分散性土鉴定试验步骤(幻灯片)

分散性 试验水头 (mm) 高分散性土 50 分散性土 50 过渡型土 180 非分散性土 1020 试验持续时间 (min) 10 10 10 ≥5 最终孔径dz 出水混浊情况 (mm) dz≥3.0 很混浊 2.0≤dz<3.0 很混浊 1.5≤dz<2.0 混浊 dz≤1.5 微混浊
针孔冲刷试验示意图如下：
⑷促使粘土分散性管涌的另一个主要原因，是决定于水库蓄 水所含不溶解盐类的总量。该总量越低，土坝土料的分散 性管涌可能性越大，这是产生离子的“解吸附作用”之故。 ⑸定义“可交换钠离子百分比”ESP为 ESP=Na/CEC(100) 式中 Na—可交换钠离子数量，以100克干土内毫克当量计； CEC—可交换的离子总量。 当土料ESP=7～10，库水相对说比较纯洁，土属中等分散性； 当土料ESP≥15，即有严重管涌的可能性。 ⑹具有较高ESP值的土坝，当发生集中渗流时，有两种可能 的后果：①如渗水流速极慢，由于流道四周土的膨胀，流 道会逐渐被封闭；②如渗水初速较快，分散土粒被陆续带 走，流道的扩大比土膨胀所引起的封闭为快，于是最后导 致管涌失事。
⑷若试样未发生任何变化，流量未随时间增大，测压管无变化， 无细粒移动和水色变浑等迹象，即可进行下一级水头的试 验。以后各级水头，大致按0.3、0.5、1.0、1.5、2.0、3.0、 4.0、…的坡降逐次升高。每升高一次水头，均应按⑶的规 定进行读数。 ⑸在本级水头下，如发现细粒通过接触面跑入滤层，或发现滤 层中的测压管水头差不断增大时，则本级水头和以后步骤 中的每一级水头试验持续时间需延长到3～4h。 ⑹当渗入滤层中细粒停止移动，位于滤层中的测压管水头差不 再继续增大时。应继续升高水位，进行下一级水头的试验， 不宜中断。 ⑺有下列情况之一者，可以结束试验： ①当升高水头后，流量不断变大，被保护土中的渗流坡降减小。 ②滤层中的渗透坡降等于被保护土中的渗透坡降。
土粒比重Gs
试样不均匀系数Cu
反滤层层数
反滤层厚度（cm）
反滤层中值粒径 D50mm
反滤层不均匀系数 Cu=D60/D10
曲率系数Cc
试样中值粒径d50（mm）
骨架粒径（mm） 填料含量Pz（%）
渗 流 速 度 υ= Q/A 渗 透 系 数 k= υ/i 渗 透 系 数 k20 沉 降 量 δ 集 砂 量 s
第六节 反滤料试验
目的和适用范围：反滤料试验的目的是用以确定在渗透水流作 用下，被保护土的反滤层土样的合理级配。适用于无粘性土。 仪器设备： ⑴垂直渗透变形仪：包括仪器筒、顶盖、底座、透水板及支 架。仪器筒身内径为20cm和30cm两种；仪器高度分别为直 径的3倍和2倍。顶盖中心为一活塞套。透水板分上透水板和 下透水板，上透水板兼起传递荷载作用。透水板孔径分别为 3、5、7mm（在下渗透板之下，也可设置斜透水板，坡度为 （1：1）～（1：1.5），用以排除水中含气，斜透水板上端 设有排气孔）。下图为垂直渗透变形仪示意图。
ηT/ η20
cm/ s
cmΒιβλιοθήκη cm%℃℃
二、 回弹模量试验。
目的和适用范围： ⑴本试验的目的是通过对试样进行规定压力下的加载和卸载，测定土的回 弹变形量，以确定土的回弹模量值。 ⑵本试验采用杠杆压力仪法和强度仪法。杠杆压力仪法用于含水率较大、 硬度较小的试样。 ⑶本试验适用于不同含水率和不同干密度的细粒土。 杠杆仪法： 仪器设备 ⑴杠杆压力仪：最大压力1500N，杠杆压力仪如图所示。 ⑵击实筒：内径152mm，高166mm的金属圆筒。但在与夯击底板的立柱 联接的缺口板上多一个内径5mm、深5mm的螺丝孔，用来安装千分表 支架。 护筒：高50mm；筒内垫块：直径151mm，高50mm。夯击底板与击实仪 同。
安装好所有仪器设备部件，施加50mm水头； 在常水头作用下，蒸馏水流过土样1mm直径的细孔，观测 5～10分钟之间出来的水是否带有颜色； 对于分散性土，5～10分钟之间出来的水带有颜色，且细孔 很快被冲蚀扩大；对于非分散性土，即使在380mm水头 作用下，出水还是洁净的，而且没有冲蚀现象。 针孔试验评价土的分散性标准
⑶承载板：直径50mm，高80mm。 ⑷千分表：2只，量程2.0mm。分度值0.001mm。 ⑸秒表：分度值0.1s。
