土工試驗(yàn)讀書報(bào)告.doc

研 究 生 讀 書 報(bào) 告（2010 -2011 學(xué)年第二學(xué)期）土工測試原理與技術(shù)讀書報(bào)告研究生：伍尚勇提交日期： 2011年7月8日 研究生簽名：學(xué) 號201020105564學(xué) 院土木與交通學(xué)院課程編號S0814004課程名稱土工測試原理與技術(shù)學(xué)位類別碩士任課教師劉叔灼 副教授教師評語： 成績評定： 分 任課教師簽名： 年 月 日目 錄0 土的工程性質(zhì)- 1 -0.1 概述- 1 -0.2 土的物理性質(zhì)- 3 -0.3 土的力學(xué)性質(zhì)- 6 -0.4 土的本構(gòu)關(guān)系- 10 -1 土的含水率試驗(yàn)- 15 -1.1 概述- 15 -1.2 試驗(yàn)方法及原理- 15 -1.3 含水率試驗(yàn)存在的一般問題- 16 -2 土的密度試驗(yàn)- 16 -2.1 概述- 16 -2.2 試驗(yàn)方法及原理- 16 -2.3 密度試驗(yàn)的常見問題- 17 -3 比重試驗(yàn)- 17 -3.1 概述- 17 -3.2 試驗(yàn)方法及原理- 18 -3.3 比重試驗(yàn)常見的問題- 19 -4 界限含水率試驗(yàn)- 20 -4.1 概述- 20 -4.2 試驗(yàn)方法及原理- 20 -5 顆粒分析試驗(yàn)- 21 -5.1 概述- 21 -5.2 試驗(yàn)方法及原理- 22 -5.3 土的顆粒分析試驗(yàn)常見問題- 24 -6 擊實(shí)試驗(yàn)- 24 -6.1 概述- 24 -6.2 試驗(yàn)方法及原理- 25 -6.3 影響土體壓實(shí)的主要因素- 25 -7 三軸壓縮試驗(yàn)- 26 -7.1 概述- 26 -7.2 試驗(yàn)的方法及原理- 27 -7.3 抗剪強(qiáng)度試驗(yàn)存在的問題- 28 -8 結(jié)論- 29 -土工測試原理與技術(shù)讀書報(bào)告班（年）級：10屆土木班 專業(yè)：巖土工程學(xué)號：201020105564 姓名：伍尚勇摘要：自然界中的土是指分布在地球表面的松散的、沒有膠結(jié)或弱膠結(jié)的大小、形狀和成分都不相同的顆粒堆積體，它是自然地質(zhì)歷史的產(chǎn)物。在漫長的地質(zhì)歷史演變過程中，由堅(jiān)固而連續(xù)的巖體經(jīng)過多種風(fēng)化作用變成大小不一甚至大小懸殊的顆粒，經(jīng)由各種地質(zhì)作用的剝蝕、搬運(yùn)而在不同的環(huán)境中沉（堆）積形成土體。不同的土，具有不同的工程力學(xué)性質(zhì)，只有正確認(rèn)識了各種土的性質(zhì)，在工程中，我們才能保證工程的安全、經(jīng)濟(jì)和合理。而對于土的性質(zhì)的了解與把握，必須借助各種實(shí)驗(yàn)與試驗(yàn)，土工試驗(yàn)不僅是巖土工程勘察的重要工作內(nèi)容，還是工程地質(zhì)工作的重要組成部分之一，其質(zhì)量對工程勘察報(bào)告有著直接的影響，在工程設(shè)計(jì)和工程地質(zhì)勘察中，它為研究土體變形機(jī)理及工程地質(zhì)性質(zhì)提供物理、力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)，在實(shí)際工程中，沒有任何建筑地點(diǎn)呈現(xiàn)出與任何其他地點(diǎn)土質(zhì)情況特別相似的情形，即使在同一地點(diǎn)，土的性質(zhì)也可能發(fā)生變化。而了解土工測試原理，掌握土工測試技術(shù)，就成了認(rèn)清土工工程性質(zhì)的基本方法。本文首先對土的工程性質(zhì)做了一個(gè)基本的介紹，然后重點(diǎn)論述了幾個(gè)重要的試驗(yàn)原理及其方法。關(guān)鍵詞：土的工程性質(zhì) 含水率 密度 比重 顆粒分析 擊實(shí) 三軸試驗(yàn)0 土的工程性質(zhì)0.1 概述由于土成因類型和成土?xí)r間的多樣性，自然環(huán)境和地質(zhì)作用的復(fù)雜性，不同地點(diǎn)土體的工程性質(zhì)千差萬別。但是在大致相同的地質(zhì)年代及相似沉積環(huán)境下形成的土體往往在成分和工程性質(zhì)上是相近的。如我國大陸的地勢走向是自西向東由高至低傾斜，河流大部于東部入海，于是在河口海岸地帶常形成三角洲沖積平原。這些區(qū)域因?yàn)闅夂蜿P(guān)系及土中水份的蒸發(fā)，往往形成表層的硬殼層，其下反而是軟土層。硬殼層的厚度各地有所不同，且有自北而南逐漸減薄的趨勢。軟土一般具有“三高三低”特性：高含水率、高靈敏度、高壓縮性、低密度、低強(qiáng)度、低滲透性。軟土中工程的設(shè)計(jì)和施工也因其特殊的力學(xué)性狀而增加了難度。另外在沿海地區(qū)由于河流與海水的交替作用而出現(xiàn)淤泥或黏土與粉質(zhì)土的交替沉積，故而常形成黏土、粉土互層或在厚層黏性土中夾有多層厚度只有約12mm的薄粉砂（土）層的微層理構(gòu)造，其中以上海地區(qū)的淤泥質(zhì)黏性土層最為典型。這種土層分布具有水平向高滲透性和作為潛藏流砂源點(diǎn)的工程特性，會對工程設(shè)計(jì)和施工造成比較大的影響。一般情況下，各種成因的土體多是三相體（介質(zhì)），它們的構(gòu)成特性、結(jié)構(gòu)和構(gòu)造均有其某些共性，著重從工程的角度考慮，把它們對于土體工程性質(zhì)的可能影響作了定性的簡述。充填在土孔隙間的水是土體的重要組成部分，土的性質(zhì)，特別是黏性土性質(zhì)的多變性，主要就是由于土中水含量的變化及其與固體顆粒相互作用的結(jié)果。土中水通過物理及化學(xué)的作用改變了土體結(jié)構(gòu)，影響了土體狀態(tài)和物理力學(xué)性質(zhì)參數(shù)；通過土體孔隙水壓力作用，使土體有效應(yīng)力減小、抗剪強(qiáng)度值降低；土體孔隙內(nèi)地下水的滲流也會改變固體顆粒的應(yīng)力狀態(tài)，影響土的工程性狀。外界條件的改變，常會引起土中水含量和孔隙水壓力的變化，從而使土的工程性狀發(fā)生明顯變化，如基坑開挖會使基坑周圍土體的原有水土應(yīng)力平衡受到破壞、暴雨或地下水管漏水引起的地下水位突升易造成基坑失穩(wěn)、卸荷誘發(fā)的負(fù)孔壓消散對坑底回彈的影響、基坑降水引起的周圍地面沉降等都是明顯的例子。