1、1水运工程试验检测工程师考试题库土工试验及地基承载力检测第一章土工基础知识1、土的形成我国的土大部分形成于第四纪或是新第三纪时期，按照地质营力和沉积条件可分为残积土（风化后在原处）和运积土。根据来源分为有机土和无机土，当土中有机质含量大于 5-10时会对工程产生不利影响。岩石可分为：岩浆岩、沉积岩、变质岩2、土的组成土由固相、液相和气相三相部分组成。 1) 固相：土由原生矿物（石英云母长石等）和次生矿物（高岭石蒙脱石等）组成，通过颗粒分析试验可以对土的级配进行确定，级配好的土压实度高、渗透性小、强度高。2) 液相：分为结合水（吸附在颗粒表面）和自由水两种。结合水：物理化学作用，对细粒土的影响大
2、。自由水：分为毛细管水和重力水。毛细管水的作用是表面张力和重力。重力水可以传递动水和静水压力，但不能承受剪力。含水率测得是两者含量之和。 3) 气相：开口和闭口气泡。闭口气泡使得土的渗透性减小，弹性增大，承载力降低，密度减小，变形缓慢。 3、国家标准土的工程分类规定:采用粗细粒统一体系分类法。工程用土主要是按照土的工程性质（如粒径、级配、塑性、有机质/压缩性等）进行分类。其中主要性质有：（1） 颗粒粒径工程上将相近粒径的土合成一组叫粒组，其中大于 0.075 mm 的叫粗粒，其性质主要取决于粒径大小和级配。小于 0.075 mm 的叫细粒，其性质主要取决于矿物组成。（2）塑性指数（Ip=Wl-
3、Wp）塑性指数相同，土的性质不一定相同，因为随着液限的变化土的性质变化也很大。作为建筑地基的土，其分类可见教材第 6 页，要注意粒径和塑性指数对土分类的影响。如细粒土分类的依据有粒径、塑性指数、稠度。港口工程地质勘察规范 （JTJ240-97 ）规定：按颗粒级配或塑性指数分为碎石土、砂土、粉土和粘性土碎石土 按照大于 2mm 粒径进行再分类砂土 按照小于 2mm 粒径进行再分类，用 Cc、Cu 表示组成特征（ 颗粒级配） ，密实度可由标贯击数判定。 粉土 按照大于 0.075mm 粒径和粘粒含量以及塑性指数（小于 10）进行再分类。 （冻胀最严重）按照小于 0.075mm 粒径以及塑性指数（大
4、于 10）进行再分类。粘性土天然含水率大于液限，天然孔隙比大于 1.0 的粘性土为淤泥性土填土 由人类活动堆积的土塑性图（细粒土分类）：液限为横坐标，塑性指数为纵坐标。有机土的测定:2(1)有机质呈黑色、青黑色或暗色，有臭味，弹性和海绵感。（2）将试样放在 105-110 烘箱中，如试样的液限小于烘前的液限 1/3 时，试样为有机质。需要说明的是：各种分类法中没有软土、冻土、盐渍土的称谓，也没有有机土、砂、石料等。4、土的结构土粒可分为三种类型：单粒结构：在动力作用下易液化，如粉土。絮凝结构：孔隙大，对扰动敏感。片堆结构：各向异性。5、土的物理性质指标是最基本的工程特征，是衡量土的工程性质的关
5、键。（1）三相指标： 土的物理指标分为 2 类指标试验指标（天然密度 、含水率 W、土粒比重 Gs）换算指标（孔隙比、孔隙率、饱和度）1）天然密度 ：总质量与总体积之比。2）饱和密度 sat：孔隙全为土水的质量与总体积之比3）浮密度 ：土粒质量与同体积的水质量之差与总体积之比（饱和密度1）4）干密度 d：土粒质量与总体积之比，是填土施工的控制指标。饱和密度天然密度干密度 浮密度5）含水率 w：水的质量与土粒质量之比。6）土粒比重 Gs：土粒质量与同体积 4 摄氏度水的质量之比，数值上等于土粒密度。7）孔隙比 e：孔隙体积与土粒体积之比（e=Gs/d1=土粒比重/干密度1）8）孔隙率 n：孔隙体
