本科學(xué)生畢業(yè)論文論文題目凍融循環(huán)作用下素土靜力學(xué)特性研究學(xué)院年級專業(yè)姓名學(xué)號指導(dǎo)教師摘要黑龍江省地處我國最北端高緯度區(qū)，區(qū)內(nèi)深季節(jié)凍土（凍結(jié)深度1M）分布廣泛，冬凍春融的凍融循環(huán)作用引起的路基凍害問題。在凍土地區(qū)進(jìn)行工程建設(shè)，就必須深入研究凍土的力學(xué)特性，以確保凍土地基上工程建筑物的穩(wěn)定性。本文首先，簡要介紹了我國凍土的分布狀況、凍土的物理力學(xué)性質(zhì)及其對工程的影響和國內(nèi)外研究現(xiàn)狀。由于凍融作用的存在，道路會(huì)發(fā)生翻漿、路基凍脹或不均勻凍脹、和路基融沉的現(xiàn)象，伴隨季凍區(qū)內(nèi)溫度的降低，個(gè)別寒區(qū)道路由于凍脹災(zāi)害嚴(yán)重，致使道路鼓包，而阻礙行車安全，在春季消融階段，凍結(jié)的路基土層融化，但不同位置的土層融化時(shí)間不盡相同，造成翻漿破壞，是長期困擾該地區(qū)公路建設(shè)的一個(gè)突出問題。因此在凍土地區(qū)進(jìn)行工程建設(shè)，必須深入研究凍土的力學(xué)特性，以確保凍土地基上工程建筑物的穩(wěn)定性。針對黑龍江省季節(jié)凍土在凍融循環(huán)條件下的主要物理力學(xué)性質(zhì)，進(jìn)行土樣基本性質(zhì)測試和力學(xué)試驗(yàn)研究。試驗(yàn)結(jié)果表明試樣經(jīng)歷6次凍融后，其含水量、干密度、黏聚力、內(nèi)摩擦角等物理力學(xué)性質(zhì)趨于穩(wěn)定。土體凍融最終平衡狀態(tài)與初始狀態(tài)相關(guān)，其中初始干密度的影響尤為重要。隨凍融循環(huán)過程增加，土體的黏聚力下降，內(nèi)摩擦角變化較小。所以凍融作用對素土的物理力學(xué)性質(zhì)有明顯影響，在春融期的不利季節(jié)，素土含水量大處于不穩(wěn)定狀態(tài)，是造成季凍區(qū)道路破損的主要原因，研究結(jié)果可為季凍區(qū)道路設(shè)計(jì)提供技術(shù)參數(shù)，為養(yǎng)護(hù)管理決策提供技術(shù)支持，對提高季凍區(qū)道路建設(shè)質(zhì)量具有積極意義。關(guān)鍵詞凍土；力學(xué)性質(zhì)；凍融作用；研究現(xiàn)狀A(yù)BSTRACTHEILONGJIANGPROVINCEISLOCATEDINCHINASNORTHERNMOSTHIGHLATITUDEAREA,ZONEOFDEEPSEASONALFROZENSOILFROZENDEPTHOF1MAREWIDELYDISTRIBUTED,WINTERCOLDMELTINGINTHESPRINGOFTHEFREEZETHAWCYCLEEFFECTCAUSEDBYSUBGRADEFROSTDAMAGEPROBLEMFORENGINEERINGCONSTRUCTIONINPERMAFROSTREGIONS,ITISNECESSARYTOINDEPTHSTUDYTHEMECHANICALPROPERTIESOFFROZENSOIL,TOENSURETHATTHEFROZENSOILFOUNDATIONONTHESTABILITYOFENGINEERINGBUILDINGINTHISPAPER,FIRSTOFALL,THEDISTRIBUTIONOFTHEPERMAFROSTINCHINAAREBRIEFLYINTRODUCED,THEPHYSICALANDMECHANICALPROPERTIESOFFROZENSOILANDINFLUENCEONENGINEERINGANDRESEARCHSTATUSATHOMEANDABROADPUMPINGWILLHAPPENDUETOTHEEXISTENCEOFTHEFREEZETHAWACTION,ROAD,ROADBEDUNEVENFROSTHEAVINGANDFROSTHEAVE,ANDTHEPHENOMENONOFSUBGRADETHAWINGSETTLEMENT,WITHSEASONOFFREEZINGZONETEMPERATURE,COLDANDINDIVIDUALROADDUETOFROSTHEAVINGDISASTERISSERIOUS,THEROADTOBULGE,ANDHINDERTHEDRIVINGSAFETY,STAGEOFMELTINGINTHESPRING,FROZENSUBGRADESOILMELT,BUTDIFFERENTLOCATIONOFSOILTHAWINGTIMEISNOTTHESAME,PUMPINGDAMAGE,LONGPLAGUEDTHEREGIONHIGHWAYCONSTRUCTIONISANOUTSTANDINGPROBLEMFORENGINEERINGCONSTRUCTIONINPERMAFROSTREGIONS,THEREFORE,MUSTSTUDYTHEMECHANICALPROPERTIESOFFROZENSOIL,TOENSURETHATTHEFROZENSOILFOUNDATIONONTHESTABILITYOFENGINEERINGBUILDINGINSEASONALFROZENSOILINHEILONGJIANGPROVINCEUNDERTHECONDITIONOFFREEZINGANDTHAWINGCYCLE,THEMAINPHYSICALANDMECHANICALPROPERTIESOFSOILBASICPROPERTIESTESTANDMECHANICSTESTRESEARCHEXPERIMENTALRESULTSSHOWTHATTHESAMPLEAFTER6TIMESFREEZETHAW,ITSWATERCONTENT,DRYDENSITY,COHESION,INTERNALFRICTIONANGLEOFTHEPHYSICALANDMECHANICALPROPERTIESSUCHASSTABLESOILFREEZINGANDTHAWINGFINALEQUILIBRIUMSTATEASSOCIATEDWITHTHEINITIALSTATE,INCLUDINGTHEINFLUENCEOFINITIALDRYDENSITYISESPECIALLYIMPORTANTWITHTHEINCREASEOFFREEZETHAWCYCLE,THECOHESIONOFSOIL,INTERNALFRICTIONANGLEISSMALLERTHEREFOREFREEZETHAWEFFECTTOGRAINHADSIGNIFICANTEFFECTONTHEPHYSICALANDMECHANICALPROPERTIESOFSOIL,THESPRINGMELTPERIODOFSEASON,THESOILMOISTUREINLARGEINASTATEOFFLUX,ISAMAJORCAUSEOFDAMAGETOSEASONFROZENAREAROAD,THERESULTSCANPROVIDETECHNICALPARAMETERSFORSEASONFROZENAREAROADDESIGN,ANDPROVIDETECHNICALSUPPORTFORMAINTENANCEMANAGEMENTDECISIONMAKING,TOIMPROVETHEQUALITYOFSEASONFROZENAREAROADCONSTRUCTIONHASPOSITIVESIGNIFICANCEKEYWORDSFROZENSOILTHEMECHANICALPROPERTIESFREEZETHAWACTIONTHERESEARCHSTATUS目錄摘要IABSTRACTII前言1第一章緒論211論文的提出及意義2111凍土2112凍土的分布2113凍土的物理力學(xué)性質(zhì)及其對工程的影響3114研究背景及意義312國內(nèi)外研究現(xiàn)狀4121凍土的研究現(xiàn)狀4122凍融的研究現(xiàn)狀413本文研究的主要內(nèi)容4第二章基本室內(nèi)試驗(yàn)521土的顆粒分析試驗(yàn)5211實(shí)驗(yàn)?zāi)康?212試驗(yàn)方法622界限含水率試驗(yàn)13221試驗(yàn)?zāi)康?3222試驗(yàn)方法13223試驗(yàn)原理13224試驗(yàn)儀器13225試驗(yàn)步驟15226成果整理1623擊實(shí)試驗(yàn)18231實(shí)驗(yàn)?zāi)康?8232試驗(yàn)方法19233輕型擊實(shí)法19234實(shí)驗(yàn)中的幾個(gè)問題2124本章小結(jié)23第三章凍融循環(huán)試驗(yàn)2331實(shí)驗(yàn)?zāi)康?332試驗(yàn)方法2433凍融循環(huán)過程的實(shí)現(xiàn)2534凍結(jié)與融化時(shí)間的確定2535本章小結(jié)26第四章直接剪切試驗(yàn)2641驗(yàn)實(shí)驗(yàn)?zāi)康?642試驗(yàn)方法2643試驗(yàn)原理（快剪法）2644儀器設(shè)備2745操作步驟2846成果整理2847直接剪切試驗(yàn)中的幾個(gè)問題3648本章小結(jié)37結(jié)論38參考文獻(xiàn)41致謝42前言黑龍江省地處我國最北端高緯度區(qū)，區(qū)內(nèi)深季節(jié)凍土（凍結(jié)深度1M）分布廣泛，大量工程實(shí)踐表明，早期在凍土區(qū)修筑的各種構(gòu)筑物，包括房屋、道路、橋涵等，都遭受到不同程度的破壞，有的開裂，有的傾斜，有的甚至坍塌。冬凍春融的凍融循環(huán)作用引起的凍害問題，是長期困擾該地區(qū)建設(shè)的一個(gè)突出問題。在黑龍江季節(jié)性凍土地區(qū)，路基的底基層大部分為素土，在建設(shè)初期素土的強(qiáng)度較好，但經(jīng)過幾次凍融作用，強(qiáng)度下降明顯，在頻繁的荷載作用下，使路面破壞，形成縱、橫向裂紋等病害，嚴(yán)重影響行車安全和交通順暢，工程上迫切需要專門有效的方法來解決這一問題。試驗(yàn)主要包括以下幾方面的內(nèi)容（1）土樣基本性質(zhì)測試以研究區(qū)細(xì)粒土為研究對象，測定其粒度成分、初始含水量、密度、最大干密度，最優(yōu)含水量液限、塑限等基本指標(biāo)。（2）力學(xué)試驗(yàn)已有研究表明，素土在最佳含水量下的抗壓強(qiáng)度最大，因此以素土為對象，在不同凍結(jié)溫度下進(jìn)行凍融循環(huán)試驗(yàn)，凍融循環(huán)一個(gè)周期為24H，凍融循環(huán)試驗(yàn)次數(shù)0,3,6,9，然后進(jìn)行包括抗剪強(qiáng)度測試、無側(cè)限抗壓強(qiáng)度測試，具體內(nèi)容素土直剪試驗(yàn)、三軸試驗(yàn)和無側(cè)限抗壓強(qiáng)度測試；不同凍結(jié)溫度凍融循環(huán)后（3，6，9）素土直剪試驗(yàn)、三軸試驗(yàn)和無側(cè)限抗壓強(qiáng)度測試；不同凍融循環(huán)次數(shù)0,3,6,9后，素土、三軸試驗(yàn)和無側(cè)限抗壓強(qiáng)度測試；第一章緒論11論文的提出及意義111凍土凍土，顧名思義是指一種溫度低于0且含有冰的土巖，是由固體礦物顆粒、理想塑性冰包裹體（膠結(jié)冰）、未凍水（薄膜結(jié)合水和液態(tài)水）、氣態(tài)成份（水蒸汽和空氣）組成的典型非均勻多相顆粒材料。由于凍土中千姿百態(tài)冷生構(gòu)造的存在，宏觀上反映為其力學(xué)性質(zhì)的復(fù)雜性，致使其物理力學(xué)性質(zhì)強(qiáng)烈依賴于溫度。根據(jù)凍土存在的時(shí)間長短，地球上的凍土大致可分為兩類一類稱為多年凍土，兩年以上處于凍結(jié)狀態(tài)，只有表層處于夏融冬凍的狀態(tài)；另一類稱作季節(jié)凍土，只在地表幾米范圍那冬季凍結(jié)、夏季消融、該層也稱作季節(jié)凍結(jié)層或季節(jié)活動(dòng)層。112凍土的分布地球上多年凍土的分布面積約占陸地面積的23，主要分布在俄羅斯、加拿大、中國和美國的阿拉斯加等地。我國凍土主要分為多年凍土和季節(jié)凍融土壤，我國的多年凍上面積約2068，約占陸地面積的215僅次于前蘇聯(lián)和加拿，大約為美6210KM國多年凍土面積的148倍，主要分布在東北大小興安嶺、西部高山和青藏高原等地，其中，大小興安嶺的多年凍土又稱高緯度多年凍土，其余地區(qū)的多年凍土又稱高山多年凍土。而季節(jié)性凍上主要分布于北緯30以北地區(qū)，面積為5137，約占全4210KM國面積的535，因此凍土被認(rèn)為是一種寶貴的地上資源。季節(jié)凍土遍布在不連續(xù)多年凍土地區(qū)的外圍，其南界大致從云南的挖苦河向東北方向沿著橫斷山脈和喀拉山脈的坡腳，經(jīng)大巴山南麓向東南繞過四川盆地后，又從湖南的咱果附近向東北方向延伸，直至江蘇省連云港附近。此外，在大別山、萊陽山和玉山頂部分也有零星分布。瞬時(shí)凍土的南界致與北回歸線相一致，此界線以南,除山地外，一般無凍土。113凍土的物理力學(xué)性質(zhì)及其對工程的影響凍土在凍結(jié)狀態(tài)強(qiáng)度較高、壓縮性較低，融化后承載力急劇下降，壓縮性提高，地基容易產(chǎn)生融沉而凍土中產(chǎn)生的凍脹對地基不利。一般土顆粒愈細(xì)，含水量愈大，土的凍脹和融沉性愈大，反之愈小。在城市道路中土基凍脹量與凍土層厚度成正比不同土質(zhì)與壓實(shí)度不均勻也容易發(fā)生不均勻沉降。在公路工程建設(shè)及運(yùn)營中，由于凍融作用的存在，道路會(huì)發(fā)生翻漿、路基凍脹或不均勻凍脹和路基融沉的現(xiàn)象，所以凍融作用對公路建設(shè)和運(yùn)營過程有一定的阻礙作用。個(gè)別寒區(qū)道路由于凍脹災(zāi)害嚴(yán)重，致使道路鼓包，而阻礙行車安全。在春季消融階段，凍結(jié)的路基土層融化，但不同位置的土層融化時(shí)間不盡相同，導(dǎo)致融化后的路基土層中過多的水分無法向下滲透，而只能留在該層路基土中，或者向路基路面結(jié)構(gòu)流動(dòng)，造成翻漿破壞。圖11114研究背景及意義我國有著廣泛分布的季節(jié)性凍土區(qū)域，它的范圍遍及長江以北10余省市，大約占全國總土地面積的54，其凍害給交通運(yùn)輸業(yè)及經(jīng)濟(jì)建設(shè)造成了極大的危害，作為公路工程的重要組成部分，路基強(qiáng)度及穩(wěn)定性在確保公路的正常使用方面具有重要的意義，在季節(jié)性冰凍區(qū)，于影響路基穩(wěn)定的原因更為復(fù)雜，路基凍害后造成的損失更為巨大，并且季凍區(qū)又缺乏成熟的路基設(shè)計(jì)和施工經(jīng)驗(yàn)。