长江中下游堤防工程地质研究-室内土工试验的操作方法和要点

D5.室内土工试验

室内土工试验均按现行的中华人民共和国水利电力部《土工试验规程》（SD128—84）的操作方法进行，这里仅将有关要点明确如下。

5.1　颗粒大小分析试验

对于粉质粘土、粘土，按比重计法测定；对于砂壤土及极细砂，应先进行筛分试验（大于0.1mm颗粒），再进行比重计测定，联合提出级配曲线。

5.2　液限、塑限含水率试验

液限、塑限含水率联合试验是采用76g圆锥仪测定在5秒时土在不同含水率时圆锥下沉深度，在双对数坐标纸上绘成圆锥下沉深度和含水率的关系直线，液限为17mm锥深时的含水率，塑限为2mm锥深时的含水率。试验时，应剔除大于0.5mm的颗粒，然后将土制备成下沉深度约为4～5mm、9～11mm、16～18mm范围内的土膏，并测定其含水率。

5.3　土的定名

土的定名应按《土的工程分类》（SD128－001—84）的规定进行。先按颗粒大小进行分类，即粗粒土（大于0.1mm颗粒占50%以上）和细粒土（小于0.1mm颗粒占50%以上）。对粗粒土又按细粒土的含量及不均匀系数和曲率系数进一步进行定名；对细粒土按液限、塑限指数及细粒土中粗粒的含量进一步进行分类定名。考虑到堤防工程的历史性，在试验中除按《土的工程分类》分类定名外，还要根据颗粒组成按三角坐标系进行定名，以便同以往试验资料相互类比。

5.4　相对密度试验

对于水闸基础15m深度范围内的粉土，粉细砂要进行相对密度试验，以评价其动力特性。

相对密度试验操作步骤按SD128－009—84规定进行，需土样5kg。

5.5　击实试验

对于堤身加培土料及内平台土料均要进行击实试验，以确定其最大干密度和最优含水率，为评价压实质量提供参数。

击实试验标准采用普氏击实标准，即击实功能为591.6kJ/m。单位面积冲量为3kPa·s。试验操作及成果整理按《土工试验方法标准》（GBJ123—88）进行，每组需土样30kg。

5.6　渗透试验

对于堤身填土及堤基各土层均要进行渗透试验，以确定土层的渗透系数，本试验均采用南55型渗透仪进行变水头试验。试验前，对土样要进行抽气饱和。每次试验要进行6次，每次试验应在3～4小时完成，具体操作及成果整理按SD128－012—84有关规定执行。

5.7　压缩（固结）试验

对已建堤防加固工程，堤基15m范围内土可进行快速法压缩试验，每级荷载下稳定1小时，按50kPa、100kPa、200kPa、400kPa进行加荷，最后一级稳定24小时，并对各级沉降量进行修正，计算压缩系数a_v0.1－0.2和压缩模量Es0.1－0.2，供计算沉降使用。

对于新建堤段的堤基土，应进行标准压缩（固结）试验，即每级荷载下稳定24小时，并按12.5kPa、25kPa、50kPa、100kPa、200kPa、400kPa进行加荷；对软基堤段的软土层还应测定其固结系数。

5.8　土的抗剪强度试验

（1）抗剪强度试验分为直剪及三轴试验，按排水条件又分排水剪切试验和不排水剪切试验。试验指标应与堤防的工作状态相对应，应满足《堤防工程设计规范》（GB50286—98）的要求，见附表8。

（2）当堤基为饱和粘土，并以较快的速度填筑堤身时，可进行快剪或不排水的现场十字板试验。

（3）直剪快剪、固结快剪、慢剪、三轴不排水剪、固结不排水剪，固结排水剪的具体试验方法见《土工试验规程》（SD128—84）。

附表8　土的抗剪强度试验方法与强度指标

（4）对于已建堤防加固工程，因稳定性不是主要问题（或存在水位降落期稳定问题），可先行安排固结快剪试验；对新建堤防除进行直剪快剪、固结快剪试验外，还应进行慢剪试验；对于重要新建堤段，还应进行三轴固结排水剪切试验，以提供应力应变关系参数，如非线性弹塑性邓肯张模型参数。

5.9　土的渗透变形试验

（1）土的渗透变形试验根据堤后表层土体的分布情况，选取代表性断面进行取样。每个断面取1～3组样，按照地表土的性质和渗流的出逸方向进行组数的选取。取样点应位于堤后300m范围之内。取样时应除去表层耕植土，挖坑取方块原状土样。要求尽可能减少对土样的扰动，并作好土样标示（如方向代号），运输过程中注意防振，并防止含水率改变。

（2）开样过程中要保持试样的有效尺寸，并保持试样的固有特性不变，周边止水效果应满足要求。

（3）按《土工试验规程》（SD128—84）要求进行试验及成果整理。(www.xing528.com)

5.10　水质分析与土的矿化分析

（1）水质分析试验按《水质监测规范》（SD127—84）要求进行。

（2）土的矿物化学分析按《土工试验方法标准》（GBJ123—88）要求进行。

D6.土工试验资料的分析与建议参数

6.1　土工试验原始记录格式必须符合计量论证的要求，必须使用钢笔或签字笔记录。

6.2　原始数据记录不允许随意改动，如确需更改，作废数据应划两条水平线，将正确数据填在上方并加盖更改人印章。

6.3　检测数据均采用法定计量单位，其有效位数满足附表9的要求。

附表9　土工试验数据的有效位数

注：其他项目参考同类指标确定。

6.4　试验完成后，填报土工试验成果总表，表格式见《室内土工试验成果表》、《垂直（水平）渗透变形试验成果总表》、《水样简分析试验成果总表》。

6.5　收集地勘钻孔平面布置图、钻孔柱状图资料，确定地层单元分段分层。

6.6　根据地质单元区段及层位按原状土和扰动土及不同试验方法，分别进行统计，计算出每层土测试参数的平均值、均方差、变异系数、数值范围和数据组数，填报统计表。

6.7　对试验数值范围值变化变异系数大的土层应仔细检查是否为地质单元土层分类不当或试验数据有误，分析原因后进行一定的补充试验。

6.8　试验数据一般不允许舍弃，分析原因后，应按3倍均方差作为舍弃标准。

6.9　试验数据建议值：

（1）土工试验测试指标按其在工程设计中的实际作用分为一般特性指标和主要计算指标。

（2）对一般特性指标，如土的天然密度、天然含水率、土粒比重、颗粒组成、液限、塑限、有机质、水溶盐、矿物成分等，建议值取多次测定值的算术平均值。

（3）对主要计算指标，如土的凝聚力、内摩擦角、压缩系数、变形模量、渗透系数、临界比降等应按不同的试验工作量进行选用，并指明参数选用方法。

当测定试验组数n＞30组，均可采用算术平均值。

当测定试验组数n＜30组时，根据建筑物的重要程度选取：大值平均值（或小值平均值）即对大于（或小于）算术平均值的诸值所得的平均值；均方差平均值，即算术平均值加（或减）1倍均方差绝对值；保证率平均值，即算术平均值加（或减）1倍保证率σ所对应的保证值。

重要堤段，建议选用保证率平均值。对于2级及以下堤防采用大值（或小值）平均值。抗剪强度取小值平均值，压缩系数取平均至大值平均值，渗透系数的取值根据地层结构形式和设计侧重的问题取大值或小值平均值，临界比降取小值平均值。

室内土工试验成果表

垂直（水平）渗透变形试验成果总表

水样简分析试验成果总表