相对密度试验方法(孔隙比)
相对密度测量实验
相对密度测量实验相对密度是物质相对于水的密度比值，也称为比重。
相对密度测量实验是物理实验中常见的一种实验，通过该实验可以了解不同物质的密度特性，进而推断物质的成分和性质。
本文将介绍相对密度测量实验的原理、步骤和实验器材，并探讨实验中可能遇到的问题及解决方法。
实验原理：相对密度的测量是基于物质的密度特性。
密度是物质单位体积的质量，通常用符号ρ表示。
相对密度则是物质相对于水的密度比值，即相对密度=物质密度/水密度。
由于水的密度在常温下为1克/立方厘米，因此相对密度也可以表示为物质的密度与水密度的比值。
实验步骤：1. 准备实验器材：实验所需的器材包括实验台、砝码、弹簧测力计、容量瓶、水槽等。
2. 测量物质的质量：首先使用弹簧测力计测量物质的质量，记录下质量数值。
3. 测量物质的体积：将容量瓶装满水，记录下水的初始体积。
然后将物质放入容量瓶中，再次记录水的体积。
两次体积的差值即为物质的体积。
4. 计算相对密度：根据实验数据，计算物质的密度，并与水的密度进行比较，得出物质的相对密度。
实验器材：1. 实验台：用于支撑实验器材和进行实验操作。
2. 砝码：用于称量物质的质量。
3. 弹簧测力计：用于测量物质的质量。
4. 容量瓶：用于测量物质的体积。
5. 水槽：用于装水和进行测量。
实验问题及解决方法：1. 实验误差：在实验过程中可能会存在称量误差、读数误差等，影响实验结果的准确性。
解决方法是多次重复实验，取平均值来减小误差。
2. 实验装置漏水：容量瓶存在漏水情况会导致实验数据不准确。
解决方法是检查容量瓶是否有破损，确保密封性良好。
3. 实验环境影响：实验环境的温度、湿度等因素可能对实验结果产生影响。
解决方法是在稳定的实验环境条件下进行实验。
通过相对密度测量实验，我们可以了解不同物质的密度特性，进而推断物质的成分和性质。
在实验过程中，需要注意准确测量物质的质量和体积，避免实验误差的影响。
同时，及时发现并解决实验中可能出现的问题，确保实验结果的准确性和可靠性。
《地基与基础(第2版)》电子教案 第十二章 土工试验
• 二、试验方法
• 相对密度试验的方法取决于试样的粒度大小和土中是否含有水溶盐， 若水中不含水溶盐时，可采用比重瓶和纯水煮沸排气法；若土中含有 水溶盐时，要用比重瓶和中性液体真空排气法。粒径都大于５ｍｍ 时则可采用缸吸筒法或体积排水法。本试验采用比重瓶和纯水煮沸排 气法。
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试验二 密度试验（环刀法）
• 三、仪器设备
• １． 环刀：内径６０～８０ｍｍ，高２０ｍｍ，壁厚１．５～２． ０ｍｍ。
• ２． 天平：称量５００～１０００ｇ，灵敏度０．１ｇ。 • ３． 直口切土刀、凡士林等。
• 四、试验步骤
• １． 按工程需要取原状土或人工制备所需要的扰动土样，其直径和 高度应大于环刀的尺寸，用切土刀整平其上下两端，将环刀内壁涂一 薄层凡士林，刀口向下放在土样整平的面上。
• ２． 用切土刀将土样上部修削成略大于环刀口径的土柱，然后将环 刀垂直均匀下压，边压边削，至土样伸出环刀上口为止，削去环刀两 端余土并修平土面使与环刀口平齐。
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试验二 密度试验（环刀法）
• ３． 擦净环刀外壁，称环刀加土质量m１，准确至０．１ｇ。 • ４． 记录m１、环刀号码，以及由试验室提供的环刀质量m２ 和环刀
• ２． 比重瓶的计算容积是指比重瓶从瓶塞顶部毛细管管口以下部分 的空间容积，因此无论称量m３ 或m４ 时，瓶中水面都必须与瓶塞 毛细管管口平齐。
• ３． 每组作两次测定，平行差值不得大于０．０２，取其算术平均 值，以两位小数表示。
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试验二 密度试验（环刀法）
• 土的密度是指天然状态下单位土体积内湿土的质量。
