GB/T 50123-2019 土工试验方法标准

标准信息

• 标准编号：GB/T 50123-2019
• 标准名称：土工试验方法标准
• 英文名称：Standard for geotechnical test methods
• 发布日期：2019-10-24
• 实施日期：2020-06-01
• 发布机关：中华人民共和国住房和城乡建设部
• 主编部门：水利水电规划设计总院
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适用范围

本标准适用于水利水电、建筑、市政、交通等工程的土工室内试验和现场测试。内容包括土的物理性试验、化学性试验、水理试验、力学性试验等各类土工试验方法。

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第一章 总则

1.0.1 为统一土工试验方法，保证试验质量，使试验结果具有可靠性和可比性，制定本标准。

1.0.2 土工试验应按统一的方法进行，以确保试验结果的准确性和可比性。

1.0.3 本标准适用于水利水电、建筑、市政、交通等工程的土工试验。

1.0.4 土工试验除应符合本标准外，尚应符合国家现行有关标准的规定。

1.0.5 试验仪器设备应定期校准，检定周期不应超过一年。

1.0.6 试验人员应经过专业培训，熟悉试验原理和操作方法。

1.0.7 试验室应建立完善的质量管理体系，确保试验过程的规范性。

1.0.8 试验环境条件应满足试验要求，温度、湿度应控制在规定范围内。

1.0.9 试验用水应符合规定要求，蒸馏水或去离子水的质量应满足试验需要。

1.0.10 试验记录应真实、完整、清晰，不得涂改。

1.0.11 试验结束后，试样应妥善处理，不得随意丢弃。

1.0.12 试验报告应包括试验方法、试验条件、试验数据、计算结果和结论。

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第二章 术语和符号

第一节 术语

2.1.1 含水率：土中水的质量与土粒质量之比，以百分数表示。

2.1.2 密度：单位体积土的质量。

2.1.3 相对密度：土粒密度与4℃时水的密度之比。

2.1.4 孔隙比：土中孔隙体积与土粒体积之比。

2.1.5 孔隙率：土中孔隙体积与土总体积之比，以百分数表示。

2.1.6 饱和度：土中水的体积与孔隙体积之比，以百分数表示。

2.1.7 液限：土由流动状态转变为可塑状态的含水率。

2.1.8 塑限：土由可塑状态转变为半固体状态的含水率。

2.1.9 塑性指数：液限与塑限之差。

2.1.10 液性指数：土的含水率与塑限之差除以塑性指数。

2.1.11 压缩系数：压缩曲线上压力增量与孔隙比增量之比。

2.1.12 压缩模量：在侧限条件下应力与应变之比。

2.1.13 抗剪强度：土体抵抗剪切破坏的极限能力。

2.1.14 粘聚力：粘性土中由于粒间结合力产生的抗剪强度分量。

2.1.15 内摩擦角：砂土和粉土的抗剪强度分量。

2.1.16 渗透系数：描述土体渗透性能的指标。

2.1.17 湿陷系数：黄土在压力作用下浸水后的相对压缩量。

2.1.18 膨胀率：土体浸水膨胀后的体积增量与原体积之比。

2.1.19 击实功：击实试验中单位体积土所消耗的功。

2.1.20 最优含水率：击实试验中获得最大干密度所对应的含水率。

2.1.21 最大干密度：击实试验中土在最优含水率时达到的干密度。

2.1.22 颗粒分析：确定土中各粒组含量的试验。

2.1.23 固结系数：描述土体固结速度的参数。

2.1.24 次固结系数：描述土体次固结程度的参数。

第二节 主要符号

w——含水率（%）

ρ——密度（g/cm³）

ρd——干密度（g/cm³）

Gs——相对密度

e——孔隙比

n——孔隙率（%）

Sr——饱和度（%）

wL——液限（%）

wp——塑限（%）

wP——塑限（%）

Ip——塑性指数

IL——液性指数

a——压缩系数（MPa⁻¹）

Es——压缩模量（MPa）

c——粘聚力（kPa）

φ——内摩擦角（°）

k——渗透系数（cm/s）

δs——湿陷系数

δep——膨胀率（%）

ps——自由膨胀率（%）

Cv——固结系数（cm²/s）

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第三章 土的物理性试验

第一节 含水率试验

3.1.1 含水率试验应采用烘干法，烘干温度应为105℃～110℃。

3.1.2 烘干时间对黏性土、粉土不得少于8h，对砂土不得少于6h，对含有机质土不得少于12h。

3.1.3 含水率试验的平行测定允许误差应为1%，取两次测定的平均值作为试验结果。

3.1.4 当土中含有石膏时，烘干温度应采用70℃～80℃，烘烤时间不得少于24h。

3.1.5 当土中含有易挥发有机质时，烘干温度应采用65℃～70℃，烘烤时间不得少于24h。

3.1.6 含水率试验的计算公式：w = (m₁ - m₂) / (m₂ - m₀) × 100%

式中：w——含水率（%）；m₀——容器质量（g）；m₁——容器加湿土质量（g）；m₂——容器加干土质量（g）。

3.1.7 酒精燃烧法适用于快速测定土的含水率，燃烧次数不得少于3次。

3.1.8 炒干法适用于砂土含水率的快速测定。

第二节 密度试验

3.2.1 环刀法适用于细粒土，环刀容积应为100cm³或200cm³。

3.2.2 环刀法密度试验应按下列步骤进行：

• 切取原状土样，修平表面；
• 擦净环刀外壁，称环刀加土质量；
• 按规定取代表性试样测定含水率。

3.2.3 蜡封法适用于易破裂土和形状不规则的试样。

3.2.4 蜡封法密度试验应按下列步骤进行：

• 将试样修成规则形状；
• 称试样质量；
• 将试样浸入熔融石蜡中，使表面裹一薄层蜡膜；
• 冷却后称试样加蜡质量；
• 水中称试样加蜡质量；
• 测定石蜡密度。

