E-12章 凝聚性土壤的相對密度

 E-12章 低凝聚性土壤的相對密度

RELATIVE DENSITY OF COHESIONLESS SOIL Designation E-12

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 相關連結

• USBR 7250-89 PROCEDURE FOR DETERMINATION OF PERCENT RELATIVE DENSITY(施工中)
• USBR 5525_無凝聚性土壤之最小指數單位重試驗法
• USBR 5530_無凝聚性土壤之最大指數單位重試驗法

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一、目的：

    本章節在敘述試驗室非凝聚透水性土壤之相對密度試驗方法。

二、定義：
    相對密度是定義土壤的緊密狀態，係現地土壤與由試驗室測試下最鬆散和最緊密狀態間之關係，將詳述於下節。相對密度是一比值，是以百分率呈現，係以最鬆散狀態孔隙比和現地土壤的孔隙比之差值與最鬆散狀態孔隙比和緊密狀態孔隙比之差值的百分率。

三、儀器：

    儀器組合條件如下（詳見E-4章和圖12-1~12-3）：

• 相對密度試驗儀的構造：震動桌、0.1、0.5立方呎容積單位重量容器（後簡稱"量器"） 、套筒籍由三個導引束縛螺絲固定 、適合額外載重的底鈑 、錶式測微尺支持架 。震動桌－鋼鐵製桌子且約30×30吋震動平鈑組成並具有電磁振動器；這振動器型式應該在大於100磅荷重振動頻率3,600rpm下是近無聲；在250磅載荷下反復振幅在0.002至0.015吋之間震動；使用230V交流電。
• 量測設備，錶式測微計
• 測微尺支架
• 填充設備
• 直尺，金屬製
• 量測桿，單位重量容器，金屬製
• 秤，30~50磅(12~20kg)容量
• 秤，250磅(120kg)容量
• 馬錶(計時器)
• 盤，混合用
• 勺子
• 刷子，除塵用
• 起重機，至少300磅(150kg)容量 

四、量測：

• 量測表格，如圖12-4（表格7-1708），以提供記錄測定單位重量筒的體積完整資料，固定體積是在土樣高度零刻度讀數時。
• 直接量測體積－測定這單位重量容器體積藉由直接量測。
• 體積計算值，對0.1ft3容器應該記錄至0.0001ft3，而對0.5ft3容器應該記錄至0.001ft3。
• 容器的體積量測藉由量測容器內部高度平均值而獲得。
• 使用如具有圓型刻度測微尺儀器以獲得需要的量測值。
• 本次所有距離測量值為了提供其他試驗使用，在測試時應該精確到0.001吋。
• 水量測體積－單位重量容器的體積藉由測定充滿容器之水的重量來檢核。
• 用水充滿容器直到容器頂部產生一液體凹凸面；
• 在這容器頂端表面正上方慢慢滑動一玻璃鈑，如此使容器能維持完全滿水狀態（在這容器頂部表面杯口塗抹薄膜油脂，將有助於在玻璃鈑和容器間獲得良好的接觸面）
• 測定水在容器內之重量和溫度
• 計算水的體積，隨之記錄在表格7-1708，圖12-4。
• 在本次檢核所有測定值為了其他試驗用途應該精確至0.01磅。
• 30至50磅秤應該專用於0.1ft3容器，而250磅秤應該使用於0.5ft3容器。 
• 在零刻度時土樣高度
• 使用測微尺量距測定桿厚度於大概距端部約1吋處點，標示這測定點，記錄這測定值在表格7-1708。
• 請將這測定桿，橫過單位重量測定筒頂部，且沿引導托架軸線。這測量測定桿之底部應該與單位重量測定筒外緣的頂部齊平。
• 安裝錶式測微計於單位重量之引導托架軸上，使錶式測微計指指針位於測定桿和引導托架軸線上，如同圖12-2A。錶式測微計應該緊密嵌合於引導托架。
• 重覆上步驟以獲得三個相對托架測微錶度盤刻度讀數。
• 測定額外載重底鈑厚度，於 4個等角且距邊緣約1/2吋點位；記錄讀數在表格7-1708和計算" 零刻度時土樣高度"(14行)，這測定值包括額外載重底鈑厚度和錶式測微計刻度。
• 請將盤式指示鏡面放置於托架上如同圖12-2B，且記錄讀值。
• 在上述步驟後，使用測微錶前調整鏡面適應此引導托架記錄讀值。 

五、土樣：

    選擇有代表性的土壤，所需土樣重量由土壤之最大粒料尺寸對照表12-1而決定。（注意：對於工地密度控制，只使用自工地密度試驗孔小於3吋部分的粒料，以符合相對密度試驗之情況。）

六、步驟：

• 相對密度試驗記錄表，表格7-1709(圖12-5)係提供記錄資料和計算最小密度，最大濕和乾密度以及相對密度。
• 最小密度－最小密度是在最大孔隙比，這是零相對密度。
• 使用烘乾材料，對照表12-1，依據最大粒徑尺寸選擇灌注器具和容器。
表 12-1 土樣與使用設備

