相对密度试验

本试验可用于测定砂和砾石类的最大和最小干密度，计算相对密度。相对密度，即无黏性土处于最松散状态孔隙比与天然状态（或给定）孔隙比之差和最松散状态孔隙比与最紧密状态孔隙比之差的比值。相对密度可用以判定砂类土或碎石类土的密实状态，从而确定其工程特性，为设计和施工提供依据。本试验测定砂的最小干密度采用漏斗法或量筒法，测定最大干密度采用振动锤击法；测定砾石类的最小和最大干密度分别采用固定体积法和振动台振动加重物法。砂的相对密度试验适用于最大粒径小于5mm，且2～5mm的颗粒含量不大于15%、小于0.075mm的颗粒含量不大于12%的土。砾石类的相对密度试验适用于最大粒径为60mm，且小于0.075mm的颗粒含量不大于12%的土。

注意事项：相对密度Dr的变化范围为0～1，相对密度越大，越密实；砂和砾石类颗粒级配不稳定，其最大、最小干密度变化也很大，在实际应用中应密切关注其变化。

10.4.10.1　砂的相对密度试验

（1）本试验所采用的仪器设备应符合下列规定：

①量筒：容积500 mL和1 000 mL，后者内径应大于60mm。

②长颈漏斗：颈管内径约12mm，颈口磨平，见图10-20。

③锤形塞：直径约15mm的圆锥体镶于铁杆上。

④拂平器：见图10-20。

⑤金属容器：容积250 mL，内径50mm，高127mm；容积1 000 mL，内径100mm，高127mm。

⑥振动叉：见图10-21。

⑦击锤：锤质量1.25kg，落高150mm，锤底直径50mm，见图10-21。

⑧ 案秤：称量5 000g，分度值1g。

图10-20　漏斗及拂平器
1—锥形塞；2—长颈漏斗；3—砂面拂平器

图10-21　振动叉及击锤
1—振动叉；2—击锤；3—锤座

（2）最小干密度试验应符合下列规定：

①取具有代表性的烘干或充分风干的土样，用手搓匀或用圆木棍在橡皮板上碾散，然后过5mm筛，并剔除大于5mm的颗粒。拌和均匀后，取1 500g试样进行试验。

②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，一并放入容积为1 000 mL的量筒中，使其下端与筒底接触。

③称取试样700g，准确至1g，均匀倒入漏斗中，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10～20mm，使试样缓慢且均匀地落入量筒中。

④待试样全部落入量筒后，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，然后测读砂样的体积，估读至5 mL。

⑤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。如此重复几次，记下试样在量筒内所占体积的最大值，估读至5 mL。

⑥取上述两种方法测得的较大体积值，计算最小干密度。

⑦当试样中不含大于2mm的颗粒时，可取试样400g，采用500 mL的量筒，按上述步骤进行试验。

（3）最大干密度试验应符合下列规定：

①取代表性试样约4kg。

②将试样分三次倒入金属容器内进行振击。第一次取试样600～800g（其数量应控制在振击后试样体积略大于容器容积的1/3）倒入1 000 mL的容器内，用振动叉以每分钟150～200次的速度敲打容器两侧，并在同一时间内用击锤锤击试样表面，每分钟30～60次，直至试样体积不变为止（时间一般为5～10 min）。敲打时要用足够的力量使试样处于振动状态；锤击时，粗砂可用较少击数，细砂应用较多击数。

③按本条②步骤再次进行装样、振动和锤击，第三次装样时应先在容器口上安装套环。

④最后一次振毕，取下套环，用修土刀齐容器顶面刮去多余试样，称容器和试样总质量，准确至1g。

⑤试样中不含大于2mm的颗粒时，可每次取试样500g，用250 mL金属容器，按上述步骤分3层进行试验。

（4）试验结果应按下列公式计算：

①最小与最大干密度：

②最大与最小孔隙比：

③相对密度：

（5）最小干密度与最大干密度均应进行平行测定，平行差值不得大于0.03g/cm3，取其算术平均值。平行测定的差值大于允许差值时，应重新进行试验。

10.4.10.2　砾石类的相对密度试验

（1）本试验所采用的仪器设备应符合下列规定：

①最大干密度试验装置如图10-22所示，由振动台、试样筒、套筒、加重盖板及加重物组成。

图10-22　最大干密度试验装置
1—振动台；2—试样筒；3—套筒；4—加重物；5—试样；6—加重盖板

a.振动台：具有隔振装置的振动台。台面尺寸为762mm×762mm。振动台的负荷应满足试样筒、套筒、加重盖板、加重物及试样等的质量要求。振动台频率应为 40～60 Hz，振幅为0～2可调。

