公路土工试验规程》宣贯释义.ppt

1,公路土工试验规程 JTG E402007 宣贯理解,王 园 研究员 交通部公路科学研究院 2007.10.15,2,联系：,联 系 人：王 园 博士 联系地址：北京市海淀区西土城路8号 交通部公路科学研究院 邮政编码：100088 电 话传 真电子信箱： 或 ,3,宣贯理解材料,公路土工试验规程（JTG E402007） 公路土工试验规程释义手册,4,讲解形式,结合释义手册，讲解试验规程的修订内容，以及在理解和应用中应注意的问题。,5,修订的主要内容：,1、增加了 “术语、符号”一章。对各章内容及条文说明进行了局部修改和有效性确认。 2、土的工程分类中，对塑性图进行了部分调整。 3、将“含水量”名称修改为“含水率”。删除了“碳化钙气压法”。 4、比重试验增加了浮力法。 5、颗粒分析试验增加了对密度计法的“刻度及弯液面的校正”依据标准。 6、界限含水率试验增加了76g锥入土17mm的液限试验方法和液限碟式仪试验方法。 7、渗透试验修订了变水头渗透试验方法。 8、规定了击实试验的土类和击实筒的匹配以及击实功能等。 9、增加了标准吸湿含水率试验方法。 10、黄土湿陷试验方法中增加了自重湿陷系数试验、溶滤变形系数试验和湿陷起始压 力试验。同时还明确了黄土指标试验的“单线法”和“双线法”的试验操作步骤。 11、增加了冻土密度试验、冻结温度试验、冻土导热系数试验、未冻含水率试验、冻 胀率试验和冻土融化压缩试验的冻土类试验方法。 12、增加了湿化试验方法。 13、在土的直接剪切试验中增加了排水反复直接剪切试验方法。 14、在细粒土三轴压缩试验的固结不排水试验中，增加了固结后的土样几何尺寸计算 方法；增加了“一个试样多级加荷三轴压缩试验。” 15、增加了粗粒土直接剪切试验方法。,6,1 总则,规程P1 手册P1P3 目录P5 规程总体包含： 31个大类 总则和术语、符号 土的分类标准 87个试验方法 手册中的附录C和附录D在数据整理时不可缺少 几乎含盖了目前土工试验的所有内容。,7,应当注意的是：手册P2,1. 对于粗粒土和巨粒土必须进行颗粒分析试验。提供土样的颗粒级配粒组数据和级配特征曲线。 2. 对于细粒土除应进行颗粒分析试验，提供土样的颗粒级配粒组数据和级配特征曲线外，还应进行界限含水率试验，提供土样的液限、塑限和塑性指数等。 3. 对于特殊土还应提供描述特殊土基本特征的试验测试指标。 这是可重复再现土工试验结果的基本条件，也是科学实验的基本要求。,8,规程在修订中的参考文献：,见手册P538546 在“文献”列表中可以查到各种与本规程 有关的国家和行业标准以及著作等。 便于同行对相关文献的了解和研读。,9,2 术语、符号,规程P25 手册P413 解释术语21个。 本章“术语”为新增加内容， “符号”增列了新内容。,10,应注意的几个名词,（1）土粒比重。手册P5 目前定义相对密度 （2）渗透系数。手册P7 断面平均渗透系数 （3）固结与压缩。 手册P6 含义不同，侧限条件相同。饱和非饱和 （4）直剪与三轴。手册P7 快剪、固结快剪、慢剪库仑强度理论 不固结不排水剪、固结不排水剪、固结排水剪摩尔库仑强度理论 总应力强度指标、有效应力强度指标 （5）砂的相对密度 与 压实度、目前定义相对密度,11,3 土的工程分类,(1)粗粒与细粒的分界粒径 规程P6，P16 原0.074mm，现0.075mm (2)粉粒与黏粒的分界粒径 手册P15-P16 国标0.005mm，交通0.002mm (3)塑性图 规程P12，手册P24 原Ip=610， 现Ip=47 推论抗剪强度为零 与碟式仪等效 注意：Ip小于10，液限小于15%区域数据不 可用。原因是该范围液限值不准。,12,(4)特殊土分类 国标删除该内容 分类准则：扰动土、颗粒级配、液塑限 （未考虑特殊土的特性指标） 本规程：仍然列入，并增加冻土。 