試驗(yàn)著手于研究素土經(jīng)過多次凍融循環(huán)后的力學(xué)特性變化行為，力求尋找出不同溫度下的土在凍融循環(huán)后力學(xué)特性變化的相同點(diǎn)和不同點(diǎn)，幫助預(yù)測季凍區(qū)素土的強(qiáng)度變化，這對于季凍區(qū)公路的建設(shè)具有很強(qiáng)的指導(dǎo)意義，且具備一定的工程可行性。12國內(nèi)外研究現(xiàn)狀121凍土的研究現(xiàn)狀凍土是一種特殊土類，一方面它具有一般土的共性，另一方面它又是一種多相復(fù)雜體系，并為冰所膠結(jié)，具有鮮明的凍土個(gè)性。因此凍土區(qū)各種工程建筑常常遇到許多由于土中冰的增長或消失而引起的凍脹和融沉現(xiàn)象，導(dǎo)致各種工程建筑的迅速破壞，不但浪費(fèi)巨額投資，影響建筑物的正常使用，甚至威脅人民生命財(cái)產(chǎn)的安全。為此，一些凍土大國，諸如前蘇聯(lián)、加拿大和美國在上世紀(jì)紛紛展開了凍土研究工作。前蘇聯(lián)早在上世紀(jì)30年代，北美在50年代就已經(jīng)開始進(jìn)行凍土力學(xué)性質(zhì)的研究，我國在60年代初也開展了凍土力學(xué)的試驗(yàn)研究，并在70年代對凍土的強(qiáng)度和蠕變進(jìn)行了系統(tǒng)研究。我國已經(jīng)具備研究解決多年凍土地區(qū)不同等級公路建養(yǎng)的關(guān)鍵技術(shù)，于2002年7月初立項(xiàng)至2007年2月13日通過鑒定，交通部西部交通建設(shè)科技項(xiàng)目“多年凍土地區(qū)公路修筑成套技術(shù)研究”，為我國季凍區(qū)公路建設(shè)提供理論和實(shí)際地指導(dǎo)，該項(xiàng)目內(nèi)容涵蓋了多年凍土地區(qū)公路建設(shè)的工程地質(zhì)、公路病害機(jī)理、路基設(shè)計(jì)與施工技術(shù)、路面設(shè)計(jì)技術(shù)、橋涵工程技術(shù)、生態(tài)環(huán)境保護(hù)與評價(jià)技術(shù)、公路養(yǎng)護(hù)技術(shù)、季節(jié)冰凍地區(qū)路基路面設(shè)計(jì)施工技術(shù)以及高原職工安全與健康保障技術(shù)等。122凍融的研究現(xiàn)狀土的凍融作用是凍土力學(xué)與凍土工程中的重要研究課題。在進(jìn)行凍融作用對土工程性質(zhì)的影響研究時(shí)，則需先對土進(jìn)行一定方式的凍融，然后對凍融前后的試樣進(jìn)行相應(yīng)的力學(xué)試驗(yàn)分析，以考察土工程性質(zhì)在凍融前后的變化。雖然目前凍融循環(huán)作用改變土物理力學(xué)性質(zhì)這一現(xiàn)象及其重要性已得到了充分重視，但對于其作用機(jī)理及其規(guī)律性的研究卻一直沒有關(guān)鍵性的進(jìn)展，試驗(yàn)成果差異性也較大，這主要是由于不同研究者采用試驗(yàn)方法各不相同，研究成果建立在不同試驗(yàn)條件之上，自然也就導(dǎo)致了研究成果巨大差別。13本文研究的主要內(nèi)容取哈爾濱市有代表性的土樣,對其進(jìn)行不同凍融條件下的凍融循環(huán)試驗(yàn),通過室內(nèi)實(shí)驗(yàn)儀器,測試土樣在凍融作用下其物理力學(xué)性質(zhì)變化規(guī)律“主要研究內(nèi)容如下（1）土樣基本性質(zhì)測試以研究區(qū)細(xì)粒土為研究對象，測定其粒度成分、初始含水量、密度、最大干密度，最優(yōu)含水量液限、塑限等基本指標(biāo)。（2）力學(xué)試驗(yàn)已有研究表明，素土在最佳含水量下的抗壓強(qiáng)度最大，因此以素土為對象，在不同凍結(jié)溫度下進(jìn)行凍融循環(huán)試驗(yàn)，凍融循環(huán)一個(gè)周期為24H，凍融循環(huán)試驗(yàn)次數(shù)0,3,6,9，然后進(jìn)行包括抗剪強(qiáng)度測試、無側(cè)限抗壓強(qiáng)度測試，具體內(nèi)容素土直剪試驗(yàn)、三軸試驗(yàn)和無側(cè)限抗壓強(qiáng)度測試；不同凍結(jié)溫度凍融循環(huán)后（3，6，9）素土直剪試驗(yàn)、三軸試驗(yàn)和無側(cè)限抗壓強(qiáng)度測試；不同凍融循環(huán)次數(shù)0,3,6,9后，素土、三軸試驗(yàn)和無側(cè)限抗壓強(qiáng)度測試；第二章基本室內(nèi)試驗(yàn)土樣基本性質(zhì)測試以研究區(qū)細(xì)粒土為研究對象，測定其粒度成分、最大干密度，最優(yōu)含水量液限、塑限等基本指標(biāo)。21土的顆粒分析試驗(yàn)顆粒分析就是用試驗(yàn)的方法求出土中小于某種粒徑的顆粒所占總土質(zhì)量的百分?jǐn)?shù)或確定土中各粒組的相對含量。在施工現(xiàn)場所進(jìn)的砂、碎石等施工建筑材料，都必須按規(guī)定取樣送到實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行顆粒分析實(shí)驗(yàn)，通過試驗(yàn)得以證明所用材料級配是否良好。及級配良好者可以使用；若級配不良，工程就不能使用此材料。這實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目在工程中是很重要的。211實(shí)驗(yàn)?zāi)康耐潦怯筛鞣N大小和形狀不同的顆粒所組成，根據(jù)顆粒大小劃分為若干組，稱為顆粒粒組。所謂顆粒組成即顆粒級配，就是土中各種粒徑范圍的粒組在土中的相對比例，通常用占總質(zhì)量的百分?jǐn)?shù)來表示。土的粒組組成在一定程度上反映了土的性質(zhì)，工程上常依據(jù)粒組組成對土進(jìn)行分類，粗粒土主要是依據(jù)粒組組成進(jìn)行分類；細(xì)粒土由于礦物成分、顆粒形狀及膠體含量等因素，則不能單以粒組組成進(jìn)行分類，而要借助于塑性圖或塑性指數(shù)進(jìn)行分類。顆粒分析實(shí)驗(yàn)是測定土中各粒組所占該土總質(zhì)量的百分?jǐn)?shù)的方法，借以明了顆粒大小分布情況，供土的分類及概略判斷土的工程性質(zhì)。本試驗(yàn)?zāi)康臑闄z測被測區(qū)土樣的顆粒級配212試驗(yàn)方法顆粒分析試驗(yàn)的方法主要有兩大類一是機(jī)械分析法，如篩析法；二是物理分析法，如密度計(jì)法、虹吸管法（移液管法）等。篩分法適用于粒徑大于0075MM、小于等于60MM的土、密度計(jì)法、虹吸管法（移液管法）適用于粒徑小于0。075MM的土。若土中粗細(xì)顆粒兼有，則聯(lián)合采用篩析法和密度計(jì)法或移液管法。篩析法1試驗(yàn)原理篩析法是將土樣通過各種不同孔徑的標(biāo)準(zhǔn)篩，并按篩孔的大小由上至下依次疊好，對顆粒加以篩析，然后再稱量篩上土質(zhì)量，并計(jì)算出各個(gè)粒組占土總質(zhì)量的百分?jǐn)?shù)。