砂土的相对密度Drrelativedensity
土的三相图 Three phase diagram
一、土的质量和重量
ma(0)
A
Va
1 土粒的比重
（specific gravity） m
mw
Vv
W
Vw V
Gs
ms
Vs w4C
ms
S
Vs
土粒质量与同体积 4°C水的质量之比
[无量纲]
质量 mass
体积 volume
土的三相图 Three phase diagram
土名
砾砂，粗砂， e <0.6 0.6e0.75 0.75<e0.85 e>0.85 中砂
细砂，粉砂 e<0.70 0.7e0.85 0.85<e0.95 e>0.95
粉土
e<0.75 0.75e0.9 e>0.90
砂土的密实度分类
砂土按相对密度Ｄｒ分类(p17)
Ｄｒ １Dr>0.67 0.67Dr>0.33 0.33Dr>0
Va Vw 100% V
2、孔隙比(void ratio)
A
Va
Vv
W
Vw V
S
Vs
e Vv VS
体积 volume
土的三相图 Three phase diagram
孔隙比与孔隙度换算
e n 1 n
n e 100% 1 e
3、砂土的相对密度Dr (relative density)
砂土密实程度 密实的 中密的 疏松的
四 土的物理性质指标的测定及指 标之间的换算
1、土的物理性质指标与土的物质组 成、结构的关系 2、指标的测定与计算 3、各指标间的换算
试验名词解释
压实度压实度（degree of compaction） (原：指的是土或其他筑路材料压实后的干密度与标准最大干密度之比，以百分率表示。
）压实度是路基路面施工质量检测的关键指标之一，表征现场压实后的密度状况，压实度越高，密度越大，材料整体性能越好。
对于路基本、路面半刚性基层及粒料类柔性基层而言，压实度是指工地上实际达到的干密度与室内标准击实实验所得最大干密度的比值；对沥青面层、沥青稳定基层而言，压实度是指现场达到的密度与室内标准密度的比值。
目录压实度简介压实度检测方法压实度简介压实度检测方法展开编辑本段压实度简介压实度的测定主要包括室内标准密度（最大干密度)确定和现场密度试验。
（选于《路基路面试验检测技术》交通部基本建设质量监督总站组织编写）压实度是填土工程的质量控制指标。
先取压实前的土样送试验室测定其最佳含水量时的干密度，此为试样干密度。
再取由实试验后所得的试样最大干密度，用实际干密度除以最大干密度即是土的实际压实度。
用此数与标准规定的压实度比较，即可知道土的压实程度是否达到了质量标准。
影响路基压实度的主要因素包括：填料（填料的粒径）、含水量、每层压实厚度、压实机具、碾压遍数等。
编辑本段压实度检测方法通过试验比较，压实后采用常规的检测方法——灌砂法，饱水时用环刀法是可行的，但如何获得砂的最大干密度ρdmax，即检测标准是关键。
对于粘聚性较好的土来说，通常是采用标准击实法，但对于几乎无粘性的砂采用该方法却不可行。
因为砂不具粘性且为松散状，不易成型。
因此必须另觅他法，想办法获得ρdmax。
确定砂的最大干密度ρdmax即测定其最小孔隙比对于无凝聚性粗粒土，其紧密程度可用相对密度D1表示，其试验方法可采用相对密度试验法,从中确定该试验的三大参数:最大干密度ρdmax、最小干密度ρdmin。
其中对于最大干密度（最小孔隙比）常采用振动台法，振动锤击法。
由于振动锤击法比振动台法测得的ρdmax为大，安全系数较大。
相对密度试验
d min
md Vd
emax
w GS d min
说明：请你明白计算公式中每个符号的含义；
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实验步骤
最小孔隙比试验 取代表性试样2000g，拌匀后分三次倒入金属圆筒进行振击，每层试样为 圆筒容积的1/3，试样倒入圆筒后用针对叉以每分钟往返150~200次的速度敲 打圆筒两侧，并在同一时间内用锤锤击试样，每分钟30~60次，直至试样体 积不变为止。如此重复第二、三层。 取下护筒，刮平试样，称圆筒和试样总质量，算出试样质量，计算最大 干密度。 最大干密度的计算 最小孔隙比的计算
