土工试验及其应用(非常好的岩土工程学习资料)

7土工试验及其应用

土工试验是土质学和土力学的重要组成部分之一，土工试验指标不仅为土的工程性质作出评价，而且对于建筑物地基的设计和施工提供不可缺少的依据和参数。

很多建筑物的地基都是放在土层上的，如某些隧洞、路堑、地铁等。此外，土还是重要的建筑材料，如修筑堤坝用的土料，混凝土用的砂、石骨料等。因此，必须研究土的各种与工程建筑有关的性质，即土的工程地质性质。土的工程地质性质包括土的物理性质、水理性质、力学性质。我们室内用土工试验来研究它，这就是我们进行土工试验的目的。

现分两部分进行介绍。

第一部分土质分类

土工试验中首先根据工程要求选择执行的规范规程，不同的规范要求土的分类定名也不同，下面介绍不同规范中的土的分类定名。

一、按颗粒级配分类

1、按颗粒粒径大小分组

根据国标GBJ145-90《土的分类标准》可把土分为以下几组：

这里需要注意的是工民建将d≤0.002称之为胶粒，而交通部粉粒为0.075≥d>0.002，d≤0.002称为粘粒。

2、砂类土分类

根据国标GB50021-2001《岩土工程勘察规范》将砂类土划分为：碎石土和砂土，即粗粒土。

碎石土分类

砂土分类

《公路桥涵地基与基础设计规范》（JTJ024-85）、《港口工程地基规范》（JTJ250-98）

《铁路工程岩土分类》（TB10077-2001）、《疏浚岩土分类标准》（JTJ320-96）

水电部《水闸设计规范》（SL265-2001）等它们的砂类土分类与国标GB50021-2001分类一致。 注：①定名时应根据颗粒级配由大到小以最先符合者确定。

②当砂土中，小于0.075mm 的土的塑性指数大于10时，应冠以“含粘性土”定名，如含粘性土粗砂等。

③砂土要计算不均匀系数C u 和曲率系数C c ， 不均匀系数是土粒大小均匀性的一个指标。

10

60

d d C u =

d 60和d 10分别是曲线上小于某粒径百分数为60%和10%的土粒粒径。C u 越大表示级配良好，级配良好的土料是由大小各种颗粒组成的。因此它容易密实。

曲率系数亦是评价砂土均匀性的一个指标。

10602

30/d d d C c =

d 30为曲线上小于某粒径百分数为30%时所对应的土粒粒径。如果C u ≥5，C c =1~3时，定该土为级配良好，如不满足上述两个条件，为级配不良好或属均匀的砂。

3、建筑用砂料的分类（GB/T14684-2001） 根据国标《建筑用砂》将建筑用砂料分为：

类 别 细度模数 粗 砂 3.1~3.7 中 砂 2.3－3.0 细 砂 1.6－2.2 M X =(A 1+A 2+A 3+A 4+A 5+A 6)/100 式中M X ——细度模数；

A1~A6一依次为4.75mm 、2.36mm 、1.18mm 、0.60mm 、0.30mm 、0.15mm 方孔筛上的

累计筛余百分率（%）。

砂的含泥量：粒径小于0.080尘屑、淤泥和粘土的总含量。 二、按塑性指数分类

1、地基土根据塑性指数将细粒土（粒径小于0.075mm 颗粒含量超过总土质量50%的土）划分为几大类，下面列出各种规范中粘性土的分类。

说明：①以上塑性指数均由76g 圆锥仪入土深度10mm 时测定的液限计算而得。

②天然含水量大于液限，孔隙比大于或等于1.0定为淤泥质土。天然含水量大于液限，孔隙比大于1.5定为淤泥

③执行国标GB50021-2001规范时，花岗岩风化土应根据含砾或含砂量定名。

2、下面三种规范中粘性土的分类定名要复杂一些

《港口工程地质勘察规范》（JTJ240-97）

《港口工程地基规范》（JTJ250-98）

说明：①W——天然含水量（%）；e——孔隙比；M C——粘粒含量（d<0.005mm）。

②执行以上三种规范时，粉土必须做粘粒含量。

③花岗岩风化土应按以下定名：

三、下面介绍用塑性图和颗粒分析联合定名，也即是我们经常说的统一分类法。公路路基土、水库坝址、填土等则用这种定名。根据GBJ145-90《土的分类法》JTJ051-93、《公路土工试验规程》、SL237-1999《水利水电土工试验规程》，其按塑性图和颗粒分析结果将土分为

高液限粘土W L≥50% I P≥0.73（W L-20）和I P≥10

低液限粘土W L<50% I P≥0.73（W L-20）和I P≥10

高液限粉土W L≥50% I P<0.73（W L-20）和I P<10

低液限粉土W L<50% I P<0.73（W L-20）和I P<10

粘土质砂I P≥0.73（W L-20）和I P≥10

粉土质砂I P<0.73（W L-20）和I P<10

……

液限采用76g锥入土17mm的含水率或公路规范用100g锥入土20mm时含水率。

注：以上定名可能含有前缀——含砾、含砂、有机质。用这种方法定名必须要做筛分。详细

定名上面几本规范规程中都有介绍。

四、水电部《水闸设计规范》SL265-2001土分类有要求用三角形定名的，这就要求每组样品都要做颗粒分析到d<0.005mm 粒径。总之，做试验时，要清楚用什么规范定名，不清楚时一定要与委托方联系。

第二部分 土工试验方法及其原理和应用

一、土的物理性质试验

土的物理性质是指土本身由于各个组成部分（固体、水、气）的比例和排列不同所表现的自然物理状态。如轻重、干湿和松密等。土的物理性质试验包括：粒度分析、比重、含水量和密度试验等。

1． 土的物理性质试验 1． 1颗粒分析试验

颗粒分析就是用试验的方法求出小于某种粒径的颗粒所占质量的百分数。 1．1． 1试验目的

以便了解土粒组成情况，并作为砂类土分类的依据及供给土工建筑物选料之用。 1．1．2试验方法

大致可分为筛分析法和沉降分析法。沉降分析法又有密度计法、移液管法等。

对于粒径大于0.075mm 的土应用筛分法，而粒径小于0.075mm 的土则用密度计法或移液管法。

（一） 筛分法

利用一套不同孔径的标准筛直接把土分离出与孔径相应的几个粒组，求其百分含量。 1． 仪器设备

所用圆孔直径为60、40、20、10、5、2、1、0.5、0.25和0.075mm 的分析筛一套及称量1000g 、感量0.1g 的天平等。

其中≥2mm 的筛称之为粗筛，≤2mm 的筛称之为细筛。 2． 计算公式及曲线

dx m m X B

A

X —小于某粒径的试样质量占试样总质量的百分比（%）； m A —小于某粒径的试样质量（g ）； m B —筛析时的试样总质量（g ），即干工总质量；

dx —粒径小于2mm 的试样质量占总质量的百分比（%）。 将颗粒粒径为横坐标（对数），小于某粒径的百分含量为纵坐标绘制单对数曲线（如图1） 分别求出各粒径组的百分含量，并依据相应规范对砂土进行定名。