2儀器設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)篩10、5、2、1、05、025、01、0075MM；天平（稱量500G，感量1G）、篩析機(jī)、烘干箱、調(diào)土皿、瓷盤、毛刷、鐵匙等。3操作步驟（1）調(diào)平天平，左托盤放被稱量物，右托盤放砝碼。然后稱調(diào)土皿質(zhì)量，做好記錄。（在天平的右托盤放300G砝碼，就可以直接稱得試樣的質(zhì)量）（2）從風(fēng)干松散的土樣中，用四分對角取樣法按規(guī)定數(shù)量取試樣（如表所示）四分對角取樣法把試樣拌均勻，鋪成矩形，用兩條對角線把試樣分成四份，合并相對角的兩部分，根據(jù)需要的數(shù)量，多次重復(fù)進(jìn)行取樣。（3）將取好的試樣倒入依次疊好的標(biāo)準(zhǔn)篩最上層（最大孔徑）篩內(nèi)，進(jìn)行篩析。注意蓋好篩蓋，兩手上下托住，直立水平搖晃，或用篩析機(jī)進(jìn)行篩析。（4）篩析10MIN（土工試驗(yàn)規(guī)程規(guī)定1015MIN）后，再按由上而下的順序?qū)⒏骱Y取下，在空瓷盤上用手搖晃輕叩，如有試樣漏下，應(yīng)繼續(xù)篩析，直至無試樣漏下為止。漏下的試樣應(yīng)全部倒入下級篩內(nèi)，并將篩好的篩上試樣稱質(zhì)量，準(zhǔn)確至01G。注每級篩上稱好的試樣，均應(yīng)做好記錄后，再倒回本級篩內(nèi)，以備試驗(yàn)數(shù)據(jù)有誤時(shí)，進(jìn)行復(fù)查之用。（5）各級篩上及盤底內(nèi)試樣質(zhì)量總和與試樣取土質(zhì)量之差不得大于1。注根據(jù)土的性質(zhì)和工程要求可適當(dāng)增減不同篩徑的分析篩。4成果整理（1）小于某粒徑的試樣質(zhì)量占總重量的百分比，應(yīng)按下式計(jì)算XAXBMD式中X小于某粒徑的試樣占總質(zhì)量的百分比，；小于某粒徑試樣質(zhì)量，G；A當(dāng)細(xì)篩分析時(shí)或用密度計(jì)法分析時(shí)所取試樣質(zhì)量（粗篩分析時(shí)BM則為試樣總質(zhì)量），G；顆粒小于2MM的試樣質(zhì)量占總質(zhì)量的百分?jǐn)?shù)，在計(jì)算粗篩分析XD時(shí)100。XD（2）繪制顆粒大小級配曲線。以小于某粒徑的顆粒質(zhì)量百分?jǐn)?shù)質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為縱坐標(biāo)，以粒徑（MM）對數(shù)為橫坐標(biāo)，繪制顆粒大小級配曲線，求出各粒組的顆粒質(zhì)量百分比。（二）密度計(jì)法密度計(jì)分為甲種和乙種。甲種密度計(jì)讀數(shù)表示1000ML懸液中的干土重；乙種密度計(jì)讀數(shù)表示懸液比重。兩種密度計(jì)其制造原理和使用方法并無不用之處。試驗(yàn)原理密度計(jì)法，是將一定量的土樣（粒徑小于0075MM）放在量筒中，然后加蒸餾水，經(jīng)過攪拌使土的大小顆粒在水中均勻分布，當(dāng)土粒在液體中靠自重下沉?xí)r，較大下沉較快，而較小的顆粒下沉則較慢。在土粒沉降過程中，用密度計(jì)測出在懸液中對應(yīng)于不同沉降時(shí)間的懸液密度，根據(jù)密度計(jì)讀數(shù)和土粒的下沉?xí)r間，就可計(jì)算出小于某一粒徑D（MM）的顆粒占土樣的百分?jǐn)?shù)。2儀器設(shè)備密度計(jì)（甲種，如圖所示）、細(xì)篩、煮沸設(shè)備、三角燒瓶500ML、量筒1000ML、攪拌器、六偏磷酸鈉（4）、秒表、溫度計(jì)等。3操作步驟（1）稱質(zhì)量為30G的風(fēng)干試樣倒入錐形瓶中，勿使土粒丟失，注入200ML的蒸餾水泡過夜。（2）將錐形瓶放在煮沸設(shè)備上，連接冷凝管進(jìn)行煮沸。一般煮沸約1H。（3）將冷卻后的懸液倒入瓷杯中，靜置1MIN，將上部懸液倒入筒內(nèi)。杯底沉淀物用帶橡皮頭的研杵細(xì)心研散，加蒸餾水，經(jīng)攪拌后靜置1MIN，再將上部懸液倒入量筒。如此反復(fù)操作直至杯內(nèi)懸液澄清為止。當(dāng)土中大于0075MM的顆粒估計(jì)超過試樣總質(zhì)量的15時(shí)，應(yīng)將其全部倒至0075MM篩上沖洗，直至篩上僅留大于0075MM的顆粒為止。（4）將留在洗篩上的顆粒洗入蒸發(fā)皿內(nèi)，傾去上部的清水，烘干稱重量，然后按規(guī)程規(guī)定進(jìn)行細(xì)篩篩析。（5）將過篩懸液倒入量筒，加4濃度的六偏磷酸鈉約10ML于量筒溶液中，再注入純水，使筒內(nèi)懸液達(dá)1000ML（對加入六偏磷酸鈉后產(chǎn)生凝聚的土，應(yīng)選用其他分散劑）。（6）用攪拌器在量筒內(nèi)沿整個(gè)懸液深度上下攪拌月1MIN，往復(fù)各約30次，攪拌時(shí)勿使懸液濺出筒外，使懸液內(nèi)土粒均勻分布。（7）取出攪拌器，將密度計(jì)放入懸液同時(shí)開動(dòng)秒表。測經(jīng)1、5、30、120MIN和1440MIN時(shí)的密度計(jì)讀數(shù)。根據(jù)試樣情況或?qū)嶋H需要，可增加密度計(jì)讀數(shù)或縮短最后一次讀數(shù)的時(shí)間。（8）每次讀數(shù)均應(yīng)在預(yù)定時(shí)間前1020S將密度計(jì)小心放入懸液接近讀數(shù)的深度，并需注意密度計(jì)浮泡保持在量筒中部位置，不得貼近量筒。（9）密度計(jì)讀數(shù)均以彎液面上緣為準(zhǔn)。甲種密度計(jì)應(yīng)準(zhǔn)確至05，乙種密度計(jì)應(yīng)準(zhǔn)確至00002，每次讀數(shù)完畢立即取出密度計(jì)放入盛有純水的量筒中，并測定各相應(yīng)的懸液溫度，準(zhǔn)確至05。放入或取出密度計(jì)，應(yīng)盡量減少對懸液的擾動(dòng)。（10）如試樣在分析前未過0075MM洗篩，而在密度計(jì)第一個(gè)讀數(shù)時(shí)，發(fā)現(xiàn)下沉的土粒以超過試樣總質(zhì)量的15時(shí)，則應(yīng)于試驗(yàn)結(jié)束后，將量筒中土粒過0075MM篩，然后按規(guī)程規(guī)定求得粒徑大于0075MM的顆粒組成。4成果整理（1）按下列公式計(jì)算小于某粒徑的試樣質(zhì)量占試樣總質(zhì)量百分?jǐn)?shù)。甲種密度計(jì)XTD10MSDC（R）式中X小于某粒徑的土質(zhì)量百分?jǐn)?shù)，；試樣干土質(zhì)量，G；DM土粒比重校正值，查表；SC溫度校正值，查表；T分散劑校正值；D彎液面校正值；NR甲種密度計(jì)讀數(shù)；按公式計(jì)算2020SS65C式中土粒密度，GCM3；S20時(shí)水的密度，GCM3；20計(jì)算顆粒直徑，也可按圖確定。T04S18DGGTL（）為了簡化計(jì)算公式可寫成DKTL式中K粒徑計(jì)算系數(shù)，K，與懸液溫度和土粒比重有關(guān)。T04S18GG（）如表所示。