501145-20007 土工试验验方法标标准GGB/TT501123-19999 .水利部部土的的工程分分类 SL2237-0011-19999；. 交通部公公路土工工试验规规程 JTGG E440-220077； 公路路桥涵地地基与基基础设计计规范JTGG D663-220077.铁道部部铁路路工程岩岩土分类类标准 TB10077-2001。 铁铁路工程程土工试试
13、验规程程 TTB1001022-200102、铁路工工程桥涵涵地基与与基础土土的分类类1）. 一一般土.分类定定名A.土的颗颗粒分类类。讲义义表177.1 把土颗颗粒按颗颗粒形状状和粒径径大小分分成了77类15种。B.碎石类类土。讲讲义表117.22大于2mmm的颗粒粒超过总总质量的的50%。按颗颗粒形状状和级配配分为44类8个名称称。C.砂类土土。讲义义表177.3大于2mmm的颗粒粒不超过过总质量量的500%，而而大于00.0775mmm的颗粒粒超过总总质量的的50%。按颗颗粒级配配分为11类5个名称称。D.粉土。 粒径大大于0.0755mm颗粒粒的质量量不超过过全部质质量500%的土土，
14、且塑塑性指数数等于或或小于110。按按塑性指指数和颗颗粒级配配分为11类1个名称称。E.粘性土土。讲义义表177.4 按塑塑性指数数分为11类2个名称称。.密实程程度A.碎石类类土。讲讲义表117.55 根据结结构特征征、天然然坡和开开挖情况况、钻探探情况分分为：密密实、中中密、稍稍密和松松散4种。B.砂类土土。讲义义表177.6 根据标标准贯入入锤击数数N和相对对密度DDr分为为：密实实、中密密、稍密密和松散散4种。C.粉土。讲讲义表117.77 根据孔孔隙比ee的大小小分为密密实、中中密、稍稍密3种。D.粘性土土。讲义义表177.8根据压缩系系数a0.110.2分为为高、中中、低压压缩性土
15、土3种。.潮湿程程度A.碎石类类和砂类类土。讲讲义表117.99 根据饱饱和度分分为稍湿湿、潮湿湿、饱和和3种。B.粉土。讲讲义表117.110 根据天天然含水水率分为为稍湿、潮潮湿、饱饱和3种。C.粘性土土。讲义义表177.111 根据液液性指数数分为坚坚硬、硬硬塑、软软塑、流流塑4种。2）.特殊殊土. 黄土土。第四纪以来来，在干干旱、半半干旱气气候条件件下形成成的，土土颗粒成成分以粉粉粒为主主、含碳碳酸钙及及少量易易溶盐、并并具大孔孔隙和垂垂直节理理、抗水水性能差差、易崩崩解和潜潜蚀、上上部多具具湿陷性性等工程程地质特特征的土土，应判判定为黄黄土。黄土按堆积积时代、塑塑性指数数、湿陷陷系数
16、分分类。. 红粘粘土。颜色呈棕红红、褐黄黄色，覆覆盖于碳碳酸盐系系岩层之之上，且且液限等等于或大大于500%的高高塑性粘粘土，应应判定为为红粘土土。红粘粘土经搬搬运、沉沉积后仍仍保留残残积粘土土的基本本特征，且且液限大大于455%，应应判定为为次生红红粘土。红红粘土具具有遇水水软化、失失水收缩缩强烈、裂裂隙发育育、易剥剥落等工工程地质质特征。红粘土根据据塑性状状态、裂裂隙状态态和界限限液塑比比和液塑塑比关系系分类。. 膨胀胀土。土中粘粒成成分主要要由亲水水矿物组组成，具具有吸水水显著膨膨胀软化化，失水水急剧收收缩开裂裂，并能能产生往往复胀缩缩变形的的粘性土土，应判判定为膨膨胀土。膨胀土分类类首
