ASTM D1556—90-沙锥法测量现场土壤密度及单位重量的标准测试方法.pdf
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1、 1 设计规范 D155690(1996 年重获批准)沙锥法测量沙锥法测量现场现场土壤密度及单位重量的标准测试方法土壤密度及单位重量的标准测试方法 本标准依据现有设计 D2937-94,其序列号依设计被采用后或修改后的年份而定,其中的后缀序列号依本标准被最后批准的年份而定。本页左上角的希腊语字母之第五字表示本标准在最后稿或被批准后之前的修改次数。1、适用范围 1.1、本方法为沙锥法测定现场土壤密度和单位重量。1.2、此方法适用于不含岩石或粒径超过 11/2英寸(38mm)的粗糙材料。1.3、本方法同样适用于测试现场未受扰动土壤的密度及单位重量或原始土壤,该土壤具有一定的天然小空隙,这种空隙非常
2、小,能够阻止砂粒进入空隙中,从而保证土壤具有稳定的空隙率,本方法也适用于测试此种土壤。这些被测试的土壤或其它材料应具有足够的粘性或足够大的粒间吸引力,在钻挖测试孔的过程中能够维持边坡的稳定,而且拥有足够的强度,在钻孔过程中或置放仪器后,能够承受较小的压力而保持不变形或不脱落。1.4、由于在挖测试洞过程中,有机质土壤、饱和性土壤和高塑性土壤会变形或被压缩,所以,本方法不能用于测试上述土壤。由于由松散的细粒材料组成的土壤稳定性极差,所以此方法同样不能用于测试这种土壤。此外,此方法也不能用于测试含有较多粗糙材料粒径超过 11/2英寸(38mm)的土壤以及具有很高孔隙率的细颗粒土壤。1.5、如果被测试
3、材料含有适量的粒径超过 11/2英寸(38mm)的颗粒,或要求测试洞体积超过 0.1 立方英尺(2830 立方厘米)时,应依据 D4914 或 D5030 规范操作。1.6、在工程实践中,按照惯例,通常使用磅表达质量(基本单位为 1bm,即质量为一磅)和力(基本单位为 1bf,即一磅力)的单位。这无疑将两种计量体系,即质量体系和重力体系,组合在了一起。这种将两种完全不同的计量体系,即英 2 寸磅计量体系,组合在一起在一个单一的标准中使用显然是不科学的。在处理英寸磅计量体系时,本方法使用了重力计量体系,即 1bf 表示一磅的重量。但在本方法中,在天平的使用、质量及密度的记录时,并不使用英寸磅计量
4、体系。1.7、本规范中并不能指明所有的安全措施,因此,如果注明有安全隐患,务请遵从说明进行相关操作。使用者在使用本规范时,有必要在实践中逐步建立起一套适当的健康和安全防范措施及必要的操作规则。2、参考文献 2.1、美国材料及测试协会(ASTM)标准:D653 土壤、岩石及其流动性术语;D698 密实土壤实验室改良测试方法(12000 英寸-磅/英寸(合 600kN-m/m);D1557 密实土壤实验室改良测试方法(56000 英寸-磅/英寸(合 2700kN-m/m);D2216 土壤及岩石含水率(或湿度)实验室测试方法;D3584 工程土壤及岩石索引文件及报告惯例;D4253 振动台法最大土
5、壤指标密度测试方法;D4254 土壤最小指标密度及相对密度计算测试方法;D4643 微波烘干箱烘干法土壤含水率测定测试方法;D4718 包含特大型颗粒土壤单位重量及含水率校正惯例;D4753 土壤和岩石测试评价、选择和天平及其称重范围确定规范;D4914 砂置换法现场土壤及岩石密度和单位重量测试方法;D4944 碳酸钙气压检测器法现场土壤含水率(湿度)测试方法;D4959 直接加热法土壤含水率(湿度)测试方法。D5030 水置换法现场土壤及岩石密度和单位重量测试方法。3、相关术语 3.1、定义 所有定义均参照 D653 规范的术语。4、测试方法概述 4.1、测试孔须手工挖成,且从孔中提取的所有