这里提两个问题供思考 1. 最松散及最紧密状态体积如何读取？ 2. 砂性土样的比重数值如何选用？
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实验结论
请你把前面提到的两个问题的看法，或你对实验结果的有关意见作为实 验感受记录下来。
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备注和说明
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d max
md Vd
emin
w GS 1 d min
说明：请你明白计算公式中每个符号的含义；
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实验步骤
相对密度的计算
emax e0 Dr emax emin
或
d max ( d d min ) Dr d ( d max d min )
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实验步骤
最大孔隙比试验 (1) 将锥形塞杆自长颈漏斗下口穿入，并向上提起，使锥底堵住漏斗管口，一并 放入1000ml的量筒内，使其下端与量筒底接触； (2) 称取烘干的代表性试样700g，均匀缓慢地倒入漏斗中，将漏斗和锥形塞杆 同时提高，移动塞杆，使锥体略离开管口，管口应经常保持高出砂面1~2cm，使试 样缓慢且均匀分布地落入量筒中。试样全部落入量筒后，取出漏斗和锥形塞，用砂 面拂平器将砂面拂平，测试样体积； (3)用手掌或橡皮板堵住量筒口，将量筒倒转并缓慢地转回到原来的位置，重复 数次，测计试样在量筒内所占体积的最大值； 取上述两种方法测得的较大体积值，计算最小干密度 最小干密度的计算 最大孔隙比的计算
土力学实验一相对密度
⼟⼒学实验⼀相对密度实验⼀相对密度、密度、含⽔量测定A 、实验⽬的测定⼟的相对密度、密度和含⽔量，以了解⼟的疏密、⼲湿状态和含⽔情供计算⼟的其它物理指标和设计以及控制施⼯质量之⽤。
B 、实验要求1、由实验室提供⼀份扰动⼟样，要求学⽣测定该上样的含⽔量、密度和该⼟的相对密度；2、根据实验结果要求学⽣确定该⼟的孔隙⽐（e ）、孔隙率（n ）、饱和度(r S )、⼲⼟密度(d ρ)及饱和⼟密度(sat ρ)等物理指标；3、参观原状⼟样。
C 、实验⽅法⼀、相对密度实验(⼜称⽐重实验)⼟粒的相对密度是⼟在100℃—105℃下烘⾄恒重时⼟粒的密度与同体积4℃时纯⽔密度的⽐值。
（⼀）实验⽬的测定⼟的相对密度(⽐重)，为计算⼟的孔隙⽐、饱和度以及为其它⼟的物理⼒学实验(如颗粒分析的⽐重计法实验、压缩实验等)提供必需的数据。
（⼆）实验⽅法相对密度实验的⽅法取决于试样的粒度⼤⼩和⼟中是否含有⽔溶盐，如果⽔中不含⽔溶盐时，可采⽤⽐重瓶和纯⽔煮沸排⽓法。
⼟中含有⽔溶盐时，要⽤⽐重瓶和中性液体真空排⽓法。
粒径都⼤于5mm 时则可采⽤缸吸筒法或体积排⽔法。
本实验采⽤⽐重瓶和纯⽔煮沸排⽓法。
（三）仪器设备1、⽐重瓶：容量100毫升：2、天平：称量200克，感量0.001克；3、恒量⽔槽：灵敏度±1℃；4、电热砂浴（或可调电热器）；5、孔径5mm ⼟样筛、烘箱、研钵、漏⽃、盛⼟器、纯⽔、蒸馏⽔发⽣器等。
（四）实验步骤 1、试样制备将风⼲或烘⼲之试样约100克放在研钵中研碎，使全部通过孔径为5mm 的筛，如试样中不含⼤于5mm 的⼟粒，则不要过筛。
将已筛过的试样在100℃—105℃下恒重后放⼊⼲燥器内冷却⾄室温备⽤。
(此项⼯作由实验室⼯作⼈员负责完成)2、将烘⼲⼟约15克，⽤漏⽃装⼊烘⼲了的⽐重瓶内并称其质量，得瓶加上的质量m l ，准确⾄O.001克。
3、将已装⼊⼲⼟的⽐重瓶注纯⽔⾄瓶的⼀半处。
4、摇动⽐重瓶，使⼟粒初步分散，然后将⽐重瓶放在电热砂浴上煮沸(注意将瓶塞取下)。
表观相对密度