6、积与总体积之比(n=e/(1+e)9）饱和度 Sr：水体积与孔隙体积之比.(含水率小并不意味着饱和度小)注意：孔隙体积充水的孔隙和未充水孔隙体积土的空隙体积为零不能说明土的密度最大。不同土样（甲、乙）含水率与饱和度没有关系。（2）无粘性土的相对密度一般采用相对密度来衡量土的松紧程度 emax-e0 最大孔隙比-天然孔隙比Dr = _ = _emax-e0 最大孔隙比-最小孔隙比由三相指标换算可得相对密度的实用表达式：(天然干密度 -最小干密度)最大干密度Dr =_（最大干密度-最小干密度）天然干密度按相对密度区分土：疏松土：0Dr1/3 上面那个应该这样说：DR 大于零小于等于 1/3 中密土
7、：1/3Dr2/3 DR 大于三分之一，小于等于二分之三密实土：2/3Dr1（3）粘性土的稠度3三个界限含水量：液限（流动状态与可塑状态的分界含水量） 、塑限（可塑状态与半固体状态的分界） 、缩限（半固体状态与固体状态的分界） 。土从液限到缩限体积是不断减小的，缩限以后不再改变。根据三个界限求得的指数为：塑性指数和液性指数。塑性指数：Ip=WL-Wp，用整数表示（如 15） ，可用来判别粘性土的分类。其值越大表示越具有高塑性，粘粒含量越多。 液性指数： IL=(W-Wp)/ Ip可判别粘性土状态。坚硬：IL 0; 可塑：01.0含水率与软硬程度无关。6、土中水的运动规律1) 土的毛细性：水的毛
8、细作用主要存在于 0.0020.5mm 的孔隙中，如细砂土、粉土、湿砂中。湿砂土表现出的假粘聚力湿由于毛细压力形成的，不同于粘性土的粘聚力。2) 土的渗透性：达西定律(V=ki) ：指水在土中的渗透速度与水力坡降成正比。认为渗透属于 层流，一般只适用于砂性土。对于粘性土由于存在结合水的粘滞作用，需要加入起始水力坡降进行修正( V=k (i-io) )。 当渗透力向上时，常常造成 流砂、管涌 等危害。3) 冻土现象主要是指土体冻结时地面膨胀的冻胀现象和融化后土体强度急剧降低的冻融问题。 例题 1 已知土样体积 V37.5，湿土重 Mo0.6711N，烘干后重 M0.4915N ，比重 Gs=2.
9、68，计算孔隙比和饱和度。解：公式：e= Gs/d1；d/（1W ）; W=M 水/M 干土；Sr=V 水/V 孔隙；Gs M 干土/V 土粒；可求得：(1)W=M 水/M 干土（0.67110.4915）/0.4915=36.5%d/（1W ）=67.11/37.5(1+0. 365)=1.311e= Gs/d1=2.68/1.311-1=1.04(2) V 水=67.21-49.25=17.96V 土粒M 干土/Gs =49.15/2.69=18.27V 孔隙V- V 土粒=38.4-18.27=20.13Sr=V 水/V 孔隙=17.96/20.13=89.22%例题 2 某细粒湿土质量
10、为 190g，烘干后为 145g，土样液限为 36，塑限为 18，则求土塑性指数、液性指数、状态并命名。解：（1） 塑性指数 Ip=36%-18%=18 命名为粘土。（2） 液性指数4（3） 含水率 W =(190-145)/145=31.03%Il=(W-Wp)/ Ip=(31.03%-18%)/18%=0.72 为可塑状态。 1、某 1.5m3 的土样，重度为 17.5KN/m3，含水率 30，土粒重度 27KN/m3，则土粒体积为多少？(0.748 m3)2、若土样孔隙体积为土粒体积的 0.95 倍，若土样孔隙为水充满时（若土粒重度为 27KN/m3） ，土样重度为多少? (13.8 K
