淺談土的含水率試驗(yàn)

1、<p><b>　　淺談土的含水率試驗(yàn)</b></p><p>　　摘要：土的含水率試驗(yàn)依據(jù)《土工試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》GB/T50123-1999進(jìn)行。本文就土的含水率試驗(yàn)，闡述測(cè)量不確定度的評(píng)定方法與步驟，在實(shí)踐中的應(yīng)用，提高檢測(cè)實(shí)驗(yàn)室的檢測(cè)水平，使檢測(cè)數(shù)據(jù)更準(zhǔn)確完整。 </p><p>　　關(guān)鍵詞：土樣 含水率 試驗(yàn) </p><p>

2、　　一.含水率是土的基本物理性指標(biāo)之一，它反映土的狀態(tài)，含水率的變化將使土的一系列物理學(xué)性質(zhì)隨之而異。這種影響表現(xiàn)在各個(gè)方面，如反映在土的稠度方面，使土成為堅(jiān)硬的、可塑的或流動(dòng)的；反映在土內(nèi)水分的飽和程度方面，使土成為稍濕、很濕或飽和的；反映在土的力學(xué)性質(zhì)方面，能使土的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度增加或減少，緊密或疏松，構(gòu)成壓縮性及穩(wěn)定性的變化。因此，土的含水率是研究土的物理力學(xué)性能必不可少的一項(xiàng)指標(biāo)。同時(shí)，土的含水率也是土工建筑物施工質(zhì)量控制的依據(jù)。 &

3、lt;/p><p>　　1.定義：含水率，是試樣在105～110℃溫度下烘至恒量時(shí)所失去的水質(zhì)量和恒量后干土質(zhì)量的比值，以百分率表示，其計(jì)算公式如下： </p><p>　　式中：w--試樣含水率（%） </p><p>　　m--試樣濕質(zhì)量（g） </p><p>　　md--試樣干質(zhì)量（g） </p><p>　　2.

4、本試驗(yàn)適用于粗粒土、細(xì)粒土和有機(jī)土。當(dāng)土中有機(jī)質(zhì)含水量超過(guò)干土質(zhì)量5%時(shí)，應(yīng)將溫度控制在65～70℃的恒溫下烘至恒量。因?yàn)橛袡C(jī)質(zhì)土在105～110℃溫度下，經(jīng)長(zhǎng)時(shí)間烘干后，有機(jī)質(zhì)特別是腐殖酸會(huì)在烘干過(guò)程中逐漸分解而不斷損失，使測(cè)得的含水率比實(shí)際的含水率大，土中有機(jī)質(zhì)含量越高，誤差就越大。 </p><p><b>　　二、試驗(yàn)方法 </b></p><p>　　測(cè)定含

5、水率的方法多種多樣，如烘干法、酒精燃燒法、炒干法、比重法、實(shí)容積法、微波法和核子射線法等。分別介紹如下： </p><p>　　1.烘干法：將試樣放入溫度能保持在105～110℃的電熱烘箱中烘至恒值，是測(cè)定含水率的通用標(biāo)準(zhǔn)方法，精度高，試樣簡(jiǎn)便，結(jié)果穩(wěn)定。因此，此法為室內(nèi)測(cè)定含水率的標(biāo)準(zhǔn)方法，為國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。在野外無(wú)烘干箱設(shè)備或要求快速測(cè)定含水率，則可根據(jù)土的性質(zhì)和工程情況分別采用下列方法。 </p>

6、<p>　　2.酒精燃燒法：在試樣中加入酒精，利用酒精在試樣上燃燒，將土烤干，使土中水分蒸發(fā)，是快速測(cè)定法中比較準(zhǔn)確的一種方法，適用于沒(méi)有烘箱或土樣較少的情況。由于此法難以控制105～110℃的恒溫條件，與定義不完全符合，因此一般在現(xiàn)場(chǎng)使用，或者在制備試樣時(shí)測(cè)定風(fēng)干土樣的含水率，供制樣參考。酒精惹燃燒法測(cè)得的含水率略低于烘干法所測(cè)得的含水率。 </p><p>　　3.干炒法：用火爐或電爐將試樣炒干，在

