公路试验检测材料考试大纲和知识点.docx

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公路试验检测材料考试大纲和知识点

材料--大纲要求的知识点

1土工试验

（1）土的三相组成及物理性质指标换算

了解：

土的形成过程。

  土是由地壳表面的岩石经过物力风化化学风化和生物风化作用之后的产物。

岩石暴露在大气中，受到温度变化的影响，体积经常发生膨胀和收缩，不均匀的膨胀和收缩使之产生裂缝，同时长期经受风霜雨和雪的侵蚀以及动植物的破坏，逐渐由整块岩石崩解成大小不等和形状不同的碎块，这个过程叫物理风化。

物理风化只改变岩石颗粒的大小和形状，不改变颗粒的成分。

物理风化后形成的碎块与氧气二氧化碳和水接触，经过化学变化，变成更细的颗粒并且成分也发生改变，产生与原来岩石成分不同的矿物，这个过程叫做化学风化。

在此基础上，加之生物活动的参与，从而产生有机质的积聚，经过这些风化作用所形成的矿物颗粒堆积在一起，其间贯穿着孔隙，孔隙间存在着水和空气。

这种松散的固体颗粒（有时还会含有有机质）水和气体的集合体即是土。

熟悉：

土的三相组成；土的物理性质指标及指标换算。

   土是由土颗粒（固相）水（液相）及气体（气相）三种物质组成的集合体。

   土的密度 土颗粒的比重（或土粒密度）土的含水量 干密度 饱和密度 浮密度 孔隙比 孔隙率 饱和度

指标换算：

上述土的三相比例指标中，土粒比重G、含水量ω和重度γ三个指标是通过试验测定的。

在测定这三个基本指标后，可以导得其余各个指标

常用图2-21所示三相图进行各指标间关系的推导，

令γw=1gf/cm3，令Vs=e，V＝1＋e，Ws=VsG=G，Ww＝ωWs=ωG,W=G（1+ω）。

常用图2-21所示三相图进行各指标间关系

土的三相比例指标换算公式如下：

掌握：

含水量试验；密度试验；相对密度试验

  含水量试验 （烘干法）一、定义

土的含水量是在105-110℃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。

二、适用范围

    粘质土、粉质土、砂类土和有机质土类。

三、主要仪器设备

烘箱：

可采用电热烘箱或温度能保持105-110℃的其他能源烘箱，也可用红外线烘箱

天平：

感量0.01g。

    称量盒（定期调整为恒质量）

四、计算公式 含水量＝（湿土质量－干土质量）/干土质量 ×100％注：

计算至0.1％。

五、允许差值

本试验须进行二次平行测定，取其平均算术平均值，允许平行差值应符合如下规定

含水量（％）      允许平行差值（％）

       5以下           0.3

       40以下           ≤1

       40以上           ≤2

密度试验（灌砂法）

一、目的与使用范围

  本试验适用于在现场测定基层（或底基层）、砂石路面土路基土的各种材料的压实层的密度和压实度，也使用于路清表面处治、沥青贯入式路面层的密度和压实度检测，但不适用于填石路堤等有大孔洞或大孔隙材料的压实度检测。

用挖坑灌砂法测定密度和压实度时，应符合下列规定：

（1）、当基料的最大粒径小于15mm，测定层的厚度不超过150mm时，宜采用直径100mm的小型灌砂筒测试。

（2）、当最大粒径等于或大于15mm，但不大于40mm，测定层的厚度超过150mm，但不超过200mm时，应用直径150mm的大型灌砂筒测试。

二、仪器与材料

灌砂筒、金属标定罐、基板、量砂（粒径0.30～0.60mm或0.25～0.50mm清洁干燥均匀砂20～40g）

三、方法与试验步骤

1、标定灌砂筒下部圆锥体内砂的质量。

2、标标定量砂的单位质量γ（g/cm^3）

3、将盛有量砂（M5）的灌砂筒放在基板中间的圆孔上，将灌砂筒的开关打开，让砂流入基板的中空内，直到砂不在流。

取下灌砂筒，称取量筒内砂的质量（M6），准确至1g。

4、称取试坑中全部材料的总质量Mw。

5、从挖出的全部材料中取有代表性的样品，测定其含水量（ω，％）。

用小灌砂筒测定时，细粒土不小于100g，中粒土不小于500g;用大砂筒，相应的细粒土不小于200g，中粒土不小于1000g，粗粒土或无机结合料稳定材料，不少于2000g，称其质量（Md）。

