第四節(jié)

分散性土鑒定試驗(yàn)步驟和計(jì)算

定義：分散性土系指土顆粒能在水中散凝呈懸浮狀態(tài)，被雨水或滲流沖蝕帶走而引起土體破壞的土。分散性土性狀：⑴自然界某些粘土，可稱為“分散性土”，具有被水沖蝕的現(xiàn)象，甚至比細(xì)砂或粉土還嚴(yán)重。⑵這些粘土的分散性質(zhì)，主要由于土顆粒之間的排斥力超過了相吸力（范德華力）。故一旦接觸水，土體的表面土粒逐漸依次脫落，成為懸液。如屬流動水，分散土粒即被帶走。⑶這些粘土的主要特點(diǎn)，在于孔隙水中鈉離子數(shù)量較多。鈉促使土粒周圍雙電層水膜增加厚度，因此土粒間相吸力減小。

⑷促使粘土分散性管涌的另一個主要原因，是決定于水庫蓄水所含不溶解鹽類的總量。該總量越低，土壩土料的分散性管涌可能性越大，這是產(chǎn)生離子的“解吸附作用”之故。⑸定義“可交換鈉離子百分比”ESP為ESP=Na/CEC(100)式中Na—可交換鈉離子數(shù)量，以100克干土內(nèi)毫克當(dāng)量計(jì)；CEC—可交換的離子總量。當(dāng)土料ESP=7～10，庫水相對說比較純潔，土屬中等分散性；當(dāng)土料ESP≥15，即有嚴(yán)重管涌的可能性。⑹具有較高ESP值的土壩，當(dāng)發(fā)生集中滲流時，有兩種可能的后果：①如滲水流速極慢，由于流道四周土的膨脹，流道會逐漸被封閉；②如滲水初速較快，分散土粒被陸續(xù)帶走，流道的擴(kuò)大比土膨脹所引起的封閉為快，于是最后導(dǎo)致管涌失事。⑺ESP值與其他常規(guī)土工試驗(yàn)所得指標(biāo)之間無一定的關(guān)系。但是經(jīng)驗(yàn)表明，管涌失事的土料一般屬中等塑性（液限wL=30～50%），少數(shù)也有屬高塑性者。⑻具有高ESP值，而且分散性極強(qiáng)的土，所含粘土一般均屬蒙脫土，某些伊利土也有高度分散性，一般來講，高嶺土ESP值不高，管涌失事極少。分散性土調(diào)查與評判：⑴搜集分散性土分布區(qū)水文、氣象、氣候資料，調(diào)查土壤類型，鹽堿土分布情況，植物生長情況，土壤水和潛水狀況，自然沖蝕和工程受損破壞情況以及防治分散性土災(zāi)害的工程措施與效果；⑵查明分散性土形成的地質(zhì)背景和特征，粘土礦物成份，化學(xué)成份、結(jié)構(gòu)、構(gòu)造、含鹽類型、水鹽動態(tài)及其與分散性土形成的關(guān)系；

⑶研究地表水、地下水和土壤的水鹽動態(tài)規(guī)律及其與分散性的關(guān)系；

⑷分散性土的判定應(yīng)以野外調(diào)查為主，結(jié)合室內(nèi)試驗(yàn)綜合判定，并應(yīng)符合以下四種鑒定試驗(yàn)的有關(guān)規(guī)定；⑸分散性土工程地質(zhì)評價(jià)，應(yīng)根據(jù)分散性土的礦物成份和化學(xué)成份、環(huán)境水的化學(xué)成份等評價(jià)分散性土的分散性及其對工程的影響，提出防治與處理措施的建議。分散性土鑒定步驟：分散性土目前有四種鑒定的方法：⑴針孔沖刷試驗(yàn)、⑵雙比重計(jì)分散度試驗(yàn)、⑶孔隙水可溶鹽試驗(yàn)、⑷碎塊試驗(yàn)。⑴針孔沖刷試驗(yàn)：

將土樣制成1.5in厚，放置在針孔試驗(yàn)設(shè)備中固定好，在土樣中間部位刺一個直徑為1mm的細(xì)孔；安裝好所有儀器設(shè)備部件，施加50mm水頭；在常水頭作用下，蒸餾水流過土樣1mm直徑的細(xì)孔，觀測5～10分鐘之間出來的水是否帶有顏色；對于分散性土，5～10分鐘之間出來的水帶有顏色，且細(xì)孔很快被沖蝕擴(kuò)大；對于非分散性土，即使在380mm水頭作用下，出水還是潔凈的，而且沒有沖蝕現(xiàn)象。針孔試驗(yàn)評價(jià)土的分散性標(biāo)準(zhǔn)分散性

