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攏動(dòng)土收縮檢測(cè)

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發(fā)布時(shí)間：2025-07-30 03:45:47 更新時(shí)間：2025-07-29 03:45:48

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作者：中科光析科學(xué)技術(shù)研究所檢測(cè)中心

攏動(dòng)土收縮檢測(cè)

在巖土工程、地基處理、道路建設(shè)等領(lǐng)域，對(duì)于具有顯著濕脹干縮變形特性的特殊土類——通常稱為“攏動(dòng)土”（或更規(guī)范地稱為“膨脹土”、“收縮土”），其收縮性能的檢測(cè)至關(guān)重要。這類土體富含親水性粘土礦物（如蒙脫石、伊利石），失水時(shí)體積會(huì)顯著收縮，產(chǎn)生收縮變形和裂縫。這種收縮特性如果未被充分認(rèn)識(shí)和妥善處理，極易導(dǎo)致建筑物基礎(chǔ)不均勻沉降、墻體開(kāi)裂、道路路面隆起或塌陷、邊坡失穩(wěn)等一系列嚴(yán)重的工程地質(zhì)問(wèn)題。因此，準(zhǔn)確評(píng)估攏動(dòng)土的收縮性能，是保障工程結(jié)構(gòu)安全穩(wěn)定、指導(dǎo)地基處理方案設(shè)計(jì)和選擇合理施工工藝的先決條件。

針對(duì)攏動(dòng)土的收縮特性進(jìn)行系統(tǒng)檢測(cè)，旨在獲取關(guān)鍵性指標(biāo)數(shù)據(jù)，為工程設(shè)計(jì)和災(zāi)害防治提供科學(xué)依據(jù)。檢測(cè)的核心目標(biāo)包括：量化土體在干燥過(guò)程中的線收縮率或體收縮率；測(cè)定其收縮極限（土體停止收縮時(shí)的含水率）；計(jì)算收縮系數(shù)（表征含水率每減少一個(gè)單位時(shí)土體產(chǎn)生的線收縮量）；評(píng)估收縮過(guò)程中可能產(chǎn)生的裂縫發(fā)育情況及其對(duì)土體工程性質(zhì)的不利影響。以下將重點(diǎn)圍繞攏動(dòng)土收縮檢測(cè)的關(guān)鍵項(xiàng)目、所需儀器設(shè)備、主流檢測(cè)方法以及遵循的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行詳細(xì)闡述。

一、主要檢測(cè)項(xiàng)目

攏動(dòng)土收縮檢測(cè)的核心項(xiàng)目通常包括：

1. 收縮系數(shù) (Coefficient of Linear Shrinkage, λ_s 或 Coefficient of Shrinkage, C_s)：這是最重要的指標(biāo)之一，表示土樣在含水率降低過(guò)程中，單位含水率減小所引起的線收縮應(yīng)變（或體收縮應(yīng)變）。它直接反映了土體失水收縮的劇烈程度。

2. 線收縮率 (Linear Shrinkage, LS)：土樣從飽和或天然含水率狀態(tài)，干燥至收縮極限狀態(tài)時(shí)，沿某一方向（通常指長(zhǎng)度方向）發(fā)生的收縮變形量占原長(zhǎng)度的百分比。是直觀反映收縮變形大小的指標(biāo)。

3. 體收縮率 (Volumetric Shrinkage, VS)：土樣從飽和或天然含水率狀態(tài)，干燥至收縮極限狀態(tài)時(shí)，體積的縮小量占原體積的百分比。能更全面地反映整體收縮。

4. 收縮極限 (Shrinkage Limit, SL 或 w_s)：土體在干燥過(guò)程中，體積停止收縮（或收縮量極小可忽略）時(shí)所對(duì)應(yīng)的含水率。低于此含水率，土體不再因失水而顯著收縮，轉(zhuǎn)而發(fā)生空氣進(jìn)入（收縮完成）。

5. 收縮曲線繪制：通過(guò)測(cè)量不同失水階段（不同含水率）土樣的收縮變形，繪制收縮變形量（線收縮或體收縮）與含水率（w）的關(guān)系曲線。該曲線可以直觀反映土體收縮的全過(guò)程。

6. 收縮裂隙觀測(cè) (可選)：在收縮過(guò)程中或收縮完成后，定性或定量觀測(cè)土樣表面產(chǎn)生的裂隙數(shù)量、寬度、深度、形態(tài)及分布特征，評(píng)估收縮對(duì)土體結(jié)構(gòu)完整性的破壞程度。

