铁路工程土工试验讲义

铁路工程土工试验讲义

工程试验2009-12-18 18:37:43 阅读248 评论0 字号：大中小

一、概述

1、土的形成

土是岩石风化的产物。

物理风化------岩石暴露在大气层内，受风、霜、雨、雪的侵蚀，以及受温度升降变化的影响，裂隙水结冰等原因，使岩石崩解成块。

化学风化-------这些碎块再与水、二氧化碳、氧气接触发生化学作用。

生物风化-------岩石在风化过程中与自然界的生物发生相互作用。

2、土与工程的关系

地基-----作为建筑物(桥涵、楼房等)或构筑物(路基等)的地基；

填料-----作为土工构筑物(路基、堤坝等)的填料；

介质-----作为构筑物(渠道、黄土隧道等)的周围介质。

3、土工试验的重要意义

土用于地基，会出现地基的变形和稳定问题；用作填料，存在土的压实和变形问题；用于介质，需考虑土的渗流和抗渗稳定性问题。研究解决以上问题，涉及到土的物理、力学、化学性能。要评价土的以上性能，须通过土工试验来获取土的各项性能指标。尤其在研究不良地基处理方案时，实测的实验指标是优选技术措施的重要依据。

4、对土工试验人员的要求

由于土工试验成果因试验方法和试验技巧的熟练程度不同，会有较大的差别，这种差别远大于计算方法引起的误差。为了使土工试验比较正确地反映实际土的性状，要求试验人员了解和掌握以下五个问题：

①.试验的目的和所依据的原理；

②.使用的仪器设备性能和操作方法；

③.试验应获得哪些数据、分析出什么结论；

④.试验中的注意事项、误差的初步分析；

⑤.分析试验设计与实际问题的联系

概括地说土工试验人员要具备：一有基本理论，二有基础知识，三有基本技能。

二、土工试验项目

土工试验项目应根据土的用途决定：

1、室内实验。

①.土的物理性能试验：含水率、密度、颗粒密度、界限含水率、颗粒分析、渗透、击实等。试验成果用于土的工程分类，土的状态的判定，渗透计算，填土工程施工方法的选择和碾压质量控制。

②.砂的相对密度试验：包括砂的最大和最小孔隙比的测定，由此确定砂的相对密度，判定砂的疏密状态。

③.土的变形试验：包括固结、压缩、湿陷性和膨胀性等。这些试验为工程设计提供变形参数：压缩系数、压缩模量、体积压缩系数、压缩指数、回弹指数、前期固结压力、固结系数、湿陷系数、自重湿陷系数、膨胀率、膨胀力等。

④.土的强度试验：包括直接剪切试验、反复直接剪切试验、三轴压缩试验、无侧限抗压强度试验等。这些试验为设计提供土的抗剪指标参数(粘聚力、内摩擦角)、无侧限抗压强度、灵敏度等。

