SD 128-84 土工试验规程

土工试验规程
SD 128-84
说明书
土的工程分类说明书
土样和试样制备说明书
含水量试验说明书
密度试验说明书
比重试验说明书
颗粒大小分析试验说明书
界限含水量试验说明书
湿化试验说明书
相对密度试验说明书
毛管水上升高度试验说明书
击实试验说明书
渗透试验说明书
固结试验说明书
黄土压缩试验说明书
孔隙水压力消散试验说明书
三轴剪切试验说明书
一个试样多级加荷三轴剪切试验说明书
无侧限抗压强度试验说明书
直接剪切试验说明书
排水反复直接剪切试验说明书
无凝聚性土天然坡角试验说明书
土的工程分类说明书
一、概述
二、《62规程》土分类中的主要问题
三、目前国外土分类的简况
四、制定粗细粒土统一体系分类法的依据
五、粗细粒土统一体系分类法
六、分类中几个界限值的确定
七、塑性图及细粒土分类
八、各类土在工程中的应用
九、特殊土在塑性图中的位置
十、细粒土新、旧分类名称的粗略对应关系
一、概述
本规程新订的土的工程分类法是根据国外许多国家广泛应用的分类法的基本原理，结合我国的实际情况制订的。

此分类法的特点是按土的基本工程属性，即粒径、级配、塑性及压缩性等，将土分成几大类，每类给以符号。

对同一类中各种土的具体特性，用文字加以描述，以区别同一类中的其它土。

此外，本分类法可用目测法即可进行土的大致分类，不一定均需进行室内试验。

这样既快又省是其优点。

鉴别各类土的方法有两种：一种是目测法，常用于现场钻孔或挖试坑调查土料，提供工程初设阶段的土名，或不需要进行土工试验的工程地质的鉴别；一种是试验室试验的方法，按颗粒大小分配曲线及界限含水量来确定土的基本属性进行分类，在工程技术设计阶段，需结合其它土的指标综合分析土的特性时使用。

本规程的主要内容为：鉴别、分类及描述三部分，均扼要列于规程表1－2中。

表左侧栏为目测鉴别法，表中间两栏为描述内容、要求与举例。

表右侧栏是利用试验成果进行分类的准则。

这样，既便于野外或现场，又宜于试验室采用。

故用本规程进行鉴别分类的结果表示为土的类别、类别符号和具有土名的性状描述。

本说明书表1－9介绍了各类土的工程特性及用途，可供勘测、设计、科研人员参考。

至于我国沿用很久的两种分类法：按土粒粒度的分类法（三角坐标分类法）与按塑性指数分类法，在实践中也累积了许多资料，对社会主义建设发挥了应有作用。

但是，随着科学技术的发展和工程实践证明，发现都存在一定的不足之处。

这次修订《规程》时，根据全国许多单位提供的大量资料，进行了统计分析，并参考当前世界上一些国家的分类系统，提出了本规程所推荐的粗细粒土统一体系的分类法。

当然，事物总是一分为二的，它们毕竟也存在某些缺点，例如在某些分类指标的界限值确定上，有一定的主观随意性；在分类依据上，对
土的成因这一因素大多没有考虑等等。

四、制定粗细粒土统一体系分类法的依据
1．基本原则
针对我国原分类法中存在的主要问题，参考当今国外分类法中的优点，认为新分类法要满足下列条件：
①要考虑到我国国土辽阔，地质成因复杂的自然条件，以及水利、电力工程中利用土作为建筑材料或地基的有关特点。