手册还列出了各种特殊土的分类标准 P2734,13,4 土样采集和试样制备,规程P21-30 手册P38-46 新增对冻土的要求。 规程P21，P22，P26 手册P38，P39，P43 注意：不同土类的饱和方法和效果。,14,5 土的含水率试验,规程P31-37 手册PP47-55 （1）含水率-含水量 手册P47 （2）土中水及其特征 手册P47 （3）删除：碳化钙气压法 可替代的方法：酒精燃烧法 目前也有采用“微波炉法”，但其加热往往不 均匀，有待进一步总结经验。,15,酒精燃烧法应特别注意安全手册P50-51,在使用中应分层次分装酒精。如首先将桶装酒精分装在5001000ml 的大瓶中，使用时在将大瓶中的酒精分装在100ml 以下的小瓶中，从小瓶中将酒精倒入土样，点燃酒精燃烧湿土。再次将酒精倒入土样前，必须确定土样中的火焰已经熄灭，否则将可能造成严重事故。在野外试验确定土样中火焰熄灭的方法是将手从远处慢慢移向燃烧土样的坩埚上部，体会是否有高温燃烧的感觉。如果没有燃烧火焰，则手可以盖在坩埚上；如果有燃烧火焰，则手有烧灼感，应立刻从坩埚上部移开手，反复测试，直至火焰确定燃灭。应当引起注意的是，白天燃烧酒精，当燃烧的火焰较小时，人的肉眼很难观察到，此时应特别注意安全。在现场使用酒精燃烧法时，应做好试验操作安全预案。,16,采用烘干法应注意的问题手册P55,1）烘土期间烘箱不应频繁开启，以免影响箱内温度； 2）水分较多的土，不应与接近烘干的土在一个箱内混烘； 3）因烘箱底层离热源较近，温度较高，故试样应距底层有一定距离； 4）将称量盒校正恒重后，筒化了试验过程中反复测量称量盒质量的手续。但使用一定时间后，称量盒的质量常有变化，因此一般半年需要校正一次，以保正试验精度。,17,6 土的密度试验,规程P38-55 手册P56-76 湿密度、干密度、饱和密度、浮密度 孔隙率、孔隙比、饱和度 土粒的密度、水的密度手册P536 三大试验指标：比重、密度、含水率 关系：饱和密度湿密度干密度浮密度 定义：手册P56-58,18,7 土的比重试验,规程P56-66 手册P77-87 新增：浮力法试验 基础：高精度、大称量、低感量天平技术的发展。 各法适用范围： 比重瓶法小于5mm 浮力法大于5mm 浮称法大于或等于5mm 虹吸筒法粒径大于或等于5mm的土，且其中粒径大于 等于20mm土的含量大于、等于总土质量的10%。,19,需要补充说明的是 手册P87,比重瓶法仅能用作细粒土（小于 5 mm）的比重测定，但天然土常为粗、细颗粒混合而成，尤其是在路堤填料中经常遇到。因此, 大于5毫米的粗粒土用虹吸筒法测定土的比重。由于虹吸筒不能同时测定小于 5毫米颗粒的比重，这样对全粒径土体就需要采用联合测定的方法。即分别采用密度计法和虹吸筒法（或浮力法、浮秤法等）测定比重，然后再求其加权平均值。若用虹吸筒法测定全粒径土时，对于细土粒易悬浮于水中而为虹吸管所吸出，同时在试验的过程中细粒部分易于丢失，此外细粒土过多时会影响排气。在确定采用何种比重试验方法时，应考虑在不影响结果精度的原则下，尽量一次测定。因此，当大于5毫米土粒不多时可以直接用比重瓶法试验。 平行误差与试样的数量问题。,20,8 颗粒分析试验,规程P67-84 手册P88-111 1）筛分法 粒径大于0.075mm 筛号与筛径关系手册P93 2）密度计法 粒径小于0.075mm 水的密度手册P536 3）移液管法 粒径小于0.075mm,21,9 界限含水率试验,规程P85-99 手册P112-131 1）液限和塑限联合测定法 增加：76g锥入土17mm液限方法。 各种液限值的经验换算。