11、N/m3)3、土样含水率 15，干重度 16KN/m3，孔隙率 0.35，天然重度 10KN/m3，求饱和度。（68.5） 4、土的天然密度为 1.7g/cm3，含水率 22.2，土粒比重 2.72 7g/cm3，求孔隙比，孔隙率，饱和度。 （0.96，49，62.9） 5、含水率为 4的湿砂 100kg，其中水的重量 多少？7、土样和试样制备 了解：土样的采样和试样的制备过程熟悉：原状土样与扰动土样的概念掌握：原状土样取土、运输、保管应满足的要求为保证试验成果的可靠性，要统一土样试样的制备方法和程序。试样质量不是越大越好。一般室内土工试验的土样粒径均需小于 60mm 的扰动土，并以 含水率和
12、密度作为控制指标。原状土：用铁皮筒或取土器（直径大于 100mm）取土。扰动土：用四分法取样。（1）原状土试样制备注意：环刀内壁涂凡士林；环刀下压方向与天然土层方向一致；不立即进行试验时应保湿存放。余土进行含水量测定。平行试验或同一组试件的密度差值不大于 0.03g/cm3，含水量差不得大于 2%（2）扰动土试样制备1）碾压过筛加水浸润一昼夜备用，砂性土可酌量缩短物理性质试验（液塑缩限）过 0.5mm；水理及力学性质试验（如直剪无侧限）过 2mm：击实试验过 5mm。2）试样制备：击样法：就是根据环刀体积算出所需土样数量，用单层或三层法击实。压样法：就是用静力压到所需密度，粘性土压时最好有排气
13、孔和透水石。两种方法对力学性质有一定的影响。 （3）试样饱和 根据土的性质选用饱和方法1）浸水饱和法：砂性土2）毛细管饱和法：渗透系数大于 10-4cm/s 的土，注意上下两端放滤纸和透水石，水面不要淹没试样，时间不少于 2 昼夜。3）抽气饱和法：渗透系数小于等于 10-4cm/s 的土（粘性土） ，需要凡士林密封，抽真空达到一个大气压力值时开始注水，注水过程真空保持不变，待水淹没饱和器停止抽气，粘性土需静置 10 小时，饱和度不应低于 95。需要掌握试样加水量的计算饱和度的计算 加水量的计算5 第二章 含水量及界限含水量试验土工试验分为室内和现场试验。含水量是施工质量控制的重要依据，界限含水
14、量可用来计算塑性指数和液性指数，也是粘性土分类和估计地基承载力的依据。可以判断土体状态和塑性范围。1、含水量试验（试验步骤）（1）烘干法：适用于粘性土，砂性土及有机质土设备：烘箱、天平（感量 0.01g） 、干燥器数量：1530 克，砂土稍多些。温度：105110，有机土（含量大于 5）在 6570 度烘干，结果一般比实际偏大。时间：粘性土大于 8 小时，砂土大于 6 小时。烘干后放入干燥器冷却。 （2）酒精法适用于现场。土样：粘土 10g 左右、砂土 2030g。燃烧 3 次。结果略低于烘干法。试验结果精确到 0.1（如 15.2）测定原状土样的物理力学指标时，含水率可用重塑土样的含水率。（
15、一） 、烘干法1、 定义和适用范围(1) 土的含水量是在 105110下烘至恒量时所失去的水分质量和达恒量后干土质量的比值，以百分数表示，本法是测定含水量的标准方法。（2） 本试验方法适用于粘质土、粉质土、砂类土和有机质土类。2、仪器设备（1） 烘箱：温度能保持 105110。（2） 天平：感量 0.01g。（3） 其它：干燥器、称量盒等。3、试验步骤（1） 取具有代表性试样，细粒土 1530g；砂粒、有机土为 50g 称质量，称量结果即为湿土质量。（2） 揭开盒盖，将试样在温度 105110下烘干，烘干时间细粒土不得少于 8h，对砂类土不得少于6h。（3） 将烘干后的试样取出，放入干燥器冷却