6、将基板放在试坑上，灌砂筒放在基板中间，打开灌砂筒开关，直至砂不再流动，称取量筒内砂的质量（M4）。

7、如清扫干净的平坦表面的粗糙不大可省去3的操作，试洞挖好后直接对准放在试坑上，不需要放基板，打开筒的开关，最后称取剩余砂的质量（M4'）。

四、计算

1、填满试坑所用砂的质量：

灌砂时试坑上放基板时：

  Mb=M1－M4-（M5-M6）

 灌砂时试坑上不放基板时：

   Mb=M1－M4'-M2

Mb--填满试坑的砂的质量（g）

M1--灌砂前灌砂筒内的砂的质量（g）

M2--灌砂筒下部圆锥体内砂的质量（g）

2、试坑材料的湿密度：

ρw＝Mw*γs/Mb

Mw--试坑中取出的全部材料质量，（g）

γs--量砂的单位质量，（g/cm^3）

3、试坑材料的干密度ρd：

ρd=ρw/（1+0.01ω）

ω--试坑材料的含水量，％

当为无机结合料稳定土时：

ρd=Md*γs/Mb

五、报告

各种材料的干密度均准确至0.1g/cm^3。

相对密度：

试验步骤

　　1、取试样一份装入干净的搪瓷盘中，注入洁净的水，水面至少高出试样2cm，轻轻搅动土样，使附着在土样上的气泡逸出。

　　2、将吊篮挂在天平的吊钩上，浸入溢流水槽中，向溢流水槽中注水，水面高度至水槽的溢流孔为止，将天平调零。

　　3、调节水温在15℃－25℃范围内。

将试样移入吊篮中。

溢流水槽中的水面高度由水槽的溢流孔控制，维持不变。

称取土样的水中质量（mw）。

　　4、提起吊篮，稍稍滴水后，将试样倒入浅搪瓷盘中，或直接将土样倒在拧干的湿毛巾上。

　　5、立即在保持表干状态下，和负温取土样的表干质量（mf）。

  6、将土样置于浅盘中，放入105℃±5℃的烘箱中烘干至恒重。

取出浅盘，放在带盖的容器中冷却至室温，称取土样的烘干质量（ma）。

7、对同一规格的土样应平行试验两次，取平均值作为试验结果。

计算

　　γb=ma/（mf-mw）

γb－土样的毛体积相对密度

mf－试样的表干质量

mw－试样的水中质量

ma－试样的烘干质量

ρb=γb*ρT或ρb=（γb-αT）*ρw

ρb－土样的毛体积密度（g/cm^3）

ρT－试验温度T时水的密度

αT－度验温度T时的温度修正系数

（2）土的粒组划分及工程分类

了解：

粒度粒度成分及其表示方法；司笃克斯定律。

   土粒的大小称为粒度。

   土的粒度成分是指土中各种不同粒组的相对含量（以干土质量的百分比表示），它可用来描述土的各种不同粒径土粒的分布特性。

表示方法有：

表格法 累计曲线法 三角形坐标法

熟悉：

土粒级配指标：

Cu Cc；土粒大小及粒组划分。

   不均匀系数 Cu＝d10/d60

   曲率系数（或称级配系数）Cc＝d302/d10×d60

   土粒大小及粒组划分于P108图4－11粒组划分图

掌握：

土的工程分类及命名（现行《公路土工试验规程》）；颗粒分析试验。

      颗粒分析试验：

筛分法

一、适用范围

            适用于分析粒径大于0.074mm的土。

二、主要仪器设备

          标准筛：

粗筛（圆孔）：

孔径为60mm、40mm、20mm、10mm、5mm、2mm；细筛：

孔径             为2mm、0.5mm、0.25mm、0.074mm。

          天平：

称量5000g，感量5g；

          称量1000g，感量1g；

          称量200g，感量0.2g。

三、试样

          从风干、松散的土样中，用四分法按照下列规定取出具有代表性的试样：

          小于2mm颗粒的土100-300g。

          最大粒径小于10mm的土300-900g。

          最大粒径小于20mm的土1000-2000g。

          最大粒径小于40mm的土2000-4000g。

          最大粒径大于40mm的土4000g以上。