土的烘干法：是标准方法，实用于粘质土，粉质土、砂类土和有机质土。
步骤：1.取代表性试样，细粒土15～30g，砂类土、有机土50g，放入盒内立即盖好盒盖，称质量。
2.打开盒盖，放入105～110 OC恒温下烘干，细粒土不少于8h，砂类土不少于6h，对于含有机质超过5%的土，应将温度控制在65～70OC.3.烘干后放入干燥器内冷却（一般只需0.5～1h）.冷却后盖好盒盖称质量，准确至0.01g。
3.结果整理，计算至0.1%.4.允许平行差：含水量5%以下为0.3、含水量40%≤1、含水量40以上≤2。
酒精燃烧法：适用于快速简易测定细粒土（含有机质的除外）。
酒精：纯度95%，粘质土5～10g，砂类土20～30g，注入酒精至出现自由液面，为使酒精在试样中充分混合均匀，可将盒底在桌面轻轻敲击。
烧3遍立即称质量其他测试方法：红外线照射法；比重法；微波加热法；碳化钙气压法：适用于路基土盒稳定土的快速测定特殊土的含水量测定：含石膏土和有机质土：110 OC时含石膏土会失去结晶水，对有机质土其有机成分会燃烧，适宜用真空干燥箱在近乎1个大气压力作用下，或温度在60 OC～７０OC干燥８h以上；对无机结合料宜先将烘箱提前升温到110℃在放入水泥结合料烘干。
密度试验：环刀法、蜡封法、灌砂法、灌水法土的命名H-高 L-低 W-良好级配 P-不良级配 C-粘土M-粉土 S-砂土Y-黄土 O-有机质土 B-漂石 G砾石 Cb-卵石 E-膨胀土 R-红粘土 St-盐渍土土从液体状态向塑性体状态过渡的界限含水量称为液限，土由塑性体状态向脆性固体状态过渡的界限含水量称为塑限，当土达到塑限后继续变干，土的体积随含水量的减少而收缩，但达某一含水量后，体积不再收缩，这个界限含水量称为缩限。
土处于塑性状态的含水量范围即液限与塑限之差值称为塑性指数，反映了土中粘泥含量的大小；液性指数反映天然含水量与界限含水量的关系，反映土的状态。
最大孔隙比的测定：取代表性试样约1.5kg，充分风干(或烘干)，碾散拌匀，将锥形塞杆自漏斗下口穿入，并向上提起，使锥体堵住漏斗管口，一并放入体积 1000 立方厘米量筒中，使其下端与量筒底相接 (3)称取试样700克，准确至1 克，均匀倒入漏斗中，将漏斗与塞提高，移动塞杆使锥体略离开管口，管口应经常保持高出砂面约1--2 厘米，使试样缓缓且均匀分布地落入量筒中 (4)试样全部落入量筒后取出漏斗与锥开塞，用砂面拂平器将砂面拂平，勿使量筒振动，然后测读砂样体积，估 5立方厘米 (5)以手掌或橡皮塞堵住量筒口，将量筒倒转，缓慢地转动量筒内的试样，并回到原来位置，如此重复几次，记下体积的最大值，估读 5立方厘米 (6)取上述两种方法测得的大体积值，计算最大孔隙比影响压实的因素（1）含水量对压实过程的影响：土的塑性指数愈大，土的最佳含水量也愈大，同时其最大干密度愈小。
非粘性土的相对密度
非粘性土的相对密度
非粘性土填筑工程碾压后的紧密程度用相对密度表示，计算公式为:
0 — C •
max min
式中Dr一非粘性土碾压后的相对密度；
e^一非粘性土在松散状态时的孔隙比；
、n一非粘性土在最密实状态时的孔隙比;
当一经过碾压后的非粘性土的孔隙比。
相对密度划分标准
粘性土的塑性
（1） 土的界限含水量一液限和塑限
粘性土由于所含水分的多少而表现为不同的状态，土由一种状态转入另一种 状态时的分界含水量，称为土的界限含水量，包括液限、塑限、缩限等，均需由 直接试验测定，其关系如下图所示。
L>—塑性指数;
M 一液限，含水量（％）； Wp —塑限，含水量（％）。
L 一液性指数;
W-缩限，含水量（％）。
用液性指数可判别土的状态，见下表。
土的状态
液限
缩限 塑限
W
Wp
W L
含水量（％）
(2)
塑性指数和液性指数 1)
塑性指数
I P =W L -W P
式中 2)
液性指数（稠度） 式中。
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相对密度试验方法
仪器设备
(1)量筒：容积为500cm3及100cm3两种，后者内径应大子6cm.