加压球座 加载架
杠杆压力仪示意图
试样筒与承压板
承压板
试样筒
操作步骤 ⑴按重型击实法制备试样，得出最大干密度和最优含水率。 ⑵按最优含水率制备试样，以规定击数在击实筒内制备试样。 ⑶将装有试样的击实筒底面放在杠杆压力仪的底盘上，将承载板放 在试样的中心位置，并与杠杆压力仪的加压球座对正。将千分表 固定在立柱上，并将千分表的测头安装在承载板的表架上。 ⑷在杠杆压力仪的加载架上施加砝码，用预定的最大压力p进行预压。 对含水率大于塑限的土，p=50～100kPa；对含水率小于塑限的 土，p=100～200kPa。预压应进行1～2次，每次预压1min卸载。 预压后调整承载板位置，并将千分表调到零位。 ⑸将预定的最大压力分为4～6级进行加载，每级加载时间为1min， 记录千分表读数，同时卸载，当卸载1min时，记录千分表读数， 再施加下一级荷载。如此逐级进行加载和卸载，并记录千分表读 数，直至最后一级荷载。为使试验曲线的开始部分比较准确，可 将第1、第2级荷载再分别分成2小级进行加载和卸载。试验中最 大压力也可略大于预定的最大压力。 ⑹土的回弹模量测定应进行3次平行试验，每次试验结果与回弹模量 的均值之差应不超过5%。
粘土矿物的特性
粘土矿物类型 高岭石 伊利石 蒙脱石 场强 固定层 平均比表面积（m2/g） 10 100 800 扩散层 阳离子交换量 3 25 100 塑性指数 20 50-65 100-650 压缩指数 0.2 0.6-1 1-6
距离 双电层模型
⑶研究地表水、地下水和土壤的水盐动态规律及其与分散性 的关系； ⑷分散性土的判定应以野外调查为主，结合室内试验综合判 定，并应符合以下四种鉴定试验的有关规定； ⑸分散性土工程地质评价，应根据分散性土的矿物成份和化 学成份、环境水的化学成份等评价分散性土的分散性及其 对工程的影响，提出防治与处理措施的建议。 分散性土鉴定步骤： 分散性土目前有四种鉴定的方法： ⑴针孔冲刷试验、⑵双比重计分散度试验、⑶孔隙水可溶盐 试验、⑷碎块试验。 ⑴针孔冲刷试验： 将土样制成1.5in厚，放置在针孔试验设备中固定好，在土 样中间部位刺一个直径为1mm的细孔；
式中 i—渗透坡降； ∆H—测压管水头差，cm； L—与水头差ΔH相应的渗径长度，cm。 ④渗透流速： υ=Q/A （6-5）
Q—渗流量，cm3/s； A—试样面积，cm2； cm υ—渗透流速，cm/s cm/s。 cm/s ⑤渗透系数： kT= υ/i （6-6） ⑵绘制被保护土的lgi～lgυ曲线和υ～t曲线。 ⑶绘制被保护土和滤层在试验前后的颗粒级配曲线，用以确定从被保护 土层中带出的土粒量及滤层内淤填量。 式中
③被保护土为粘质土，渗透坡降大于50～100时；被保护土 为无粘性土，渗透坡降大于10时，被保护土仍未破坏。 ⑻试验结束后，应缓慢降低水箱水位。以防止上层细粒在停 水过程中掉入下层，或通过透水板掉入下漏斗。 ⑼仪器中水放完后，分层取样，进行颗粒分析。在分层取样 时，记录下列现象：滤层淤填厚度、接触带变化情况、被 保护土中细粒流失粒径、流失部位、深度等。 计算和制图 ⑴计算公式及有关指标。 ①干密度： ρd=md/（πγ2h） （6-1） ②孔隙率： n=[1-ρd/（ρwGS）] *100 （6-2）
击实土样
针孔
水头
常水头作用下蒸馏水流入
针孔冲刷试验示意图
⑵孔隙水可溶盐试验： 土与蒸馏水拌和到接近液限的稠度，再用真空法将孔隙水汲出。测 定孔隙水中四种金属阳离子（钙、镁、钠和钾）总量，称为TDS， 以每立升中毫克当量计（meq/l）。可交换钠离子百分数 PS=Na+/TDS×100% ，判定指标PS＞60%为分散性土。
⑺ESP值与其他常规土工试验所得指标之间无一定的关 系。但是经验表明，管涌失事的土料一般属中等塑性 （液限wL=30～50%），少数也有属高塑性者。 ⑻具有高ESP值，而且分散性极强的土，所含粘土一般 均属蒙脱土，某些伊利土也有高度分散性，一般来讲， 高岭土ESP值不高，管涌失事极少。 分散性土调查与评判： ⑴搜集分散性土分布区水文、气象、气候资料，调查土 壤类型，盐碱土分布情况，植物生长情况，土壤水和 潜水状况，自然冲蚀和工程受损破坏情况以及防治分 散性土灾害的工程措施与效果； ⑵查明分散性土形成的地质背景和特征，粘土矿物成份， 化学成份、结构、构造、含盐类型、水盐动态及其与 分散性土形成的关系；
