砂的相对密度试验

一、 概述

相对密度是砂土处于最松状态的孔隙比与天然状态孔隙比之差和最松状态的孔隙比与最紧密状态的孔隙比之差的比值。

相对密度是砂性土紧密程度的指标，对于建筑物和地基的稳定性，特别是在抗震稳定性方面具有重要的意义。密实的砂，具有较高的抗剪强度及较低的压缩性，在震动情况下液化的可能性小；而松散的砂，其稳定性差，压缩性高，对于饱和的砂土，在震动情况下，还容易产生液化。

砂土的密实程度在一定程度上可用其孔隙比来反映，但砂土的密实程度并不单独取决于孔隙比，在很大程度上还取决于土的颗粒级配。颗粒级配不同的砂土即使具有相同的孔隙比，但由于土的颗粒大小的不同，颗粒排列不同，所处的密实状态也会不同。为了同时考虑孔隙比和颗粒级配的影响，引入砂土相对密度的概念来反映砂土的密度。 二、试验方法及原理

砂的相对密度涉及到砂土的最大孔隙比、最小孔隙比及天然孔隙比，砂的相对密度试验就是进行砂的最大孔隙比(或最小干密度)试验和最小孔隙比(或最大干密度)试验，适用于粒径不大于5ｍｍ，且粒径2～5mm的试样质量不大于试样总质量15%的土。

(一) 砂的最大孔隙比(最小干密度)试验

图6-1 漏斗与拂平器 1. 仪器设备

(1) 500ml量筒及内径600mm的1000ml量筒；

(2) 颈管的内径为1.2cm的长颈漏斗，颈口应磨平；

(3) 直径1.5cm的锥形塞，并焊接在铁杆上，如图6-1 所示； (4) 砂面拂平器，如图4-14所示； (5) 橡皮板；

(6) 称量1000g、最小分度值1g的天平。

2. 操作步骤

(1) 漏斗法

① 称取代表性的烘干或充分风干试样1.5kg，用手搓揉或用圆木在橡皮板上碾散，并拌和均匀。

②将锥形塞杆自长颈漏斗下口向上穿入，并向上提起，以使锥底堵住漏斗管口，一并放入容积1000ml的量筒内，并使其下端与量筒底接触。

③称取试样700g，分数次均匀缓慢地倒入漏斗中，将漏斗和锥形塞杆同时提高，然后下移塞杆，使锥体略离开管口，管口应经常保持高出砂面约1～2cm的距离，从而使试样缓慢且均匀颁布地落入量筒中。

④试样全部松散地落入量筒后，取出漏斗和锥形塞，用砂面拂平器将砂面拂平，然后测记试样体积，估读至5ml。

(2) 量微筒法

在漏斗法试验测记试样体积后，紧接着用手掌或橡皮板堵住量筒口，将量筒倒转，然后缓慢地转回到原来位置，如此重复数次后，再记下试样在量筒内所占体积的最大值，估读至5ml。

取漏斗法和量筒法两种方法中测得的较大试样体积值，并计算最小干 密度及最大孔隙比。砂的最大孔隙比(最小干密度)试验必须进行两次平行测定，两次测定的密度差值不得大于0.03g/cm3，并取两次测值的平均值。 (二) 砂的最小孔隙比(最大干 密度)试验

砂的最小孔隙比试验，也称砂的最大干 密度试验，就是测定砂在最紧密状态的孔隙比及干 密度的试验，砂的最小孔隙比(最大干 密度)试验采用振动锤击法。

1. 仪器设备

1

(1) 金属圆筒，有两种：一种容积250ml、内径为5cm；另一种容积1000ml、内径为10cm，高度均为12.7cm，附护筒。

(2) 振动叉，如图4-15所示。

(3) 击锤，如图4-16所示，锤质量1.25kg，落15 cm，锤直径5 cm。

图6-2 振动叉 图6-2 击锤 2. 操作步骤

(1) 称取代表性试样2000g，拌匀，分3次倒入金属圆筒内，且为圆筒容积的1/3，试样每次倒入圆筒后，先用振动叉以每分钟150～200次的速度各敲打圆筒两侧，并在同一时间内以每分钟30～60次的速度用击锤锤击试样表面，直至试样体积不变为止(一般需15～10ml)，如此重复第二层和第三层。

(2) 振毕后，取下护筒，并且修土刀齐圆顶面刮平试样，然后称圆筒内和试样的总质量，计算出试样质量，准确至1g，并记录试样体积。

砂的最小孔隙比(最大干密度)试验必须进行两次平行测定，两次测定的密度差值不得大于0.03g/cm3，并取两次测值的平均值。 （三）成果整理

1.最小干密度和最大孔隙比计算 砂的最小干密度按式(6-1)计算：

mdVmax

ρmax

=(6−1)

式中 ρmax——试样的最小干密度(g/cm3)； md ——试样干土质量(g)；

2

Vmax ——试样的最大体积(cm3)。 砂的最大孔隙比按式(6-2)计算：

emax=

ρG

w

s

ρ−1(6−2)

dmin

式中

e

max

——试样的最大孔隙比；

ρw——水的密度(g/cm3)； G——土粒比重。 2.最大干密度和最小孔隙比计算 砂的最大干密度按式(6-3)计算：

ρdmax

=

mdVmin

(6−3)

式中 ρdmax——砂的最大干密度(g/cm3)；

md——试样干土质量(g)； Vmin——试样的最小体积(cm3)。 砂的最小孔隙比按式(6-4)计算：

emin=

ρG

w

s

ρ−1(6−4)

dmax

式中，emin 为最小孔隙比，其余符号意义同式(6-2)。 3.砂的相对密度计算

3

Dr=

emax−e0emax−emin

(6−5)

式中 Dr——砂的相对密度；

e0——砂的天然孔隙比；

ρ___天然干密度或要求的干密度

d

(四)试验记录

砂的相对密度试验记录见表6-1。

表6-1相对密度试验记录表

工程名称： 试验者： 工程编号： 计算者： 试验日期： 校核者：

试验项目

最大孔隙比(最小干密最小孔隙比(最大干密度)

试验方法

试样加容器质(g) (1) 量 容器质量 试样质量 试样体积 干密度 平均干密度

(g) (2) (g)

(3)

漏斗法

度)

振击法

(1)-(2)

(cm3) (4) (g/cm3) (5) (3)÷(4) (g/cm3) (6)

4

土粒比重 孔隙比 天然干密度 天然孔隙比 相对密度

(7) (8) (g/cm3) (9)

(10) (11)

5