②要具有较严密的统一体系。

不仅要统一原来的两套分类体系，也要使《62规程》中粗、细粒土各自独立划分的体系改变成连贯的分类系统。

③要有逻辑性，纲目分明。

由于整个系统合乎逻辑推理，因此便于记忆，便于掌握。

④分类指标要既能反映有关土的基本属性，又便于测定。

⑤用适当符号表示土类名称。

2．分类指标的选择
从国内外土分类的现状看来，划分土类的主要依据大体上有下列几个方面：土的成因及年代、土的粒度及其级配、土的塑性、压缩性、有机质含量等。

（l）土的成因及年代：土的工程性质与其形成方式和演变条件，亦即与其成因类型有关，同一成因的土具有某些相近的工程特性。

按理说，按成因与年代分类是相当合理的，但是到目前为止，还没有找到土的成因与其工程性质间的定量依赖关系，并且不同成因类型之间也缺乏准确的数值界限。

因此，按成因划分土的工程类别一时还难以办到。

在已有的分类法中，成因特征是放在按其它指标已划分好的土类的说明里来体现的，而不单独作为分类依据。

在本说明书中，黄土、红粘土、膨胀土等特殊土类在塑性图中（见后）均在一定的区域，便是在分类中成因特征的一种反映。

（2）土的粒度及其分布特征：构成土的颗粒的大小及其相互搭配关系，决定着土的结构特征。

颗粒大小不同，也反映土的比面积的差异。

例如砾类土、砂类土与粉质土和粘质土性质相差悬殊，主要是因为它们的粒度组成显著不同所致。

但在细粒土中，粒度大小就不起决定性作用。

因此，在制定本规程时，对粗粒土划分，仍然是以粒径大小及其级配特征为依据。

对于含细粒土的粗粒土，随着所含细粒土的含量与土性的不同，粗粒土的工程特征会变化很大。

为此，在粗粒土分类时，需要考虑这种影响。

这个问题留待第六节中讨论。

（3）土的塑性与压缩性：细粒土的矿物成分，颗粒形状及大小，都综合地反映在塑性与压缩性内。

如粘土是具有塑性的，塑性愈大、粘性也愈大。

粉土是稍有或无塑性的。

因而塑性指数是划分细粒土的良好指标。

研究证明，土的液限也是反映细粒土特性的灵敏指标。

在先期固结条件相同时，土的液限愈大，压缩性也愈大。

例如重塑土或正常固结粘
土的压缩指数与液限成正比。

因此，可以用液限来区分压缩性的大小。

结合国外土分类准则，在本规程中确定以塑性指数与液限两个指标，作为划分细粒土的依据。

（4）有机质含量：在无机粘土中只要含有少量的有机胶体物质，在塑性指数变化不大
响。

本规程参考了英国与日本资料[4][5]，确定该含量的下限值为30％，称粗粒含量为30％～50％的细粒土为含粗粒土的细粒土。

低于30％时，
仍按细粒土命名。

（六）砂类土分类中的界限
以上为简明起见，主要阐述了砾类土的划分界限。

这些界限值也完全适用于砂类土。

当粗粒土被定为砂类土后，按上述用于砾类土的同样步骤与界限，可将砂类土也分为相应的三大类，只要将“砾”字换成“砂”字。

七、塑性图及细粒土分类
前面已经谈到，细粒土分类是以土的塑性指数I p与液限ωL为依据的。

由I p与ωL所组成的分类图即为塑性图。

（一）塑性图
塑性图首先由美国卡萨格兰地（A.Casagrande）教授提出，是目前许多国家进行细粒土分类的依据。

图1－2是美国统一分类法中采用的塑性图。

图中的A线和B线将平面划分为四个区域。

A线以上是无机粘质土区（CH类及CL类）；A线以下为粉质土区（MH类及ML类）及有机质土区（OH类及OL类）。

B线将土划分为高液限的（H）和低液限的（L）。

此外，在低液限区，往往土类性质交错，无机粉土略在A线以上。

因此，在I p=4与I p=7之间划为CL－ML 的搭界区与ML区。

A线是一根经验分界线。

卡氏根据各种土类的大量试验成果，发现成因相同的土，试验成果在塑性图上的分布条带基本上平行[2]。

根据许多条带的平均斜率，他建议了A线的位置。

以A线分界，上下两侧土的主要性质的变化示于图1-3。

有意义的是西特（H．B．Seed）的研究[11]，论证了这条经验线的基本正确性。

他用纯无机粘土、无机粘土与高岭土、伊里土或班脱土以不同含量配制的人工试料，进行了大量的液、塑限测定，得出以下结论：无机粘土在塑性图上的分布，范围较窄，分布区的下限，基本上接近A线，如图1－4。

