第一章土工试验。
第一节土工概述。
一、 土的形成。
1） 物理风化。
2） 化学风化。
3） 生物风化。
二、 土的三相组成 （固相、液相、气相）
三、 土中的水。
1） 结晶水。
2） 结合水。
3） 自由水。
四、 土的常用物理性质指标。
1） 土的密度。
2） 土颗粒比重。
3） 土的含水率。
4） 干密度。
5） 饱和密度。
6） 浮密度。
7） 孔隙比。
8） 孔隙率。
9） 饱和度。
五、 土的物理状态指标。
1） 液限。
2） 塑限。
3） 缩限。
4） 液性指数 (ip)
5） 塑性指数 (il)
6） 相对密度 (dr)
六、 土的力学性质指标。
1） 压缩系数。
2） 压缩指数。
3） 固结系数。
4） 抗剪强度指标。
5） 承载比。
6） 回弹模量。
7） 无侧限抗压强度。
七、 土的水理性指标。
1） 渗透系数。
2） 毛细管水上升高度。
3） 湿化崩解量。
第二节土工相关知识。
一、 密度、含水率和比重（土的基本物理性指标）
1． 测定密度方法：
1） 环刀法。
2） 蜡封法。
3） 灌沙法。
4） 灌水法。
2． 测定含水率方法：
1） 环刀法。
2） 酒精燃烧法。
3） 比重法。
3． 测定比重方法：
1） 比重瓶法。
2） 浮力法。
3） 浮称法。
4） 虹吸筒法。
二、 粒度、粒组和粒度成分。
1． 粒度，土粒的大小称为粒度。
2． 粒组，工程上将大小相近的土粒合并成组，称为粒组。
3． 粒度成分，指土中各种不同粒组的相对含量。它来描述各种不同粒径土粒的分别特征。
4． 粒度成分的表示方法：
1） **法。
2） 累计曲线法。
3） 三角坐标法。
三、 土的分类。
1． 现行规范将土分为：巨粒土、粗粒土、细粒土、特殊土。
2． 特殊土有：黄土、膨胀土、红黏土、盐渍土、冻土。
3土的基本代号表：
4粒组划分表：
四、 土粒级配指标。
1． 土的级配指标：不均匀系数（cu）和曲率系数（cc）。
cu = d60 / d 10
cc = d 30 ·d 30 / d 10 ·d 60
d10、d30 、d60 ——分别为通过率%的粒径。
2． cu<5为均匀土，级配不好；
cu>10为级配良好的土。
3． cu>5，cc=1～3，为级配良好的土；否则，为级配不良的土。
五、 砂土在天然状态的密实度，可用相对密度（dr）来表示：
dr = emax – e / emax – emin
1） dr=0，即e = emax ，表示砂土处于最疏松状态。
2） dr=1，即e = emin ，表示砂土处于最紧密状态。
3） dr≤1/3 时土属于疏松状态；
1/3＜dr≤2/3 时土属于中密状态；
dr＞2/3 时土属于疏松状态。
六、 黏性土的界限含水率和天然稠度试验。
1． 液限，土由液体状态向塑性状态过渡的界限含水率。
2． 塑限，土由塑性体状态向脆性固体状态过渡的界限含水率。
3． 缩限，当达到某一含水率后，土体积不再收缩，这个界限含水率称为缩限。
注意：：（1）液限是土可塑状态的上限含水率。
2）塑限是土的可塑状态的下限含水率。
3）含水率低于缩限，水分蒸发时土体积不再缩小。
4． 塑性指数：ip = w l — w p
5． 液性指数：il = w — w p) /w l — w p)
6． 天然稠度：w c = w l — w ) w l — w p)
七、土的击实。
1． 击实试验分：轻型击实和重型击实。