（2）用小于某粒徑的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為縱坐標(biāo)，顆粒直徑（MM）在對橫坐標(biāo)上，繪制顆粒大小分布曲線。如與篩析法聯(lián)合分析，應(yīng)將兩段曲線繪成一平滑曲線。本次實(shí)驗(yàn)結(jié)果如下表21表22圖22所示表21顆分試驗(yàn)原始記錄表顆粒分析實(shí)驗(yàn)（比重計(jì)法）工程編號東北林業(yè)大學(xué)土樣編號01驗(yàn)日期2013年3月15日試驗(yàn)者劉慶偉曾德娟張則琪計(jì)算者曾德娟校核者張則琪小于01毫米顆粒土質(zhì)量百分?jǐn)?shù)100比重計(jì)號甲1濕土質(zhì)量量筒號5含水量5燒瓶號A3干土質(zhì)量30G土粒比重272含鹽量比重校正系數(shù)09846試樣處理說明煮沸后未加六偏磷酸鈉土樣原始狀態(tài)凍土下沉懸液比重計(jì)讀數(shù)土粒落踞粒徑小于某孔小于某孔時(shí)間溫度比重計(jì)刻度彎液溫度分散劑RNRNMCDRHRMCSLD徑的土質(zhì)徑的總土TT讀數(shù)面校正值校正值校正值MM）（MM）量百分?jǐn)?shù)質(zhì)量百分?jǐn)?shù)試驗(yàn)時(shí)間（MIN）（）（R）（N）（M）（CD（）（）12002411132532492550031483078307220019911132122088630024696696520015911131721694750016456475647102001081113121119285001233973397330200291113424141060007913813860200211113343351230006111171117120200281113414041400046134713471440200211113343352250001711171117RNCM孔徑累積留篩土質(zhì)量小于該孔徑的小于該孔徑的土小于該孔徑的總土質(zhì)量質(zhì)量百分?jǐn)?shù)土質(zhì)量百分?jǐn)?shù)篩號MMGG1042969143914305152858804880402522886498649012227892679267盤底總計(jì)22表22顆分試驗(yàn)原始記錄表顆粒分析實(shí)驗(yàn)（比重計(jì)法）工程編號東北林業(yè)大學(xué)土樣編號01驗(yàn)日期2013年3月15日試驗(yàn)者劉慶偉曾德娟張則琪計(jì)算者曾德娟校核者張則琪小于01毫米顆粒土質(zhì)量百分?jǐn)?shù)100比重計(jì)號甲1濕土質(zhì)量量筒號3含水量5燒瓶號45干土質(zhì)量30G土粒比重272含鹽量比重校正系數(shù)09846試樣處理說明煮沸后加六偏土樣原始狀態(tài)10ML凍土下沉懸液比重計(jì)讀數(shù)土粒落踞粒徑小于某孔小于某孔時(shí)間溫度比重計(jì)刻度彎液溫度分散劑RNRNMCDRHRMCSLD徑的土質(zhì)徑的總土TT讀數(shù)面校正值校正值校正值MM）（MM）量百分?jǐn)?shù)質(zhì)量百分?jǐn)?shù)（MIN）（）（R）（N）（M）（CD（）（）120037111354935500314164316422003511134847363002415751575520031113434247500164141114111020029911134294238500123140814083020029111342414106000791378137860200291113424141230006113781378120200291113424141400046137813781440200291113424142250001713781378孔徑累積留篩土質(zhì)量小于該孔徑的土質(zhì)量小于該孔徑的土質(zhì)量百分?jǐn)?shù)小于該孔徑的總土質(zhì)量百分?jǐn)?shù)篩號MMGG103297927392730513287896189610251828288058805011928193679367盤底總計(jì)19圖2122界限含水率試驗(yàn)221試驗(yàn)?zāi)康恼承酝恋臓顟B(tài)隨著土的含水率的變化而變化。各種粘土都有一個(gè)處于塑性狀態(tài)的含水率范圍，塑限含水率就是這個(gè)范圍的量度值。對于工程來說，具有實(shí)用意義的就是液限、塑限和縮線。液限是細(xì)粒土成可塑狀態(tài)的上限含水率；塑限是細(xì)粒土成可塑狀態(tài)的下限含水率；縮限是細(xì)粒土從半固結(jié)狀態(tài)繼續(xù)蒸發(fā)水分過度和固體狀態(tài)時(shí)體積不再收縮的界限含水率。含水率低于縮限，水份蒸發(fā)時(shí)體積不再縮小。液限能較好的反應(yīng)土的某些物理力學(xué)性質(zhì)。區(qū)分塑性和脆性的界限含水率定義為塑限。液限和塑限間的差值為塑性指數(shù)，他是黏土塑性強(qiáng)弱的量度。222試驗(yàn)方法液限是區(qū)分粘性土可塑狀態(tài)和流動(dòng)狀態(tài)的界限含水率，測定土的液限主要有圓錐儀法和蝶式儀法等試驗(yàn)方法，也可采用液塑限聯(lián)合測定法測定土的液限。本次試驗(yàn)采用的是液塑限聯(lián)合測定法。223試驗(yàn)原理液限塑限聯(lián)合測定法是根據(jù)圓錐儀的圓錐沉入深度與其相應(yīng)的含水率在雙對數(shù)坐標(biāo)上具有線性關(guān)系的特性來進(jìn)行的。利用圓錐質(zhì)量為76G的液塑線聯(lián)合測定儀測得土在不同含水率時(shí)圓錐沉入深度，并繪制其關(guān)系圖，在圖上即可查到圓錐下沉深度為17MM時(shí)所對應(yīng)的含水率即為液限，查得圓錐下沉深度為2MM時(shí)所對應(yīng)的含水率即為塑限。224試驗(yàn)儀器（1）圓錐液限儀如圖22，主要有三個(gè)部分質(zhì)量為76G且?guī)в衅胶庋b置的圓錐，錘角30，高25MM，距錐尖10MM處有環(huán)形刻度；用金屬材料或有機(jī)玻璃制成的試驗(yàn)杯，直徑不小于40MM，高度不小于20MM；硬木或金屬制成的平穩(wěn)底座。圖22圓錐儀（2）稱量200G、最小分度為001G的天平。（3）烘箱、干燥器。（4）鋁制稱量盒、調(diào)土刀、小刀、毛玻璃板、滴管、吹風(fēng)機(jī)、孔徑05MM標(biāo)準(zhǔn)篩、研缽等設(shè)備。225試驗(yàn)步驟采用風(fēng)干土制備試樣。取過05MM篩的代表土樣約200G，分成三份，分別放在三個(gè)調(diào)土皿中，加入不同數(shù)量的純水，使分別達(dá)到接近液限、塑限和兩者中間狀態(tài)的含水率，調(diào)成均勻土膏，然后放入密封的保濕缸中，靜置24H。將調(diào)土皿中的土膏，用調(diào)土工具充分?jǐn)嚢杈鶆?，密?shí)的填入試杯中，應(yīng)使空氣逸出，高出試杯口的余土，用調(diào)土刀刮平，隨即將試杯放在升降底座上。取圓錐儀，在圓錐上涂抹一層凡士林油，接通電源，是電磁鐵吸穩(wěn)圓錐儀。