当然，他所采用的土类还不够广泛。

用塑性图分类，特别要指出的是：塑性图给出的是（以符号表示的）土类名称，而不是土名称。

在同一土类中，可以包括许多名称不同而性质相近的土。

为此，在确定土类以后，还应根据习惯名称、当地俗名或地质名称等为土命名，并进行必要的描述。

（二）本规程采用的塑性图
本规程基本上引用上述国际通用的塑性图。

但是，许多单位从使用方面提出，认为卡氏塑性图划分的土类过于简单。

因此，决定采用修正的卡氏塑性图[12]。

即在图中除A、B两线外，增加了一根ωL =3O％的C 线。

这样就将土按液限划分为高、中、低三挡。

将细粒土分成八类（CH，CI，CL，MH，MI，ML，OH，OL）。

另外，原塑性图中的液限是由碟式液限仪测得，与我国原来应用的圆锥液限仪以入土
本规程包括扰动土样制备、原状土的试样制备及试样饱和的一般方法。

至于原状砾质土、风化土、冲填土、岩石夹泥等特种土的试样制备要求，
分别在有关试验项目中叙述。

二、扰动土的过筛问题
扰动土中粗颗粒（如砾）较多时，将某一粒径以上的颗粒筛去进行试样制备是不符合实际情况的。

但试样中最大粒径尺寸受试验容器的大小所限制，根据南京水利实验处编写的《土工试验手册》规定用于剪切试验试样中的颗粒最大粒径，不应大于剪切盒内径的1／20（剪切盒内径为6.4cm，土样需过2mm筛。

