土工試驗是工程地質勘察工作的一個重要環節，它為工程設計和工程地質勘察中研究土體變形機理及工程地質性質提供可靠的土的物理、力學性質指標。土的密度是土的基本物理性質指標之一。土工密度試驗是用於測定土密度的試驗。對於一般細粒土的密度試驗普遍採用環刀法，它是測定土密度的基本方法。
基本介紹
- 中文名：土工密度試驗
- 外文名：geotechnical density test
- 學科：土力學
- 定義：測定土密度的試驗
- 方法：環刀法
- 有關術語：土工試驗
簡介,土工試驗,方法,
簡介
土工密度試驗所取土樣為路基上未擾動土樣，並用國標環刀取土進行該試驗。依據 《規程》 中的要求，土樣需要在2個目標平行點取出，然後用黑色塑膠袋封裝好在規定的時間內送到實驗室，測定出2個平行點的平均值即為該土樣的天然密度，最後需要再次進行以上試驗操作，對3個取土點的土進行測定。在試驗時應該注意3 點：制樣前首先要對土樣是否均勻、軟硬程度、礦物組成、土樣的顏色以及提樣的名稱有大概的了解，初步估計土樣的相關物理學性質， 取土樣時要選取有代表性的土壤。進行制樣時用刀直上直下的切割，去掉多餘的樣本，刀壁與土樣不得有空隙。制樣時環刀直上直下，切除多餘的土，試樣與環刀壁不得留有空隙。 進行平行試驗時，每一次試驗結果的差值在可控制範圍內。
土工試驗
土工試驗主要是指檢測工程填築料及地基工程性的試驗，經過對試驗結果的分析和整理， 為施工獲取可靠的參數，同時，土工試驗還能夠為力學性能指標和土壤物理指標提供依據， 土工試驗就是對土壤性能的分析，保證地基基礎的建築結構和施工質量安全，土工試驗主要的試驗內容包含：塑限、液限、含水量、孔隙比以及密度等。試驗的具體方法主要包含：固結試驗、抗壓強度試驗、三軸試驗、直接剪下試驗、滲透試驗、液塑限聯合測定儀法、平衡錐式液限儀法、比重瓶法；灌砂法；環刀法和灌砂法等。在道路施工中路基所占的比重是相當大的，然而路基施工中土工試驗又發揮著舉足輕重的作用。土工試驗分為室內試驗和室外現場試驗， 因一些具體條件的限制， 室內試驗占的成分更大一些。具體來說， 室內土工試驗有以下2個作用：了解路基填土的物理、力學相關性質，供施工所用；為設計提供相關數據參數。道路施工中測定土的密度、 含水率和比重是3個基本試驗，由這3個基本試驗測定出來路基土的3個基本指標，利用這3個基本指標中的任意2個或者3個就能推算出路基土的其他幾個相關指標，比如路基土的乾密度、浮密度、孔隙比、飽和度等物理性指標。無論是路基施工還是其他工程，都要通過土工試驗測定出土的這三大物理性指標。
方法
環刀法
（1）本試驗方法適用於細粒土。
（2）本試驗所用的主要儀器設備，應符合下列規定：
1）環刀：內徑61.8mm和79.8mm，高度20mm。
2）天平：稱量500g，最小分度值0.1g；稱量200g，最小分度值為0.01g。
（3）環刀法測定密度，應在環刀內壁塗一薄層凡士林，刃口向下放在土樣上，將環刀垂直下壓，並用切土刀沿環刀外側切削土樣，邊壓邊削至土樣高出環刀。根據試樣的軟硬採用鋼絲鋸或切土刀整平環刀兩端土樣，擦淨環刀外壁，稱環刀和土的總質量。
（4）試樣的濕密度，應按下式計算：
ρ0=M0/V
式中 ρ0——試樣的濕密度（g/cm3），準確到0.01g/cm3。
（5）試樣的乾密度，應按下式計算：
（6）本試驗應進行兩次測定，兩次測定的差值不得大於0.03g/cm3，取兩次測值的平均值。