調(diào)節(jié)升降座待試杯剛好上升至土面剛好與圓錐的錐尖相接觸，接觸指示燈亮?xí)r，調(diào)節(jié)屏幕準(zhǔn)線，使初讀數(shù)為零位刻度線，關(guān)閉電源使磁鐵失磁，圓錐儀在自重下沉入土中，經(jīng)五秒測讀圓錐沉入深度。然后將試杯中的合格試樣取出2個(gè)個(gè)10G以上放入稱量盒中，打開盒蓋放在盒底，將試樣同盒一起放入烘干箱中，在105至110溫度下烘到恒重，測定其含水率。按以上步驟分別測試其余2個(gè)試樣的圓錐沉入深度及相應(yīng)的含水率。根據(jù)圓錐沉入深度及相應(yīng)的含水率在雙對數(shù)坐標(biāo)上繪制關(guān)系曲線，求出圓錐沉入深度為17MM及2MM時(shí)的相應(yīng)含水率即為液限和塑限。226成果整理含水率安下列公式計(jì)算M10D式中含水率M濕土質(zhì)量，GMD干土質(zhì)量，G塑性指數(shù)和液性指數(shù)計(jì)算按下列兩式PPLIPLII式中塑性指數(shù)P液限，L塑限，P液性指數(shù)LI以含水率為橫坐標(biāo)，圓錐下沉深度為縱坐標(biāo)，在雙對數(shù)坐標(biāo)系內(nèi)繪制關(guān)系曲線。三點(diǎn)連一直線，當(dāng)三點(diǎn)不在一條直線上時(shí)，通過高含水率的一點(diǎn)與其余兩點(diǎn)連成兩條直線，在圓錐下沉深度為2MM處查得相應(yīng)的含水率，當(dāng)兩個(gè)含水率的差值小于2時(shí)，因以該兩點(diǎn)含水率的平均值與高含水率的點(diǎn)連成一線；當(dāng)含水率的差值大于或等于2時(shí)，應(yīng)補(bǔ)做試驗(yàn)。在圓錐下沉深度與含水率關(guān)系圖上，查出圓錐下沉深度深度為17MM時(shí)所對應(yīng)的含水率即為液限，查得圓錐下沉深度為2MM時(shí)所對應(yīng)的含水率即為塑限，一百分?jǐn)?shù)表示，取整數(shù)。表23液、塑限聯(lián)合試驗(yàn)工程名稱液塑限聯(lián)合試驗(yàn)試驗(yàn)者張則琪土樣說明粉質(zhì)粘土計(jì)算者曾德娟試驗(yàn)日期201304校核者劉慶偉試樣編號123圓錐入土深度（MM）4297173盒號207A盒重（G）495489466盒濕土重（G）6456462盒干土重（G）61660558濕土重（G）15151154干土重（G）121116114水質(zhì)量（G）29354含水率（）2397302351液限（）19塑限（）34塑性指數(shù)（）15土樣分類粉質(zhì)粘土2397,423020,973510,173110100100010000含水率（）入土深度H（MM）圖23圓錐下沉深度與含水率關(guān)系曲線23擊實(shí)試驗(yàn)231實(shí)驗(yàn)?zāi)康氖覂?nèi)擊實(shí)試驗(yàn)是為了確定擾動(dòng)土在一定擊實(shí)功能下干密度隨含水率變化的關(guān)系曲線，以求得土的最大干密度和最優(yōu)含水率，了解土的壓實(shí)特性，為工程設(shè)計(jì)和現(xiàn)場施工碾壓提供土的壓實(shí)性資料。土的壓實(shí)程度與含水率、壓實(shí)功能和壓實(shí)方法等有密切的關(guān)系，工程經(jīng)驗(yàn)表明欲將填土壓實(shí)，必須使其水分降低到飽和度以下，要求土處于三相狀態(tài)。因此，土的壓實(shí)過程，既不是固結(jié)的過程，也不同于一般的壓縮過程，而是一個(gè)土顆粒在不排水條件下的重新組構(gòu)過程。232試驗(yàn)方法該試驗(yàn)分為輕型擊實(shí)試驗(yàn)法和重型擊實(shí)試驗(yàn)法。輕型擊實(shí)試驗(yàn)法適用于顆粒不大于5MM的黏性土；重型擊實(shí)法適用于粒徑不大于20MM的土，若采用三層擊實(shí)時(shí)，最大粒徑不大于40MM。輕型擊實(shí)試驗(yàn)的單位擊實(shí)功為5922KJM3，輕型擊實(shí)試驗(yàn)分3層擊實(shí)，每層25擊。重型擊實(shí)試驗(yàn)的單位擊實(shí)功約為26849KJM3，重型擊實(shí)試驗(yàn)分5層擊實(shí)，沒層56擊；若分3層擊實(shí)，每層94擊。233輕型擊實(shí)法（一）試驗(yàn)原理土的壓實(shí)程度與含水率、壓實(shí)功能和壓實(shí)方法有密切的關(guān)系。當(dāng)壓實(shí)功能和壓實(shí)方法不變、含水率較低時(shí)，土的干密度隨含水率的增加而增加；當(dāng)干密度達(dá)到某一最大值后，含水率繼續(xù)增加則干密度逐漸減小，將土達(dá)到最大干密度時(shí)所對應(yīng)的含水率，稱為最優(yōu)含水率（PW0），該干密度值稱為最大干密度（DMAX）。擊實(shí)試驗(yàn)就是利用標(biāo)準(zhǔn)化的擊實(shí)裝置，確定土的干密度與含水率間的關(guān)系曲線，即擊實(shí)曲線，結(jié)合現(xiàn)場土密度的測定，得出填土的壓實(shí)度。（二）儀器設(shè)備輕型擊實(shí)儀（由擊實(shí)筒、擊實(shí)錘和護(hù)筒組成，擊實(shí)錘質(zhì)量25KG、落距305CM、擊實(shí)筒容積99695CM3，如圖所示）、天平、臺秤、推土器、烘干箱、噴水設(shè)備、碾土設(shè)備、盛土器、標(biāo)準(zhǔn)5MM、修土刀和保濕設(shè)備等。（三）操作步驟（1）試樣制備。采用濕法制備試樣，取天然含水率的代表性土樣20KG碾散，按要求過5MM篩，將篩下得土樣拌均勻，分別風(fēng)干或者加水到所要求的不同含水率。（2）為使試驗(yàn)結(jié)果更可靠，一般最少做5個(gè)含水率試樣，含水率依次相差2，且其中至少有兩個(gè)大于最優(yōu)含水率及兩個(gè)小于最優(yōu)含水率。試樣制備中，可按下式計(jì)算所需的加水量。制備試樣時(shí)必須使土樣中含水率分布均勻。011WOOM式中土樣所需加水量，KG；風(fēng)干含水率時(shí)土樣的質(zhì)量，WOW0土樣風(fēng)干總含水量，；W要求達(dá)到含水率，；（3）將擊實(shí)儀放在堅(jiān)實(shí)的地面上，擊實(shí)筒內(nèi)壁和底板涂一薄層凡士林，連接好擊實(shí)筒，與底板，安裝好護(hù)筒，檢查儀器各部件及配套設(shè)備的性能是否正常，并做好記錄。（4）從制備好的一份試樣中稱取一定數(shù)量土料，分3層或5層倒入擊實(shí)筒內(nèi)并將土面整平，分層擊實(shí)。對于3層擊實(shí)的輕型擊實(shí)實(shí)法，每層土料的質(zhì)量為600800G（其量應(yīng)使擊實(shí)后試樣的高度略高于擊實(shí)筒的13），每層擊打25擊。如為手工擊實(shí)，應(yīng)保證使擊實(shí)錘自由沿直線下落，錘擊點(diǎn)必須均勻分布于土面上；如為機(jī)械擊實(shí)，可將定數(shù)器撥到所需的擊數(shù)處，按動(dòng)電鈕進(jìn)行擊實(shí)。擊實(shí)后的每層試樣高度應(yīng)大致相等，兩層交接面的土面應(yīng)刨毛。擊實(shí)完成后，超出擊實(shí)筒的試樣高度小于6MM。