6、样品须存放在容器中。然后,以已知密度的沙填充该孔,由此可得出测试孔的体积。现场土壤湿密度由所挖取的湿土壤质量除以测试孔的体积所得。在测定所取土壤含水率后后,由湿土壤的质量、含水率及测试孔的体积计算出现场土壤的干质量及干密度。3 5、重要性及应用 5.1、此方法适用于测定土堤构筑、路基填筑、建筑回填等压实土壤密度的测定。此法通常用于确定土壤压实至某一特定密度或某一最大密度的百分比,如 D698或 D1557 规范的测试方法。5.2、本方法适用于测定现场自然土壤沉积密度、堆积密度、土壤混合密度或其它类似材料的密度。5.3、一般情况下,本方法仅限定于测试不饱和土壤,而不适用于松软土壤、易碎土壤或极度
7、湿润土壤,这些土壤中的水份会渗入所钻成的测试孔中。易变形、在振动状态下测试孔体积产生变化、或在测试孔周围站立或走动时,都会对测试结果产生重要影响。请参阅注 1。注注 1:在测试松散土壤或接近饱和状态的土壤时,由于地表荷载、人工踩踏及类似的活动影响,测试孔的体积会产生变化。此种情况下,可以在测试孔一定距离范围内用一块平板以支持这些荷载,从而避免测试体积的变化。通常所测试的结果要与理论饱和密度进行对比,或在干密度及含水率相关图上查对零空隙线,因此没有必要时时观察测试孔的体积是否产生变化。如果现场压实土壤密度测试结果经计算超过 95%,那么土壤极有可能处于饱和状态,测试结果可能是错误的,或者测试孔的
8、体积已经发生变化。6、仪器设备 6.1、沙锥密度测试仪 由以下部分组成:6.1.1、可连接广口瓶或其它能装足够量沙的器皿,以便于填充测试孔。6.1.2、可控设备由一个带阀的孔口,直径为1/2英寸(13mm),一端与金属漏斗或盛沙容器相连,另一端与较大的金属漏斗(即沙锥)相连。阀门应该且个固定销,以防止完全打开或完全关闭。器具应具有足够的强度,以避免在测试过程中产生扭曲或锥形体部分产生体积变化。锥体部分应具有约 60的角度,以便于灌沙均匀。6.1.3、一个中央带有凸缘孔的金属底盘或平板,该孔应易于与 6.1.2 中提及的大漏斗(即沙锥)相接。底盘可以是圆的或方的,面积最小应为 3 英寸(75 m
9、m),即大于漏斗(即沙锥)。底盘底部应为平的,且具有足够的厚度及硬度。底盘的凸缘、背脊等高度约在3/8至1/2英寸(10 至 13 mm)之间。4 6.1.4、填充仪器及底盘的沙的质量,建议优先使用附录 A1 中所提及的。6.1.5、图 1 中所给出的最小仪器设备,适宜于测试的最大粒径约为 11/2(38 mm)英寸,测试孔体积约为 0.1 立方英尺(2830 mm2)。当材料中含有小量特大型颗粒或孤立的大颗粒时,应换在其它地方重新进行测试。当颗粒粒径大于 11/2(38 mm)英寸时,需要较大的仪器及较大的测试孔。此处所提及的仪器经实践证明是有效的。只要遵循与本方法同样的原理,可以使用更大的
10、仪器或其它按此成比例缩放的仪器。当测试孔的体积超过 0.1 立方英尺(2830 mm2)时,应遵循 D4914规范所确定的测试方法。6.2、填充沙 必须是清洁、干燥的,其密度及粒度须是均匀、未胶结、耐用且可自由流动。须包含任意粒级,其均匀系数(CuD60/D10)须小于 2.0,其最大颗粒粒径须小于 2.0mm(No.10 号筛),粒径 250 微米(No.60 号筛)的颗粒所占重量应不超过 3%。均匀粒级的沙在处理、使用及贮藏过程中应避免游离而出现不均匀的现象。在自然环境湿度日变化过程中,游离的细沙及细沙颗粒应避免产生填充密度的显著变化。不能使用包含耐用的、自然圆形的或圆形的颗粒的沙。压碎而