2． 击实试验的目的：获得路基土击实的最大干密度和相应的最佳含水率。
3． 土的击实特征：
1） 击实曲线有个峰值，说明在一定的击实功作用下，只有当土的含水率为某一定值时，土才能被击实至最大干密度。
2） 当土的含水率偏干时，含水率变动对干密度的影响比含水率偏湿时的影响更为明显。
3） 击实曲线的右上侧为饱和曲线，击实曲线必然位于饱和曲线的左下侧。
4） 不同土类的击实特征不同。含粗粒越多的土，其最大干密度越大，最佳含水率越小。
4． 影响击实的因素：
1） 含水率对整个压实过程的影响。
2） 击实功对最大干密度和最佳含水率的影响。
3） 不同压实机械对压实的影响。
4） 土类和土粒级配的影响。
八、土的压缩性指标。
1． 土的压缩机理：由于土是固体颗粒的集合体，具有碎散性，因而土的压缩性比钢材、混凝土等其他材料大，并具有下列两个特点：
1） 土体的压缩变形是由于孔隙的减小所引起的。
2） 饱和土的压缩需要一定时间才能完成。
2． 有效应力原理：饱和土体所受的总应力为有效应力与孔隙水压力之和。公式：
3． 试验室用压缩仪（固结仪）进行压缩试验是研究土的压缩性的基本方法。
4． 压缩试验研究土体一维变形特征的测试方法。
5． 进行压缩试验前，先要计算出土的天然孔隙比。
6． 压缩试验：将试样放在限制侧向变形的容器中，分级施加垂直压力，测记不同时间的压缩变形，直至各级压力下的变形量趋于某一稳定标准为止，然后将各级压力下最终变形与相应压强绘出曲线，从而求得压缩指标值。
7． 压缩指标：压缩系数、压缩指数、体积压缩系数、压缩模量。
8． 土的压缩定律：当压力变化不大时，孔隙比变化与压力变化成正比。公式：
e1–e2 = p2–p1）
1） 比例常数a是割线的斜率，称为土的压缩系数。
2） 压缩系数a不是常数，一般随压力p的增大而减小。
3） e-p 关系曲线：
9．压缩指数cc = e1–e2)/(10 p2–`㏒10 p1)
10．压缩模量ev = 1+ e1)/a
11．体积压缩系数： mv = a /(1+ e1)
12．△e = h/h1）×（1+ e1）
九、土的强度指标。
1． 土的抗剪强度，指土体在力系作业下抵抗破坏的极限抗剪应力。
2． 抗剪强度试验有多种，目前室内最常用的是直剪试验和三轴压缩试验。
3． 直剪试验分为：（1）慢剪 （2）固结快剪 （3）快剪。
4． 三轴压缩试验分为：
1） 不固结不排水剪切。
2） 固结不排水剪切。
3） 固结排水剪切。
5．抗剪强度指标：土的黏聚力（ c ）和土的内摩擦角（ ）
6．土的抗剪强度公式：
7． 无侧限抗压强度，指试件在无侧向压力的条件下，抵抗轴向压力的极限强度。
8． 无侧限抗压强度试验（单轴试验），主要用于测定饱和软黏土的无侧限抗压强度及灵敏度。
十、土的膨胀与收缩。
1． 土的膨胀与收缩是由于土的含水率的变化所应引起的。
2． 反映土的膨胀性质的指标：膨胀力和膨胀率（自由膨胀率、无荷载膨胀率、有荷载膨胀率）
3． 反映土的收缩性质的指标：缩限和体积收缩（线塑率、体塑率、收缩系数）
4． 自由膨胀率，为松散的烘干土粒在水中和空气中分别自由堆积的体积之差与在空气之自由堆积的体积之比。以百分数表示，用以判定无结构力的松散土粒在水中的膨胀特征，适用于膨胀土。
5． 有荷载膨胀率，在有荷载有侧限条件下的膨胀率。适用于测定原状土货击实黏质土在特定荷载的膨胀率，或荷载与膨胀的关系曲线。