（5）用修土刀沿護(hù)筒內(nèi)壁削挖后，扭動(dòng)并取下護(hù)筒，測出超高（應(yīng)取多個(gè)測點(diǎn)值平均，準(zhǔn)確至01MM），沿?fù)魧?shí)筒頂細(xì)心修平試樣，拆除底板。如試樣地面超出筒外，亦應(yīng)修平。（6）用推土器從擊實(shí)筒內(nèi)推出試驗(yàn)，稱量，準(zhǔn)確至1G。從試樣中心取出兩個(gè)一定量的土料（輕型為1520G）平行測定土的含水率，稱量準(zhǔn)確至001G，含水率的平行誤差不得超過1。一般不重復(fù)使用土樣。（四）成果整理按下式計(jì)算擊實(shí)后各試樣的含水率10DM式中W含水率，；M濕土質(zhì)量，G；MD試樣的干土質(zhì)量，G；按下式計(jì)算擊實(shí)后各試樣的干密度，計(jì)算至001GCM310D式中D干密度，GCM3；濕密度，GCM3；W含水量，。以干密度為縱坐標(biāo)、含水率為橫坐標(biāo)，繪制干密度與含水率的關(guān)系曲線。曲線上峰值點(diǎn)的縱、橫坐標(biāo)分別代表土的最大干密度和最優(yōu)含水率，如果曲線不能給出峰值點(diǎn)，應(yīng)進(jìn)行補(bǔ)點(diǎn)試驗(yàn)。234實(shí)驗(yàn)中的幾個(gè)問題（1）試驗(yàn)用土一般采用風(fēng)干土做試驗(yàn)，也有采用烘干土做試驗(yàn)的。試驗(yàn)證明最大干密度以烘干土最大，用烘干土做試驗(yàn)得到的最優(yōu)含水率比用風(fēng)干土的小，而最大干密度則偏大，因此以風(fēng)干土做試驗(yàn)較為合理。最優(yōu)含水率也因制備方法不同而不同，一烘干的土最低，這種現(xiàn)象黏土最明顯，黏粒含量越高，烘干對最大干密度影響也越大，這顯然是烘干影響了膠粒的性質(zhì)，故黏土不宜用烘干土備樣。（2）加水及浸潤。加水方法有兩種，即體積控制法和稱量控制法，以稱重控制法效果為好。灑水應(yīng)均勻，浸潤時(shí)間應(yīng)符合有關(guān)規(guī)定。（3）擊實(shí)筒一般應(yīng)放在混凝土地面上。（4）應(yīng)控制擊實(shí)容器中的余土高度符合試驗(yàn)規(guī)定，否則試驗(yàn)無效。（5）超尺寸顆粒應(yīng)進(jìn)行校正。（6）在統(tǒng)一規(guī)定擊實(shí)標(biāo)準(zhǔn)下，級配不均勻的土所得的曲線較陡，土的密度大；級配均勻的土所得的曲線平緩，土的密度小。一般土的塑性指數(shù)愈高，其最大干密度愈小。（7）兩次平行試驗(yàn)最大干密度的差值應(yīng)不超過005GCM3。表24擊實(shí)試驗(yàn)記錄表試樣編號110試驗(yàn)者曾德娟每層擊數(shù)25計(jì)算者張則琪試驗(yàn)日期201304校核者劉慶偉干密度含水率試驗(yàn)序號筒體積（CM3）濕土質(zhì)量（G）密度（G/CM3）干密度（G/CM3）盒號盒質(zhì)量（G）盒加濕土質(zhì)量（G）盒加干土質(zhì)量（G）濕土質(zhì)量（G）干土質(zhì)量（G）含水率平均含水率19001906166146662601541341499969524696259915113115315119701976167342557555215127181996954488646161521281875184200020116854666259515412919499695643959565151126198196200020116674964614151242199695845761584153127205207519511961589445595566151212397996951048964611151122238239最大干密度168最優(yōu)含水率1921515516165170510152025擊實(shí)曲線圖含水率DG/CM3系圖24擊實(shí)曲線圖24本章小結(jié)土粒度成分，通常以各粒組的質(zhì)量百分率來表示，說明各粒級的分配粒度情況，也稱顆粒級配。土粒度成分是土重要的基本性質(zhì)之一，對季節(jié)凍土的凍脹具有十分重要的影響。研究結(jié)果表明本區(qū)域土樣為粉質(zhì)粘土，最優(yōu)含水率192，顆粒級配良好。液限19塑限34。第三章凍融循環(huán)試驗(yàn)31實(shí)驗(yàn)?zāi)康谋敬卧囼?yàn)為季凍區(qū)一種土在幾次凍融后的力學(xué)行為，試驗(yàn)著手于研究路基土經(jīng)過多次凍融循環(huán)后的力學(xué)特性變化行為，力求尋找出不同種類的土在凍融循環(huán)后力學(xué)特性變化的相同點(diǎn)和不同點(diǎn)，并結(jié)合軟件的數(shù)值模擬,幫助預(yù)測季凍區(qū)路基土的強(qiáng)度變化行為，這對于季凍區(qū)公路的建設(shè)具有很強(qiáng)的指導(dǎo)意義，且具備一定的工程可行性。32試驗(yàn)方法（1）土樣的制備重塑土樣制備滿足JTGE40一2007公路土工試驗(yàn)規(guī)程T0102一2007條內(nèi)容規(guī)定，將土風(fēng)干后碾散并過05MM篩，取出足夠數(shù)量的試樣，試驗(yàn)時(shí)根據(jù)試件模具的容積，設(shè)定含水量和壓實(shí)度，計(jì)算每組試件所需的干土和水的質(zhì)量。將千土和水混合配樣悶料12小時(shí)。制得土樣如圖（圖31、圖32、圖33）所示圖31素土試樣圖32素土剪切后土試樣圖33素土試樣（2）試驗(yàn)的儀器凍融試驗(yàn)主要由環(huán)刀、擊實(shí)儀、天平、電子稱、恒溫箱（冰箱代替）、養(yǎng)護(hù)箱。（3）試驗(yàn)過程將制備好的試樣或達(dá)到養(yǎng)護(hù)齡期的試樣放到凍融試驗(yàn)冰箱中進(jìn)行凍融循環(huán)試驗(yàn)，凍結(jié)時(shí)在負(fù)溫的恒溫冷凍箱內(nèi)養(yǎng)護(hù)12H，融化時(shí)在S的恒溫箱中養(yǎng)護(hù)12H，此過程為一個(gè)凍融循環(huán)周期。凍融循環(huán)的試驗(yàn)周期次數(shù)選為O、1、3、6次，達(dá)到凍融循環(huán)周期次數(shù)后取出部分試樣進(jìn)行直接剪切試驗(yàn)，剩余試樣繼續(xù)做凍融循環(huán)試驗(yàn)。此外為了比較凍融對土力學(xué)性能的影響，也對養(yǎng)護(hù)完成后未經(jīng)歷凍融循環(huán)的試樣進(jìn)行了直接剪切試驗(yàn)。33凍融循環(huán)過程的實(shí)現(xiàn)進(jìn)行凍融循環(huán)試驗(yàn)，首先要確定凍結(jié)方式。凍結(jié)方式按照是否與外界水分補(bǔ)給的情況，可以分為開放系統(tǒng)和封閉系統(tǒng)兩種環(huán)境。同一種土在初始含水量和干密度相同、邊界溫度基本相同的條件下，開放系統(tǒng)中形成的分凝冰層數(shù)量和厚度凍脹量均比封閉系統(tǒng)中大得多凍結(jié)方式按照凍結(jié)方向可以分為單向凍結(jié)和三向凍結(jié)兩種方式。