四、计算公式

          按下式计算小于某粒径颗粒质量百分数：

 X=（A/B）×100

          式中：

X－小于某粒径颗粒的质量百分数，％；

          A－小于某粒径的颗粒质量，g；

          B－试样的总质量，g。

当小于2mm的颗粒如用四分法缩分取样时，试样中小于某粒径的颗粒质量占总质量的百分数：

X=（a/b）×p×100

  式中：

a－通过2mm筛的试样中小于某粒径的颗粒质量，g；

     b－通过2mm筛的土样中所取试样的质量，g；

     p－粒径小于2mm的颗粒质量百分数。

  关于不均匀系数的计算：

  Cu=d60/d10

  式中：

Cu－不均匀系数；

     d60－限制粒径，即土中小于该粒径的颗粒质量为60％的粒径，mm；

     d10－有效粒径，即土中小于该粒径的颗粒质量为10％的粒径，mm；

比重计法 一、适用范围

  本法适用于分析粒径小于0.074mm的土。

二、主要仪器设备

  比重计：

（1）甲种比重计：

刻度单位以摄氏20℃时，每1000ml悬液内所含土质量的克数表示，刻度为－5～50，最小分度值为0.5。

（2）乙种比重计：

刻度单位以摄氏20℃时悬液的比重表示，刻度为

        0.995～1.020，最小分度值为0.0002。

  量筒：

容积为1000ml，内径为60mm，高度为350±10mm，刻度为0～1000ml。

  细筛：

孔径为2mm，0.5mm，0.25mm;

  洗筛：

孔径为0.074mm。

  天平：

称量100g，感量0.1g；

     称量100g（或200g），感量0.01g。

  温度计：

测量范围0～50℃，精度0.5℃。

  洗筛漏斗：

上口径略大于洗筛直径，下口直径略小于量筒直径。

  煮沸设备：

电热板或电砂浴。

搅拌器：

底板直径50mm，孔径约3mm。

三、试样

比重计分析土样应采用风干土。

土样充分碾散，通过2mm筛（土样风干可在烘箱内以不超过50℃温度鼓风干燥）。

求出土样的风干含水量，并按下式计算试样干质量为30g时所需的风干土质量。

准确至0.01g.

m=ms（1+0.01w）

式中：

m-风干土质量，g；

   ms-比重计分析所需干土质量，g；

   w-风干土的含水量，％。

四、计算公式

小于某粒径的试样质量占试样总质量的百分比按下列公式计算：

1  甲种比重计

2X=100×Cg（Rm+Rt-Cd）/ms

式中：

X-小于某粒径的土质量百分数，％；

   ms-试样质量（干土质量），g；

   Cg-比重校正值

   Mt－温度校正值；

   Cd-分散剂校正值；

   Rm-甲种比重计读数。

3  乙种比重计

4X=100×V×Cg[（Rm-1）+mt-Cd]×ρw20

式中：

V-悬液体积（＝1000ML）；

   ρw20－20℃时水的密度，g/cm^3

   Rm-乙种比重计读数。

（3）土的相对密实度及界限含水量

了解：

天然稠度试验。

熟悉：

相对密实度Dr的基本概念及表达：

黏性土的界限含水量（液限wl 塑限wp缩限ws）；塑性指标Ip 液性指数Il。

砂土在天然状态的紧密程度用相对密实度Dr表示。

Dr=（emax—e）/（emax—emin）

土从液体状态向塑性体状态过渡的界限含水量称为液限wl

土由塑性体状态向脆性固体状态过渡的界限含水量称为塑限wp

达某一含水量后，土集体不再收缩，这个界限含水量称为缩限ws

  液限与塑限之差值，称为塑性指标Ip=wl—wp  

表示天然含水量与界限含水量关系的指标即液性指标Il =（w－wp）/（wl—wp）

掌握：

砂土相对密实度测试；界限含水量试验

标准贯入试验是用标准的锤重（63.5kg）,以一定的落距（76cm）自由下落所提供的锤击能，把以标准贯入器打入土中，记录贯入器贯入土中30cm的锤击数N（或N63.5）。