（7）環刀法試驗的記錄格式見GB/T 50123-1999。
蠟封法
（1）本試驗方法適用於易破裂土和形狀不規則的堅硬土。
（2）本試驗所用的主要儀器設備，應符合下列規定：
1）蠟封設備：應附熔蠟加熱器。
2）天平：應符合環刀法天平的規定。
（3）蠟封法試驗，應按下列步驟進行：
1）從原狀土樣中，切取體積不小於30cm3的代表性試樣，清除表面浮土及尖銳稜角，繫上細線，稱試樣質量，準確至0.01g。
2）持線將試樣緩緩浸入剛過熔點的蠟液中，浸沒後立即提出，檢查試樣周圍的蠟膜，當有氣泡時套用針刺破，再用蠟液補平，冷卻後稱蠟封試樣質量。
3）將蠟封試樣掛在天平的一端，浸沒於盛有純水的燒杯中，稱蠟封試樣在純水中的質量，並測定純水溫度。
4）取出試樣，擦乾蠟面上的水分，再稱蠟封試樣質量。當浸水後試樣質量增加時，應另取試樣重做試驗。
（4）試樣的密度應按下式計算：
式中 mo——蠟封試樣質量（g）；
mov——蠟封試樣在純水中的質量（g）；
ρWT——純水在T℃時的密度（g/cm3）；
ρn——蠟的密度（g/cm3）。
（5）試樣的乾密度，應按環刀法乾密度的計算式計算。
（6）本試驗應進行兩次平行測定，兩次測定的差值不得大於0.03g/cm3，取兩次測值的平均值。
（7）蠟封法試驗的記錄格式見GB/50123-1999。
灌水法
（1）本試驗方法適用於現場測定粗粒土的密度。
（2）本試驗所用的主要儀器設備，應符合下列規定：
1）儲水筒：直徑應均勻，並附有刻度及出水管。
2）台秤：稱量50kg，最小分度值10g。
（3）灌水法試驗，應按下列步驟進行：
1）根據試樣最大粒徑，確定試坑尺寸（表27）。
試坑尺寸（mm） 表27
2）將選定試驗處的試坑地面整平，除去表面鬆散的土層。
3）按確定的試坑直徑劃出坑口輪廓線，在輪廓線內下挖至要求深度，邊挖邊將坑內的試樣裝入盛土容器內，稱試樣質量，準確到10g，並應測定試樣的含水率。
4）試坑挖好後，放上相應尺寸的套環，用水準尺找平，將大於試坑容積的塑膠薄膜袋平鋪於坑內，翻過套環壓住薄膜四周。
5）記錄儲水筒內初始水位高度，擰開儲水筒出水管開關，將水緩慢注入塑膠薄膜袋中。當袋內水面接近套環邊緣時，將水流調小，直至袋內水面與套環邊緣齊平時關閉出水管，持續3~5min，記錄儲水筒內水位高度。當袋內出現水面下降時，應另取塑膠薄膜袋重做試驗。
（4）試坑的體積，應按下式計算：
VP=（H1－H2）×AW－V0
式中 VP——試坑體積（cm3）；
H1——儲水筒內初始水位高度（cm）；
H2——儲水筒內注水終了時水位高度（cm）；
AW——儲水筒斷面積（cm2）；
V0——套環體積（cm3）。
（5）試樣的密度，應按下式計算：
ρ0=mP/VP
式中 mP——取自試坑內的試樣質量（g）。
（6）灌水法試驗的記錄格式見GB/T 50123-1999附錄D表D-4。
灌砂法
（1）本試驗方法適用於現場測定粗粒土的密度。
（2）本試驗所用的主要儀器設備，應符合下列規定：
1）密度測定器：由容砂瓶、灌砂漏斗和底盤組成（圖48）灌砂漏斗高135mm、直徑165mm，尾部有孔徑為13mm的圓柱形閥門；容砂瓶容積為4L，容砂瓶和灌砂漏斗之間在用螺紋接頭連線。底盤承托灌砂漏斗和容砂瓶。
1-底盤；2-灌砂漏斗；3-螺紋接頭；4-容砂瓶；5-閥門
2）天平：稱量10kg，最小分度值5g，稱量500g，最小分度值0.1g。