17、先根根据地貌貌、土的的颜色、结结构、土土质情况况、自然然地质现现象和土土的自由由膨胀率率等特征征，作初初期判定定；然后后按自由由膨胀率率、蒙脱脱石含量量、阳离离子交换换量三项项指标可可对膨胀胀土详细细判定。. 软土土。天然孔隙比比大于或或等于11.0，天天然含水水率大于于或等于于液限，压压缩系数数大于或或等于00.5，不不排水抗抗剪强度度小于330kPPa的粘粘性土，可可判定为为软土。软软土一般般含有机机质，具具有压缩缩性高、强强度低、灵灵敏度高高和排水水固结缓缓慢的特特点。软软土的结结构受到到扰动后后，强度度会极大大地下降降。软土根据物物理力学学性质、成成因类型型、无侧侧限抗压压强度试试验或
18、现现场十字字板剪切切试验、软软土的灵灵敏度分分类。.盐渍土土。易溶盐含量量大于00.5%的土，可可判定为为盐渍土土。某地地区或场场地地表表以下11.0mm深度内内易溶盐盐的平均均含量大大于0.5%时时，应定定为盐渍渍土地区区或场地地。盐渍渍土具有有较强的的吸湿、松松涨、溶溶陷及腐腐蚀等工工程地质质特性。盐渍土按含含盐性质质、盐渍渍程度的的分类。.填土.人为活动堆堆填的土土应判定定为填土土，一般般具有成成分复杂杂和固结结时间短短等特点点。根据据物质组组成和堆堆填方式式，填土土分为杂杂填土、素素填土、冲冲填土、填填筑土44类。3、铁路工工程路基基填料的的分类铁路路基填填料分类类是根据据原铁铁路路基
19、基设计规规范 TB1100001-999中的的“填料分分类”为基础础，进行行了局部部的修订订，在“一级定定名”上与铁铁路工程程岩土分分类标准准 TTB1000777-20001进进行了统统一，并并以铁建建设2200441448号文文发布。.巨粒土土、粗粒粒土(包括砂砂类土)根据颗粒组组成、颗颗粒形状状、细粒粒含量、颗颗粒级配配、抗风风化能力力等，按按讲义表表17.26进进行定名名和分组组。.细粒土土根据土的塑塑性指数数Ip和液液限含水水率wL，按讲讲义表117.227进行行定名和和分组。3、练习题题. (问问答)铁路工工程土的的分类标标准，砂砂粒、粉粉粒、粘粘粒的含含义是什什么？. (问问答)
20、铁路路路基填料料巨粒土土、粗粒粒土和砂砂类土，他他们是怎怎样分类类的？需需要做什什么试验验？. (问问答)铁路路路基填料料细粒土土是怎样样分类的的？需要要做那些些试验？. (问问答)路基填填料分类类中“细粒含含量”的含义义是什么么？. (问问答)路基填填料分类类中颗粒粒级配“良好”与“不良”是怎样样区分的的？. (问问答)路基填填料分类类中硬块块石于软软块石是是怎样区区分的？. (问问答)细粒土土填料分分类标准准规定液液限含水水率试验验采用圆圆锥仪法法，圆锥锥仪总质质量多少少？入土土深度多多少？.(问答答)土样定定名时，如如果同时时符合22个或2个以上上名称时时，怎样样处理？.(填空空)路基基
21、普通填填料按颗颗粒粒径径大小可可以分为为三大类类（ ）、（ ）、（ ）。.(填空空)巨粒粒土、粗粗粒土填填料依据据颗粒组组成、颗颗粒形状状、细粒粒含量、颗颗粒级配配、抗风风化能力力等分为为（ ）组组。.(填空空) 细细粒土填填料分为为粉土、粘粘性土和和有机土土。粉土土、粘性性土按照照液限含含水率进进行分组组，当WWL440%时时为( )组组，当WWL40%时为( )组，有有机土为为( )组。.(单选选) 湿陷性性黄土的的判定，湿湿陷性系系数为：( )A、0.0100；B、0.0015；C、0.0200；D、0.0025.(单选选)膨胀胀土的自自由膨胀胀率Fss（%）( )。A、100%；B、2
22、0%；C、300%；D、40%。.(多选选)软土土的判定定:（ ）A、e01.00； BB、W00WL；C、a0.100.20.55；D、不不排水抗抗剪强度度300kPaa。.(多选选)渗水水土的判判定：( )A、细粒土土含量10%；B、细细粒土含含量110%；C、渗透系系数10-3cmm/s。四、土的组组成及基基本物理理指标本章内容以以铁路路工程试试验与检检测为为准。1、土的三三相体概概念土是由固体体颗粒、水水分和空空气三相相组成。其其中每种种成分的的质量、体体积的相相对比例例有所增增减，都都会引起起土的物物理力学学性质的的变化。图1土的三三相图2、土的基基本物理理指标及及换算关关系土的基本