土樣最大粒料尺寸	土樣重量	於最小密度試驗 使用灌注用具	量筒尺寸
3"(76.2mm)	100 lb(45.0kg)	鏟子或大型勺子	0.5ft3(14l)
11/2"(38.1mm)	25 lb(11.5 kg)	勺子	0.1ft3(3l)
3/4"(19.1mm)	25 lb(11.5 kg)	勺子	0.1ft3(3l)
3/8"(9.5mm)	25 lb(11.5 kg)	1" 噴嘴	0.1ft3(3l)
No.4(5mm)	25 lb(11.5kg)	1/2" 噴嘴	0.1ft3(3l)

• 土壤由最大粒徑3/8"及以下粒料組成：
• 使用灌注器具在儘可能鬆散下置放土壤入容器內，如圖12-3A。
• 保持土壤自嘴口穩定的流瀉且調整灌注高度以距於土壤約1吋高度自由落入。
• 同時移動灌注工具由外向中心以螺旋狀移動，且無材料分離下產生均勻厚度。
• 填滿至容器頂部上方約1吋高。 
• 土壤最大粒徑約3/8"粒料：
• 使用大型勺子(或鏟子)使土壤儘在填充盡可能接近土壤表面上放置。
• 土壤應該以滑下而不是落入預先準備好的容器中。
• 必要時，用手托住以支撐大粒料，防止大粒料自勺子滾入。
• 填滿至容器頂部上方約1吋高。 
• 刮除超過容器頂部水平之土壤，藉由一把金屬直尺來連續檢查。在灌注整平期間，應相當小心操作以避免容器震動。當剔除土壤中大於3/8吋最大粒徑尺寸，任 何少許大顆粒突出容器頂部之上，應當使盡可能使粒料在容器頂表面以上和以下較大的孔隙大抵平衡，確切地說必要時可用手指撥除在直尺水平表面以上顆粒。
• 記錄容器重量和在土壤外面和將結果記錄在表格7-1709第(1)、(2)行。（注意，當容器使用若干次數，這容器應隨時稱重，且定期檢查）
• 最大密度：乾法─此為最大密度，最小孔隙比，100%相對密度。
• 混合已烘乾土樣，盡可能在最小析離下均勻舖平。
• 以同最小密度試驗方法填充土樣入容器。通常直接使用最小密度試驗土樣無須再次裝滿。
• 將容器繫住於震動桌桌面上，放置底板於土樣表面，安裝套筒並拴牢趾端螺拴，然後放置額外荷重於底板上─0.5立方呎的額外荷重時將使用起重機；完整儀器裝配如圖12-1。
• 於土樣加載後，將控制器開到最大震幅，震動8分鐘。
• 移除額外加載重、套筒和讀取加載底板兩側測微尺讀數，如圖12-3B；紀錄結果於表格7-1709第(12)、(13)。秤容器重和空容器重並紀錄於表格7-1709第(19)、(20)行。
• 最大密度：濕法─此為最大密度，最小孔隙比，100%相對密度。
• 濕法可是將水用充分加入烘乾土樣或（寧可用）使用濕土樣。將水加入烘乾土樣內最少浸泡超過一個半小時。加入水量可由預期壓實最大密度孔隙比或藉由土樣實驗成果估算。
• 將容器繫住震動桌上，用勺子或鏟子將濕土樣慢慢填入。在填土過程中保持在土樣表面上累積少量自由水，填入容器過程應在 5至 6分鐘完成；震動土樣 6分鐘。在避免過度沸騰與鬆散土樣情況，則須減小震幅。在震動最後時刻，移除土樣上所有表面水。
• 如同乾法，安裝設備。
• 震動已加額外荷重土樣在最大震幅下震動8分鐘。
• 移除額外加載重、套筒和讀取加載底板兩側測微尺讀數，如圖12-3B；紀錄結果於表格7-1709 第(12)、(13)。秤容器重和空容器重並紀錄於表格7-1709第(19)、(20)行。
• 測定壓實後土樣含水量，表格7-1709第(6)、(11)行。
• （注意：在工程開工或當材料性質發生改變時，則在乾式與濕式兩者最大密度試驗成果中選用較大密度值；因乾法可在較短時間完成，一般比較喜歡選用乾法。但無論如何，假使濕法試驗能獲得最大密度大於1％，則應使用濕法。）

七、計算：

• 最小密度（γd_min）─計算最小密度如下式：

γdmin	乾土重(3)
	量測體積(4)

• 最大密度（γd_max）─計算最大密度如下式：

γdmax ＝	乾土重(21)或(23)
	量測體積(18)

• 現地密度（γd）─於填方夯實或自然沉積的工地密度試驗測定值。
  相對密度（Dd）─計算相對密度百分率，依下式：

Dd=	γdmax (γd -γdmin )	×100%
	γd (γdmax -γdmin )

           或以孔隙比表示

Dd=	emax - e	×100%
	emax - emin)

           此處：e 是孔隙比＝孔隙體積 / 土粒的體積

           e_max =土壤在最浮鬆狀態下之孔隙比
           e_min = 土壤在最緊密狀態下之孔隙比  

• 額外的計算：計算現地或填築密度，當最大、最小和相對密度是已知時如下式：

γd＝	γdmax × γdmin	/100
	γdmax - Dd (γdmax-γdmin )

8、繪圖：

    表7-1595 ,圖12-6,是提供繪製相對密度試驗結果。圖中按比例以繪製在左側最小密度和繪製在右側最大密度之間連成直線來呈現乾密度及相對密度間關係。