贯入击数反应了天然土层的密实程度。

（4）土的动力特征与击实试验

了解：

击实的工程意义；击实试验原理。

  在工程建设中，经常遇到填土压实、软弱地基的强夯和换土碾压等问题，常采用既经济又合理的压实方法，使土变得密实，在短期内提高土的强度以达到改善土的工程性质的目的。

击实是指采用人工或机械对土施加夯压能量（如打夯碾压振动碾压等方式），是土颗粒重新排列紧密，对于粗粒土因颗粒的紧密排列，增强了颗粒表面摩擦力和颗粒之间嵌挤形成的咬合力。

对细粒土则因为颗粒间的靠紧而增强粒间的分子引力，从而使土在短时间内得到新的结构强度。

熟悉：

土的击实特性；影响压实的因素。

含水量对整个压实过程的影响；击实功对最佳含水量和最大干密度的影响；不同压实机械对压实的影响；土粒级配的影响。

掌握：

击实试验。

一、目的本试验分轻型击实和重型击实。

小试筒适用于粒径不大于25mm的土，大试筒适用于粒径不大于38mm的土。

  二、仪器设备标准击实仪：

分轻重型两种。

  天平：

感量：

0.01g。

  台秤：

称量10kg，感量5g。

  园孔筛：

孔径38mm、25mm、19mm、5mm各1个。

拌和工具：

400mm×600mm、深70mm的金属盘、土铲。

三、计算公式干密度＝湿密度/（1+0.001ω）

   式中：

ω－含水量，％。

（5）土体压缩性指标及强度指标。

了解：

压缩原理；有应效力原理；与强度有关的工程问题；三轴压缩试验；黄土湿陷试验。

   压缩原理：

　测定土的湿密度、含水率，计算土样干密度、初始孔隙比，并用此密度、含水率条件下的试样进行压缩试验，根据试验数据绘制孔隙比与压力的关系曲线（即压缩曲线），确定土的压缩系数、压缩模量，评价土体的压缩性

  与强度有关的工程问题：

土体的压缩变形主要是由于孔隙的减小所引起的，饱和土的压缩需要一定时间才能完成的，饱和土的孔隙中全部充满水，要使孔隙减小，就必须使土中的水部分挤出，亦即土的压缩与孔隙中水挤出使同时发生的。

土中水部分挤出需要一定时间，土的颗粒越粗，孔隙越大，则透水性越大，因而土中的水挤出和土体的压缩越快，粘土颗粒很细，则需要很长时间。

首先使土作为材料构成的土工构筑物的稳定问题，其次是土作为工程构筑物的环境问题，即土压力问题，再次则是土建筑物地基的承载力问题。

三轴压缩试验：

不固结不排水剪（UU试验）固结不排水剪（CU试验）固结排水剪（CD试验）

熟悉：

室内压缩试验与压缩性指标；先期固结压力pc与土层天然固结状态判断；强度指标cФCBR的概念。

  土样连同金属环刀装于容器内，在无侧胀条件下对土样分级施加竖向压力，测记每级压力下不同时间的土样竖向变形（压缩量）△ht 以及压缩稳定时的变形量△h，据此计算并绘制不同压力p时的△ht－t曲线和△h－p关系曲线或者孔隙比e与压力p的关系曲线。

土的压缩系数a；土的压缩模量Es；压缩指数Cc。

  C指土的粘聚力 Ф指土的内摩擦角 CBR指承载比       

掌握：

固结试验；直接剪切试验；无侧限抗压试验；承载比（CBR）试验；回弹模量试验。

  直接剪切试验：

直接剪切仪分为应变控制式和应力控制式两种，前者是等速推动试样产生位移，测定相应的剪应力，后者则是对试件分级施加水平剪应力测定相应的位移，目前我国普遍采用的是应变控制式直剪仪，该仪器的主要部件由固定的上盒和活动的下盒组成，试样放在盒内上下两块透水石之间。

