本文聚焦于砂的相對密度檢測，探討其作為砂性土緊密程度指標的重要性，特別是在建筑物和地基抗震穩(wěn)定性方面的作用。通過詳細闡述試驗步驟與計算方法，揭示了砂土密度與其孔隙比、顆粒級配的內在聯(lián)系。

砂的相對密度檢測

相對密度是砂土處于最松狀態(tài)的孔隙比與天然狀態(tài)孔隙比之差和最松狀態(tài)的孔隙比與最緊密狀態(tài)的孔隙比之差的比值。

相對密度是砂性土緊密程度的指標,對于建筑物和地基的穩(wěn)定性,特別是在抗震穩(wěn)定性方面具有重要的意義。密實的砂,具有較高的抗剪強度及較低的壓縮性,在震動情況下液化的可能性小;而松散的砂,其穩(wěn)定性差,壓縮性高,對于飽和的砂土,在震動情況下,還容易產(chǎn)生液化。

砂土的密實程度在一定程度上可用其孔隙比來反映,但砂土的密實程度并不單獨取決于孔隙比,在很大程度上還取決于土的顆粒級配。顆粒級配不同的砂土即使具有相同的孔隙比,但由于土的顆粒大小的不同,顆粒排列不同,所處的密實狀態(tài)也會不同。為了同時考慮孔隙比和顆粒級配的影響,引入砂土相對密度的概念來反映砂土的密度。

1砂相對密度試驗

砂的相對密度涉及到砂土的最大孔隙比、最小孔隙比及天然孔隙比,砂的相對密度試驗就是進行砂的最大孔隙比(或最小干密度)試驗和最小孔隙比(或最大干密度)試驗,適用于粒徑不大于5mm,且粒徑2~5mm的試樣質量不大于試樣總質量15%的土。

2儀器設備

1) 500ml量筒及內徑600mm的1000ml量筒;

2) 頸管的內徑為 1.2cm 的長頸漏斗,頸口應磨平;

3) 直徑 1.5cm 的錐形塞,并焊接在鐵桿上;

4) 砂面拂平器所示;

5) 橡皮板;

6) 稱量 1000g、最小分度值1g的天平;

7) 金屬圓筒,有兩種:一種容積250ml、內徑為5cm;另一種容積1000ml、內徑為10cm,高度均為12.7cm,附護筒;

8) 振動叉;

9) 擊錘,錘質量1.25kg,落15 cm,錘直徑5 cm。

3試驗步驟

1)砂的最大孔隙比(最小干密度)檢測

(1) 漏斗法

①稱取代表性的烘干或充分風干試樣1.5kg,用手搓揉或用圓木在橡皮板上碾散,并拌和均勻。

②將錐形塞桿自長頸漏斗下口向上穿入,并向上提起,以使錐底堵住漏斗

管口,一并放入容積1000ml 的量筒內,并使其下端與量筒底接觸。

③稱取試樣700g,分數(shù)次均勻緩慢地倒入漏斗中,將漏斗和錐形塞桿同時

提高,然后下移塞桿,使錐體略離開管口,管口應經(jīng)常保持高出砂面約1~2cm的距離,從而使試樣緩慢且均勻頒布地落入量筒中。

④試樣全部松散地落入量筒后,取出漏斗和錐形塞,用砂面拂平器將砂面拂平,然后測記試樣體積,估讀至5ml。

(2) 量微筒法

在漏斗法試驗測記試樣體積后,緊接著用手掌或橡皮板堵住量筒口,將量筒倒轉,然后緩慢地轉回到原來位置,如此重復數(shù)次后,再記下試樣在量筒內所占體積的最大值,估讀至5ml。

取漏斗法和量筒法兩種方法中測得的較大試樣體積值,并計算最小干密度及最大孔隙比。砂的最大孔隙比(最小干密度)試驗必須進行兩次平行測定,兩次測定的密度差值不得大于0.03g/cm3,并取兩次測值的平均值。

2)砂的最小孔隙比(最大干密度)試驗

(1) 稱取代表性試樣2000g,拌勻,分3次倒入金屬圓筒內,且為圓筒容積的1/3,試樣每次倒入圓筒后,先用振動叉以每分鐘150~200次的速度各敲打圓筒兩側,并在同一時間內以每分鐘30~60次的速度用擊錘錘擊試樣表層,直至試樣體積不變?yōu)橹?一般需15~10ml),如此重復第二層和第三層。

(2) 振畢后,取下護筒,并且修土刀齊圓頂面刮平試樣,然后稱圓筒內和試樣的總質量,計算出試樣質量,準確至1g,并記錄試樣體積。

砂的最小孔隙比(最大干密度)試驗必須進行兩次平行測定,兩次測定的密度差值不得大于0.03g/cm3,并取兩次測值的平均值。

4成果整理

測試結果應按下列式計算:

1)最小與最大干密度

ρdmin=mdVmax

ρdmax=mdVmin

式中ρdmin—最小干密度(g/cm3);計算至0.01 g/cm3;

ρdmax—最大干密度(g/cm3);計算至0.01 g/cm3;

md—試樣干質量(g);

Vmax—最松散狀態(tài)的試樣體積(cm3);

Vmin—最密實狀態(tài)的試樣體積(cm3)。

2)最大與最小孔隙比

emax=ρsρdmin-1

emin=ρsρdmax-1

式中 emax—最大孔隙比;

emin—最小孔隙比;

ρs—土的顆粒密度(g/cm3)。

3)相對密度

Dr=emax-e0emax-emin

Dr=ρdmaxρd-ρdminρdρdmax-ρdmin

式中 Dr—相對密度,計算至0.01;

e0—天然孔隙比或填土的孔隙比;

ρd—天然干密度或填土的干密度(g/cm3)。

4)最小干密度與最大干密度均應進行平行測定,平行差值不得大于0.03 g/cm3,取算術平均值。平行測定的差值大于允許差值時,應重新進行側定。

5)記錄表格應符合《鐵路工程土工試驗規(guī)程》TB 10102-2010中表11.2.6的要求。砂的相對密度檢測

相對密度是砂土處于最松狀態(tài)的孔隙比與天然狀態(tài)孔隙比之差和最松狀態(tài)的孔隙比與最緊密狀態(tài)的孔隙比之差的比值。

相對密度是砂性土緊密程度的指標,對于建筑物和地基的穩(wěn)定性,特別是在抗震穩(wěn)定性方面具有重要的意義。密實的砂,具有較高的抗剪強度及較低的壓縮性,在震動情況下液化的可能性小;而松散的砂,其穩(wěn)定性差,壓縮性高,對于飽和的砂土,在震動情況下,還容易產(chǎn)生液化。

砂土的密實程度在一定程度上可用其孔隙比來反映,但砂土的密實程度并不單獨取決于孔隙比,在很大程度上還取決于土的顆粒級配。顆粒級配不同的砂土即使具有相同的孔隙比,但由于土的顆粒大小的不同,顆粒排列不同,所處的密實狀態(tài)也會不同。為了同時考慮孔隙比和顆粒級配的影響,引入砂土相對密度的概念來反映砂土的密度。