T0123-1993砂的相对密度试验

1 目的和适用范围
  本试验适用于最大颗粒直径小于5mm，且粒径2mm～5mm 范围内的试样质量不大于试样总质量15%的砂土。
2 仪器设备
2.1 量筒：容积为500mL 及1000mL 两种，后者内径应大于60mm。
2.2 长颈漏斗：颈管内径约12mm，颈口磨平（图T 0123-1）。
2.3 锥形塞：直径约15mm的圆锥体镶于铁杆上（图T 0123-1）。
2.4 砂面拂平器（图T 0123-1）。
2.5 电动最小孔隙比仪，如无此种仪器，可用下列2.6～2.8 设备。
2.6 金属容器，有以下两种：
2.6.1 容积250mL，内径50mm，高度127mm。
2.6.2 容积1000mL，内径100mm，高度127mm。
2.7 振动仪（图T 0123-2）。
2.8 击锤：锤重1.25kg，高度150mm，锤座直径50mm（图T 0123-3）。
2.9 天平：感量1g。
图T 0123-1 长劲漏斗 图T 0123-2 振动仪（单位：mm） 图T 0123-3 击锤（单位：mm）1-锥形塞；2-长劲漏斗；3-拂平器 1-击锤；2-锤座
3 试验步骤
3.1 最大孔隙比的测定
3.1.1 取代表性试样约1.5kg，充分风干（或烘干），用手搓揉或用圆木棍在橡皮板上碾散，并拌和均匀。
3.1.2 将锥形塞杆自漏斗下口穿入，并向上提起，使锥体堵住漏斗管口，一并放入容积1000mL量筒中，使其下端与量筒底相接。
3.1.3 称取试样700g，准确至1g，均匀倒入漏斗中，将漏斗与塞杆同时提高，移动塞杆使锥体略离开管口，管口应始终保持高出砂面约1～2cm，使试样缓缓且均匀分布地落入量筒中。
3.1.4 试样全部落入量筒后取出漏斗与锥形塞，用砂面拂平器将砂面拂平，勿使量筒振动，然后测读砂样体积，估读至5 mL。
3.1.5 以手掌或橡皮塞堵住量筒口，将量筒倒转，缓慢地转动量筒内的试样，并回到原来位置，如此重复几次，记下体积的最大值，估读至5mL。
3.1.6 取上述两种方法测得的较大体积值，计算最大孔隙比。
3.2 最小孔隙比的测定
3.2.1 取代表性试样约4kg，按本试验3.1.1 条步骤处理。
3.2.2 分三次倒入容器进行振击，先取上述试样600～800g（其数量应使振击后的体积略大于容器容积的1/3）倒入1000mL 容器内，用振动仪以各150～200 次/min 的速度敲打容器两侧，并同时用击锤以30～60 次/min 的频率锤击试样顶面，直至砂样体积不变为止（每层约需5～10min）。敲打时要用足够的力量使试样处于振动状态；振击时，粗砂可用较少击数，细砂应用较多击数。
3.2.3 如用电动最小孔隙比试验仪时，当试样同上法装入容器后，开动电机，进行振击试验。
3.2.4 按本试验3.2.2 步骤，进行后两次加土的振动和锤击，第三次加土时应先在容器口上安装套环。 3.2.5 最后一次振毕，取下套环，用削土刀齐容器顶面削去多余试样，称量，准确至1g，计算其最小孔隙比。
4 结果整理
4.1 按下列式子计算最小与最大干密度： 
          m
Pdmin=----------  （T 0123-1） 
         Vmax 
          m
Pdmax=----------  （T 0123-2） 
         Vmin
式中：Pdmin ——最小干密度，计算至0.01 g/cm3；
Pdmax——最大干密度，计算至0.01 g/cm3；
m——试样质量（g）；
Vmax——试样最大体积（cm3）；
Vmin——试样最小体积（cm3）。
4.2 按下列公式计算最大与最小孔隙比： 
        PwGs
emax=----------- -1  （T 0123-3） 
        Pdmin
        PwGs
emin=------------ -1  （T 0123-4）
         Pdmax
式中： emax——最大孔隙比，计算至0.01；
emin——最小孔隙比，计算至0.01；
Gs——土粒比重；
4.3 按下列公式计算相对密实度：
        emax-e0
Dr=------------------（T 0123-5）
       emax-emin
式中：Dr ——相对密度，计算至0.01；
e0——天然孔隙比或填土的相应孔隙比；
pd——天然干密度或填土的相应干密度（g/cm3）。
4.4 本试验记录格式如表T 0123-1。
表 T 0123-1 相对密实度试验记录
工程名称----------- 试验者-----------
土样编号----------- 计算者-----------
试验日期----------- 校核者-----------
试验项目 最大孔隙比 最小孔隙比备 注试验方法 漏斗法 振击法
试样+容器质量 （g） （1） 2150 2170 2162 2165
容器质量 （g） （2） 1750 1750
试样质量 （g） （3） （1）-（2） 400 420 412 415
试样体积 （cm3） （4） 335 350 250
干密度 （g/cm3） （5） （3）÷（4） 1.20 1.20
平均干密度 （g/cm3） （6） 1.20 1.66
比重Gs （7） 2.65
孔隙比（e） （8） 1.21 0.59
天然干密度 （g/cm3） （9） 1.30
天然孔隙比e0 （10） 1.04
相对密实度Dr （11） 0.27
4.5 精度和允许差。
  最小与最大干密度，均须进行两次平行测定，其平行差值不得超过0.03g/cm3，否则应重做试验，取其算术平均值。
5 报告
5.1 砂类土的描述。
5.2 砂的相对密度值。