试验时，由杠杆系统通过加压活塞和透水石对试件施加某一垂直压力σ，然后等速转动手轮对下盒施加水平推力，使试样在上下盒的水平接触面上产生剪切变形，直至破坏，剪应力的大小可借助与上盒接触的量力环的变形值计算确定。

　通常采用4个试样，分别在不同的垂直压力p下，施加水平剪切力进行剪切，测得剪切破坏时的剪应力τ。

然后根据库仑定律确定土的抗剪强度指标：

内摩擦角φ和粘聚力c。

　　根据试验时的剪切速率和排水条件不同，直接剪切试验可分为：

快剪、固结快剪和慢剪三种方法。

试验方法的选择，原则上应该尽量模拟工程的实际情况，如施工情况，土层排水条件等（学生试验一般采用快剪方法）。

对同一种土至少取4个试样，分别在不同垂直压力σ下剪切破坏，一般可取垂直压力为100、200、300、400kPa，将试验结构绘制成如图所示的抗剪强度τf和垂直压力σ之间关系，试验结果表明，对于粘性土τf-σ基本上成直线关系，该直线与横轴的夹角为内摩擦角φ，在纵轴上的截距为内聚力c。

对于无粘性土，τf与σ之间关系是通过原点的一条直线。

为了近似模拟土体在现场受剪的排水条件，直接剪切试验可分为快剪、固结快剪和固结慢剪三种方法:

快剪试验是在试样施加竖向压力σ后，立即快速施加水平剪应力使试样剪切破坏。

固结快剪是允许试样在竖向压力下充分排水，待固结稳定后，再快速施加水平剪应力使试样剪切破坏。

慢剪试验则是允许试样在竖向压力下排水，待固结稳定后，以缓慢的速率施加水平剪应力使试样剪切破坏。

直接剪切仪具有构造简单，操作方便等优点，但它存在若干缺点，比如剪切面限定，不是沿土样最薄弱的面剪切破坏；不能严格控制排水条件等。

无侧限抗压强度试验：

1、  目的和适用范围：

无侧限抗压强度是试件在无侧向压力的条件下，抵抗轴向压力的极限强度。

用于测定饱和软粘土的无侧限抗压强度及灵敏度。

2仪器设备：

应变控制式允许膨胀压缩仪、切土盘、重塑筒、百分表、其它：

天平（感量0.1g）、秒表、卡尺、直尺、削土刀、钢丝锯、塑料布、金属垫板、凡士林等。

3、试样将原状土样按天然层次放在桌上，在切土盘的上下盘之间，再用削土刀切削直至达到要求的直径为止。

取出试件，按要求的高度削平两端。

端面要平整，且与侧面垂直，上下均匀。

试件直径和高度应与重塑筒直径和高度相同，一般直径为40毫米，高为10厘米。

试件直径与高度之比应大于2，按软土的软硬程度采用2.0--2.5。

4、试验步骤：

（1）、将切削好的试件立即称量，准确至0.1g。

同时取切削下的余土测定含水量。

用卡尺测量其高度及上、中、下各部位直径，按下式计算其平均直径D0：

D0=（D1+2D2+D3）/4

（2）在试件端抹一薄层凡士林。

（3）、将制备好的试件放在允许膨胀压缩仪下加压板上，转动手轮，使其与上加压板刚好接触，调测力计百分表读数为零点。

（4）、以轴向应变1%--3%/min的速度转动手轮（6--12r/min），使试验在8--20min内完成。

（5）、应变在3%以前，每0.5%应变记读百分表读数一次应变达3%以后，每1%应变记计百分表读数一次。

（6）、当百分表达到峰值或读数达到稳定，再继续剪3%--5%应变值即可停止试验。

如读数无稳定值，则轴向应变达20%的即可停止试验。

（7）、试验结束后，迅速反转手轮，取下试件，描述破坏情况。

（8）、若需测定灵敏度，则将破坏的后的试件去掉表面凡士林，再加少许土，包以塑料布，用手捏搓，破坏其结构，重塑为与重塑前尺寸相等，然后立即重复本规程25.0.4.3至25.0.4.7步骤进行试验。