16、，称质量准确至 0.01g。4、结果整理按下式计算含水量： 10sm式中：含水量 %m湿土质量 g ms干土质量 g本法须进行二次平行试验，取其算术平均值，允许平行差值如下表：含水量（%） 允许平行差值（% ）5 0.340 140 2（二） 、酒精燃烧法1、目的和适用范围本试验方法适用于快速简易测定细粒土（含有机质的除外）的含水量。62、仪器设备（1） 称量盒（2） 天平：感量 0.01g。（3） 酒精：纯度 95%。（4） 滴管、火柴、调土刀等。3、试验步骤（1） 取具有代表性试样，称湿土质量。（2） 用滴管将酒精注入放有试样的称量盒中，直至盒中出现自由液面为止。（3） 点燃盒中酒精，燃至
17、火焰熄灭。（4） 将试样冷却数分钟，重新燃烧两次。（5） 称干土质量准确至 0.01g。4、结果整理按下式计算含水量：10sm式中：含水量，%m湿土质量 gms干土质量 g本法须进行二次平行试验，取其算术平均值，允许平行差值如下表：含水量（%） 允许平行差值（% ）5 0.340 140 22、界限含水量试验界限含水量是土的固有指标与环境无关。（1） 液塑限联合测定法液塑限联合测定仪理论依据：根据极限平衡理论，当圆锥角为 30 度时，圆锥入土深度与含水量在双对数坐标上呈直线关系。试验时使的锥体在 5 秒时分别下降 3、17 毫米左右（太大或太小时制样困难） ，然后再控制几组在317 毫米之间，
18、椎入应重复二、三次取平均值，然后将数据绘制在双对数坐标上，查找 17 和 2 毫米所对应的含水量就是土体的液限和塑限。 土工试验方法标准和公路土工试验规程分别采用 76 克和 100 克的锥入土。7联合测定法1. 目的和适用范围:目的是联合测定土的液限和缩限，为划分土类、计算天然稠度、塑性指数，供公路工程设计和施工使用。适用于粒径不大于 0.5mm、有机质含量不大于试样总质量 5的土。2. 仪器精度要求：LP-1000 型联合测定仪：锥质量 100g，锥角 30天平：称量 200g，感量 0.01g筛、调土刀、烘箱、凡士林等。3. 试验步骤 取代表性的土样风干，研碎，过 0.5mm 筛。 将
19、0.5mm 筛下的土闷制三种不同含水量的土样，分别控制在液限（ a 点、锥入深度200.2mm） 、略大于塑限（c 点、锥入深度5mm和二者的中间状态（b 点、锥入深度约10mm） ，放置 18h 以上。 将制备好的土样搅拌均匀，分层装入盛土杯，用力压紧、刮平。将联合测定仪的锥头涂少许凡士林。 将盛土杯放在联合测定仪的升降座上，转动升降旋钮，使锥尖与土样表面刚好接触。扭动锥下降旋钮，试锥自由下降 5s 后，读数即为锥入深度（h 1） 。改变锥尖与土接触的位置（两次距离不小于 1cm） ，重复测试锥入深度（h 2） ， （h 1 与 h2 允许误差为 0.5mm）取 h1、h 2 平均值作为该点
20、的锥入深度 h。 去掉锥尖入土处的凡士林，取一定土样测含水量两个，取平均值为该土含水量。 重复第步骤，对其他两个含水量土样进行试验，测其锥入深度和含水量。4. 结果整理 在二级双对数坐标上，以含水量（w ）为横坐标，锥入深度（h）为纵坐标，点绘 a、b、c 三点含水量 hw 图，连接此三点应成一直线。根据液限，在 hpwL 关系图上，查得纵坐标入土深度 h20mm 所对应的横坐标的含水量 w，即为土样的液限 wL。 通过液限 wL 与塑限时入土深度 hp，再由 a、b、c 绘制的 hw 图中，求出入土深度为 hp 时所对应的含水量，即为该土的塑限 wp。 塑性指标：I P=wLwp精确至：0.