0.2 土的物理性質(zhì)土的物理狀態(tài)物理狀態(tài)是認(rèn)識土體性質(zhì)的最初也是最基本的方面，是指土體在天然狀態(tài)下或人工制備條件下的存在性狀。土體的物理狀態(tài)主要包括各相（固、液、氣）組成及其構(gòu)成方式，顆粒構(gòu)成物及其大小配置，重量或體積的大小，軟硬松密狀態(tài)及程度，土中孔隙及其大小，孔隙中含水或飽水程度和多寡（這后者較之其它工程材料，卻是土體所特有的物理內(nèi)容）等等。土體是由固、液、氣組成的三相分散體系，固相是土體的主體組成部分，構(gòu)成土的骨架，液相和氣相充填于土體孔隙內(nèi)。土顆粒的大小和形狀是描述土的最直觀和最簡單的標(biāo)準(zhǔn)。土的顆粒級配多采用累計(jì)曲線來表示，一般采用不均勻系數(shù)和曲率系數(shù)來評價(jià)土的級配優(yōu)劣及其對工程性質(zhì)的影響。根據(jù)土粒的粒徑從大到小而將土體依次區(qū)分成石（漂、塊、卵、碎石等）、礫（圓、角礫）、砂（礫、粗、中、細(xì)、粉砂等）、粉土和黏性土等。一般情況下，土體依據(jù)顆粒級配或塑性指數(shù)等指標(biāo)可以劃分為碎石土、砂土、粉土、黏性土、特殊性土等五大類，其中，在人們的生產(chǎn)實(shí)踐中最具工程意義又予以更多關(guān)切的應(yīng)是砂土、粉土和黏性土等3種基本土類。在自然界中，土粒單元所構(gòu)作的粒狀結(jié)構(gòu)、蜂窩狀結(jié)構(gòu)和絮狀結(jié)構(gòu)等3種基本結(jié)構(gòu)形態(tài)大體上已被確認(rèn)為砂土、粉土和黏性土等3種基本土類的固相的主體結(jié)構(gòu)構(gòu)成形態(tài)，而散粒狀、層狀、裂隙和結(jié)核狀等四種構(gòu)造形式則是土體最常見的宏觀存在形態(tài)。液相在土體中的存在由土粒核心輻射向外依次形成了結(jié)晶水、強(qiáng)結(jié)合水、弱結(jié)合水、重力水或毛細(xì)水等的層次結(jié)構(gòu)，反映了顆粒的分子引力的逐次減弱和重力場作用的逐漸增強(qiáng)直至完全起控制作用。土體內(nèi)液相的數(shù)量和存在形態(tài)及其與土粒的相互作用對土體的物理狀態(tài)和工程性質(zhì)具有重要影響。氣相多充填土體孔隙的一部分或極少部分，一般認(rèn)為當(dāng)土內(nèi)氣相與大氣連通時(shí)，對土的工程性質(zhì)無明顯影響，但當(dāng)以封閉氣泡存在于土中時(shí)，會增大土的彈性和減小土的滲透性。土體三相構(gòu)成及其存在形式和相互作用是土體性質(zhì)特別是其力學(xué)性質(zhì)和工程宏觀反應(yīng)復(fù)雜多變的物理基礎(chǔ)。碎石土和砂土的物理狀態(tài)主要受控于其密實(shí)程度，而黏性土的軟硬狀態(tài)受含水率的影響更大。土的物理指標(biāo)1. 三相比例指標(biāo)三相比例指標(biāo)是指土的三相物質(zhì)在體積和質(zhì)量上的比例關(guān)系，它反映了土的干燥與潮濕、疏松與緊密，是評價(jià)土的工程性質(zhì)最基本的物理指標(biāo)，其中可以在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)直接測定的指標(biāo)是重度（天然重度）、含水率、土粒相對密度或土粒密度（前者無量綱，后者有量綱）。由此引伸和換算出其它6個(gè)常見的物理指標(biāo)，即干重度、飽和重度、浮重度、孔隙比、孔隙率及飽和度等。實(shí)際上，在土的上述常用三相比例指標(biāo)中，只有3個(gè)是獨(dú)立的，只要知道任意3個(gè)指標(biāo)，其余指標(biāo)都可以通過三相草圖進(jìn)行換算。三相比例指標(biāo)的提出極大地方便了工程實(shí)用以及對土體物理狀態(tài)認(rèn)識的定量化，特別是其中的孔隙比、飽和度等指標(biāo)采用的是相對值概念，從而為它們的確定與應(yīng)用帶來靈活性。2. 物理狀態(tài)指標(biāo)土體的物理狀態(tài)指標(biāo)是指反映土體軟硬程度或松密程度所采用的表達(dá)方法和相應(yīng)的指標(biāo)。砂土、粉土的松密程度用砂土和粉土的密實(shí)度來定義和表達(dá)。此前曾用過相對密實(shí)度Dr和孔隙比e來反映砂土的松密狀態(tài)，目前有關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)多采用標(biāo)貫擊數(shù)N63.5和孔隙比e的大小分別將砂土和粉土區(qū)分為密實(shí)、中密、稍密和松散等不同狀態(tài)；黏性土的界限含水率（縮限、塑限和液限）以及塑性指數(shù)Ip、液性指數(shù)IL則是它的重要物理狀態(tài)指標(biāo)。它們不僅表示黏性土中隨著其含水率變化所導(dǎo)致的土體的不同軟硬狀態(tài)和稠度性狀，而且還可定性地判斷土體中黏粒含量的多寡及其對黏性土可塑性（因而也是對其工程性能）的影響。在長期的巖土工程實(shí)踐中，黏性土的塑性指數(shù)還一直被用作區(qū)分黏性土及其亞類直至粉土的標(biāo)準(zhǔn)，而根據(jù)液性指數(shù)的不同則可以把黏性土區(qū)分為堅(jiān)硬、硬塑、可塑、軟塑以及流塑等五種稠度狀態(tài)，這將有助于直觀而有效地對現(xiàn)場土體的工程性能作出定性判斷。3. 物理指標(biāo)及其與工程性質(zhì)的關(guān)系從土力學(xué)和工程的角度考察土體物理性質(zhì)，除了認(rèn)識土體存在的物理狀態(tài)與性狀本身外，主要是據(jù)以了解其對土體力學(xué)性質(zhì)和工程性狀的影響或作用。經(jīng)過長期的實(shí)踐積累，迄今已可在兩者之間作出（也是比較方便的）定性的估計(jì)和判斷。國內(nèi)外工程技術(shù)人員根據(jù)大量測試數(shù)據(jù)或資料的對比分析，運(yùn)用數(shù)理統(tǒng)計(jì)的方法，已經(jīng)建立相當(dāng)數(shù)量的物理性質(zhì)指標(biāo)和力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)之間相互關(guān)系的經(jīng)驗(yàn)表達(dá)式。