内径为9.2cm，需过5mm筛）。

原电力工业部水力发电总局勘测设计院科学研究所1955年编写的“土样试验操作手册（初稿）”，规定剪切，无侧限压缩，三轴剪切等试验中试样制备时扰动土过2mm筛。

《 62规程》在砂的抗剪强度试验中，规定砂样制备须过2mm筛。

四川科学研究所对砂砾土用不同过筛颗粒在三轴剪切仪上进行过比较，认为砾料部分如果含量不大，在整个级配中，不占主要地位，对于抗剪强度没有大的影响，可以去掉。

至于某一尺寸的压缩容器，适合于某一最大粒径的试样，在一般试验规程中，还没有看到有明确的规定。

显然，压缩试样颗粒的大小对压缩试验的成果，是有影响的。

上述“土样试验操作手册（初稿）”中，压缩试验的试样所用土样是通过0.5mm筛。

东北勘测设计院水利科学研究所，曾以中型压缩仪进行研究［18］，认为容器高度以相当于最大颗粒粒径的6～8倍为宜。

根据目前一般所用的压缩仪，高度为2cm的容器，用过2mm筛的土样还是可以的。

又鉴于粒径2mm又恰为砂的颗粒粒径上限，因此土样制备中统一规定扰动土过2mm筛进行试样制备。

如果有中型和大型试验仪器，应不过筛进行试验，以符合土的实际级配情况。

扰动土的土样制备，首先须过5mm筛。

一方面为了适应一些有关填土料的试验项目，如比重、相对密度（或最大、最小孔隙比）等；另一方面，击实试验所需用的粘性土料需要过5mm筛。

三、砾质土的过筛问题
砾质土有的是无粘性松散土，有的是粘粒附于砾质土具有粘性的土。

前者可以稍加研磨而后过筛，后者如用碾磨粉碎的方法，不但使大颗粒受到破坏，而且粘附于砾石上的粘质土粒也不易脱粒，影响颗粒分析成果。

根据长江水利水电科学研究院的研究资料[19]。

同样的砾质土，干过筛与湿过筛（即浸泡以后水中过筛）的结果，在粘土含量方面，有很大的区别。

如对一种砾质粗砂，干过筛粘土含量仅20％，湿过筛则粘土含量增到39％，说明这种砾质土是不能用干过筛的。

否则影响筛分结果。

属于砾质土的风化土（如风化破碎等），有的单位使用水浸透后过筛的方法，避免在研磨时使岩石破碎[20]，但由于岩石风化程度和性质不同，是否均可用水浸泡，有待于进一步研究。

湿过筛对于具有粘性的砾质土固然是比较好的方法，但手续既繁，又费时间。

所以为了省掉一次过筛程序，在制备土样时仅过2mm筛，免去5mm筛的程序。

虽然这样，对于它在粉、细料的颗粒比重测定上与规
程规定不符。

但认为这样对于比重的影响不会很大，所以暂时这样规定。

四、扰动土样的试样制备
扰动土试样的制备，通常是用击实法将土样击实后再切成试样。

但多数试验单位也用压样器来制备试样。

长江水利水电科学研究院用击实法（用小面积锤一层、三层击实）、压样法和击样法，对试样的密度，基本水性，土体结构和抗剪强度的影响进行了研究[21]。

试验结果表明：在密度的均匀程度和基本水性方面，击实法较压样和击样法合理；对膨胀影响极微；结构情况以单层最好，三层次之，压样和击样最差。

对抗剪强度的影响，随土质情况、饱和方法及开始含水量等条件而变化。

并且指出试样制备龄期会对抗剪强度有影响，但试样一经压密，此一影响即消失，故在实际中可忽略不计。

西北水利科学研究所也用击样、压样两法对密度、抗剪强度、压缩、渗透等特性进行了研究，并指出两法对密度影响不大。

显然不同的试样制备方法，对于土的力学性质有着不同的影响。

粘性较大的土，压样时空气不易排出，以致密度不十分均匀，也影响土的力学性试验成果。

试样制备的方法，应与击实试验的方法统一起来，即用与击实试验相近似的击实方法来制备试样。

因此规程中对扰动土样制备中将击实法，击样法和压样法均列入，以备使用单位根据具体情况选用。

但单层击实法（用小面积锤）中，以控制击实高度来代表以锤击的功能控制土样的密度，这样是比较易于控制试样的密度的。

压样器在各使用单位形式不一，有的活塞有排气孔，有的带有透水石，有的采用有上下活塞两面压样的。

土作制备的浸润时间随土的性质而异，这方面还缺乏资料，故未肯定。

对于粘性不大的土，可以经过比较，缩短浸润时间为24h。

试样制备都有一定制备标准，如一定的平密度和含水量。

对扰动土的试样制备一组试样的密度和含水量的允许误差，不能象原状土试样中所规定的一样，所以在规程中不能单规定各样之间的允许误差，还应规定试样与所要求的密度、含水量的允许误差。

本规程规定对一组试样的密度、含水量与制备标准之差，密度不得大于±0.02g／cm3，含水量不得大于±l％，而在各样间彼此相差分别不得大于0.02g／cm3和1％。

五、试样饱和方法
根据土的不同渗透性选择浸水或真空抽气饱和法。

一般渗透系数大于10-4 cm／s，采用浸水饱和；小于10-4 cm／s，采用真空抽气饱和。

渗透系数可以预估，不一定实测。

近年来，南京土壤仪器厂生产了一种框式饱和器，国内还有很多单位曾创制了简易饱和器，形式不一，构造大体相类似，即带有土样的环刀，上下放置透水石夹持在二金属板之间（或木板之间）。