23、物物理指标标有九项项,他们是是：密度度、颗粒粒密度、含含水率、干干密度、饱饱和密度度、有效效重度、孔孔隙比、孔孔隙率及及饱和度度。其中中前三项项是直接接检测出出来的，后后六项是是计算出出来的。. 密度度单位体积土土的质量量（包括括孔隙中中水的质质量在内内）称为为土的密密度（gg/cmm3）。. 颗粒粒密度土体内的固固体颗粒粒质量与与颗粒体体积之比比值，称称为颗粒粒密度（g/cm3）,颗粒密度关注的是土体固体颗粒的视密度，也是以前的比重的概念。. 含水水率w土中水的质质量与土土固体颗颗粒质量量的比值值称为土土的含水水率，以以百分数数计。在在有的标标准中，如如公路用用标准，含含水率又又称为含含水量
24、。不同的土其其含水率率的变化化范围很很大。干干燥坚硬硬的土，含含水率只只有210%.而软软粘土的的含水率率可达5502000%.孔隙比比e土中的孔隙隙体积与与土固体体颗粒体体积的比比值称为为孔隙比比。孔隙比是土土的重要要指标之之一，它它反映了了土的松松软和紧紧密程度度。.孔隙率率n土中孔隙体体积与全全部体积积之比称称为孔隙隙率（%）。孔隙比与孔孔隙率之之间存在在着式(17-9)或或（177-100）的关关系。.饱和度度Sr土中水分所所占体积积与全部部孔隙所所占体积积之比，称称为饱和和度（%）。.干密度度表示单位体体积内土土粒的质质量（gg/cmm3）。.饱和密密度当土体的孔孔隙完全全为水所所充
25、满时时，土体体的密度度（g/cm33）.浮密度度表示地下水水位以下下的土体体，且它它的孔隙隙完全为为水所充充满，但但又整个个受到地地下水的的浮力作作用。因因此有：3、练习题题、(填空空)一般情情况下，土土是由（）、（）、（）三三相组成成。、(单选选)土粒比比重的定定义式为为：( )A、 B、 C、 D、(单选选)干密度度的定义义为：（ ）A、 B、 C、 D、(单选选)土粒比比重的单单位是：（）A、kN/m3 BB、kg/m3 CC、无 D、kPaa、(单选选)对于砾砾石土、碎碎石土和和级配碎碎石，宜宜采用（）计计算孔隙隙率n 。A、颗粒密密度 B、毛毛体积密密度 CC、表观观密度 D、堆堆积
26、密度度、(多选选)土可能能由（ ）组组成。A、单相体体 B、两两相体 CC、三相相体 D、四四相体、(多选选)在土的的三相体体比例指指标中，可可以直接接测出的的指标有有（）A、湿密度度 B、干干密度 CC、颗粒粒密度 DD、含水水率、(判断断)孔隙率率n是土样样中的孔孔隙体积积占土样样总体积积的百分分率。 （）、(判断断)土中的的空气体体积为零零时，土土的密度度最大。（）、(计算算)已知土土样面积积30ccm2，高2ccm，湿湿土质量量126.4g，含水水率W14.8%，土的的颗粒密密度s2.773，求求该土样样的孔隙隙比e、孔隙隙率n和饱和和度Srr。、普通铁铁路路基基基床底底层用碎碎石土填
27、填筑， ，室内内测定填填料的颗颗粒密度度为2.73gg/cmm3, 毛体积积密度为为2.668g/cm33，现场场测定压压实后的的干密度度分别为为：2.00、11.955、1.90、11.855、1.80、11.755g/ccm3，要要求孔隙隙率n0.0075mmm的土土 密密度计法法或移液液管法：0.0075mmm的土土 当当土中含含有大于于或小于于0.0074mmm的土土各超过过总质量量的100%时，应应联合使使用筛析析法和密密度计法法或移液液管法。筛析法法1). 试试验筛：粗筛：孔径径为2000、1150、1100、775、660、40、20、10、5、2 mmm细筛：孔径径为2、1、0
