[科普中国]-土工密度试验

土工试验是工程地质勘察工作的一个重要环节，它为工程设计和工程地质勘察中研究土体变形机理及工程地质性质提供可靠的土的物理、力学性质指标。土的密度是土的基本物理性质指标之一。土工密度试验是用于测定土密度的试验。对于一般细粒土的密度试验普遍采用环刀法，它是测定土密度的基本方法。

简介

土工密度试验所取土样为路基上未扰动土样，并用国标环刀取土进行该试验1。依据 《规程》 中的要求，土样需要在2个目标平行点取出，然后用黑色塑料袋封装好在规定的时间内送到实验室，测定出2个平行点的平均值即为该土样的天然密度，最后需要再次进行以上试验操作，对3个取土点的土进行测定。在试验时应该注意3 点：制样前首先要对土样是否均匀、软硬程度、矿物组成、土样的颜色以及提样的名称有大概的了解，初步估计土样的相关物理学性质， 取土样时要选取有代表性的土壤。进行制样时用刀直上直下的切割，去掉多余的样本，刀壁与土样不得有空隙。制样时环刀直上直下，切除多余的土，试样与环刀壁不得留有空隙。 进行平行试验时，每一次试验结果的差值在可控制范围内。

土工试验

土工试验主要是指检测工程填筑料及地基工程性的试验，经过对试验结果的分析和整理， 为施工获取可靠的参数，同时，土工试验还能够为力学性能指标和土壤物理指标提供依据， 土工试验就是对土壤性能的分析，保证地基基础的建筑结构和施工质量安全2，土工试验主要的试验内容包含：塑限、液限、含水量、孔隙比以及密度等。试验的具体方法主要包含：固结试验、抗压强度试验、三轴试验、直接剪切试验、渗透试验、液塑限联合测定仪法、平衡锥式液限仪法、比重瓶法；灌砂法；环刀法和灌砂法等。在道路施工中路基所占的比重是相当大的，然而路基施工中土工试验又发挥着举足轻重的作用。土工试验分为室内试验和室外现场试验， 因一些具体条件的限制， 室内试验占的成分更大一些。具体来说， 室内土工试验有以下2个作用：了解路基填土的物理、力学相关性质，供施工所用；为设计提供相关数据参数。道路施工中测定土的密度、 含水率和比重是3个基本试验，由这3个基本试验测定出来路基土的3个基本指标，利用这3个基本指标中的任意2个或者3个就能推算出路基土的其他几个相关指标，比如路基土的干密度、浮密度、孔隙比、饱和度等物理性指标。无论是路基施工还是其他工程，都要通过土工试验测定出土的这三大物理性指标。

方法

环刀法

（1）本试验方法适用于细粒土。

（2）本试验所用的主要仪器设备，应符合下列规定：

1）环刀：内径61.8mm和79.8mm，高度20mm。

2）天平：称量500g，最小分度值0.1g；称量200g，最小分度值为0.01g。

（3）环刀法测定密度，应在环刀内壁涂一薄层凡士林，刃口向下放在土样上，将环刀垂直下压，并用切土刀沿环刀外侧切削土样，边压边削至土样高出环刀。根据试样的软硬采用钢丝锯或切土刀整平环刀两端土样，擦净环刀外壁，称环刀和土的总质量。

