公路土工试验内容与方法研究

公路土工试验内容与方法研究

丘德明

广东省地质建设工程勘察院     510000

摘要：在本文中，我们介绍了公路土工试验的基本概念和目的，强调了其在公路工程中的重要性。我们详细讨论了土工试验的内容，包括物理性质试验、力学性质试验、动力性质试验等，以及相应的试验方法和步骤。通过这些试验，可以获取土体的关键参数，为公路工程提供准确可靠的数据支持。旨在探讨公路土工试验的内容和方法，深入了解公路土工试验的基本原理和意义。

关键词：土工试验；公路土工；三轴试验

引言：随着交通发展的迅速推进，公路建设在现代社会中具有重要的地位和作用。而公路土工试验作为公路工程设计和施工的关键环节，是评估土壤和岩石等材料性质的重要手段。通过对土体进行实验和分析，可以获取其物理、力学和工程特性的相关参数，为公路工程的设计和施工提供科学依据。

1. 公路土工试验内容

1.1最大干密度

在公路土工试验中，最大干密度的测试过程需要最先制备至少5个不同含水率的土样，之后闷料一昼夜。将土样放入击实筒中，用一定质量的重锤进行击实，直到土样不再压缩为止。削平击实筒顶端的土，称取击实筒和筒内土的总质量。计算湿土质量和湿密度。立即从刚做完击实试验已脱模的土样总取样做含水率试验，通过测得的含水率计算土样的干密度。完全做完5个土样的击实试验后，用得到的5组对应的干密度和含水率做击实曲线图，就能得到最大干密度和最佳含水率。

1.2击实试验

公路土工击实试验的原理是将一定重量的压实模具放置在土壤上，并施加规定的荷载或振动，通过压实机将土壤压实成一定的密实度。这样可以评估土壤的压实性能和承载能力。

在击实试验中，通过改变土的含水量，用特定的击实设备对土进行击实，然后测量击实后的干密度。在击数一定时，当含水率较低时，击实后的干密度随着含水率的增加而增大；而当含水率达到某一值时，干密度达到最大值，此时含水率继续增加反而招致干密度的减小[1]。这个干密度的最大值就是最大干密度，与它对应的含水率称为最优含水率。

其进行公路土工击实试验需要一些专门的设备，包括压实机、标准压实模具、压实棒等。压实机用来施加规定的振动、冲击或静载荷，以模拟实际场景中的路面荷载。在试验开始前，首先需要准备好试验样品，采集并制备代表性的土壤样品。在试验过程中，最先需要选择具有代表性的土样，一般对于轻型击实试验取20kg，对于重型击实试验取50kg。然后，将样品填充到标准压实模具中，并进行规定次数和规定质量的冲击或振动压实。

通过公路土工击实试验，可以获得一系列土壤密实度和荷载响应的数据。这些数据可以用于评估土壤的压实效果、振动特性和承载能力，并为公路设计和施工提供参考。

1.3压实度试验

选择具有代表性的土样，并按照规定方法进行风干和过筛处理。将处理后的土样分成若干份，每份约500克。分别称量每份试样的质量，并记录。在试验开始前，先测量每份试样的初始干密度。按照规定的加水量，将水均匀地加入到每份试样中，并充分搅拌均匀。将每份加水后的试样分层装入压实器中，每层压实次数按照规定进行。将压实后的试样取出，测量其干密度。根据初始干密度和压实后的干密度，计算试样的压实度。

2. 公路土工试验方法

2.1三轴试验

三轴试验是一种用于研究土壤或岩石等材料的力学性质的重要试验方法。三轴试验需要使用专门的三轴剪力仪，也称为三轴压缩仪。该设备包括一个压力室、轴压系统、侧压系统和孔隙水压力测读系统等。

首先，选择具有代表性的土样，按照规定方法制备试样。试验用的土样为圆柱形，其高度与直径之比为2:1或2:2.5。试样用薄橡皮膜包裹，使土样的孔隙水与膜外液体（水）完全隔开[2]。

将试样安装到三轴试验仪中，确保试样的位置和稳定性。在室内试验中，需要测定不同应力水平下的应变和应力。这可以通过使用应变计和压力机等设备来完成。

还需要将试样装入压力室中，并施加轴向压力。在给定的三轴压力室周围压力作用下，不断加大轴向附加压力，直至试样被剪破。在剪切过程中，通过测量装置记录试样的变形和应力变化。

对试样施加垂直压力，并保持恒定。对试样施加侧向压力，以模拟实际受力条件。在试验过程中，测量试样的变形情况，并记录数据。当试样破坏时，停止试验，并记录破坏时的压力和变形数据。对试验数据进行处理和分析，计算试样的剪切强度等力学参数。