28、.55、0.225、0.0775 mmm2）.操作作步骤 AA.无无凝聚性性土的试试验：a.视土样样颗粒大大小，用用四分对对角线法法按表77.2.2的规规定取样样数量，取取代表性性风干试试样。当当称量小小于5000 gg时，应应准确至至0.11 g；当称量量大于5500 g时，应应准确至至1g。b.将试样样过2 mm筛筛，称筛筛上或筛筛下的试试样质量量，当筛筛下的试试样质量量小于试试样总质质量的110时时，不作作细筛分分析；当当筛上的的试样质质量小于于试样总总质量的的10时时，不作作粗筛分分析。c.取过22 mmm筛上的的试样倒倒入依次次叠好的的粗筛最最上层筛筛中；筛筛下的试试样倒入入依次叠叠
29、好的细细筛最上上层筛中中，进行行筛析。细细筛宜置置于筛析析机上震震筛，震震筛时间间为10015 minn。d.按由上上而下的的顺序将将各筛取取下，于于白瓷盘盘上用手手拍叩摇摇晃，检检查各筛筛，直至至筛净为为止，筛筛下的试试样应收收放入下下一级筛筛内，最最后称各各级筛上上及底盘盘内试样样的质量量，应准准确至00.1 g。e.筛后各各级筛上上和底盘盘内试样样质量的的总和与与筛前试试样总质质量的差差值，不不得大于于试样总总质量的的1。B.含有黏黏土粒的的砂类土土的试验验：a.先将土土样放在在橡皮板板上，用用木碾充充分碾散散黏结的的土团块块，然后后按本条条1款要求求称取试试样，置置于盛有有清水的的容器
30、内内充分搅搅拌，使使试样中中的粗细细颗粒完完全分离离。b.将容器器中的试试样悬液液通过22 mmm筛，边边翻动、边边冲洗、边边过筛，直直到筛上上仅留大大于2 mm的的土粒为为止。取取筛上的的试样风风干后称称量，准准确至00.1 g，然然后按本本条1款3）5）项各各步骤进进行粗筛筛分析。c.取过22mm筛筛下的悬悬液，用用带橡皮皮头的研研杵研磨磨，使通通过0.0755 mmm筛，筛筛上土粒粒反复加加清水研研磨过筛筛，直至至悬液澄澄清为止止，将筛筛上的试试样烘干干称量，准准确至00.1 g，然然后按本本条1款3）5）项各各步骤进进行细筛筛分析。d.当小于于0.0075 mm试试样质量量超过试试样总
31、质质量的110时时，应按按本标准准密度计计法或移移液管法法测定小小于0.0755 mmm的颗粒粒组成。3).计算算：小于于某粒径径的土的的质量百百分率 X=AA/B *P.比重计计法1).仪器器设备：a.密度计计：密度度计应按按本规程程附录BB校正。甲种：刻度度单位以以摄氏220 时每10000 ml悬悬液内所所含试样样质量的的克数表表示。刻刻度自550，分分度值为为0.55。乙种：刻度度单位以以摄氏220 时悬液液的相对对密度表表示。刻刻度自00.99951.0020，分分度值为为0.000022。b.量筒：高约4420mmm，内内径约660 mmm，容容积10000 ml，刻刻度010000 mml，分分度值为为10 ml。c.细筛：孔径为为2、0.55、0.225、0.0775 mmm。d.洗筛：孔径为为0.0075 mm。e.洗筛漏漏斗：上上口直径径略大于于洗筛直直径，下下口直径径略小于于量筒直直径。f.天平、烘烘箱等2). 准准备工作作a.试样制制备：称称取具有有代表性性风干试试样20003000 g，过过2 mmm筛，求求出筛上上试样占占试样总总质量的的百分数数。取筛筛下试样样测定风风干含水水率。b.密度计计温度校校正c.分散剂剂校正d.分散剂剂处理(一般用用氨水) ppH7.55