但這些表達(dá)式多是建立在加荷條件下，由于加荷和卸荷作用下土體力學(xué)性狀具有較大差別，這些經(jīng)驗(yàn)關(guān)系式能否直接應(yīng)用到工程中還有待進(jìn)一步的研究和驗(yàn)證。土體擾動(dòng)與土的物理性質(zhì)的變化土體擾動(dòng)會對土體的物理性質(zhì)及其指標(biāo)產(chǎn)生一定程度的影響。如土體擾動(dòng)引起的基坑底和坑周土體回彈會改變部分土體的孔隙比和密度等指標(biāo)；降水會造成土體含水率和飽和度的降低及軟硬物理狀態(tài)的改變；因局部滲漏或意外水體作用引起的浸潤濕化作用不但會改變土體的含水率等宏觀物理指標(biāo)，而且會誘發(fā)黏性土微結(jié)構(gòu)失穩(wěn)等微觀結(jié)構(gòu)特性發(fā)生變化；土體擾動(dòng)和降水引起的土體內(nèi)滲流和負(fù)孔隙水壓力的消散也會改變土體的物理性質(zhì)指標(biāo)，而且這些影響會隨開挖和降水作用強(qiáng)度的不同而不同。因此，在工程中，應(yīng)該重視土體擾動(dòng)對土體物理性質(zhì)的影響。但是，目前有關(guān)這方面的定量研究還很少，土體擾動(dòng)對土體物理性質(zhì)及其指標(biāo)的影響目前還處于定性評價(jià)階段。0.3 土的力學(xué)性質(zhì)有效應(yīng)力與孔隙水壓力1. 有效應(yīng)力原理飽和土的有效應(yīng)力原理是K.Terzaghi在發(fā)表滲透固結(jié)理論時(shí)同時(shí)提出的，該理論闡明了松散顆粒土體與連續(xù)固體材料的本質(zhì)區(qū)別，奠定了現(xiàn)代土力學(xué)變形和強(qiáng)度計(jì)算的基礎(chǔ)。該原理認(rèn)為，施加在飽和土體上的總應(yīng)力可以分為兩部分，一部分由孔隙水承受，稱為孔隙水壓力；另一部分由土體骨架承受，稱為有效應(yīng)力，它們構(gòu)成了飽和土體內(nèi)部的受力和傳力機(jī)制，在總應(yīng)力不變的條件下，二者共同承擔(dān)又互相轉(zhuǎn)換。該原理可以表述為：（1）飽和土體任一平面上受到的總應(yīng)力等于有效應(yīng)力與孔隙水壓力u之和，即滿足：（2）土體的強(qiáng)度變化和變形只決定于土中的有效應(yīng)力變化，而與土體內(nèi)的孔隙水壓力無直接關(guān)系。但是應(yīng)當(dāng)指出，現(xiàn)在理解的有效應(yīng)力并不是顆粒之間接觸點(diǎn)處的實(shí)際接觸應(yīng)力，僅僅是一個(gè)唯象的概念，是一個(gè)象離心力一樣的虛構(gòu)應(yīng)力。有效應(yīng)力的物理內(nèi)涵實(shí)質(zhì)上是相對于總應(yīng)力作用面積上的經(jīng)過固體顆粒傳遞的粒間應(yīng)力垂直分量的平均值，對于極細(xì)粒土，它還包括顆粒之間分子引力的作用。因此，土中的有效應(yīng)力很難直接測定，目前只能通過理論估算或現(xiàn)場量測孔隙水壓力來間接求取?？紫端畨毫浪愫蜏y定的正確與否直接影響著有效應(yīng)力原理的工程應(yīng)用價(jià)值與有效性，這一點(diǎn)已成為現(xiàn)在有效應(yīng)力原理應(yīng)用上的一個(gè)局限。非飽和土（三相土體）的有效應(yīng)力與孔隙壓力問題由于土中存在孔隙氣而相對復(fù)雜。其孔隙壓力中包含了孔隙氣壓力的估計(jì)及其測定。相對而言，非飽和土的有效應(yīng)力原理遠(yuǎn)不如飽和土的成熟。對于它的總應(yīng)力、有效應(yīng)力和孔隙壓力三者之間關(guān)系，目前人們?nèi)猿Ｓ肂ishop建議的表達(dá)式來說明和討論：式中表征孔隙氣壓力存在和作用的系數(shù)，隨土的飽和度、土類和應(yīng)力路徑而變化，大小介于0和1之間；uw、ua孔隙水壓力和孔隙氣壓力（kPa）。鑒于有效應(yīng)力原理應(yīng)用到非飽和土還存在一些缺陷，F(xiàn)redlund又提出了雙應(yīng)力變量理論，即在分析非飽和土的強(qiáng)度和變形特性時(shí)，將凈應(yīng)力（- ua）和基質(zhì)吸力（ua-uw）視為兩個(gè)獨(dú)立的應(yīng)力變量，而不是用有效應(yīng)力來建立關(guān)系。2. 孔隙水壓力估算按照有效應(yīng)力原理，飽和土體在不排水條件下，當(dāng)時(shí)間t=0時(shí)，總應(yīng)力的作用將由孔隙水全部承受，其初始孔隙水壓力u對于簡單應(yīng)力狀態(tài)（例如一維豎向應(yīng)力狀態(tài)）則是等于總應(yīng)力，即：而對于復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)，例如二維增量主應(yīng)力1、3的組合作用，Skempton（1954）基于常規(guī)三軸試驗(yàn)成果提出如下孔隙水壓力增量u的表達(dá)式：以全量表示時(shí)為：在基坑工程中，對于基坑側(cè)壁的土體，多處于側(cè)向卸荷狀態(tài)，此時(shí)可采用軸向應(yīng)力保持不變、徑向應(yīng)力減小的三軸主動(dòng)壓縮試驗(yàn)來模擬，1=0，2=3=1-3，此時(shí)孔隙水壓力變化u的計(jì)算公式可以簡化為：在基坑工程中，對于基坑底部的土體，多處于豎向卸荷狀態(tài)，此時(shí)可采用徑向應(yīng)力保持不變、軸向應(yīng)力減小的三軸主動(dòng)伸長試驗(yàn)來模擬，3=1-3，1=2=0，此時(shí)孔隙水壓力為負(fù)值，其變化量u的計(jì)算公式可以簡化為：上列各式中，A，B分別為反映土體在剪應(yīng)力和平均主應(yīng)力作用下誘發(fā)孔隙水壓力變化的孔隙水壓力系數(shù)，它們反映了土體的非線性性質(zhì)。其中，系數(shù)A不是一個(gè)常數(shù)，其數(shù)值主要取決于剪應(yīng)力作用下土體的體積變化，因而大小受到多種因素的影響，如土的應(yīng)力歷史、應(yīng)力水平、初始應(yīng)力狀態(tài)及應(yīng)變大小等等。