⑶双比重计法： 该法也称SCS（即美国土壤保持局）法，其主要步骤是对土 样进行两次比重计试验。第一次使用化学分散剂与机械振 动，得曲线1；第二次不使用化学分散剂及机械振动，得 曲线2。两曲线的分歧即代表土的自然界的分散性。“分 散百分比”的定义是这两曲线在颗粒大小为0.005mm处的 百分数之比，分散性土通常大于50%。 ⑷碎块试验： 将1/4～3/8in的一块土，放在盛蒸馏水约150ml的烧杯中，观 察5～10分钟，视粘土粒转入胶体悬液的情况，分成下列 四种等级： 等级1——没有反应，土块在杯底塌散； 等级2——微有反应，土块表面附近水有混浊； 等级3——中等反应，容易辨别悬液中的胶体； 等级4——强烈反应，杯底有一薄层胶体沉淀，整杯水混浊。
式中 md—试样干质量，g； r—试样半径，cm； h—试样高度，cm； ρd—干密度，g/cm3； ρw—水的密度，g/cm3； n—孔隙率，%； Gs—土粒比重。 土粒比重Gs应为粗细颗粒混合比重，即： Gs=1/（P1/Gs1+P2/Gs2） （6-3）
式中 Gs1、Gs2—分别为粒径大于和小于5mm的土粒比重； P1、P2—分别为粒径大于和小于5mm土的含量，%。 ③渗透坡降： i=ΔH/L （6-4）
荷载P（Pa）
接触面下移距离 （mm）
反 滤 层 淤 填 量Z
试样孔隙率n（%）
测 压 管 距 离 L 渗 透 坡 降 渗 流 量 Q= mw/ t
试 验 次 数
渗 水 量
时 间 t
温度 校正 系数
水 温 t
室 温 t
试验 现象 描述
min
cm
cm
cm
i= Δh /L
cm3
s
cm3 /s
cm/ s
cm/ s
计算及制图 ⑴按下列公式计算每级荷载下试样的回弹模量： E=πpD*（1-µ2）/4l 式中 E—回弹模量，kPa； p—承载板上的压力，kPa； D—承载板直径，cm（5.0cm）； l—相应于压力的回弹变形（加载读数减卸载读数），cm； µ—土的泊松比，一般取0.35。 ⑵以压力p为横坐标，回弹变形l为纵坐标，绘制p～l曲线。 ⑶每个试样的回弹模量取p～曲线上任一压力与其对应的按下 列公式： E=πpD*（1-µ2）/4l 计算 ⑷对于较软的土，如果p～l曲线不通过原点，允许用初始直 线段与纵坐标轴的交点当作原点，修正各级荷载下的回弹 变形和回弹模量。
渗透变形及反滤层试验记录表
工程编号 土样编号 土样采集点 土样类别 试验组次 渗流方向
记 录 时 间 h 测 压 管 编 号 测 压 管 读 数 测 压 管 水 位 差 Δh
表
6.0.1
试样质量（mg） 试样面积A（cm2）
试验前试样高度h （cm） 试验后试样高度h’ （cm） 试样干密度ρd （g/cm3）
透水板
筒身
垂直渗透变形仪示意图
⑵供水设备：供水箱、提升架、橡皮管。供水箱设置溢流堰， 能保持常水头。 ⑶加荷设备：活塞杠、加荷框架、加荷杠杆和百分表支架。 ⑷量测设备：测压管、量筒、秒表、温度计、百分表和测压装 置。 ⑸其他设备：击锤（或振动器）、台秤、天平及标准筛等。 试验步骤： ⑴进行渗透由上向下试验时，下游溢水箱水面应高于或位于被 保护土和滤层的接触面。 ⑵试验开始时，以相应于0.1～0.2的渗透坡降的水头作为第一 级水头进行试验，以后每隔1h加一级水头。 ⑶每抬高一级水头后，隔30min读数1次。每级水头应测读两 次。流量也应进行2次测量，取其平均值。
第五节 分散性土鉴定试验步骤和计算
定义：分散性土系指土颗粒能在水中散凝呈悬浮状态，被 雨水或渗流冲蚀带走而引起土体破坏的土。 分散性土性状： ⑴自然界某些粘土，可称为“分散性土”，具有被水冲蚀的 现象，甚至比细砂或粉土还严重。 ⑵这些粘土的分散性质，主要由于土颗粒之间的排斥力超过 了相吸力（范德华力）。故一旦接触水，土体的表面土粒 逐渐依次脱落，成为悬液。如属流动水，分散土粒即被带 走。 ⑶这些粘土的主要特点，在于孔隙水中钠离子数量较多。钠 促使土粒周围双电层水膜增加厚度，因此土粒间相吸力减 小。