这两种简易饱和器制造简单，既省金属材料，携带方便，而且也便于使用，因此将上
述几种简易饱和器列入规程。

《62规程》规定饱和度大于98％认为饱和，实践中无论是浸水或是抽气饱和，有时不易达到此要求（尤其是粘性大的土）。

但饱和度的大小，与土的力学性试验成果有很大关系，不应过于降低饱和度的标准。

文献[22][23]指出：饱和度大于95％，即认为饱和。

所以规程规定饱和度大于95％时，认为饱和。

浸水饱和，费时很多，可以考虑使用高水头［24］或负压的方法，减少饱和时间。

抽气饱和时的真空度和浸水时间，应按不同的土质和密度经过比较来决定。

对于结构较弱的土样只可在控制真空度和浸水时间的情况下，采用真空抽气饱和。

六、土样制备的记录格式
扰动土试样制备记录格式可利用环刀法密度记录和含水量记录或者某些试验项目的记录（如膨胀、压缩等试验）。

为了便于计算和与制备标准比较，在规程中增列了扰动土试样制备记录。

各有关试验所需的数据：如试样制备的密度、干密度和含水量，可由此记录中转抄。

原状土试样制备除可在某一试验项目如膨胀、压缩（包括黄土压缩）等试验记录中记载之外，可利用密度和含水量试验记录，不另制定专用记录，鉴于原状土开土时的土样描述对于试验成果的分析有很大的用处，所以增列了“原状土开土记录”，内容包括：土样编号、取土高程、取土深度、包装情况、扰动情况、颜色、气味、结构、夹杂物等，其它的描述可记载在其它一栏中。

含水量试验说明书
一、概述
二、测试方法的选择
三、试验中几个问题的讨论
四、试验精度及平行试验
五、实容积法简介及使用中的几个问题
一、概述
含水量是土的基本物性指标之一。

它反映土的状态，它的变化将使土的一系列力学性质随之而异；它又是计算土的干密度、孔隙比、饱和度等项指标的根据。

土的含水量除用于上述目的外，也是土工建筑物施工质量控制的依
据。

为了加快测定含水量的速度，适应工程建设的要求，近年来，有不少单位研究试用一些快速测定含水量的方法。

经过仪器鉴定与试验成果比较，将“实容积法”列入规程试行。

二、测试方法的选择
含水量的测试方法很多，为了做到室内野外相结合，选用下列方法： 1．烘干法
将试样放在温度能保持在100～105℃的电热烘箱中烘至恒值，是测定含水量的通用标准方法，精度高，应用广。

2．酒精燃烧法
在试样中加入酒精，利用酒精在土上燃烧，使土中水分蒸发，将土样烤干，是快速测定法中较准确的一种；适用于没有烘箱或土样较少的情况。

3．炒干法
用火炉（电炉或炭沪）将试样炒干，适用于砂性土及含砾较多的土。

4．比重法
根据比重试验，测定湿土体积，估计土粒比重，间接计算土的含水量。

由于试验时没有考虑温度的影响，所得结果准确度较差[23]；土内气体能否充分排出直接影响试验成果的精度，故此法仅适用于砂性土。

5. 实容积法
根据波义尔-马略特定律设计的速测含水量仪。

它是通过测定土中固相和液相的体积，取土的经验比重值，换算出土的含水量。

它与比重法相似，但适用于粘性土。

以上含水量测定方法除烘干法外，均属快速测定且精度基本上符合要求。

三、试验中几个问题的讨论
1．代表性试样的选取和试样数量
进行含水量试验时，常因各种因素，影响试验成果：如土层的不均匀；试样数量过少；扰动土样（如风干土）拌和不匀；钻探取土时，取土器和筒壁的挤压；土样在运输和存放期间保护不当等等。

这些影响因素，有的属于土样客观存在，有的属于人为造成。

钻探取土和运输中造成的影响可以从发展野外现场测试方法加以解决。

关于土层不均匀问题是土体本身的客观实际，为此，选取含水量试样可根据试验目的和要求而定。

若为了了解全土层综合而概略的天然含水量，可沿土层剖面竖向切取土样，拌和均匀测定其含水量；如是配合压缩、抗剪强度、渗透试验，应在切取试样环刀的上了两面选取土样，这样测得含水量的结果可能由于土样层次不均有所差异，但有助于了解土层的真实情况和对试验成果的分析。