（4）试样的湿密度，应按下式计算：

ρ0=M0/V

式中 ρ0——试样的湿密度（g/cm3），准确到0.01g/cm3。

（5）试样的干密度，应按下式计算：

（6）本试验应进行两次测定，两次测定的差值不得大于0.03g/cm3，取两次测值的平均值。

（7）环刀法试验的记录格式见GB/T 50123-1999。

蜡封法

（1）本试验方法适用于易破裂土和形状不规则的坚硬土。

（2）本试验所用的主要仪器设备，应符合下列规定：

1）蜡封设备：应附熔蜡加热器。

2）天平：应符合环刀法天平的规定。

（3）蜡封法试验，应按下列步骤进行：

1）从原状土样中，切取体积不小于30cm3的代表性试样，清除表面浮土及尖锐棱角，系上细线，称试样质量，准确至0.01g。

2）持线将试样缓缓浸入刚过熔点的蜡液中，浸没后立即提出，检查试样周围的蜡膜，当有气泡时应用针刺破，再用蜡液补平，冷却后称蜡封试样质量。

3）将蜡封试样挂在天平的一端，浸没于盛有纯水的烧杯中，称蜡封试样在纯水中的质量，并测定纯水温度。

4）取出试样，擦干蜡面上的水分，再称蜡封试样质量。当浸水后试样质量增加时，应另取试样重做试验。

（4）试样的密度应按下式计算：

式中 mo——蜡封试样质量（g）；

mov——蜡封试样在纯水中的质量（g）；

ρWT——纯水在T℃时的密度（g/cm3）；

ρn——蜡的密度（g/cm3）。

（5）试样的干密度，应按环刀法干密度的计算式计算。

（6）本试验应进行两次平行测定，两次测定的差值不得大于0.03g/cm3，取两次测值的平均值。

（7）蜡封法试验的记录格式见GB/50123-1999。

灌水法

（1）本试验方法适用于现场测定粗粒土的密度。

（2）本试验所用的主要仪器设备，应符合下列规定：

1）储水筒：直径应均匀，并附有刻度及出水管。

2）台秤：称量50kg，最小分度值10g。

（3）灌水法试验，应按下列步骤进行：

1）根据试样最大粒径，确定试坑尺寸（表27）。

试坑尺寸（mm） 表27

2）将选定试验处的试坑地面整平，除去表面松散的土层。

3）按确定的试坑直径划出坑口轮廓线，在轮廓线内下挖至要求深度，边挖边将坑内的试样装入盛土容器内，称试样质量，准确到10g，并应测定试样的含水率。

4）试坑挖好后，放上相应尺寸的套环，用水准尺找平，将大于试坑容积的塑料薄膜袋平铺于坑内，翻过套环压住薄膜四周。

5）记录储水筒内初始水位高度，拧开储水筒出水管开关，将水缓慢注入塑料薄膜袋中。当袋内水面接近套环边缘时，将水流调小，直至袋内水面与套环边缘齐平时关闭出水管，持续3~5min，记录储水筒内水位高度。当袋内出现水面下降时，应另取塑料薄膜袋重做试验。

（4）试坑的体积，应按下式计算：

VP=（H1－H2）×AW－V0

式中 VP——试坑体积（cm3）；

H1——储水筒内初始水位高度（cm）；

H2——储水筒内注水终了时水位高度（cm）；

AW——储水筒断面积（cm2）；

V0——套环体积（cm3）。

（5）试样的密度，应按下式计算：

ρ0=mP/VP

式中 mP——取自试坑内的试样质量（g）。

（6）灌水法试验的记录格式见GB/T 50123-1999附录D表D-4。

灌砂法

（1）本试验方法适用于现场测定粗粒土的密度。

（2）本试验所用的主要仪器设备，应符合下列规定：

1）密度测定器：由容砂瓶、灌砂漏斗和底盘组成（图48）灌砂漏斗高135mm、直径165mm，尾部有孔径为13mm的圆柱形阀门；容砂瓶容积为4L，容砂瓶和灌砂漏斗之间在用螺纹接头连接。底盘承托灌砂漏斗和容砂瓶。

1-底盘；2-灌砂漏斗；3-螺纹接头；4-容砂瓶；5-阀门

2）天平：称量10kg，最小分度值5g，称量500g，最小分度值0.1g。

3）标准砂密度的测定，应按下列步骤进行：

1）标准砂应清洗洁净，粒径宜选用0.25~0.50mm，密度宜选用1.47~1.61g/cm3。

2）组装容砂瓶与灌砂漏斗，螺纹连接处应旋紧，称其质量。

3）将密度测定器竖立，灌砂漏斗口向上，关阀门，向灌砂漏斗中注满标准砂，打开阀门使灌砂漏斗内的标准砂漏入容砂瓶内，继续向漏斗内注砂漏入瓶内，当砂停止流动时迅速关闭阀门，倒掉漏斗内多余的砂，称容砂瓶、灌砂漏斗和标准砂的总质量，准确至5g。试验中应避免振动。

4）倒出容砂瓶内的标准砂、通过漏斗向容砂瓶内注水至水面高出阀门，关阀门，倒掉漏斗中多余的水，称容砂瓶、漏斗和水的总质量，准确到5g，并测定水温，准确到0.5℃。重复3次，3次测值之间的差值不得大于3mL，取3次测值的平均值。

（4）容砂瓶的容积，应按下式计算：

Vr=（mr2-mr1）/ρwr

式中 Vr——容砂瓶容积（mL）；

mr2——容砂瓶、漏斗和水的总质量（g）；

mr1——容砂瓶和漏斗的质量（g）；

ρwr——不同水温时水的密度（g/cm3），查表28。

水的密度 表28

（5）标准砂的密度，应按下式计算：

式中 ρs——标准砂的密度（g/cm3）；

mrs——容砂瓶、漏斗和标准砂的总质量（g）。

（6）灌砂法试验，应按下列步骤进行：

1）按灌水法试验步骤①、②、③挖好规定的试坑尺寸，并称试样质量。

2）向容砂瓶内注满砂，关阀门，称容砂瓶，漏斗和砂的总质量，准确至10g。

3）将密度测定器倒置（容砂瓶向上）于挖好的坑口上，打开阀门，使砂注入试坑。在注砂过程中不应振动。当砂注满试坑时关闭阀门，称容砂瓶、漏斗和余砂的总质量，准确至10g，并计算注满试坑所用的标准砂质量。

（7）试样的密度，应按下式计算：

式中 ms——注满试坑所用标准砂的质量（g）。

（8）试样的干密度，应按下式计算，准确至0.01g/cm3。

（9）灌砂法试验的记录格式见GB/T 50123-1999。

本词条内容贡献者为:

李勇 - 副教授 - 西南大学