試驗(yàn)水頭

試驗(yàn)持續(xù)時間

最終孔徑dz出水混濁情況

(mm)(min)(mm)高分散性土5010dz≥3.0很混濁

分散性土50102.0≤dz<3.0很混濁

過渡型土180101.5≤dz<2.0混濁

非分散性土1020≥5dz≤1.5微混濁

針孔沖刷試驗(yàn)示意圖如下：⑵孔隙水可溶鹽試驗(yàn)：土與蒸餾水拌和到接近液限的稠度，再用真空法將孔隙水汲出。測定孔隙水中四種金屬陽離子（鈣、鎂、鈉和鉀）總量，稱為TDS，以每立升中毫克當(dāng)量計(jì)（meq/l）?？山粨Q鈉離子百分?jǐn)?shù)PS=Na+/TDS×100%，判定指標(biāo)PS＞60%為分散性土。

⑶雙比重計(jì)法：該法也稱SCS（即美國土壤保持局）法，其主要步驟是對土樣進(jìn)行兩次比重計(jì)試驗(yàn)。第一次使用化學(xué)分散劑與機(jī)械振動，得曲線1；第二次不使用化學(xué)分散劑及機(jī)械振動，得曲線2。兩曲線的分歧即代表土的自然界的分散性。“分散百分比”的定義是這兩曲線在顆粒大小為0.005mm處的百分?jǐn)?shù)之比，分散性土通常大于50%。⑷碎塊試驗(yàn)：將1/4～3/8in的一塊土，放在盛蒸餾水約150ml的燒杯中，觀察5～10分鐘，視粘土粒轉(zhuǎn)入膠體懸液的情況，分成下列四種等級：等級1——沒有反應(yīng)，土塊在杯底塌散；等級2——微有反應(yīng)，土塊表面附近水有混濁；等級3——中等反應(yīng)，容易辨別懸液中的膠體；等級4——強(qiáng)烈反應(yīng)，杯底有一薄層膠體沉淀，整杯水混濁。

⑵供水設(shè)備：供水箱、提升架、橡皮管。供水箱設(shè)置溢流堰，能保持常水頭。⑶加荷設(shè)備：活塞杠、加荷框架、加荷杠桿和百分表支架。⑷量測設(shè)備：測壓管、量筒、秒表、溫度計(jì)、百分表和測壓裝置。⑸其他設(shè)備：擊錘（或振動器）、臺秤、天平及標(biāo)準(zhǔn)篩等。

試驗(yàn)步驟：⑴進(jìn)行滲透由上向下試驗(yàn)時，下游溢水箱水面應(yīng)高于或位于被保護(hù)土和濾層的接觸面。⑵試驗(yàn)開始時，以相應(yīng)于0.1～0.2的滲透坡降的水頭作為第一級水頭進(jìn)行試驗(yàn)，以后每隔1h加一級水頭。⑶每抬高一級水頭后，隔30min讀數(shù)1次。每級水頭應(yīng)測讀兩次。流量也應(yīng)進(jìn)行2次測量，取其平均值。③被保護(hù)土為粘質(zhì)土，滲透坡降大于50～100時；被保護(hù)土為無粘性土，滲透坡降大于10時，被保護(hù)土仍未破壞。⑻試驗(yàn)結(jié)束后，應(yīng)緩慢降低水箱水位。以防止上層細(xì)粒在停水過程中掉入下層，或通過透水板掉入下漏斗。⑼儀器中水放完后，分層取樣，進(jìn)行顆粒分析。在分層取樣時，記錄下列現(xiàn)象：濾層淤填厚度、接觸帶變化情況、被保護(hù)土中細(xì)粒流失粒徑、流失部位、深度等。計(jì)算和制圖⑴計(jì)算公式及有關(guān)指標(biāo)。

①干密度：ρd=md/（πγ2h）（6-1）②孔隙率：n=[1-ρd/（ρwGS）]*100（6-2）式中md—試樣干質(zhì)量，g；r—試樣半徑，cm；h—試樣高度，cm；ρd—干密度，g/cm3；ρw—水的密度，g/cm3；n—孔隙率，%；Gs—土粒比重。土粒比重Gs應(yīng)為粗細(xì)顆?；旌媳戎?，即：Gs=1/（P1/Gs1+P2/Gs2）（6-3）式中Gs1、Gs2—分別為粒徑大于和小于5mm的土粒比重；P1、P2—分別為粒徑大于和小于5mm土的含量，%。③滲透坡降：i=ΔH/L（6-4）