手册P121 2）液限蝶式仪法 3）塑限滚搓法 塑性指数越大黏粒含量越多手册P13 4）缩限试验 稠度界限图手册P13,22,图2-G 土的稠度界限示意图,23,图2-H 土的塑性指数与粘粒含量关系,24,10 土的收缩试验,规程P100-104 手册P132-136 试验指标： 体缩率、线缩率、缩限 该试验无修订内容,25,11 土的天然稠度试验,规程P105-108 手册P137-140 修订：公式（T 0122-3） 和的计算公式 原公式错误。,26,12 砂的相对密度试验,规程P109-114 手册P141-149 无修订内容 砂的相对密度评价 手册P146-149,27,13 土的湿化试验,规程P115-117 手册P150-152 该试验为新增试验内容 土的湿化是指粘性土体在水中发生崩解或强度减弱的现象，属于土体膨胀的另一种形态。土在膨胀过程中，使相邻土粒的距离超过土粒间的引力作用范围时，或使粒间结构连接受到破坏时，都会使土体发生崩解现象。土在水中崩解的难易，表明了土对水的稳定程度。研究土的湿化性具有重要的实际意义，例如路堑边坡、路堤河岸，当受水体浸湿时，就有可能湿化而失稳，发生崩解现象。在路堤的设计与施工中，也需要了解土料湿化崩解的速度，作为取舍料场的依据。土湿化性质的指标有崩解量和崩解速度。,28,14 土中毛细管水上升高度试验,规范P118-122 手册P153-163 该试验无修订内容 评价土的毛细性的指标： 1）毛细管水上升高度手册P160 2）毛细管水上升速度手册P161,29,15 渗透试验,规程P123-131 手册P164-182 “变水头渗透试验”为新修订内容 1）常水头渗透试验 适用于渗透系数大于10-E4 cm/s的土 2）变水头渗透试验原内容有误 适用于渗透系数为10-E4 10-E7 cm/s的土 标准渗透系数换算：土的动力黏滞系数表 手册P526,30,1）土的渗透规律达西定律,水流在中砂流动呈层流状态时，有下式 V=ki q=kiA 断面平均流量 手册P172 黏性土的渗透规律：v=k(i-i0) n 手册P174,31,达西定律的适用范围,由于达西定律只适用于层流的情况，故一般只适用于中砂、细砂、粉砂等。对粗砂、砾石、卵石等粗颗粒土就不适用，因为此时水的渗透流速较大，已不是层流而是紊流。,32,常见土的渗透系数 手册P175,33,影响渗透系数的因素手册P175-177,）土粒的大小和级配 ）土的孔隙比 ）水的动力粘滞系数 ）土中封闭气体含量 ）土的结构构造的影响 ）结合水膜厚度的影响 手册P175-177,34,关于起始渗透坡降,在粘土中，土颗粒周围存在着结合水，结合水因受到分子引力作用而呈现粘滞性。因此，粘土中自由水的渗流受到结合水的粘滞作用(类似毛细水)产生很大阻力，只有克服结合水的粘滞阻力后才能开始渗流。我们把克服此粘滞阻力所需的水头梯度，称为粘土的起始水头梯度。这样，在粘土中应按下述修正后的达西定律计算渗流速度： v=k(i-i0),图2-B 土中毛细水示意图,35,成层土的渗透系数,）水平渗透系数 手册P177-178 决定于透水性最大那层土的渗透系数 ）垂直渗透系数 手册P178 决定于透水性最小那层土的渗透系数,36,渗透力手册P178,定义： 将渗透水流施于单位土体内土粒上的拖曳力称为渗透力。 渗透力具有三种特征： (1)渗透力是一种体积力，量纲为kN/m3； (2)渗透力与水力坡降成正比 J=w i ； (3)渗透力方向与渗流方向一致。,37,渗透变形 手册P178-181,1）流土 手册P179-180 定义： 临界水利坡降： 手册P180 流土可能性判别： 手册P180 2）管涌 手册P180-181 定义： 稳定型管涌与非稳定型管涌 临界水利坡降: (很难推导出定式，多为经验)手册P181 管涌可能性判别： 手册P181,38,应当引起注意的是,通常给出的渗透速度是一种假想的平均流速，因为它假定水在土中的渗透是通过整个土体截面来进行的。而实际上，渗透水流仅仅通过土体中的孔隙流动。