剪破時(shí)的孔隙水壓力系數(shù)Af值將隨超固結(jié)比的增加而從正值減小到負(fù)值，常見土體Af值的典型范圍見表3-6所示；系數(shù)B與土體飽和度有關(guān)，對于完全飽和土，B =1，干土，B =0，一般非飽和土，B介于0和1之間。3. 有效應(yīng)力原理在工程中的應(yīng)用土體有效應(yīng)力原理及其重要性已日益被認(rèn)識和重視。因?yàn)樗鼛缀踉谕亮W(xué)的若干重要方面都得到反映，而且促進(jìn)了土力學(xué)解決工程問題的發(fā)展。它的建立使土力學(xué)有了自己特定的理論原理。有效應(yīng)力原理的提出與應(yīng)用使土力學(xué)有了本身區(qū)別于一般固體力學(xué)的特征性原理。從現(xiàn)有的土力學(xué)系統(tǒng)看來，它幾乎程度不同地貫穿于整個(gè)土力學(xué)學(xué)科的各項(xiàng)內(nèi)容。土體固結(jié)理論應(yīng)該是有效應(yīng)力原理中孔隙壓力與有效應(yīng)力的分擔(dān)與轉(zhuǎn)換關(guān)系的最重要和最明確的應(yīng)用，它是固結(jié)理論得以建立的物理基礎(chǔ)；土力學(xué)中抗剪強(qiáng)度的不同試驗(yàn)測定方法及其相應(yīng)指標(biāo)的產(chǎn)生則是有效應(yīng)力原理對經(jīng)典強(qiáng)度理論和破壞準(zhǔn)則在土體中的具體化描述和可操作應(yīng)用所作出的貢獻(xiàn)。由于有效應(yīng)力指標(biāo)或參數(shù)所具有的相對穩(wěn)定不變的特點(diǎn)，因而被認(rèn)可為它反映了土體的固有屬性且可以作為可信賴的常數(shù)使用，由此也就引導(dǎo)出基坑圍護(hù)設(shè)計(jì)和穩(wěn)定分析的有效應(yīng)力方法。估算支護(hù)結(jié)構(gòu)上土壓力大小的水土分算方法即是這一原理在基坑工程應(yīng)用的一個(gè)具體實(shí)例。必須指出和注意的是，從理論上來說，此時(shí)的抗剪強(qiáng)度參數(shù)應(yīng)采用相應(yīng)的有效應(yīng)力指標(biāo)。負(fù)孔隙水壓力一般在不飽和土層中氣體相部分體積膨脹，造成土體中氣壓失去平衡，暫時(shí)小于大氣壓，由于氣壓差形成負(fù)孔隙水壓力，負(fù)孔隙水壓力對土粒產(chǎn)生吸附作用，而增加有效應(yīng)力，當(dāng)氣壓達(dá)到平衡時(shí)，負(fù)孔隙水壓力消散。在軟土地區(qū)進(jìn)行開挖時(shí)，由于軟土含水率大、滲透系數(shù)小，開挖卸載將在坑底和周圍土體中產(chǎn)生負(fù)的超靜孔隙水壓力，使得開挖到設(shè)計(jì)標(biāo)高時(shí)坑底的隆起變形并不隨之同時(shí)完成，因此，在確定坑底隆起變形時(shí)，必須充分考慮負(fù)超靜孔隙水壓力消散時(shí)坑底土體隨時(shí)間吸水膨脹的影響。另外，土體內(nèi)負(fù)的超靜孔隙水壓力的產(chǎn)生和消散也會誘發(fā)土體顆粒間的有效應(yīng)力減小，從而會使土體的抗剪強(qiáng)度隨之發(fā)生變化，進(jìn)而影響到支護(hù)結(jié)構(gòu)受力和基坑的穩(wěn)定性。在實(shí)際開挖施工時(shí)，應(yīng)盡量減少擾動(dòng)以保護(hù)坑底土體，并在開挖完成后及時(shí)澆注基坑底板，另外，也可以根據(jù)實(shí)際需要對坑底土體進(jìn)行適當(dāng)加固，這樣可以在一定程度上減少支護(hù)結(jié)構(gòu)受力、坑底的隆起變形量和基坑開挖對周圍環(huán)境的影響。0.4 土的本構(gòu)關(guān)系一般而言，描述土在各類荷載作用下變形和強(qiáng)度變化的過程，不僅需要滿足質(zhì)量守衡方程、動(dòng)量守衡方程、動(dòng)量矩守衡方程和能量守衡方程等場方程，而且需要滿足反映巖土宏觀性質(zhì)的本構(gòu)方程。土的本構(gòu)方程主要包括土的力學(xué)本構(gòu)方程和反映水在土中流動(dòng)規(guī)律的本構(gòu)方程；土的力學(xué)本構(gòu)關(guān)系即通常所指的土的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系，其數(shù)學(xué)方程式即為本構(gòu)模型。土體，作為天然地質(zhì)材料在組成及構(gòu)造上呈現(xiàn)高度的各向異性、非均質(zhì)性、非連續(xù)性和隨機(jī)性，在力學(xué)性能上表現(xiàn)出強(qiáng)烈的非線性、非彈性和黏滯性，其應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系非常復(fù)雜，它與應(yīng)力路徑、強(qiáng)度發(fā)揮程度以及土的狀態(tài)、組成、結(jié)構(gòu)、溫度、賦存環(huán)境等因素密切相關(guān)。描述土的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系的本構(gòu)模型有很多，較常使用的有非線性彈性模型、彈塑性模型和黏彈塑性模型。對于模型的選擇需要根據(jù)土的特性和問題本身的復(fù)雜程度來確定。非線性彈性模型非線性彈性模型中土的切線模量和切線泊松比不是常量，而是隨著應(yīng)力狀態(tài)而改變。因此在非線性彈性模型中，描述土體的本構(gòu)關(guān)系實(shí)際上采用的是增量形式的廣義虎克定律。在各種非線性彈性模型中，Duncan-Chang 模型是一種目前被廣泛應(yīng)用的增量彈性模型。Kondner 根據(jù)大量常規(guī)三軸試驗(yàn)結(jié)果，于1963 年提出可以用雙曲線來擬合一般土的三軸試驗(yàn)結(jié)果，即：式中1常規(guī)三軸試樣的軸向應(yīng)變；a、b擬和常數(shù)。基于常規(guī)三軸試驗(yàn)，Duncan 等人在上述公式的基礎(chǔ)上提出模型中切線變形模量Et 和切線泊松比t 的計(jì)算公式：其中破壞比Rf：式中pa標(biāo)準(zhǔn)大氣壓，等于101.4kPa；（1-3）f、（1-3）ult 破壞時(shí)的偏差應(yīng)力和極限偏差應(yīng)力；K、n、G、F、D 試驗(yàn)常數(shù)，可通過常規(guī)三軸試驗(yàn)結(jié)果確定。其余參數(shù)同前。