用削土刀、切土盘和切土器将土块修整成形，使其符合本试验技术要求的2.1和2.2的规定，即可用于试验。......
2023-10-02
充砂法试验指导：准备干净干燥砂并按步骤进行测定
【摘要】：测筒充砂密度，应按下列步骤进行测定：①准备不少于5000g的清洗干净的干燥标准砂。与此同时，不断向漏斗中补充标准砂，使砂面始终保持与漏斗上口齐平。充砂法试验应按下列步骤进行：①切取冻土试样。试样杯周侧包裹5cm厚的泡沫塑料保温，将其放入土工冻胀试验箱。调节土工冻胀试验箱箱体温度为-3℃，保持恒温。
三、仪器设备
1.测筒：内径宜用15cm，高度宜用13cm。
2.量砂：粒径0.25～0.5mm的干净标准砂。
3.漏斗：上口直径可为15cm，下口直径为5cm，高度为10cm。
4.天平：称量5000g，分度值1g。
四、试验步骤
（1）测筒的容积，应按下列步骤测定：
①称量测筒的质量m1。
②测筒注满水，水面必须与测筒上口齐平。称量测筒和水的总质量m2。
③测量水温，并查取相应水温下的密度ρwt。
（2）测筒充砂密度，应按下列步骤进行测定：
①准备不少于5000g的清洗干净的干燥标准砂。标准砂的温度应接近冻土试样的温度。
②用漏斗架将漏斗置于测筒上方。漏斗下口与测筒上口应保持5～10cm的距离。
③用薄板挡住漏斗下口，并将标准砂充满漏斗后移开挡板，使砂充入测筒。与此同时，不断向漏斗中补充标准砂，使砂面始终保持与漏斗上口齐平。在充砂过程中不得敲击或振动漏斗和测筒。
④当测筒充满标准砂后，移开漏斗，轻轻刮平砂面，使之与测筒上口齐平。在刮砂过程中不应将砂压密。称筒、砂的总质量ms。
（3）充砂法试验应按下列步骤进行：
①切取冻土试样。试样宜取直径为8～10cm的圆形或L×B（cm）：（8～10）×（8～10）的方形。试样底面必须削平，称试样质量m。
②将试样平面朝下放入测筒内。试样底面与测筒底面必须接触紧密。用标准砂充填冻土试样与筒壁之间的空隙和试样顶面。充砂和刮平砂面应按测筒充砂密度的第2、3步骤进行。
③称量筒、试样和充砂的总质量m4。
五、试验计算结果
Ⅳ——进一步冷却阶段。对于黏性土来讲，土中水除自由水外，还有吸着水、薄膜水的结晶需要更低的温度，随着薄膜厚度的减薄，受到矿物颗粒分子引力增大，所以冻结温度越低，在冻结曲线上由Ⅲ过渡到Ⅳ。
Ⅴ——环境温度升高时的融化阶段。此阶段前一部分由于土温度提高，部分冰融化，为此要吸收相变热。所以这时土温相对稳定。当土中冰全部融化后，土温开始明显上升。
试验表明，土中水在过冷以后，只要一开始结晶，由于释放潜热，土温就迅速上升，达到某一温度时就稳定下来，这时发生土孔隙中水的冻结过程。这一稳定温度称为起始冻结温度。
三、仪器设备
图3.3 土工冻胀试验箱
仪器设备包括土工冻胀试验箱（图3.3）、试样杯、切土刀、温度传感器、数据采集仪等。
1.土工冻胀试验箱：-30～50℃，为试验提供恒定的低温环境。
2.温度传感器：热敏电阻温度传感器，精度为0.01℃。
3.试样杯：直径6cm，高4cm。
四、试验步骤
1.原状土试验步骤
（1）土样应按自然沉积方向放置。剥去蜡封和胶带，开启土样筒取出土样。
（2）试样杯内壁涂一薄层凡士林，杯口向下放在土样上。将试样杯垂直下压，并用切土刀沿杯外壁切削土样。边压边削至土样达到试样杯高度，用钢丝锯整平杯口，擦净外壁，并取余土测定含水率。
（3）将热敏电阻测温端插入试样中心。
（4）试样杯周侧包裹5cm厚的泡沫塑料保温，将其放入土工冻胀试验箱。
（5）调节土工冻胀试验箱箱体温度为-3℃，保持恒温。
（6）开启数据采集仪，对数据进行采集，当温度突然跳跃并连续3次稳定在某一数值（相应的温度即为冻结温度），试验结束。
2.扰动冻土试验步骤
（1）称取风干土样200g，平铺于搪瓷盘内，按所需的加水量将纯水均匀喷洒在土样上，充分拌匀后装入盛土器内盖紧，润湿24h（砂质土的润湿时间可酌减）。
（2）将制配好的土样装入试样杯中，以装实装满为止。杯口加盖。将热电偶测温端插入试样中心。杯盖周侧用硝基漆密封。
（3）按本试验原状土试验的步骤（3）～（6）进行试验。
五、试验结果计算
通过数据处理，可以得到土体冻结温度曲线，如图3.4所示。
图3.4 土体冻结温度曲线
根据曲线中温度跳跃的特征，得到跳跃后最高且稳定点的温度即为土壤的起始冻结温度，即图3.4中C点对应的温度。
六、思考题
1.什么是水的过冷现象？
2.土冻结的温度特征可以分为几个阶段？
3.什么是土的起始冻结温度？
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