条文说明

1 相对密度是无黏聚性粗粒土紧密程度的指标，对于土质建筑物的地基稳定性，特别是在抗震稳定性方面，具有重要的意义。
2 相对密度试验中的三个参数，即最大干密度、最小干密度及现场干密度对相对密度值都很敏感。因此，试验方法和仪器设备的标准化是十分重要的。然而，目前没有统一而完善的测求最大、最小孔隙比的方法，天然孔隙比的测定也存在不少问题。从国外情况看，美国对相对密度试验研究较多，最大密度试验方法也基本上统一用振动台法。
3（Ⅰ）最小干密度试验
  测定最大孔隙比即最小干密度的方法常见的有漏斗法、量筒法和松砂器法。水电部门的对比试验结果表明，几种方法所得结果相差不大，但各种方法本身尚存在不同的问题。漏斗法是用小的管径来控制砂样，使其均匀缓慢地落入量筒，以达到很疏松的堆积。但由于受漏斗管径的限制，有些粗颗粒受到阻塞；加大管径又不易控制砂样的慢慢流出，故只适用于较小颗粒的砂样。慢速倒转法由于细颗粒下落较慢，粗颗粒下落较快，产生粗细颗粒分层现象。采用慢速倒转法虽然存在一些缺点，但能达到较松的密度，测得最大孔隙比。
 （Ⅱ）最大干密度试验
  测定砂的最小孔隙比即最大干密度，国外采用振动台法，国内以往采用振动锤击法。
  通常采用的方法，按加力性质分为三大类：锤击法，振动法，锤击与振动或静荷载与振动联合使用的方法。锤击法主要适用于略具黏性的砂土，与击实试验的作用相同。振动法是一种较好的方法，因能产生不同的惯性力而引起密度的增加，所以美国ASTM将其列为标准试验方法。锤击与振动联合使用的方法，兼有振动与锤击的优点。将两种方法进行比较，结果表明，振动锤击法比振动台法测得的最大干密度为大，如表T 0123-2。
  鉴于以上试验结果，本试验仍以振动锤击法作为测定最大干密度的标准方法。
表 T 0123-2 不同方法测得的最大干密度（g/cm3）
土类     振动 台法                   振动  锤击法 
        干法   湿法              干法        湿法
标准砂 1.65    1.72              1.78       1.72
黄砂   1.88    1.94              2.04       1.96

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