b.试样筒：Ⅰ及Ⅱ号试样筒的尺寸见表10-33。试样筒容积应进行校准：用量程0～300mm、分度值0.05mm的游标卡尺直接测量试样筒的尺寸，并绘制出容积与高度的关系曲线以备使用。测量时准确到0.1mm。计算体积时，Ⅰ号试样筒准确到25 cm3，Ⅱ号筒准确到10 cm3。

表10-33　试样筒尺寸

c.套筒：应与试样筒紧固连接。

d.加重盖板：12mm厚的钢板，直径略小于试样筒，中心应有15mm穿通的提吊螺孔。

e.加重物：每一种尺寸的试样筒有一重物。对所用的试样筒，加重盖板与加重物的总压力为14 kPa。

②测针架及测针：测针的分度值为0.1mm。

③灌注设备：带管嘴的漏斗。管嘴直径10～20mm，漏斗喇叭口径φ100～φ150mm，管嘴长度视套筒长度而定。

④分析筛：

粗筛：孔径分别为60mm、40mm、20mm、10mm、5mm；

细筛：孔径分别为5mm、2mm、1mm、0.5mm、0.25mm、0.125mm、0.075mm。

⑤台秤：称量50kg，分度值50g；称量10kg，分度值5g。

⑥其他设备：搅拌盘、提吊设备、铁铲、毛刷、秒表、钢尺、卡尺、称料筒、大瓷盘等。

（2）试样制备：选用代表性试样在105～110°C下烘干，并分级过筛贮存。筛分过程中应使弱胶结的土样能充分剥落。

（3）最小干密度试验应符合下列规定：

①根据试样的最大粒径，选用灌注设备及试样筒，称筒质量。

②粒径小于10mm的烘干试样，应采用固定体积法。将拌匀的试样从漏斗管嘴均匀徐徐地注入试样筒。注入时随时调整漏斗管口的高度，使自由下落的距离保持在20～50mm。同时要从外侧向中心呈螺旋线移动，使土层厚度均匀增大而不致大小颗粒分离。充填到高出筒顶约25mm时，用钢直刀沿筒口刮去余土，在操作时不得扰动试样筒。称筒及试样总质量。

③粒径大于10mm的烘干试样，应采用固定体积法。用大勺或小铲将试样填入试样筒内。装填时小铲应贴近筒内土面，使铲中试样徐徐滑入筒内，直至填土高出筒顶。余土高度不应超过25mm。将筒面整平，当有大颗粒露顶时，凸出筒顶的体积应能近似地与筒顶水平面以下的大凹隙体积相抵消。称筒及试样总质量。

④最小干密度测定应进行平行试验，取其算术平均值。

⑤超径料含量较多的粗颗粒土，应进行最大粒径以下不同模型比的最小干密度系列试验。

（4）最大干密度试验可采用干法或湿法，试验应符合下列规定：

①干法：先拌匀烘干试样，将试样装填于试样筒内，称筒与试样总质量。装填方法与最小干密度方法相同。通常情况是直接用最小干密度试验时装好的试样筒，放在振动台上，加上套筒，把加压盖板放在土上面依次安放好加重物。随即将振动台调整至最优振幅0.64mm，振动8 min后，卸除加重物和套筒，测读试样高度，计算试样体积。

②湿法：在烘干试料中加适量的水或用天然的湿土进行装样。装完试样后，应立即振动6 min。对于含水率高的试样，为了防止某些土在振动过程中产生颗粒跳动，振动6 min时，应随时减小振动台的振幅。振动后吸除土面上的积水，依次装上套筒，施加重物，然后固定在振动台上，振动8 min后，依次卸除加重物与套筒。测读试样高度，称试样筒与试样总质量。取代表性试样测含水率。

③最大干密度测定应进行平行试验，取其算术平均值。

（5）试验结果应按下列公式计算：

①最小、最大干密度和试样体积：

a.最小干密度：

b.最大干密度：

c.试样体积：

②相对密度：

③压实度：

④密度指数：