當(dāng)在基坑工程中采用 Duncan-Chang 模型時(shí)，其卸載模量可通過常規(guī)三軸壓縮試驗(yàn)的卸載-再加載試驗(yàn)確定，這個(gè)過程中應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系表現(xiàn)為一個(gè)滯回圈，所以可以用此滯回圈的平均斜率Eur 表示卸荷模量, Eur 的大小僅取決于側(cè)限壓力3 的大小，而與（1-3）無關(guān)。但是由于基坑主動(dòng)區(qū)和被動(dòng)區(qū)的應(yīng)力路徑明顯不同，在實(shí)際應(yīng)用中，卸荷模量宜根據(jù)基坑不同位置出土體的應(yīng)力路徑通過應(yīng)力路徑試驗(yàn)來進(jìn)行測定。盡管鄧肯張模型在加載卸載時(shí)使用了不同的變形模量，從而反映土變形的不可恢復(fù)部分，但它畢竟不是彈塑性模型，在復(fù)雜應(yīng)力路徑中如何判斷加卸載就成為一個(gè)問題，另外，也無法反映土體的剪脹性、軟化、各向異性和平均主應(yīng)力對剪應(yīng)變的影響等問題，目前主要是一些經(jīng)驗(yàn)的判斷準(zhǔn)則。彈塑性模型在非線性彈性模型中，土中發(fā)生的變形被認(rèn)為是完全彈性的。但是事實(shí)上在超過一定應(yīng)力范圍后，土中的變形有很大一部分屬于不可恢復(fù)的塑性變形。彈塑性模型中則提出利用虎克定律計(jì)算彈性部分變形，而利用塑性理論計(jì)算塑性變形。下面簡單介紹一下在基坑工程中常用的幾種彈塑性模型。1. Mohr-Coulomb 模型Mohr-Coulomb模型是理想塑性模型，具有一個(gè)固定屈服面的本構(gòu)模型。固定屈服面指的是由模型參數(shù)完全定義的屈服面，不受（塑性）應(yīng)變的影響?？臻gMohr-Coulomb 屈服準(zhǔn)則由下述六個(gè)屈服函數(shù)組成：Mohr-Coulomb 準(zhǔn)則的最大優(yōu)點(diǎn)是它既能反映巖土材料的抗壓強(qiáng)度不同的S-D 效應(yīng)（拉27壓的屈服與破壞強(qiáng)度不同）和對靜水壓力的敏感性，而且簡單實(shí)用，材料參數(shù)c 和 可以通過各種不同的常規(guī)試驗(yàn)儀器和方法測定。因此在巖土力學(xué)彈塑性理論中得到廣泛應(yīng)用，并且積累了豐富的試驗(yàn)資料與應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)。但是Mohr 一Coufomb 準(zhǔn)則不能反映單純的靜水壓力可以引起巖土屈服的特性，而且屈服曲面有棱角，不便于塑性應(yīng)變增量的計(jì)算，這就給數(shù)值計(jì)算帶來了困難。作為彈-理想塑性模型的Mohr-Coulomb 模型，其卸載和加載模量相同，應(yīng)用于基坑開挖時(shí)往往導(dǎo)致不合理的坑底回彈，只能用于基坑的初步分析。2. 修正劍橋模型土彈塑性模型中最具有代表性的模型為劍橋模型。該模型通過e-p-q之間的關(guān)系來建立土的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系。劍橋模型是由劍橋大學(xué)Roscoe 等人提出，后來過發(fā)展形成了修正劍橋模型，主要應(yīng)用于描述正?；蛉醭探Y(jié)黏土的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系。試驗(yàn)證明，土中的應(yīng)力狀態(tài)（p,q）和土的孔隙比（e）之間的關(guān)系是唯一的。劍橋模型中假定土的屈服只與p 和q 兩個(gè)應(yīng)力分量有關(guān)，和第三主應(yīng)力無關(guān)。在三軸應(yīng)力狀態(tài)下，平均主應(yīng)力p 和偏應(yīng)力q 分別為：這樣，在破壞狀態(tài)，土單元內(nèi)的應(yīng)力分量之間有如下關(guān)系：q = Mp修正劍橋模型認(rèn)為在屈服狀態(tài)土中應(yīng)力分量之間有如下關(guān)系：式中p0初始狀態(tài)時(shí)的應(yīng)力（kPa）；式（3-53）在p-q 空間內(nèi)則可以表示為圖3-10 中的屈服軌跡。孔隙率e 和p 之間可以通過e-p 或者e-lnp 曲線來進(jìn)行描述，簡單起見，采用如圖3-11中的e-lnp 曲線加以表達(dá)。臨界狀態(tài)線在e-lnp 坐標(biāo)平面內(nèi)投影為直線，斜率為k1。由正常固結(jié)線退荷時(shí)可得到不同應(yīng)力比的回彈曲線，這些曲線在e-lnp 平面內(nèi)也是相互平行的直線，斜率為k2。假設(shè)初始壓縮曲線和卸荷回彈曲線的斜率分別為k1 和k2，則p0 可以表示為：式中ap從初始狀態(tài)（A點(diǎn)）到目前狀態(tài)（E點(diǎn)）之間的體積壓縮應(yīng)變；修正劍橋模型采用等向硬化法則，即屈服面在隨著塑性變形的擴(kuò)張過程中形狀不變，只是大小發(fā)生改變，且只與塑性體積應(yīng)變相關(guān)。用硬化參數(shù)p0 表征屈服面大小。參數(shù)k1 和k2可用各向等壓試驗(yàn)確定，M 可由常規(guī)三軸壓縮試驗(yàn)確定。這樣，完整的修正劍橋模型可以表示為：修正劍橋模型由于剛度依賴于應(yīng)力水平和應(yīng)力路徑，應(yīng)用于基坑開挖分析時(shí)能得到較彈-理想塑性模型更合理的結(jié)果。修正劍橋模型能夠較好地反映剪縮，但是不能反映剪脹特性。修正劍橋模型公式簡單，參數(shù)少，物理意義明確并易于用常規(guī)試驗(yàn)確定，可以模擬正常固結(jié)土和弱固結(jié)土在各種應(yīng)力路徑下的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系，應(yīng)用廣泛，但修正劍橋模型是建立在室內(nèi)飽和重塑粘土基礎(chǔ)上，對模擬復(fù)雜應(yīng)力條件下粘土和天然粘土方面也存在著許多缺陷。