二、常用檢測(cè)儀器

進(jìn)行攏動(dòng)土收縮檢測(cè)，主要依賴以下儀器設(shè)備：

1. 收縮儀 (Shrinkage Dish 或 Shrinkage Limit Device)：這是最核心的儀器。通常由以下部分組成： * 收縮皿：陶瓷或金屬制成的淺盤(pán)，用于盛放土樣，底部光滑平整，便于測(cè)量長(zhǎng)度變化。標(biāo)準(zhǔn)尺寸通常有直徑約44mm（對(duì)應(yīng)ASTM）或邊長(zhǎng)60mm正方形（對(duì)應(yīng)國(guó)標(biāo)）等規(guī)格。 * 位移測(cè)量裝置：用于精確測(cè)量土樣在干燥過(guò)程中的長(zhǎng)度（或直徑）變化。早期常用百分表、千分表配合支架，現(xiàn)代則更多采用高精度位移傳感器（如LVDT）和數(shù)采系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)記錄和更高精度。 * 試樣制備工具：如刮刀、直邊刀等，用于將土樣在收縮皿中刮平至規(guī)定尺寸。

2. 烘箱 (Oven)：用于烘干土樣以測(cè)定其含水率（通常要求105-110°C恒溫）。

3. 電子天平：精度至少0.01g，用于稱量收縮皿、濕土樣和干土樣的質(zhì)量。

4. 干燥設(shè)備：用于干燥收縮皿中的土樣，通常可采用： * 恒溫恒濕干燥箱：可控制溫度和濕度（通常設(shè)置較低濕度），實(shí)現(xiàn)緩慢、均勻干燥，更接近實(shí)際情況，但耗時(shí)較長(zhǎng)。 * 室溫干燥：在干燥器或通風(fēng)良好的實(shí)驗(yàn)室環(huán)境下自然風(fēng)干。更簡(jiǎn)便，但受環(huán)境溫濕度影響大，速度較慢。 * 紅外燈、電熱板或烘箱（低溫）：可加速干燥過(guò)程，但需嚴(yán)格控制溫度以防試樣開(kāi)裂過(guò)快或不均勻。

5. 游標(biāo)卡尺或測(cè)微計(jì)：用于精確測(cè)量收縮皿的內(nèi)徑（或邊長(zhǎng)）以及干燥后土樣的尺寸（如果進(jìn)行體收縮率測(cè)量）。

6. 裂隙觀測(cè)設(shè)備 (可選)：如高分辨率相機(jī)、顯微鏡、裂隙寬度測(cè)量尺等。

三、主要檢測(cè)方法

攏動(dòng)土收縮檢測(cè)的標(biāo)準(zhǔn)化方法主要包括收縮系數(shù)和收縮極限的測(cè)定：

方法一：收縮皿法（測(cè)定收縮系數(shù)和線收縮率） 1. 試樣制備：取代表性土樣制備成所需稠度（通常接近液限或塑限），充分?jǐn)嚢枧艢狻裢翗臃执翁钊肭鍧嵏稍锏氖湛s皿中，用刮刀反復(fù)壓實(shí)、刮平，使土樣飽滿且與皿邊緣齊平，確保內(nèi)部無(wú)氣泡。 2. 初始測(cè)量: 立即稱量收縮皿+濕土質(zhì)量（m₁），測(cè)量土樣初始長(zhǎng)度（L₀）或初始體積（若需測(cè)體收縮）。 3. 干燥過(guò)程：將收縮皿連同土樣放置在位移測(cè)量裝置下（或標(biāo)記參考點(diǎn)）。將裝置移入干燥環(huán)境（恒溫恒濕箱、干燥器或室溫通風(fēng)處）。開(kāi)始干燥并定期（例如每1小時(shí)或含水率降低1-2%時(shí)）記錄位移傳感器讀數(shù)（即長(zhǎng)度變化ΔL）和土樣質(zhì)量（m_n），直至質(zhì)量基本恒定（達(dá)到收縮極限）。 4. 最終測(cè)量與烘干：記錄最終長(zhǎng)度（L_f）或最終體積，稱量收縮皿+干土質(zhì)量（m₂）。將干土樣與收縮皿一起放入烘箱(105-110°C)烘至恒重，冷卻后稱量收縮皿+烘干土質(zhì)量（m₃）。 5. 計(jì)算： * 各階段含水率 w_n = (m_n - m₃) / (m₃ - m_皿) * 100% (m_皿為收縮皿質(zhì)量) * 各階段線應(yīng)變 ε_l,n = (L₀ - L_n) / L₀ * 100% 或直接采用位移傳感器記錄的變形量計(jì)算 * 繪制 ε_l ~ w 關(guān)系曲線（收縮曲線）。收縮系數(shù) λ_s = Δε_l / Δw (取收縮曲線直線段的斜率)，單位為%/%。 * 線收縮率 LS = (L₀ - L_f) / L₀ * 100% * 收縮極限 w_s = (m₂ - m₃) / (m₃ - m_皿) * 100% 或取質(zhì)量基本恒定時(shí)的含水率。

方法二：收縮極限直接測(cè)定法（Mercury Method - 傳統(tǒng)水銀法或 Wax Method - 蠟封法） 此方法主要專注測(cè)定收縮極限。 * 傳統(tǒng)水銀法（因水銀危害已較少用）：將已知體積V₁和含水率w₁的濕土樣置于水銀中，排開(kāi)水銀體積即為