11、成的沙或具有棱角的颗粒不能自由流动,从而导致所测定的密度出现剪刀撑式的错误结果(见注 2)。因此,在选择填充沙时,应根据附录 A2 所要求的程序一一确定每一容器或袋装填充沙的填充密度。合格的填充沙,其每一袋的填充密度不应大于平均值的 1%。测定填充沙密度前应先烘干,然后置放在使用地点让其自然风干冷却(见注 3)。填充沙在使用前,应先除去其中的污染沙、检查级配、烘干并测定密度(见注 4)。填充沙密度测定的时间间隔应不超过 14 天,同时,在环境湿度发生显著变化、使用前及补充新沙时,皆应重新测定其密度(见注 5)。注注 2:某些人造沙(破碎沙),如爆破后形成的沙,已经被成功地使用过。在选择使用带棱
12、角的沙之前,必须在实验室条件下进行可重复性使用测试。注注 3:许多机构发现,填充沙应贮藏在密闭的容器中,以防止其吸引湿气。一般情况下,填充少应存放在干燥处,避免露天存放。同时,也发现在填充沙中或其邻近处放有发光球形物或其它加热源,也同样能够保持填充沙处于干燥状态。注注 4:通常情况下,避免回收使用过的填充沙。5 注注 5:大多数沙都有引湿性能。只要吸收少量的湿气,填充沙密度就会发生较大的变化。在高湿润地区,或湿度变化频繁的地区,填充密度的测定时间间隔应远小于 14 天。检查的频度,根据同一填充沙在同一使用条件下,其密度不产生较大变化的时间而定。6.3、天平及其称重范围 称重填充沙及取样沙的天平
13、,应符合 D4753 规范所要求的分度为 5 克或更小一些。当使用图 1 所示的测试设备时,称重填充沙及取样沙的天平应至少称量 2 公斤,分度为 5 克。6.4、烘干设备 适合于本方法测定含水率的烘干设备,可根据 D2216、D4643、D4959 或 D4944 规范要求确定。6.5、辅助设备 刀、小鹤嘴锄、凿子、泥铲、螺丝起子、匙勺等用于挖掘测试孔。钉子或长钉用于固定底盘;带盖的桶、塑料袋或其它容器等分别盛装填充沙和所取的用于测试密度及含水率的样品;小毛刷、计算器、笔记本或记录表等。7、操作程序 7.1、用于测试密度时,现场选址应遵循如下原则:7.1.1、检查沙锥和底,看阀门是否损坏、转动
14、是否顺畅。将合格的填充沙装入容器中,填充沙的密度及质量依附录 A2 测定。7.1.2、平整所选定的地点。底盘更易于平整地表。7.1.3、放置底盘,保证底盘中央孔与地面紧密接触,并在底盘周围划线作标记,以便于在测试过程中随时检查底盘是否移动。如果必要,为防止底盘移动,可以用钉子或其他手段将其固定,但不能扰动土壤。7.1.4、如果地面无法整平或地面有空隙,测试孔横向体积受漏斗、底盘及地表所限,应进行预测试。用填充沙填平地表空间,并测定所用沙的质量,重新装满容器,并在进行测试前测定填充沙及容器的质量。测试完成后,用毛刷小心地扫除地面上的沙(见注 6)。注注 6:如果预期会出现这种这种情况,应该多带一
15、套校准好的的仪器设备到现场,以备进行新的测试。当希望较好的精度时,每一次测试都应重复进行 7.1.4段落所提及的操作程序,当然,如果地表情况比较平整,就没有必要这样做。7.1.5、通过底盘中央孔挖掘测试孔,避免扰动或挤压孔壁周围的土壤。测试孔的 6 体积应尽可能地大,以最大程度地减小误差,或不小于表 1 中所列情况。测试孔边缘应有微坡,孔底成平面或凹面。避免袋子、手臂及锐物等碰触孔壁,任何碰触都会影响测试精度。粒状土壤应格外小心,或者将测试孔挖掘成圆锥形的。挖掘出的土壤及挖掘过程中松脱的土壤,都应一起装入密封容器中,容器上应标明测试序列号。切忌丢失任何材料。在测定质量及含水率前,应避免材料失水
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