式中i—滲透坡降；

ΔH—測壓管水頭差，cm；L—與水頭差ΔH相應(yīng)的滲徑長度，cm。

④滲透流速：

υ=Q/A（6-5）式中Q—滲流量，cm3/s；A—試樣面積，cm2；

υ—滲透流速，cm/s。⑤滲透系數(shù)：kT=υ/i（6-6）⑵繪制被保護(hù)土的lgi～lgυ曲線和υ～t曲線。⑶繪制被保護(hù)土和濾層在試驗(yàn)前后的顆粒級配曲線，用以確定從被保護(hù)土層中帶出的土粒量及濾層內(nèi)淤填量。

二、

回彈模量試驗(yàn)。

目的和適用范圍：⑴本試驗(yàn)的目的是通過對試樣進(jìn)行規(guī)定壓力下的加載和卸載，測定土的回彈變形量，以確定土的回彈模量值。⑵本試驗(yàn)采用杠桿壓力儀法和強(qiáng)度儀法。杠桿壓力儀法用于含水率較大、硬度較小的試樣。⑶本試驗(yàn)適用于不同含水率和不同干密度的細(xì)粒土。杠桿儀法：儀器設(shè)備⑴杠桿壓力儀：最大壓力1500N，杠桿壓力儀如圖所示。⑵擊實(shí)筒：內(nèi)徑152mm，高166mm的金屬圓筒。但在與夯擊底板的立柱聯(lián)接的缺口板上多一個內(nèi)徑5mm、深5mm的螺絲孔，用來安裝千分表支架。護(hù)筒：高50mm；筒內(nèi)墊塊：直徑151mm，高50mm。夯擊底板與擊實(shí)儀同。⑶承載板：直徑50mm，高80mm。⑷千分表：2只，量程2.0mm。分度值0.001mm。⑸秒表：分度值0.1s。

試樣筒與承壓板計(jì)算及制圖⑴按下列公式計(jì)算每級荷載下試樣的回彈模量：

E=πpD*（1-μ2）/4l式中E—回彈模量，kPa；p—承載板上的壓力，kPa；D—承載板直徑，cm（5.0cm）；l—相應(yīng)于壓力的回彈變形（加載讀數(shù)減卸載讀數(shù)），cm；μ—土的泊松比，一般取0.35。⑵以壓力p為橫坐標(biāo)，回彈變形l為縱坐標(biāo)，繪制p～l曲線。⑶每個試樣的回彈模量取p～曲線上任一壓力與其對應(yīng)的按下列公式：E=πpD*（1-μ2）/4l計(jì)算⑷對于較軟的土，如果p～l曲線不通過原點(diǎn)，允許用初始直線段與縱坐標(biāo)軸的交點(diǎn)當(dāng)作原點(diǎn)，修正各級荷載下的回彈變形和回彈模量。

強(qiáng)度儀法：儀器設(shè)備⑴路面材料強(qiáng)度儀（同CBR試驗(yàn)貫入儀），儀器示意圖如下。

⑵擊實(shí)筒：內(nèi)徑152mm，高166mm的金屬圓筒，其形式和尺寸應(yīng)符合SL237—011—1999規(guī)程3.1.1的規(guī)定。但在與夯擊底板的立柱聯(lián)接的缺口板上多一個內(nèi)徑5mm、深5mm的螺絲孔，用來安裝千分表支架。護(hù)筒：高50mm；筒內(nèi)墊塊：直徑151mm，高50mm。夯擊底板與擊實(shí)儀同。⑶承載板：直徑50mm，高80mm。⑷千分表（量表）支桿與表夾：支桿長200mm，直徑10mm，一端帶有長5mm與擊實(shí)筒上螺絲孔聯(lián)接的螺絲桿，表夾可用鋼制，也可用硬塑料制成。⑸千分表：2只，量程2.0mm。分度值0.001mm。⑹秒表：分度值0.1s。

操作步驟⑴試樣制備按重型擊實(shí)法制備試樣，得出最大干密度和最優(yōu)含水率。⑵按最優(yōu)含水率制備試樣，以規(guī)定擊數(shù)在擊實(shí)筒內(nèi)制備試樣。⑶將制備好的試樣和擊實(shí)筒的底面放在強(qiáng)度儀的升降臺上，千分表支桿擰在擊實(shí)筒兩側(cè)的螺絲孔上，承載板放在試樣表面中央位置，并與強(qiáng)度儀的貫入桿對正；千分表和表夾安裝在支桿上，并將千分表測頭安放在承載板兩側(cè)的支架上。⑷搖動搖把，用預(yù)定的最大壓力進(jìn)