5结果整理

（1）计算轴向应变、试件平均断面积、以轴向应力为纵坐标，轴向应变为横坐标，绘制应力-应变曲线。

以最大轴向应力作为无侧限抗压强度。

若最大轴向应力不明显，取轴向应变15%处的应力作为该试件的无侧根抗压强度qu。

（5）、按公式计算灵敏度。

（CBR）试验：

（1）试样准备：

将具有代表性的风干试料，用木碾捣碎，但应尽量注意不使土或粒料的单个颗粒破碎。

土团均应捣碎至通过5毫米的筛孔。

用38毫米筛筛除大于38毫米的颗料，并记录超尺寸颗粒的百分数，将已过筛的试料按四分法分成4份。

每份质量6千克，供击实试验和制试件之用。

在预定做击实试验的前一天，取有代表性的试料测定其风干含水量。

（2）称试筒本身质量（m1），将试筒固定在底板上，将垫块放入筒内，并在垫块上放一张滤纸，安上套环。

（3）将1份试料，按II-2规定的层数和每层击数，求试料的最大干密度和最佳含水量。

（4）将其余3分试料，按最佳含水量制备3个试件，将一份试料平铺于金属盘内，按事先计算得的该份试料应加的水量均匀地喷洒在试料上。

拌匀后密闭浸润备用。

制每个试件时，都要取样测定试料的含水量。

注:

需要时，可制备三种干密度试件。

如每种干密度试件制3个，则共制9个试件。

每层击数分别为30、50和98次，使试件的干密度从低于95%到等于100%的最大干密度，这样，9个试件共需试料约55千克。

（5）、将试筒放在坚硬的地面上，按规定的分层和击数进行试样的击实，第一层击实完后，将试样层面“拉毛”，然后再装入套筒，重复上述方法进行其余每层试样的击实，大试筒击实后，试样不宜高出筒高10毫米。

（6）、卸下套环，用直刮刀沿试筒顶修平击实的试件，表面不平整处用细料修补。

取出垫块，称试筒和试件的质量（m2）。

（7）泡水测膨胀量的步骤如下：

（1）在试件制成后，在试件顶面的放一张好滤纸，并在上安装附有调节杆的多孔板，在多孔板上加4块荷载板。

（2）将试筒与多孔板一起放入槽内（先不放水），并用拉杆将模具拉紧，安装百分表，并读取初读数。

（3）向水槽内放水，使水自由进到试件的顶部和底部。

在泡水期间，槽内水面应保持在试件顶面以上大约25毫米，通常试件要泡水4昼夜。

（4）泡水终了时，读取试件上百分表的终读数，并计算膨胀量。

（5）从水槽中取出试件，倒出试件顶面的水，静置15min，让其排水，然后卸去附加荷载和多孔板、底板和滤纸，并称量（m3），以计算试件的湿度和密度的变化。

回弹模量试验：

1、按照击实试验的方法制备试样。

根据工程的要求选择轻型和重型法视最大粒径用小筒或大筒进行击实试验，得到最佳含水量和最大干密度。

然后用最佳含水量用上述试筒击实制备试件。

     2、安装仪器

3、欲压:

用最大的预定单位压力p进行欲压，含水量大雨塑限的土，p=50～100Kpa,含水量小于塑限的土，p=100～200Kpa。

欲压进行1～次，每次欲压1分钟，欲压之后调整承载板位置，让试件恢复变形，

4、测定回弹模量。

将预定单位回弹模量分为4～6份，作为每一及加载的压力，每级加载时间为1分钟，记录千分表读数，同时卸载让试件恢复变形，卸载1分钟时再次记录千分表读数，同时施加下一及荷载，如此逐级加载卸载并记录千分表读数，直到最后一级的荷载，为了使试验曲线开始的部分比较准确、第一，第二级荷载可用每一份的一半。

试件的最大压力可以略大于预定的压力。

土的承载比试验（室内）

  一、适用范围 试样的最大粒径宜控制在25mm以内，最大不得超过38mm。

二、结果