3）標準砂密度的測定，應按下列步驟進行：
1）標準砂應清洗潔淨，粒徑宜選用0.25~0.50mm，密度宜選用1.47~1.61g/cm3。
2）組裝容砂瓶與灌砂漏斗，螺紋連線處應旋緊，稱其質量。
3）將密度測定器豎立，灌砂漏斗口向上，關閥門，向灌砂漏斗中注滿標準砂，打開閥門使灌砂漏斗內的標準砂漏入容砂瓶內，繼續向漏斗內注砂漏入瓶內，當砂停止流動時迅速關閉閥門，倒掉漏斗內多餘的砂，稱容砂瓶、灌砂漏斗和標準砂的總質量，準確至5g。試驗中應避免振動。
4）倒出容砂瓶內的標準砂、通過漏斗向容砂瓶內注水至水面高出閥門，關閥門，倒掉漏斗中多餘的水，稱容砂瓶、漏斗和水的總質量，準確到5g，並測定水溫，準確到0.5℃。重複3次，3次測值之間的差值不得大於3mL，取3次測值的平均值。
（4）容砂瓶的容積，應按下式計算：
Vr=（mr2-mr1）/ρwr
式中 Vr——容砂瓶容積（mL）；
mr2——容砂瓶、漏斗和水的總質量（g）；
mr1——容砂瓶和漏斗的質量（g）；
ρwr——不同水溫時水的密度（g/cm3），查表28。
水的密度 表28
溫度 （℃） | 水的密度 （g/cm） | 溫度 （℃） | 水的密度 （g/cm） | 溫度 （℃） | 水的密度 （g/cm） |
4.0 | 1.0000 | 15.0 | 0.9991 | 26.0 | 0.9968 |
5.0 | 1.0000 | 16.0 | 0.9989 | 27.0 | 0.9965 |
6.0 | 0.9999 | 17.0 | 0.9988 | 28.0 | 0.9962 |
7.0 | 0.9999 | 18.0 | 0.9986 | 29.0 | 0.9959 |
8.0 | 0.9999 | 19.0 | 0.9984 | 30.0 | 0.9957 |
9.0 | 0.9998 | 20.0 | 0.9982 | 31.0 | 0.9953 |
10.0 | 0.9997 | 21.0 | 0.9980 | 32.0 | 0.9950 |
11.0 | 0.9996 | 22.0 | 0.9978 | 33.0 | 0.9947 |
12.0 | 0.9995 | 23.0 | 0.9975 | 34.0 | 0.9944 |
13.0 | 0.9994 | 24.0 | 0.9973 | 35.0 | 0.9940 |
14.0 | 0.9992 | 25.0 | 0.9970 | 36.0 | 0.9937 |
（5）標準砂的密度，應按下式計算：
式中 ρs——標準砂的密度（g/cm3）；
mrs——容砂瓶、漏斗和標準砂的總質量（g）。
（6）灌砂法試驗，應按下列步驟進行：
1）按灌水法試驗步驟①、②、③挖好規定的試坑尺寸，並稱試樣質量。
2）向容砂瓶內注滿砂，關閥門，稱容砂瓶，漏斗和砂的總質量，準確至10g。
3）將密度測定器倒置（容砂瓶向上）於挖好的坑口上，打開閥門，使砂注入試坑。在注砂過程中不應振動。當砂注滿試坑時關閉閥門，稱容砂瓶、漏斗和余砂的總質量，準確至10g，並計算注滿試坑所用的標準砂質量。
（7）試樣的密度，應按下式計算：
式中 ms——注滿試坑所用標準砂的質量（g）。
（8）試樣的乾密度，應按下式計算，準確至0.01g/cm3。
（9）灌砂法試驗的記錄格式見GB/T 50123-1999。
