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铁路工程土工试验讲义
杨德平
2011年6月
一、概述
本章内容以《铁路工程试验与检测》为准。
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。
5、现行铁路土工试验有关标准
序
号
标准名称
标准代号
实施日期
备注
1
铁路路基设计规范
TB 10001-2005
2005-04-25
2
铁路工程地质勘查规范
TB 10012-2001
2001-12-01
3
铁路工程物理勘探规程
TB 10013-2004
2004-04-01
4
铁路工程地质钻探规则
TB 10014-1998
1998-07-01
5
铁路工程地质原位测试规程
TB 10018-2003
2003-06-01
6
铁路工程不良地质勘察规程
TB 10027-2001
2001-12-01
7
铁路工程岩土分类标准
TB 10077-2001
2001-12-01
8
铁路工程土工试验规程
TB 10102-2010
2010-11-21
9
铁路工程岩土化学分析规程
TB 10103-2008
2009-01-07
10
铁路工程水质分析规程
TB 10104-2003
2003-06-01
11
铁路工程地基处理技术规程
TB 10106-2010
2010-08-03
12
铁路工程岩石试验规程
TB 10115-1998
1998-07-01
13
铁路路基施工规范
TB 10202-2002
2002-07-01
14
铁路路基工程施工质量验收标准
TB 10414-2003
2004-01-01
15
高速铁路设计规范(试行)
TB 10621-2009
2009-12-01
16
高速铁路路基工程施工质量验收标准
TB 10751-2010
2010-12-08
6、练习题
①.(填空)工程试验工作的依据是( )。
②. (填空)铁路工程土的物理力学性能检测标准(代号)为( ),化学性能检测标准(代号)为( )。
二、土工试验项目
本章内容以《铁路工程试验与检测》为准。
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、粗粒土的最大干密度等。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、针状及片状颗粒含量、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。
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。
4、练习题
①.(填空)土的抗剪强度可以用库仑公式( )表达,其中( )表示摩擦角,( )表示凝聚力。
②.(填空)黄土湿陷性是指黄土在( )、( )共同作用下产生的变形。
③.(填空)用动力触探确定地基承载力,轻型动力触探的锤重为( )kg,以贯入深度每( )cm的锤击数计;重型动力触探的锤重为( )kg,以贯入深度每( )cm的锤击数计。
④.(填空)静力触探试验中多功能探头可测得( )、( )和( )等指标。
⑤.(单选)标准贯入试验中,其装置的锤重为(C)
A.4.5kg B.2.5kg C.63.5kg D.100g
⑥.(单选)土的压缩试验中试样体积的变化是:( )
A.空气体积压缩