根据室内试验测定的应变和应力数据，绘制应变-应力曲线。该曲线可以反映土样的应力应变关系，为后续计算基床系数提供依据。根据应变-应力曲线，可以计算出压缩模量。压缩模量是土体在一定应力水平下抵抗变形的能力，可以通过对曲线进行拟合得到。基床系数是反映土体在动荷载作用下抵抗变形的能力的参数。可以根据压缩模量和相关公式计算得到基床系数。具体的计算公式可以根据不同的试验方法和标准来确定。

三轴试验是一种比较复杂的实验方法，需要专业的操作人员和精确的设备。在实验过程中，需要注意数据的准确性和规范性，确保实验结果的可靠性。同时，由于土壤性质的复杂性和多变性，三轴试验的结果可能会受到多种因素的影响，如土壤类型、含水量、密度等。因此，在进行实验前需要进行充分的准备和研究，了解相关的理论和方法，以确保实验的准确性和有效性。

2.2基础分析

土工试验基础分析首先需要准备一定量的土样，可以从现场或特定地点采集。采集的土样应具有代表性，且在运输和储存过程中应避免扰动和水分蒸发。将采集的土样进行破碎、过筛和风干等处理，以便后续的分析试验。通过在不同含水量下测定土的力学性质变化，确定土的界限含水量。通过在不同压力下测定土的变形量，了解土的压缩性。根据试验数据，对土的物理力学性质进行分析和评价，为工程设计和施工提供依据。同时，为了保证试验结果的准确性和可靠性，应严格遵守试验规范和操作规程，并对试验数据进行处理和分析时，应采用科学的方法和合理的计算公式。

2.3腐蚀分析

要保护好腐蚀破坏现场的所有证据，同时搜集相关的相关资料，例如介质的种类、温度、压力、设备或管道的材料等，并提取一定数量的腐蚀产品。观测记录的内容包括：损坏的设备的名称、大小、形状、材料牌号、生产厂家和整个生产过程，投产日期，操作记录，维护记录，流程和操作程序等。此外，在不能用肉眼直接观测到的情况下，也可以通过缺陷检测、现场金相观测等方法，对腐蚀状况做更深入的认识和观察。在此基础上，对已有故障装备或零件的结构、加工特性、破损零件、零件的锈蚀形貌等进行分类，采集附着物、产生的物质，观测所有可疑物体、痕迹。如果需要，可以选择适当的培养基用于实验。在收集资料的基础上，结合实验室检测的结果，分析了引起混凝土结构腐蚀的原因，提出了解决措施。在此基础上，对所得到的结论作了归纳，并就设备或零件的设计、材料的更换等方面提出了一些建议。

2.4颗粒分析

公路土工试验中的颗粒分析试验是用于测定土中各粒组占土粒总质量百分数的试验。其目的是定量描述土粒中各个粒组的含量，为土的工程分类和了解土的工程性质提供依据。同时，在进行地基土液化判别时，也需要用到土的粘粒含量，这需要通过颗粒分析试验对粘粒含量进行定量分析。

在公路土工试验颗粒分析中，必须首先对指定地点进行采样，并保证其具有一定的代表性和随机性。样品经空气干燥后，用碾磨机将其粉碎并混合，以避免样本出现结块现象。根据试验要求，取一定数量的子样品。通常采用四分法，也就是把土样分成四个部分，从中选出一部分进行试验。用一组筛子过滤样品，以便将各种粒径的土分开。一般采用各种大小的筛网，从粗到细，都要经过一系列的筛选。称量过筛样和筛样后的样品，并做好品质的记录。

当筛下物重量在10%以下时，可省去细筛法。另外，还可以用一套更细的筛孔对不同粒径范围的土样进行更深入的分析。最后，以筛面及筛面上的土粒重量为基础，计算出每一粒径范围所占的比例，并绘出粒径分布曲线。

结语：总之，通过对公路土工试验内容与方法的深入研究，可以提高公路工程的设计水平和施工质量，为公路建设的可持续发展做出积极贡献。希望本文对相关领域的研究者和从业人员能够提供有益的参考和指导。

参考文献：

[1]苏蓉.浅谈岩土工程勘察方法与结果分析[J].四川水泥,2023,(08):74-76+79.

[2]程美星.公路岩土工程勘察土工试验的质量分析[J].运输经理世界,2021,(22):27-29.

[3]杨豪明.岩土工程勘察土工试验中常见的问题与改善策略[J].广东化工,2021,48(11):283-284.

[4]宫振剑.公路工程中土工试验的关键技术要点研究[J].交通世界,2021,(15):92-93.