7、炒干過(guò)程中，隨時(shí)翻拌試樣，至試樣表面完全干燥。此法適用于砂性土及含礫較多的土，在工地使用。此法也不符合定義所規(guī)定的105～110℃，干炒法溫度在100～150℃所測(cè)得的含水率略大于烘干法。 </p><p>　　4.比重法：該法是根據(jù)比重試驗(yàn)，測(cè)定濕土體積，估計(jì)土粒比重，間接計(jì)算土的含水率。由于試驗(yàn)時(shí)沒(méi)有考慮溫度的影響，所測(cè)得的結(jié)果準(zhǔn)確度較差。土內(nèi)氣體能否充分排除，直接影響試驗(yàn)成果的精度，故此法僅適用于砂性土。

8、</p><p>　　5.實(shí)容積法：根據(jù)波義爾-馬略特定律設(shè)計(jì)的速測(cè)含水率儀。它是通過(guò)測(cè)定土中固相和液相的體積，取土的經(jīng)驗(yàn)比重值，換算出土的含水率。該法的原理是波義爾-馬略特定律首先要求氣溫基本保持不變，這在填筑工地上是很難達(dá)到的。若以標(biāo)準(zhǔn)溫度為20℃，那么氣溫變化±1℃，實(shí)容積的變化就達(dá)到5%，相應(yīng)含水率的變化也約5%。為此，比較少用。 </p><p>　　6.微波法：微波加

9、熱是近年來(lái)發(fā)展的一門新技術(shù)。微波是一種超高頻的電磁波。微波加熱就是通過(guò)微波發(fā)生器產(chǎn)生微波能，然后用微波能（傳送線）將微波能輸送到微波加熱器中，加熱器中的試樣受到微波的照射后就發(fā)熱，使水分蒸發(fā)。由于微波具有一定的穿透深度，使被加熱物體里外同時(shí)加熱，因此具有均勻、快速的優(yōu)點(diǎn)。顯然，快速干燥工藝在土工試驗(yàn)中具有重要的意義。但微波加熱的溫度如何控制，烘干時(shí)間采用多長(zhǎng)等，還有待于進(jìn)一步研究和實(shí)踐。 </p><p>　　7

10、.核子射線法：利用核子法測(cè)定土石等材料原位密度和含水率是一項(xiàng)迅速發(fā)展的無(wú)損、快速檢查新技術(shù)。用表層型核子水分-密度儀測(cè)定材料密度和含水率是一種間接的物理測(cè)量方法。其測(cè)量依據(jù)是儀器所記錄到的γ射線或熱中子計(jì)數(shù)率分別與被測(cè)材料密度和含水率有確定的相關(guān)性。通過(guò)預(yù)先建立適合儀器進(jìn)行密度或水分測(cè)量的標(biāo)定曲線，確定被測(cè)材料的密度或含水率。 </p><p>　　深層型核子水分-密度儀利用探棒通過(guò)鉆孔或測(cè)量導(dǎo)管放至地面下預(yù)定深

11、度，分別用γ射線散射法和快中子被氫原子慢化法測(cè)定材料原位密度和含水率變化。 </p><p>　　三、試驗(yàn)中的幾個(gè)問(wèn)題 </p><p>　　1.代表性試樣的選取和試樣數(shù)量 </p><p>　　進(jìn)行含水率試驗(yàn)時(shí)，常因土層不均勻，試樣數(shù)量過(guò)少，擾動(dòng)土樣（風(fēng)干土）拌和不勻，鉆探取樣時(shí)，取土器和筒壁的擠壓，土樣在運(yùn)輸和存放期間保持不當(dāng)?shù)雀鞣N因素影響試驗(yàn)結(jié)果。這些影響因素

12、中，有的屬于人為造成，鉆探取土和運(yùn)輸過(guò)程中造成的影響可以從發(fā)展野外現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試方法加以解決，如采用核射線法測(cè)定含水率。土層不均勻是土體本身的客觀實(shí)際，為此，選取測(cè)定含水率的試樣時(shí)，應(yīng)根據(jù)試驗(yàn)?zāi)康暮鸵蠖āＨ魹榱肆私馊翆泳C合而概略的天然含水率，可沿土層剖面豎向切取土樣，拌和均勻測(cè)定其含水率。如果配合壓縮試驗(yàn)、抗剪強(qiáng)度試驗(yàn)、滲透試驗(yàn)，應(yīng)在切取式樣環(huán)刀的上下，兩面選取土樣，這樣測(cè)得的含水率結(jié)果可能由于土樣層次不均有所差異，但有助于了解土層的真