修正劍橋模型不能描述粘土的各向異性；由于修正劍橋模型采用臨界狀態(tài)理論，土在屈服面內(nèi)只存在彈性變形，而事實(shí)上土具有顯著的非線性，因此不能很好地模擬屈服面內(nèi)剪切應(yīng)變；修正劍橋模型在模擬超固結(jié)土?xí)r，主要的問題是不能準(zhǔn)確地描述小應(yīng)變時(shí)的變形特性，有大量的試驗(yàn)均說明超固結(jié)土在小應(yīng)變是具有非常明顯的非線性和塑性特性，而修正劍橋模型在此時(shí)均定義超固結(jié)土的變形為彈性變形。1 土的含水率試驗(yàn)1.1 概述土的含水率是指土在溫度105110下烘道恒量時(shí)所失去的水質(zhì)量與達(dá)到恒量后干土質(zhì)量的比值，以百分?jǐn)?shù)表示。含水率是土的基本物理性質(zhì)指標(biāo)之一，它反映了土的干、濕狀態(tài)。含水率的變化將使徒物理力學(xué)性質(zhì)發(fā)生一系列的變化，它可使土變成半固態(tài)、可塑狀態(tài)或流動(dòng)狀態(tài)，可使土變成稍濕狀態(tài)、很濕狀態(tài)或飽和狀態(tài)，也可造成土在壓縮性和穩(wěn)定性上的差異。含水率還是計(jì)算土的干密度、孔隙比、飽和度、液性指數(shù)等不可缺少的依據(jù)，也是建筑物地基、路基、土壩等施工質(zhì)量控制的重要指標(biāo)。1.2 試驗(yàn)方法及原理含水率試驗(yàn)方法有烘干法、酒精燃燒法、比重法、碳化鈣氣壓法、炒干法等，其中烘干法為室內(nèi)試驗(yàn)的標(biāo)注方法。烘干法：是將試樣放在溫度能保持105110的烘箱中烘至恒量的方法，是室內(nèi)測量含水率的標(biāo)準(zhǔn)方法成果整理，按式（1-1）計(jì)算含水率：式中 含水率，精確至哦0.1% 稱量盒加濕土質(zhì)量（g） 稱量盒加干土質(zhì)量（g）稱量盒質(zhì)量（g）酒精燃燒法：是將試樣和酒精拌合，點(diǎn)燃酒精，隨著酒精的燃燒使試樣水分蒸發(fā)的方法。酒精燃燒法是快捷簡易且較準(zhǔn)確測定細(xì)粒土含水率的一種方法，適用于沒有烘箱或土樣較少的情況。比重法：是通過測定濕土體積，估計(jì)土粒比重，從而間接計(jì)算圖的含水率的方法。1.3 含水率試驗(yàn)存在的一般問題土的含水率是土的基本物性指標(biāo)之一，也是工程施工質(zhì)量控制的依據(jù)。該試驗(yàn)也相對較簡單，一般在開樣后就立即進(jìn)行 否則會因不同程度的風(fēng)化而使得試驗(yàn)數(shù)據(jù)偏小。另外由于土樣本身不均勻或采集時(shí)土體與管壁的摩擦作用， 導(dǎo)致天然含水率發(fā)生一定變化， 故依據(jù)試驗(yàn)規(guī)程應(yīng)取2 個(gè)以上的土樣進(jìn)行平行試驗(yàn)， 去除離散較大的的值后取平均值。若為連續(xù)試驗(yàn)， 則土樣盒在使用中可未洗凈或會受到一定腐蝕，因此必須在取樣前重新稱取盒重。2 土的密度試驗(yàn)2.1 概述土的密度是指土的單位體積質(zhì)量，是土的基本物理性質(zhì)指標(biāo)之一，其單位為。土的密度反映了土體結(jié)構(gòu)的松緊程度，是計(jì)算土的自重應(yīng)力、干密度、孔隙比、孔隙率等指標(biāo)的重要依據(jù)，也是擋土墻土壓力計(jì)算、土坡穩(wěn)定驗(yàn)算、地基承載力和沉降量估算以及路基路面施工填土壓實(shí)度控制的重要指標(biāo)之一2.2 試驗(yàn)方法及原理密度試驗(yàn)方法有環(huán)刀法、蠟封法、灌水法、和灌砂法等。對于細(xì)粒土，宜采用環(huán)刀法；對于易碎裂、難以切削的土可用蠟封法；對于現(xiàn)場粗粒土，可用灌水法或灌砂法。1) 環(huán)刀法：是采用一定體積環(huán)刀切取土樣并稱土質(zhì)量的方法，環(huán)刀內(nèi)土的質(zhì)量與環(huán)刀體積之比即為土的密度2) 蠟封法：也稱為浮稱法，其試驗(yàn)原理是依據(jù)阿基米德原理，即為物體在水中失去的質(zhì)量等于排開同體積水的質(zhì)量，來測出土的體貼，為考慮土體浸水后崩解、吸水等問題，在土體外涂一層蠟。蠟封法適用于粘性土，特別是對于易碎裂的土或形狀不規(guī)則的堅(jiān)硬土更為適合。3) 灌水法：是在現(xiàn)場挖坑后灌水，由水的體積來測量試坑容積，從而測定土的密度的方法。該方法適用于現(xiàn)場測定粗顆粒和巨顆粒的密度，特別是巨顆粒的密度，從而為粗顆粒和巨顆粒提供施工現(xiàn)場檢驗(yàn)密度的手段。4) 灌砂法：是在現(xiàn)場挖坑后灌標(biāo)準(zhǔn)砂，由標(biāo)準(zhǔn)砂的質(zhì)量和密度來測量試坑容積，從而測定土的密度的方法，該方法適用于現(xiàn)場測定粗顆粒的密度。2.3 密度試驗(yàn)的常見問題土的密度取決于土粒的重量、孔隙體積的大小和孔隙中水的重量，其綜合反映了土的物質(zhì)組成和結(jié)構(gòu)特征。該項(xiàng)試驗(yàn)較簡單，一般在取樣后立刻進(jìn)行，需注意的是開土切樣時(shí)要用刮土刀，但刃口經(jīng)長期使用會磨損呈凹形， 造成測得的密度偏大、孔隙比偏小、飽和度偏大等情況，如與其本身物理性能指標(biāo)不符， 這時(shí)應(yīng)及時(shí)更換新的刮土刀以確保試樣質(zhì)量，試驗(yàn)土體的為了正確求得土的密度， 試驗(yàn)中應(yīng)對照送樣單的野外定名，在合適的部位切取試件。切樣時(shí)應(yīng)保持環(huán)刀垂直下壓，避免左右晃動(dòng)產(chǎn)生空隙，環(huán)刀兩端的土面應(yīng)平整完好，只有這樣，土樣才充滿環(huán)刀容積，密度值才真實(shí)可靠。3 比重試驗(yàn)3.1 概述土的比重是指土粒在溫度 下烘至105110恒重時(shí)的質(zhì)量與土粒同體積時(shí)純水質(zhì)量的比值。在數(shù)值上，土的比重與土粒密度相同，但前者是沒有單位的。土的比重是土的基本物理性質(zhì)之一，是計(jì)算孔隙比、孔隙率、飽和度等的重要依據(jù)，也是評價(jià)土類的主要指標(biāo)。土的比重主要取決于土的礦物成分，不同土類的比重變化幅度不大，在有經(jīng)驗(yàn)的地區(qū)可按經(jīng)驗(yàn)值選用。3.2 試驗(yàn)方法及原理根據(jù)土粒粒徑的不同，土的比重試驗(yàn)可分別采用比重瓶法、浮稱法或虹吸筒法。