(2）长颈漏斗：颈管内径约1.2cm,颈口磨平。
(3）锥形塞：直径约1.5cm的圆锥体镶于铁杆上。
(4）砂面拂平器。
(5)电动最小孔隙比仪，如元此种仪器，可有下列(6)-(8）的设备。
(6)金属容器，有以下两种：
①容积250cm3，内径5cm，高度12.7cm。
②容积1000cm3，内径10cm，高度12.7cm。
(7)振动仪。
（8）击锤：锤重1.25kg高度：150mm，锤座直径50mm。
（三）试验步骤
1．最大孔隙比的测定
(1）取代表性试样约1.5kg，充分风干（或烘于），用手搓揉或用圆木棉在橡皮板上碾散，并拌和均匀。
(2)将锥形塞杆自漏斗下口穿人，并向上提起，使锥体堵住漏斗管口：一并放人体积1000cm3量筒中，使其下端与量筒底相接。
(3)称取试样700g，准确至1g，均匀倒人漏斗中，将漏斗与塞杆同时提高，移动塞杆使锥体略离开管口，管口应经常保持高出砂面约1-2cm，使试样缓缓且均匀分布地落人量筒中。
（4）试样全部落人量筒后取出漏斗与锥形塞，用砂面拂平器将砂面拂平，勿使量筒振动，然后测读砂样体积，估读至5cm3。
(5)以手掌或橡皮塞堵住量筒口，将量筒倒转，缓慢地转动量筒内的试样，并回到原来位置，如此重复几次，记下体积的最大值，估读至5cm3。
（6）取上述两种方法测得较大体积值，计算最大孔隙比。
2．最小孔隙比的测定
（1）取代表性试样约4kg，按最大孔隙比测定的步骤处理。
（2）分三次倒入容器振击，先取上述试样600-800（其数量应使振击后的体积略大于容器容积的1/3）倒人1000cm3容器内，用振动仪以各(150-200）次／min的速度敲打容器两侧，并在同一时间内，用击锤于试样表面锤击30-60）次／min，直至砂样体积不变为止（一般约5-10min时）。
敲打时要用足够的力量使试样处于振动状态。
振击时，粗砂可用较少击数，细砂应用较多击数。
（3）如用电动最小孔隙比试验仪时、当试样同上法装人睿器后，开动电机，进行振击试验。
（4）按上述方法进行后两次加上的振动和锤击，第三次加上时应先在容器口上安装套环。
（5）最后一次振毕，取下套环，用修上刀齐容器顶面削去多余试样，称量，准确至1g，计算其最小孔隙比。
（四）结果整理
（1）计算最小与最大于密度；
（2）计算最大与最小孔隙比
（3）计算相对密度，计算至0.01
（五）精密度和允许差
最小与最大干密度，均须进行两次平行测定，取其算术平均值，其平行差值不得超过0.03g/cm3。
上述方法适用于颗粒直径小于5mm的土，且粒径2-5m的试样质量不大于试样总质量的15％。