⑤.土的化学性试验：包括粘土矿物鉴定、有机质和盐渍土试验等。粘土矿物成分是决定土的物理化学性质的重要因素；有机质试验提供土中有机质含量，供施工选择土料之用；盐渍

土是土中易溶盐含量大于5%的土，盐渍土试验指标供地基评价、采取工程措施或选料之用。

⑥.级配碎石：粒径级配、破碎面含量、洛杉矶磨耗率、硫酸钠浸泡损失率、液塑限、塑性指数、粘土团及其他杂质含量、毛体积密度。

⑦.改良土：液塑限、塑性指数、颗粒分析、击实(重型)、含灰剂量、无侧限抗压强度

2、路基现场压实质量检测。

①.路基压实密度、含水率检测。常用的方法有环刀法、灌砂法、灌水法、气囊法、核子射线法等。

②.路基地基系数K30检测。

③.路基动态变形模量Evd检测。

④.路基静态变形模量Ev2检测。

3、土工原位测试

①.静力载荷试验。试验成果用于确定地基承载力、变形模量等。

②.静力触探试验。适用于软土、粘性土、砂类土以及含少量碎石的土层。试验成果用于确定地基承载力、判定砂土液化和提供地基物理力学参数等。

③.动力触探试验。适用于粘性土、砂类土和碎石类土。试验成果用于确定地基承载力、评定土的抗剪强度和变形模量等。

④.标准贯入试验。适用于一般粘性土、粉性土和砂类土。可判定砂土的密实程度、粘性土的塑性状态、判别饱和砂土及粉土的液化等。

⑤.十字板剪切试验。适用于测定饱和粘性土的不排水抗剪强度及灵敏度等。

⑥．旁压试验。

三、土的工程分类

工程土按用途主要有两种：一是作为建筑物地基的原状土；二是作为建筑材料的扰动土。

1、我国土的工程分类标准有：

①.国家标准《土的工程分类标准》GB 50145-2007

《土工试验方法标准》GB/T50123-1999

②.水利部《土的工程分类》SL237-001-1999；

②.交通部《公路土工试验规程》JTG E40-2007；

《公路桥涵地基与基础设计规范》JTG D63-2007

④.铁道部《铁路工程岩土分类标准》TB10077-2001。

《铁路工程土工试验规程》TB10102-2004

2、铁路工程桥涵地基与基础土的分类

1）. 一般土

①.分类定名

A.土的颗粒分类。讲义表17.1

把土颗粒按颗粒形状和粒径大小分成了7类15种。

B.碎石类土。讲义表17.2

大于2mm的颗粒超过总质量的50%。按颗粒形状和级配分为4类8个名称。

C.砂类土。讲义表17.3

大于2mm的颗粒不超过总质量的50%，而大于0.075mm的颗粒超过总质量的50%。按颗粒级配分为1类5个名称。

D.粉土。

粒径大于0.075mm颗粒的质量不超过全部质量50%的土，且塑性指数等于或小于10。按塑性指数和颗粒级配分为1类1个名称。

E.粘性土。讲义表17.4

按塑性指数分为1类2个名称。

②.密实程度

A.碎石类土。讲义表17.5

根据结构特征、天然坡和开挖情况、钻探情况分为：密实、中密、稍密和松散4种。

B.砂类土。讲义表17.6

根据标准贯入锤击数N和相对密度Dr分为：密实、中密、稍密和松散4种。

C.粉土。讲义表17.7

根据孔隙比e的大小分为密实、中密、稍密3种。

D.粘性土。讲义表17.8

根据压缩系数a0.1~0.2分为高、中、低压缩性土3种。

③.潮湿程度

A.碎石类和砂类土。讲义表17.9

根据饱和度分为稍湿、潮湿、饱和3种。

B.粉土。讲义表17.10

根据天然含水率分为稍湿、潮湿、饱和3种。

C.粘性土。讲义表17.11

根据液性指数分为坚硬、硬塑、软塑、流塑4种。

2）.特殊土

①. 黄土。

第四纪以来，在干旱、半干旱气候条件下形成的，土颗粒成分以粉粒为主、含碳酸钙及少量易溶盐、并具大孔隙和垂直节理、抗水性能差、易崩解和潜蚀、上部多具湿陷性等工程地质特征的土，应判定为黄土。

黄土按堆积时代、塑性指数、湿陷系数分类。

②. 红粘土。

颜色呈棕红、褐黄色，覆盖于碳酸盐系岩层之上，且液限等于或大于50%的高塑性粘土，应判定为红粘土。红粘土经搬运、沉积后仍保留残积粘土的基本特征，且液限大于45%，应判定为次生红粘土。红粘土具有遇水软化、失水收缩强烈、裂隙发育、易剥落等工程地质特征。

红粘土根据塑性状态、裂隙状态和界限液塑比和液塑比关系分类。

③. 膨胀土。

土中粘粒成分主要由亲水矿物组成，具有吸水显著膨胀软化，失水急剧收缩开裂，并能产生往复胀缩变形的粘性土，应判定为膨胀土。

膨胀土分类首先根据地貌、土的颜色、结构、土质情况、自然地质现象和土的自由膨胀率等特征，作初期判定；然后按自由膨胀率、蒙脱石含量、阳离子交换量三项指标可对膨胀土详细判定。

④. 软土。

天然孔隙比大于或等于1.0，天然含水率大于或等于液限，压缩系数大于或等于0.5，不排水抗剪强度小于30kPa的粘性土，可判定为软土。软土一般含有机质，具有压缩性高、强度低、灵敏度高和排水固结缓慢的特点。软土的结构受到扰动后，强度会极大地下降。

软土根据物理力学性质、成因类型、无侧限抗压强度试验或现场十字板剪切试验、软土的灵敏度分类。