13、實(shí)情況和對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的分析。關(guān)于式樣的數(shù)量，對(duì)于烘干法，為使試驗(yàn)結(jié)果準(zhǔn)確可靠，同時(shí)考慮到烘培時(shí)間的長(zhǎng)短，粘質(zhì)土取15～30g；砂質(zhì)土或礫質(zhì)土因持水性差，顆粒大小相差懸殊，含水量易于變化，所以式樣應(yīng)多取一些，規(guī)定采用50g。酒精燃燒法大多為施工質(zhì)量控制所采用為使酒精用量不宜過(guò)大，實(shí)踐證明粘性土的數(shù)量為5-10g干炒法適用于顆粒均勻的砂、礫料，式樣數(shù)量應(yīng)根據(jù)含粗顆粒粒徑的大小而選擇，粒徑大的</p><p>　　實(shí)容積

14、法，對(duì)原狀土或擊實(shí)土，按密度試驗(yàn)要求用環(huán)刀切取試樣，對(duì)散狀土取代表性試樣80～100%。微波法一般可取30×2cm3的試樣即可。 </p><p>　　2.測(cè)定含水率時(shí)烘干溫度和時(shí)間的控制 </p><p>　　國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定測(cè)試含水率時(shí)的烘干溫度采用105～110℃，這是因?yàn)槿Q于土的水理性質(zhì)。粘性土中水一般分為強(qiáng)粘結(jié)水、弱粘結(jié)水和自由水三種，為不試強(qiáng)結(jié)合水不斷析出及有機(jī)質(zhì)不斷

15、損失，保證測(cè)得的結(jié)果穩(wěn)定，烘干穩(wěn)定不宜過(guò)高，目前國(guó)際上一些主要試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)烘干溫度在100～115℃之間。 </p><p>　　酒精燃燒法和炒干法，其溫度均不不符合100～115℃的要求，但酒精倒入試樣燃燒開始時(shí)即氣化，酒精的氣體部分構(gòu)成火焰的焰心火焰與土樣一般保持2-3cm的距離，實(shí)際上土樣受到的溫度僅在70-80℃，待火焰將熄滅的幾秒鐘才與土面接觸，致使土的溫度上升200-220℃。由于高溫燃燒時(shí)間較短，土樣基

16、本受到適宜的溫度，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)得知，測(cè)得的結(jié)果與烘干法誤差不大。炒干法是將金屬盤放到火爐上將土炒干，溫度在100-150℃，由于砂土中強(qiáng)粘結(jié)水較少，溫度影響較小。 </p><p>　　至于烘干時(shí)間與土的類別及取土量有關(guān)。對(duì)粘性土取15-30g，烘干時(shí)間不少于8h，是根據(jù)多年比較試驗(yàn)而確定的，對(duì)砂性土不少于6h，由于砂性土持水性差，水含量易于變化對(duì)烘干、燒干、炒干的試樣應(yīng)先冷卻后再稱重，一是避免因天平受熱不勻影響稱重

17、精度，二是防止熱土吸收空氣中的水分。為此，試樣應(yīng)放在裝有干燥劑的干燥缸內(nèi)冷卻，缸口涂以凡士林與外界空氣隔絕，試樣在干燥缸內(nèi)冷卻至室溫再稱重。 </p><p>　　3.關(guān)于有機(jī)質(zhì)土的含水率測(cè)定 </p><p>　　在105-110℃恒溫下長(zhǎng)期烘培，有的有機(jī)質(zhì)特別是腐植酸可在烘培過(guò)程中逐漸分解而不斷的減輕其質(zhì)量，使測(cè)得的含水率比實(shí)際的含水率大，有的有機(jī)質(zhì)（如有機(jī)碳）在烘培中其質(zhì)量因氧化而增

18、加，使測(cè)得的含水率比實(shí)際的含水率?。灰虼藰?biāo)準(zhǔn)規(guī)定有機(jī)質(zhì)含量超過(guò)5%的土烘干溫度采用65-70℃。 </p><p>　　4.平衡試驗(yàn)和平行差值 </p><p>　　標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定采用平行試驗(yàn)的目的是為了避免操作中發(fā)生錯(cuò)誤，對(duì)原狀土通過(guò)平行試驗(yàn)可進(jìn)一步了解含水率的平均程度。為保證試驗(yàn)準(zhǔn)確度，試驗(yàn)中規(guī)定平行差值是合理的，對(duì)于烘干法，含水率在40%以下，允許差值1%。含水率大（等）于40%，允許差