6． 无荷载膨胀率，在有荷载有侧限条件下，浸水后在高度方向上的单向膨胀与原高度的比值。以百分数表示，适用于测定原状土或击实土样的无荷载膨胀率。供评价黏质土膨胀势能时参考。
7． 膨胀力，土体在吸水时所产生的内应力。测定原状土和击实土样在体积不变时由于膨胀所产生的最大内应力，采用加荷平衡法。
十。一、土的水理性。
1． 土的毛细管水上升高度，是水在孔隙中因毛细管作用而上升的最大高度。
2． 毛细管现象是土粒与水分子的相互吸引力以及水的表面张力而产生的。
3． 土的渗透性，由于土颗粒骨架之间存在连通的孔隙结构，构成了水的运移通道，土中自由水在重力作用下，通过土颗粒骨架的孔隙运动，而使土体所具有的一种水力学特性。
4． 土的渗透性指标：渗透系数。影响渗透系数的因素：（1）土粒的大小和级配（2）土的孔隙比 （3）水的动力黏滞系数（4）土中封闭气体含量（5）土的结构构造（6）结合水膜厚度。
十。二、土样的采集、运输和保管。
十。三、土样和试件制备。
第三节土工试验。
一、 烘干法。
1． 烘干法，适用于黏质土、粉质土、砂类土、砂砾土、有机质土以及冻土。
2． 烘干法是测定含水率的标准方法。
3． 有机质含量超过5%的土以及含石膏的土，规定在60～70℃的恒温下烘干，烘干时间12～15小时。
4． 土在105～110℃温度下，能将土中的部分结合水和自由水蒸发掉。
5． 本试验需进行二次平行试验。
二、 酒精燃烧法。
1． 酒精燃烧法，适用于快速简易地测定细粒土（有机质土除外）的含水率。
2． 酒精纯度：95%
3． 酒精燃烧：3次。
4． 用酒精燃烧法测量砂的含水率，所得结果与烘干法相等。
三、 环刀法。
1． 环刀法，适用于测定不含砾石颗粒的细粒土的密度。
2． 试样：原状土或所需状态的扰动土样。
3． 规定：所有土的密度试验平行误差不得大于0.03g/cm 。
4． 环刀法取样，一般采用土柱压入法，工地推荐黏土用直接压入法。
5． 环刀尺寸直径：6～8cm
高 ：2～5.4 cm
壁厚：1.5～2cm
6． 本试验需进行二次平行试验。
四、 蜡封法。
1． 蜡封法，适用于易破碎的土或形状不规则的坚硬土。
2． 试样：体积不得小于30cm 。
3． 试样浸入水分质量不得超过0.03g ，否则重做。
五、 灌砂法。
1． 灌砂法，适用于现场测定细粒土、砂类土、砾类土的密度。
2． 试样：粒径不超过15mm 。
3． 量砂：粒径0.25～0.5mm清洁干燥的均匀砂。
4． 试验之前，先标定：灌砂筒下部圆锥体内砂的质量和量砂的单位质量。
5． 标定罐的深度应与试洞的深度一致。
6． 现场检测时，储砂筒中的砂面高度应与标定砂的密度时储砂筒中的砂面高度一致。
六、 灌水法。
1． 灌水法，适用于现场测定粗粒土和巨粒土的密度。
2． 试样：粒径不超过200mm 。
七、 比重瓶法。
1． 比重，土粒在温度105～110℃下烘干至恒重时的质量与同体积4℃时纯水的质量的比值。
2． 土粒比重表达式： gs = ps / pw4
3． 比重瓶法，适用于测量粒径小于5mm的土的比重。
4． 规定：所有土的比重试验平行误差不得大于0.02。
5． 试验之前，先要进行比重瓶校正。
6． 比重瓶校正：求得瓶加水重在不同温度下的关系曲线。
7． 对含有某一定量的可溶盐、不亲性胶体或有机质的土，必须用中性液体测定。
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