21、1，含水量测定二次相差不得大于 2%。在查 hpwL 关系图时，应先区分该土为砂类土、或是细粒土。8（3）滚搓法当滚搓到 3 毫米直径断裂时，含水量就是塑限（不是含水率） 。注意土体的断裂是水分减少的结果，而不是用力过大或土条太长的原因，其准确度取决于操作者的经验。搓成条状不断裂的土塑性越高。3、收缩试验4、成果应用（1）我国 建筑地基基础设计规范GB50007-2002用塑性指数划分细粒土。（Ip17 为粘土，101.0）（3）工程中还应用其估算地基土的承载力第三章 密度和比重试验方法主要有：环刀法（细粒土） 、蜡封法（易破裂和形状不规则） 、灌砂法（现场测定细粒土、砂质土和砾质土） 。（1
22、）环刀法环刀：截面面积 30，高 2cm；天平：感量 0.01g，称量 200g试验时先做比环刀内径大的土柱，环刀内壁涂凡士林，再压入环刀。（3）灌砂法适用于现场测定细粒土、砂性土、和砾类土粒径小于 15mm 的试样。测定层厚度 150200mm（注意标准砂密度测定步骤）标准砂密度的测定应按下列步骤进行标准砂应清洗洁净粒径宜选用密度宜选用0.250.5mm，密度宜为1.471.51g/cm 31. 组装容砂瓶与灌砂漏斗螺纹联接处旋紧称其质量2. 注水，称测定器和水的总质量，并测水温。根据温度修正系数换算出水的体积，即为测定器的体积。注入砂称总重，计算砂重，算砂密度在试坑中灌入标准砂精确至 10
23、g，然后求得土的密度。试坑尺寸必须与试样颗粒粒径相一致（P36） 。开挖试坑时必须将松动的土全部取出，否则结果偏高。可以使用套环减少试坑表面不平带来的误差。灌砂过程中切忌不要震动。 现场密度的测定方法主要有灌砂法、环刀法、核子密度仪法、钻芯法四种。 一） 、环刀法1 目的和适用范围本试验方法适用于细粒土。2仪器设备（1）环刀：内径 68cm，高 23cm，壁厚 1.52mm。（2）天平：感量 0.1g。（3）其他：修土刀、钢丝锯、凡士林等。3试验步骤（1）根据需要，取回待测土样，整平两端，环刀内壁涂一薄层凡士林，刀口向下放在土样上。（2）将土样削成大于环刀直径的土柱，边压边削，至土样伸出环刀上
24、部为止。削出两端余土，使与环刀口面齐平，并用剩余土样测定含水量。（3）擦净环刀外壁，称环刀与土合质量 m1，准确至 0.01 g。4结果整理按下列公式计算湿密度及干密度：9Vm21 01.d式中： 湿密度，g/cm 3m1环刀与土合质量， gm2环刀质量 gV环刀体积 cm3 d干密度，g/cm 3含水量 ，%本方法进行二次平行测定，取其算术平均值，其平行差值不得大于 0.03 g/cm3（四） 、灌砂法1 目的和使用范围本试验方法适用于现场测定细粒土、砂类土和砂砾土的密度。试样的最大粒径不得超过 15mm，测定密度层的厚度为 150200mm。2 仪器设备（1） 灌砂筒、金属标定罐、基板。（
25、2） 凿子、铁锤、毛刷等。（3） 台秤：称量 1015kg、感量 5g。（4） 玻璃板、饭盒（5） 其他：天平、烘箱等。3 试验步骤 （1）在试验地点，选一块约 4040的表面，清扫干净。将基板放在表面上。将盛有量砂 m5（g）的灌砂筒放在基板的圆孔上。打开灌砂筒开关，让砂流入基板的中孔内，直到筒内的砂不再下流时关闭开关。称筒内砂质量 m6，准确至 1g。（2）取走基板，将留在试验地点的砂收回，将表面清扫干净。将基板放在清扫干净的表面上，沿中孔凿洞，洞直径 150mm。凿出的土全部装入塑料袋内，凿洞完毕，称取塑料袋中全部试样质量，准确至1g。减去已知塑料袋质量后，即为试样的总质量 mt。（3）