對于粒徑小于5mm的土，采用比重瓶法進(jìn)行，其中對于排除土中空氣可用煮沸法和真空抽氣法；對于粒徑大于等于5mm的土，且其中粒徑大于20mm顆粒小于10%時(shí)，采用浮稱法進(jìn)行對于顆粒大于等于5mm的土，但其中粒徑大于20mm顆粒大于10%時(shí)采用虹吸筒法進(jìn)行；當(dāng)土中同時(shí)含有粒徑小于5mm和粒徑大于等于5mm的土粒時(shí)，粒徑小于5mm的部分用比重瓶法測定，粒徑大于等于5mm的部分則用浮稱法或虹吸筒法測定，并取其加權(quán)平均值作為土的比重。比重瓶法：其基本原理就是由于稱好的質(zhì)量懂得干土放入盛滿水的比重瓶的前后質(zhì)量差異，來計(jì)算出土粒的體貼，從而進(jìn)一步計(jì)算出土粒比重。浮稱法：其基本原理是依據(jù)阿基米德原理，即物體放在水中失去的重量等于排開同體積水的重量，來測定土粒的體積，從而進(jìn)一步計(jì)算出土粒比重。該方法適用于粒徑大于等于5mm的土，且其中粒徑大于20mm顆粒小于10%時(shí)的土。虹吸筒法：其基本原理是通過側(cè)量土粒排開水的體積，來測定土粒的體積，從而進(jìn)一步計(jì)算出土粒比重。該方法適用粒徑大于等于5mm的土，且其中粒徑大于20mm的顆粒不小于10%時(shí)的土。儀器設(shè)備如圖3-1所示。圖3-1 虹吸筒1虹吸筒； 2虹吸管； 3橡皮管； 4管夾； 5量筒3.3 比重試驗(yàn)常見的問題土粒的比重是一個(gè)相對穩(wěn)定的值，它決定于土的礦物成分，它的數(shù)值一般是26-28，數(shù)值大小與所含礦物、粒度成份等有關(guān)， 若含有機(jī)質(zhì)較多時(shí)比重較小。初次試驗(yàn)操作時(shí)該試驗(yàn)的難度較大，不僅由于操作程序較復(fù)雜，且對數(shù)值要求很精確，因而試驗(yàn)過程中的任何疏忽都可能造成較大的試驗(yàn)誤差。一般需注意使用前將比重瓶洗凈烘干，裝入土樣時(shí)不污染瓶口或瓶身； 煮沸時(shí)不讓溶液濺出，每次稱重時(shí)不觸碰電子秤；以防震動(dòng)導(dǎo)致讀數(shù)不精確試驗(yàn)中可能會遇到以下問題：一般土樣的比重應(yīng)為2.652.74 左右，顆粒越小則比重越大；而初次試驗(yàn)結(jié)果無論砂土或淤泥均小于經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)比重瓶分為l00ml 和50ml 兩種，由于比重瓶的容積對試驗(yàn)結(jié)果影響不大，因而主要針對l00ml 比重瓶編寫試驗(yàn)程序，裝入瓶中的土樣約為15g而事實(shí)上這對于50ml 比重瓶而言已可能過多，因煮沸前加水量非常有限；搖勻過程中很有可能有部分干土未被浸潤或聚結(jié)成團(tuán)，而隨后在煮沸時(shí)這部分土中的空氣無法排出，故最終測得的土顆粒比重應(yīng)小于實(shí)際值。4 界限含水率試驗(yàn)4.1 概述粘性土的狀態(tài)隨著含水率的變化而變化，當(dāng)含水率不同時(shí)，粘性土可分別處于固態(tài)、半固態(tài)、可塑狀態(tài)及流動(dòng)狀態(tài)，粘性土從一種狀態(tài)轉(zhuǎn)到另一種狀態(tài)的分界含水率稱為界限含水率。土從流動(dòng)狀態(tài)轉(zhuǎn)到可塑狀態(tài)的界限含水率稱為液限；土從可塑狀態(tài)轉(zhuǎn)到半固體狀態(tài)的界限含水率稱為塑限；土由半固體狀態(tài)不斷蒸發(fā)水分，則體積逐漸縮小，直到體積不再縮小時(shí)的界限含水率稱為縮限。本試驗(yàn)的目的是通過圓錐儀法測定粘土的液限和塑限。4.2 試驗(yàn)方法及原理根據(jù)極限平衡理論，重圓錐入土深度與含水率成雙對數(shù)關(guān)系 （4-1）圓錐儀液、塑限聯(lián)合測定法就是依據(jù)土樣在可塑狀態(tài)范圍內(nèi)，用質(zhì)量76g、錐角的圓錐儀，以瞬時(shí)放錐方法，測得圓錐入土深度與含水率，繪在雙對數(shù)坐標(biāo)紙上，取等效碟式儀法強(qiáng)度相應(yīng)的入土深度時(shí)（建筑部門）的含水率為，取等效于搓條法強(qiáng)度相應(yīng)的入土深度的含水率為塑限。測定土的液限主要有圓錐儀（見圖4-1）法、碟式儀（見圖4-2）法等試驗(yàn)方法。圓錐儀法液限試驗(yàn)就是將質(zhì)量76g 的圓錐儀輕放在試樣的表面，是其在自重作用下沉入土中，若圓錐體經(jīng)過5s 恰好沉入土中10mm深度，此時(shí)試樣的含水率就是液限。312451-錐身；2-手柄；3-平衡裝置；4-試杯；5-底座圖4-1 圓錐儀（單位：mm）碟式儀液限試驗(yàn)就是將土碟中的土膏，用開槽器將土膏分成兩半，以每秒2次的速率將土碟由10mm高度下落，當(dāng)土碟下落擊數(shù)為25次時(shí)，兩半土膏在碟底的合攏長度恰好達(dá)到13mm，此時(shí)試樣的含水率即為液限。圖4-2 碟式液限儀 測定土塑限的主要方法是滾搓法，就是用手在毛玻璃板上滾搓土條，當(dāng)土條直徑打3mm時(shí)產(chǎn)生裂縫并斷裂，此時(shí)試樣的含水率即為塑限。5 顆粒分析試驗(yàn)5.1 概述顆粒分析試驗(yàn)就是測定土中各種粒組所占該土總質(zhì)量的百分?jǐn)?shù)的試驗(yàn)方法，可分為篩分析法和沉降分析法。其中沉降分析法又有密度計(jì)法和移液管法。由于本實(shí)驗(yàn)所取土樣中粗細(xì)兼有，聯(lián)合使用篩分析法和密度計(jì)法。對于粒徑大于0.075mm的土粒本實(shí)驗(yàn)用篩分析的方法來測定，而對于粒徑小于0.075mm的土粒本實(shí)驗(yàn)則用密度計(jì)法來測定。5.2 試驗(yàn)方法及原理（一）篩分析法篩分析法就是將不同孔徑的篩子依孔徑的大小順序疊加起來，把制備好的試樣置于最上層篩內(nèi)，加以振動(dòng)搖晃，直至所有剩留在各號篩上的土粒不再通過該篩孔為止，然后分別稱出各號篩上剩留土的質(zhì)量，算出占總土質(zhì)量的百分?jǐn)?shù)，繪出顆粒大小分布曲線。（二）密度計(jì)法密度計(jì)法是利用為土工試驗(yàn)制造的土壤密度計(jì)，測量某一深度H處懸液的密度，計(jì)算土粒的百分?jǐn)?shù)。計(jì)算模型如圖5-1所示。圖5-1 沉降法計(jì)算模型設(shè)V為包括全部液體和小于某一粒徑D的土粒的總體積。