在相同凍結(jié)時(shí)間下，單向凍結(jié)時(shí)，由于存在明顯的溫度梯度，水分遷移尤其明顯，凍結(jié)后在試樣靠近上表面附近會(huì)出現(xiàn)水分相對集中的區(qū)域，但在三向凍結(jié)過程中，由于不存在單一方向的冷、暖面，凍結(jié)方向是由土體周圍指向土體中心，因此水分遷移以及凍結(jié)后相對集中含水量區(qū)域沒有單向凍結(jié)時(shí)明顯。不論是單向凍結(jié)，還是三向凍結(jié)，凍結(jié)速率也是影響水分遷移量的又一重要因素，凍結(jié)方式按照凍結(jié)的速度可以分為快速凍結(jié)和緩慢凍結(jié)兩種方式。在其它條件相同情況下，凍結(jié)速率越快，水分遷移量越小，土中水近乎是原位凍結(jié)成冰凍結(jié)速率越慢，水分遷移量越大，土中水在遷移中成冰。由上述分析可知，凍結(jié)方式的確定影響著凍融循環(huán)后試樣的力學(xué)性質(zhì)，本試驗(yàn)依據(jù)試驗(yàn)?zāi)康暮驮囼?yàn)條件，采用封閉系統(tǒng)下，相同凍結(jié)速率，三向凍結(jié)的方式。凍融循環(huán)過程在凍融試驗(yàn)冰箱中進(jìn)行，本試驗(yàn)采用保鮮膜保濕，這樣使凍融過程中接近封閉情況，能夠保證含水量變化較小。34凍結(jié)與融化時(shí)間的確定凍融循環(huán)是指某確定土體經(jīng)受一次或若干次連續(xù)不間斷的凍結(jié)和融化的過程。進(jìn)行凍融循環(huán)對某一特定試樣的力學(xué)性質(zhì)的影響研究，首先必須較為精確地確定凍結(jié)和融化所需時(shí)間。凍結(jié)或融化時(shí)間過短，不能凍結(jié)或融化透徹、完全凍結(jié)或融化時(shí)間過長，則浪費(fèi)試驗(yàn)時(shí)間。凍結(jié)穩(wěn)定狀態(tài)是指一定體積的試樣在一定的負(fù)溫條件下凍結(jié)均勻、徹底的狀態(tài)，凍結(jié)穩(wěn)定時(shí)間是指達(dá)到凍結(jié)穩(wěn)定狀態(tài)所需的最短時(shí)一間。土體凍結(jié)穩(wěn)定時(shí)間主要與凍結(jié)溫度關(guān)系密切，凍結(jié)溫度越低，凍結(jié)穩(wěn)定時(shí)間越短。這主要是因?yàn)樵谄渌鼦l件全相同的情況下，凍結(jié)溫度越低，正凍結(jié)或凍土的導(dǎo)熱系數(shù)越大，而比熱也越小，因此其冷量傳遞越快。根據(jù)高速鐵路路基土樣實(shí)際所處環(huán)境的氣溫資料確定凍融循環(huán)試驗(yàn)需要設(shè)置的土樣冷卻溫度和土樣融化溫度，再根據(jù)室內(nèi)試驗(yàn)確定試驗(yàn)凍結(jié)穩(wěn)定所需要的時(shí)間。本次試驗(yàn)采用的冷卻溫度為一3、一5和一7，同時(shí)考慮試驗(yàn)條件的限制和溫度的變化過程，將凍結(jié)時(shí)間統(tǒng)一確定為12H。35本章小結(jié)以往的工作中，學(xué)者大多關(guān)注于研究凍融作用對土物理性質(zhì)的影響，多數(shù)的研究認(rèn)為凍融作用具有類似擊實(shí)的效果，一方面，它會(huì)使密實(shí)土的孔隙比增大，另一方面，它又會(huì)使松散土的孔隙比減小，對于顆粒較細(xì)的土，滲透性在凍融循環(huán)后是有所增大的；土的界限含水量也會(huì)隨著凍融循環(huán)的作用有所變化。以往僅有相對較少的關(guān)注凍融作用對土力學(xué)性質(zhì)影響的研究，而本次試驗(yàn)將著重研究凍融循環(huán)對素土的力學(xué)性質(zhì)的影響。第四章直接剪切試驗(yàn)41驗(yàn)實(shí)驗(yàn)?zāi)康闹苯蛹羟性囼?yàn)是測定土的抗剪強(qiáng)度的一種常用方法。通常采用四個(gè)試樣，分別在不同的垂直壓力下，施加水平剪切力進(jìn)行剪切，求得破壞時(shí)的剪應(yīng)力，然后根據(jù)庫倫定律確定土的抗剪強(qiáng)度參數(shù)內(nèi)摩擦角和黏聚力。42試驗(yàn)方法本試驗(yàn)適用于測定細(xì)粒土的抗剪強(qiáng)度參數(shù)C和及土顆粒的粒徑小于2MM的砂土的抗剪強(qiáng)度參數(shù)。直接剪切試驗(yàn)分為快剪、固結(jié)快剪、慢剪3種方法。43試驗(yàn)原理（快剪法）直接剪切試驗(yàn)采用4個(gè)試樣，用不同的法向應(yīng)力作用于豎直方向，剪切時(shí)得到I不同抗剪強(qiáng)度，將4組（，）置于直角坐標(biāo)系中，用最小二乘法做直線，稱FIIFI作庫倫強(qiáng)度線。強(qiáng)度線在縱坐標(biāo)上的截距為黏聚力C，強(qiáng)度線與水平線的夾角為內(nèi)摩擦角?？旒粼囼?yàn)是在試樣上施加垂直壓力后立即快速施加水平剪切力，以0812MMMIN的速率剪切，一般使試樣在35MIN內(nèi)剪破。44儀器設(shè)備應(yīng)變控制式直接剪切儀（如圖所示）、百分表、環(huán)刀、推土器等圖41直剪儀圖22直剪儀45操作步驟（1）從原狀土樣中切取試樣或制備給定干密度及含水率的擾動(dòng)土試樣。（2）對準(zhǔn)上下盒，插入固定銷釘。將透水石放入剪切盒內(nèi)，然后放濕潤濾紙片。將裝有試樣的環(huán)刀平口向下，對準(zhǔn)剪切盒盒口，在試樣頂面放濕潤濾紙片、透水石，然后用推土器將試樣徐徐推入剪切盒內(nèi)，移去環(huán)刀。（3）順次加壓蓋板、鋼珠、加壓框架。轉(zhuǎn)動(dòng)手輪，使上盒前端鋼珠剛好與測力計(jì)接觸，調(diào)整測力計(jì)讀數(shù)為零。（4）每組試驗(yàn)應(yīng)取4個(gè)試樣，在4種不同垂直壓力下進(jìn)行剪切試驗(yàn)。一般可按50KPA、100KAP、200KAP、300KAP、400KAP范圍內(nèi)選擇施加。（5）施加垂直壓力后，立即拔去固定銷釘。開動(dòng)秒表，以0812MMMIN的速率剪切（每分鐘46轉(zhuǎn)的速度旋轉(zhuǎn)手輪），使試樣在35MIN內(nèi)剪損。但一般宜剪切至變形達(dá)到4MM。若測力計(jì)讀數(shù)繼續(xù)增加，則剪切變形達(dá)到6MM為止。手輪內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)一轉(zhuǎn)，同時(shí)測記測力計(jì)讀數(shù)并根據(jù)需要測記垂直位移計(jì)讀數(shù)，直至剪損為止。（6）剪切結(jié)束后，吸去剪切盒積水，倒轉(zhuǎn)手輪，盡快移去垂直壓力、加壓框架、鋼珠、加壓蓋板等。取出試樣，吸去剪切盒積水，測定剪切面附近土的含水率。46成果整理按下式計(jì)算試樣的抗剪強(qiáng)度FF0CR式中抗剪強(qiáng)度，KPA；F量里環(huán)率定系數(shù)，KAP001MM；0C量力環(huán)中測微表讀數(shù)，001MM；R以抗剪強(qiáng)度為縱坐標(biāo)，垂直壓力P為橫坐標(biāo)，繪制抗剪強(qiáng)度與垂直壓力P的FF關(guān)系曲線，根據(jù)圖上各點(diǎn)，繪制一條視測直線。直線的傾角為土的內(nèi)摩擦角，直線在縱坐標(biāo)上的截距為土的黏聚力C。如下表表41素土0次循環(huán)直接剪切試驗(yàn)數(shù)據(jù)表工程名稱凍融循環(huán)作用下素土靜力