26、从挖出的试样中取代表性样品，测定其含水量 。（4）将基板安放在试洞上，将灌砂筒安放在基板中间，使灌砂筒的下口对准基板的中孔及试洞。打开灌砂筒开关，让砂流入试洞内。关闭开关。取走灌砂筒，称量筒内剩余砂的质量 m4，准确至 1g。（5）如清扫干净的平坦地面上，粗糙度不大，则不需基板，直接将灌砂筒安放在试洞上，打开筒的开关，让砂流入试洞内。直到储砂筒内的砂不再下流时，关闭开关。称量筒内剩余砂的质量 m4，准确至1g。（6）取出试洞中的量砂。（7）如试洞中有较大孔隙，量砂可能进入孔隙时，则应按试洞外形，松弛地放入一层纱布。然后进行灌砂工作。4结果整理（1）按下式计算填满试洞所需的质量 mb（g）：灌砂
27、时试筒上放有基板的情况：mb=m1m4（ m5m6）灌砂时试洞上不放基板的情况：mb=m1m4 m2式中：m 1灌砂入试洞前筒内砂质量， g；m2灌砂筒下部圆锥体内砂的平均质量， g；m4、 m4灌砂入试洞后，筒内剩余砂质量，g；10（m 5m6）灌砂筒下部圆锥体内及基板和粗糙表面间砂的总质量， g。（2）按下式计算试验地点土的湿密度 （g/ cm 3）：sbt式中：m t试洞中取出的全部土样的质量，g；mb填满试洞所需砂的质量， g； s量砂的密度，g/ cm 3。（3）按下式计算土的干密度 d（g/ cm 3）：01.d2、比重试验（试验步骤） 比重是土粒在 105110 度下烘干后与同体
28、积 4 度纯水质量之比。数值上等于土粒密度。可以消除加速度带来的影响，是无量纲量。主要用来计算孔隙比和进行分类。方法有：比重瓶法、浮称法、虹吸筒法。 (1)比重瓶法 适用于粒径小于 5mm 的土。a) 比重瓶的校正：恒温水槽调至 5OC 或 10OC，防入装了纯水的比重瓶，待水温稳定后，称瓶和水的总质量。以 5OC 一级调节水温，每个水温下称瓶和水的总质量两次取平均值，且差值不得大于 0.002g。绘制温度与瓶和水总质量的关系曲线。b) 试验步骤： 100ml 比重瓶烘干，装入 15g 干土（50ml 瓶 12g 土） ，称量 注入一半水，摇动并用砂浴煮沸是为了去掉土中的空气，砂和低液限粘土大
29、于 30 分钟，高液限粘土不少于 60 分钟。 注满水称瓶水土总重量，立即测出瓶内水的温度，准确至 0.5OC,根据测得温度，从已绘制温度与瓶、水总重关系曲线中查得瓶水总质量。 对含有一定量的可溶盐、不亲水胶体或有机质的土，必须用中性液体（如煤油）测定，并用真空排除土中气体，真空表读数宜为 100Kpa 抽气时间 12 小时（直至悬液无气泡） 本试验称量应准确至 0.001g 计算：G s=ms/(m1+Ms-M2)*GWT注意事项：对于有可溶性盐或有机质的土样，可用中性液体代替纯水，用真空抽气代替煮沸法。3、砂的相对密度试验：适用于透水性良好的无粘性土仅仅用密度（孔隙比）不能完全说明砂土的状
30、态，只有相对密度才能解释砂的紧密程度。（1）最大干密度试验（最小孔隙比）仪器设备：最小孔隙比试验设备（包括最小孔隙比、金属容器、振动叉、击锤等） ，天平：称量 5Kg，感量 1g1）最大孔隙比的测定A 、取代表性试样 1.5，风干，并拌和均匀。B、将锥形塞杆自漏斗下口穿入，向上提起，使锥体堵住漏斗管口，放入体积为 1000 3 量筒中，使其下端与量筒底相接。C、称取试样 700g，倒入漏斗中，将漏斗与塞杆同时提高，移动塞杆使锥体略离开管口，管口应经常保持高出砂面约 12cm，使试样落入量筒中。D、取出漏斗与锥形塞，将砂面拂平，测读砂样体积，估读至 5 3。E、用手掌堵住筒口，将量筒倒转，转动试验，回到原来位置，记下体积的最大值，估读至 5 3。（2）最小孔隙比的测定