懸液內(nèi)水的體積為，小于某一粒徑D的懸液重為W，懸液內(nèi)水重為，小于某一粒徑D的土粒重為，整個(gè)懸液內(nèi)土粒的總重為，水的相對密度為，土粒相對密度為，懸液的相對密度為，時(shí)水的密度為，則 （5-1）又因故 （5-2）從開始沉降經(jīng)過時(shí)間t后，在深度H處以上的懸液中大于某一粒徑D的土粒已全部下沉，其重為，故時(shí)間t時(shí)深度H處小于粒徑D的土粒重占全部土粒重的百分?jǐn)?shù)W為 （5-3）將（3-3）代入（3-2）得 將上式整理后得 （5-4）根據(jù)式（5-1）和式（5-4），在不同時(shí)間和已知的深度測定懸液的密度或相對密度，再利用斯托克公式計(jì)算土粒粒徑，即可繪制顆粒大小分布曲線。5.3 土的顆粒分析試驗(yàn)常見問題室內(nèi)進(jìn)行顆粒分析的方法常用的是密度計(jì)法，其適用于土粒粒徑0075 mm 的試樣。其中土粒粒徑計(jì)算公式是采用STOCKS 公式，該公式是任層流條件下， 對低速運(yùn)動(dòng)的微小球形顆粒儀考慮介質(zhì)粘性阻力和有效重力的條件下導(dǎo)的，而實(shí)際實(shí)驗(yàn)時(shí)，這些假設(shè)條件幾乎不能滿足，故通常情況下測得的結(jié)果有一定的偏差， 影響因素歸納為如下：1. 土粒并非球形，而呈不規(guī)則形狀，必然帶來偏差。在同樣的顆粒體積下， 顆粒形狀愈不規(guī)則，沉降速度越慢， 計(jì)算出的土粒粒徑值越小。2. 溫度過高帶來誤差：S在層流條件下導(dǎo)出的，水力學(xué)中表征流態(tài)的雷諾數(shù)Re0.5 此時(shí)懸液處于紊流狀態(tài)，不符合STOCKS 公式層流的要求，故試驗(yàn)時(shí)，懸液溫度應(yīng)控制在28以內(nèi)，以盡量減小結(jié)果偏差。6 擊實(shí)試驗(yàn)6.1 概述室內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)擊實(shí)試驗(yàn)就是近似地模擬現(xiàn)場填筑情況,利用標(biāo)準(zhǔn)化的儀器和方法測出土體的最大干密度和最優(yōu)含水率,用于指導(dǎo)施工。標(biāo)準(zhǔn)擊實(shí)試驗(yàn)所得出的最大干密度的準(zhǔn)確性及真實(shí)性直接關(guān)系到路基工程的質(zhì)量和成本,最大干密度小于真實(shí)值會降低路基工程的質(zhì)量,最大干密度高于真實(shí)值則會明顯地增加壓實(shí)成本。很有必要分析影響土體壓實(shí)的主要因素,對如何得到準(zhǔn)確的最大干密度值進(jìn)行深入的試驗(yàn)研究同時(shí)隨著社會的發(fā)展,也應(yīng)保證現(xiàn)行試驗(yàn)方法的及時(shí)更新,否則易導(dǎo)致與實(shí)際施工脫節(jié)的現(xiàn)象。6.2 試驗(yàn)方法及原理實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)表明，壓實(shí)細(xì)粒土?xí)r為達(dá)較佳的壓實(shí)效果，必須控制土的含水率，含水率太高或太低都得不到好的壓實(shí)效果。對此過程機(jī)理的解釋主要有毛管潤滑理論和粘滯水理論等。毛管潤滑理論認(rèn)為，由于毛管效應(yīng)，表面張力的作用，使土粒結(jié)合在一起，產(chǎn)生大的摩擦阻力抵抗壓實(shí)功，使土粒不易壓實(shí)；含水率增加時(shí)，毛管張力逐漸消失，同時(shí)土粒表面增加了潤滑作用，使土粒易于滑動(dòng)、移動(dòng)；但繼續(xù)增加含水率，土的孔隙由水和密封于土中的氣泡填滿，從而限制了壓實(shí)作用。粘滯水理論認(rèn)為在土中加水有四個(gè)階段：結(jié)合、潤滑、膨脹和飽和階段。在結(jié)合水階段，土粒周圍由薄的水膜包圍，這種水具有粘滯性，能承受一定的剪應(yīng)力，使土粒在擊實(shí)時(shí)保持分離。潤滑階段，水膜便厚，土粒潤滑，使擊實(shí)時(shí)土粒容易聚集在一起。當(dāng)含水率超過了潤滑階段，將引起土體膨脹，不易于被擊實(shí)。不論哪種理論，都明確指出當(dāng)土的含水率達(dá)到某一個(gè)值的時(shí)候能夠使土的干密度達(dá)到峰值。這個(gè)含水率就是最優(yōu)含水率。本試驗(yàn)中，制備不同含水率的土試樣，用一定的功擊實(shí)，測定不同試樣的干密度，在干密度-含水率坐標(biāo)上描出各點(diǎn)，繪成擊實(shí)曲線，確定峰值對應(yīng)的含水率為最優(yōu)含水率。6.3 影響土體壓實(shí)的主要因素（1）含水率的影響含水率是影響土體壓實(shí)效果最重要的因素,含水率過大或過小都不能使土體達(dá)到最緊密狀態(tài)。當(dāng)土顆粒中含水較少時(shí),土粒表面的結(jié)合水膜較薄,幾乎只有強(qiáng)結(jié)合水,顆粒間主要通過引力結(jié)合,相對錯(cuò)動(dòng)困難,并趨向于任意排列,不易密實(shí),從而干密度偏低。隨著含水率的增加,結(jié)合水膜增厚,顆粒間排斥力增大,土粒間存在的弱結(jié)合水膜起到一定的潤滑作用,使顆粒間容易錯(cuò)動(dòng),因此顆粒定向排列增多,干密度相應(yīng)增大。（2）擊實(shí)功的影響一般擊實(shí)功越大,土的孔隙比越小,干密度越大,最優(yōu)含水率越小。但是有一定的限度,超過這一限度,即使擊實(shí)功增加,最大干密度的增加也不明顯。若要使土的干密度達(dá)到最大,就要盡可能的減小其孔隙比,理論上最大干密度就是將土中所有氣體全部排出,此時(shí)土體處于飽和狀態(tài),孔隙比最小。在擊實(shí)過程中,當(dāng)土樣偏干時(shí),土顆粒處于疏松狀態(tài),此時(shí)土中的孔隙大多與外界大氣連通,氣體易被擠出,土體易于擊實(shí),其密度增大;當(dāng)含水率增加至接近最優(yōu)含水率時(shí),土內(nèi)孔隙中的氣體幾乎處于與大氣隔絕的封閉狀態(tài),擊實(shí)已經(jīng)不能將這些氣體排出,亦即擊實(shí)不可能完全達(dá)到飽和狀態(tài)（3）土類的影響土的粒徑和組成結(jié)構(gòu)直接決定其工作性能,如黏性土的透水性比砂土小,黏性和可塑性較大等。不同土類的壓實(shí)性能也不盡相同。（4）顆粒級配的