因此，水在土体孔隙中的实际平均流速要比通常所求得的数值大得多，他们之间的关系近似为 （）,39,土按渗透系数分类 表15-C,手册182,40,16 土的击实试验,规程P132-138 手册P183-191 修订内容： 1)增加：大粒径试样与试筒的匹配 2)取消：“重复使用土”的试验内容 思考：土体为什么在大于或小于最佳含水率 时进行击实都不能达到最大干密度？,41,修订增加内容,当土中最大颗粒粒径大于或等于40 mm，并且大于或等于 40 mm 颗粒粒径的质量含量大于5%时，则应使用大尺寸试筒进行击实试验，或按5.4条进行最大干密度校正。大尺寸试筒要求其最小尺寸大于土样中最大颗粒粒径的 5 倍以上，并且击实试验的分层厚度应大于土样中最大颗粒粒径的 3 倍以上。单位体积击实功能控制在2677.22687.0 kJ/m3范围内。 当细粒土中的粗粒土总含量大于40%或粒径大于 0.005 mm颗粒的含量大于总土重的 70 %（即30 0.005 mm）时，还应做粗粒土最大干密度试验，其结果与重型击实试验比较，最大干密度取两种试验结果的最大值。,42,有关问题的讨论（争论的问题）,）轻型击实 与 重型击实 ）规范击实标准（最大干密度） 与 规范压实度,43,击实特征规律与最佳压实方式,）黏性土的压实规律 单峰型曲线静力压实 若：动压气体压缩并溶解水中 ）无黏性土的压实规律 双峰型曲线动力压实 若：静压能量小 效率低 粉土：具有无黏性土的压实特征 当黏粒含量1540 %性质可改变,44,影响土压实特性的因素,）土类和级配 (静与动 考虑不同) 未考虑 ）含水率 （土类不同最佳值的初判不同） 部分考虑 ）压实功能 (原理与设备 考虑不同) 考虑,45,17 土的承载比(CBR)试验,规程P139-147 手册P192-201 未进行修订 文字错误： 规程P147 手册P19,46,18 土的回弹模量试验,规程P148-155 手册P202-209 未进行修订 个别公式有误进行了修正,47,19 土固结试验,规程P156-171 手册P210-229 未进行修订 个别公式有误进行了修正,48,20 土的标准吸湿含水率试验,规程P172-175 手册P230-232 新增加内容 系中交第二公路勘察设计研究院20022004年交通部西部交通建设科技项目“膨胀土地区公路勘察设计技术研究” 成果。,49,试验方法,）干燥缸法 ）恒温恒湿箱法 建议：采用干燥缸试验方法 该试验主要针对“膨胀土”,50,21 黄土湿陷试验,规程P176-193 手册P233-258 修订和新增加内容单线法 双线法 1)相对下沉系数试验 修订 2)自重湿陷系数试验 增加 3)溶滤变形系数试验 增加 4)湿陷起始压力试验 增加,51,单线法与双线法,52,黄土分类,）按湿陷性分类 手册P238-239 ）按黄土的物理和化学变化分类 手册P258,53,22 土的直接剪切试验,规程P149-222 手册P259-291 增加：排水反复直接剪切试验 试验数据整理：库仑强度理论手册P259,54,应力应变曲线与试验结束标准,应力应变软化型曲线：取峰值强度, 点 应力应变硬化型曲线：取稳定值强度, 点 应力应变曲线无峰值或稳定值：取最大位移为试样直径的1/151/10, 点,图22-B 剪应力与剪切位移关系曲线,55,直接剪切试验 与试验两阶段土样中水及其压力,56,直剪试验的缺点,）不能有效控制排水条件； ）剪切面人为规定； ）剪切过程中土样内部的垂直应力分布不均匀； 手册P291 ）剪切面积随剪切位移的增加而减少； ）不能量测试样中的孔隙水压力,57,直剪仪的类型,）应力控制式 应力控制剪切 不能测出残余剪切强度 ）应变控制试 应变控制剪切 可以测出残余剪切强度,58,直剪试验的相关问题,）试验中的垂直压力 应优先考虑先期固结压力 ）试样的固结稳定标准 垂直变形每小时不大于0.005mm。 ）剪切速率 快剪应在35 min内剪损，而慢剪可能需要在35 h剪损 ）适用土类 渗透系数大于10-E6 cm/s的土不适宜,59,使用应变控制式直剪仪应注意的事项,1作用于上下两盒上的方向相反的外力作用线要与剪切面上的中轴线相吻合，如外力不通过剪切面的中轴线时，须设法保证上下盒沿水平方向移动，不发生转动。 2下盒下面两滑槽的刚球个数及直径应相等，并须均匀分布。 3所有滑动部分必须加润滑剂。 4下盒前后滑动应均匀平稳，不应发生扭动现象。,60,23 土的三轴压缩试验,规程P223-270 手册P292-349 增加： ）在固结不排水试验中，增加了固结后 的土样几何尺寸计算方法； ）一个试样多级加荷三轴压缩试验。 试验数据整理：摩尔库仑强度理论手册P293,61,三轴压缩试验 与试验两阶段土样中水及其压力,62,三轴仪的类型,）应力控制式 应力控制垂直压缩 不能测出残余抗剪强度指标 ）应变控制试 应变控制垂直压缩 可以测出残余抗剪强度指标,63,三轴压缩仪的优点,（1）能够严格控制试样排水条件； （2）试样所受到的应力情况为已知； （3）可以测定试样内的孔隙压力和体积变化； （4）可以测定土的静止侧压力系数和非饱和土的固结系数等。,64,抗剪强度指标 有效应力指标和总应力指标,）总应力抗剪强度及指标 tngc ）有效应力抗剪强度及指标 tngc 其中： u,65,有效应力路径和总应力路径,图23-B 土的不固结不排水剪切试验应力路径,正常固结,超固结,66,24 土的无侧限抗压强度试验,规程P271-275 手册P350-357 未进行修订 试验数据整理：摩尔库仑强度理论手册P350 注意：该试验与无机结合料的无侧限抗压强度试验对土样尺寸和试验方法以及仪器设备的要求不同,67,试验应用,）评价土的强度 ）计算灵敏度分析土的触变性,图24-A 不同土随静置时间强度增长特征,68,粘性土经过扰动后，其强度削弱较多者，说明其灵敏度较大。根据灵敏度的大小，常将粘性土分为： 24 一般粘性土 48 灵敏粘性土 8 特别灵敏的粘性土 也有按灵敏度的大小，对粘性土进行如下分类： 12 低灵敏 24 中灵敏 4 高灵敏 某些软粘土在重塑后甚至不能维持自己的形状，无侧限抗压强度几乎等于零，这时灵敏度就很大。对于灵敏度大的土应特别注意保护基槽，使其结构不受扰动。,69,25 粗粒土和巨粒土的最大干密度试验,规程P276-292 手册P358-378 总体未进行修订，仅少数文字修改 ）表面振动压实仪法推荐使用 ）振动台法表面压载不能匹配,70,26 粗粒土的直接剪切试验,规程P293-299 手册P379-392 新增加试验内容 试验数据整理：库仑强度理论手册P259,71,粗粒土的剪切试验问题,）剪切方法 单样法（一个样多次剪切） 多样法（一个样剪切一次） ）剪缝宽度 d50d60 ）剪切规律 n 通过78组河床砂砾土的大型直剪试验得出： 57.5312.70 其中： 与的线性相关系数为0.8075。,72,27 粗粒土的三轴压缩试验,规程P300-310 手册P393-403 未进行修订 试验数据整理： 摩尔库仑强度理论手册P293,73,粗粒土的三轴试验问题,）剪切方法 单样法（一个样多次压缩试验） 多样法（一个样一次压缩试验） ）剪切速率 .5 mm/min ）剪切规律 n 相对通常直线形强度包线，高压力下抗剪强度降低,74,问题,）大粒径土（块石土）的指标确定 ）仪器设备尺寸的无限增大 ）相似模拟技术的滞后 颗粒几何尺寸 弹性模量 泊松比 ）超粒径的处理 简单剔除法 几何相似法 等质量代换法,75,28 土的膨胀性试验,规程P311-324 手册P404-428 未进行修订 1)自由膨胀率试验 2)无荷载膨胀率试验 3)有荷载膨胀率试验 4)膨胀力试验,7