关于试样的数量问题，对烘干法为使试验结果准确可靠，同时考虑到烘倍时间的长短，粘性土规定15～30g，砂性土或砾质土因持水性较差，颗粒大小相差悬殊，含水量易于变化，所以试样应多取一些。

酒精燃烧法多为施工质量控制所采用，土样经运输，翻晒或加水，含水量有时很不均匀，《 62规程》规定3～5g很难做到有代表性，但取样过多使酒精用量太大，根据实践经验，故将粘性土样的用量改为5～10g。

炒干法适用于颗粒均匀的砂、砾料，试样数量应根据含粗颗粒粒径的大小而选择，粒径大的多取。

为了有所遵循，本规程5.2.l作了规定。

砾质土，有的是无粘聚性的松散土，有的是具有粘性的砾质土类的风化土，它的颗粒大小、持水性能相差悬殊，含水量易于变化。

考虑到在填土工程中如土中粗料（粒径大于5mm者）的含水量不大（个别风化岩石除外），在填土来源固定时，为了减少每次试验所用
（1）校正块的使用：微调管的最小分度是0.lml，计算管的最小分度是0.5ml，无论是观察弯液面的视差，还是计量管的刻度误差，稍有忽略
就会使微调管的精度变得没有意义。

因此，在同一次试验操作中，尽可
能保持计量管中的液面不动，仅用微调管中的液面升降来测定，为此，速测仪附有一个体积为55cm2的校正块，供仪器调零时使用。

实容积的测定就是试样体积和校正块体积作比较。

微调管有±5ml变化范围，加上校正块及容器中的环刀衬圈，对于100cm3的试样，实容积在90～100cm3之内，对于60cm3的试样，实容积在50～60cm3之内，都可以在计量管液面不变的情况下进行测试，这不仅使测试准确而且操作迅速。

（2）U形管中液面的稳定时间：测定土的实容积主要是靠气体传递压力。

U形管中液面上升过程，也是压力不断递增的过程。

由于压力通过土中孔隙传递到各个细微空间，须要一定时间，因此，U形管的液面上升到刻线位置时，并不立即稳定，对于低含水量、低饱和度士尤为明显。

在测于土试样的实容积时，有时要经过3Os或更长的时间，液面才能稳定。

随着土的含水量的增加，稳定所需的时间就缩短。

根据实际可能，规定10s的稳定时间，而且加压时用力要均匀，不要过猛。

（3）试样的制备：切取试样的要求和密度试验基本相同，对含少量砾的土、人工填土不一定追求表面平整，环刀两面也不宜多刮，以免堵塞孔隙。

大量测试中宜将试样推出环刀再测其实容积。

散状土，最好控制一定的质量范围，使实容积控制在微调管的调节范围之内。

（4）容器上盖的锁紧标准：为了使盛土容器做到密封，在上盖边缘槽内有橡皮圈，不仅要求容器密封，而且要保持容器每次锁紧后内腔体积恒定。

否则造成的测试误差将无法估计，应以上盖的金属边缘与底座平面接触为准。

因此，要保持上盖边缘和底座平面的清洁，避免碰伤、划痕和变形；橡皮圈老化时要及时更换。

（5）U形管上刻线的位置：上刻线板与微调管的刻度板一样，是浮动的。

上刻线板的位置应固定在计量管刻线95～100之间，过低则压力小，过高容易使管内的硅油溢出。

密度试验说明书
一、概述
二、环刀法的说明
三、蜡封法的说明
四、灌砂法的说明
五、灌水法的说明
一、概述
密度是土的基本物性指标之一，用它可以换算土的干密度、孔隙比、孔隙率、饱和度。