3.2.5 灌水法适用于粗粒土的现场测定。

3.2.6 灌水法密度试验应按下列步骤进行：

• 将试坑位置的地面整平；
• 铺设塑料薄膜，灌水至地面平齐；
• 根据最大粒径确定试坑尺寸；
• 挖坑并收集全部土料；
• 灌水测定试坑体积。

3.2.7 密度试验的计算公式：ρ = m / V

式中：ρ——密度（g/cm³）；m——土质量（g）；V——土体积（cm³）。

3.2.8 干密度应按下式计算：ρd = ρ / (1 + 0.01w)

第三节 相对密度试验

3.3.1 相对密度试验应采用比重瓶法或虹吸筒法。

3.3.2 比重瓶法适用于粒径小于5mm的土，试验应按下列步骤进行：

• 将代表性风干土样过5mm筛；
• 取约15g土样装入比重瓶；
• 加水至半瓶，摇匀；
• 煮沸排除空气；
• 冷却后加满水，称瓶加水土质量；
• 称瓶加满水质量；
• 测定试验温度。

3.3.3 虹吸筒法适用于粒径大于5mm的土。

3.3.4 相对密度计算公式：Gs = m / (m + mw - m₁)

式中：Gs——相对密度；m——干土质量（g）；mw——瓶加满水质量（g）或比重瓶法中的相应值；m₁——瓶加水土质量（g）。

3.3.5 比重瓶法试验时，煮沸时间不应少于30min。

3.3.6 虹吸筒法试验时，杯底不得有气泡。

第四节 颗粒分析试验

3.4.1 筛分法适用于粒径大于0.075mm的土。

3.4.2 筛分法试验应按下列步骤进行：

• 取代表性风干试样；
• 将试样过2mm筛，筛分粗细颗粒；
• 对粗粒土进行全套筛分；
• 对细粒土进行0.075mm筛筛分；
• 计算各粒组的百分含量。

3.4.3 密度计法适用于粒径小于0.075mm的土。

3.4.4 密度计法试验应按下列步骤进行：

• 取代表性风干试样约30g；
• 加分散剂搅拌制备悬液；
• 将悬液注入量筒；
• 按规定时间测定密度计读数；
• 计算各粒组的百分含量。

3.4.5 移液管法适用于粒径小于0.075mm的土的详细分析。

3.4.6 颗粒分析试验结果应绘制级配曲线，并计算不均匀系数Cu和曲率系数Cc。

3.4.7 不均匀系数Cu = d60 / d10，曲率系数Cc = (d30)² / (d10 × d60)。

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第四章 土的界限含水率试验

第一节 液限试验

4.1.1 液限试验应采用碟式仪法或锥式仪法。

4.1.2 碟式仪法液限试验应按下列步骤进行：

• 将土样调成均匀糊状，铺于碟皿底部；
• 用划刀划一道V形槽；
• 轻击碟皿，记录击数，直到槽口闭合25px；
• 测定槽口闭合时的含水率。

4.1.3 锥式仪法液限试验应按下列步骤进行：

• 将土样调成均匀糊状，装入杯中；
• 刮平表面；
• 将76g圆锥仪轻放在土表面；
• 记录5s时的锥入深度；
• 测定锥入深度为10mm时的含水率。

4.1.4 液限计算公式：wL = (m₁ - m₂) / m₂ × 100%

4.1.5 液限试验的平行测定允许误差应为2%。

第二节 塑限试验

4.2.1 塑限试验应采用滚搓法。

4.2.2 滚搓法塑限试验应按下列步骤进行：

• 将土样调成均匀土团；
• 取一小块土团在毛玻璃上滚搓；
• 当土条直径达到3mm时产生裂缝；
• 测定土条的含水率。

4.2.3 塑限试验的平行测定允许误差应为2%。

4.2.4 当土条滚搓至3mm时产生裂缝并断裂，表示达到塑限。

第三节 塑性指数计算

4.3.1 塑性指数应按下式计算：Ip = wL - wp

4.3.2 液性指数应按下式计算：IL = (w - wp) / Ip

4.3.3 塑性图应根据液限和塑性指数绘制，用于细粒土分类。

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第五章 土的力学性试验

第一节 固结试验

5.1.1 固结试验适用于测定土的压缩特性。

5.1.2 固结试验应采用杠杆加压式或气压式固结仪。

5.1.3 固结试验应按下列步骤进行：

• 切取原状土样，装入固结容器；
• 施加第一级荷载；
• 变形稳定后施加下一级荷载；
• 记录每级荷载下的变形量。

5.1.4 固结试验的荷载等级宜为12.5、25、50、100、200、400、800、1600、3200kPa。

5.1.5 变形稳定标准应为每小时变形量小于0.01mm。

5.1.6 固结试验结果应绘制e-p曲线。

5.1.7 压缩系数应按下式计算：a = (e₁ - e₂) / (p₂ - p₁)

5.1.8 压缩模量应按下式计算：Es = (1 + e₀) / a

第二节 直接剪切试验

5.2.1 直接剪切试验适用于测定土的抗剪强度指标。

5.2.2 直接剪切试验应采用应变控制式或应力控制式直剪仪。

5.2.3 快剪试验应按下列步骤进行：

• 切取原状土样，装入剪切盒；
• 施加垂直压力；
• 快速施加水平剪切力；
• 记录剪切破坏时的最大水平力。

5.2.4 固结快剪试验应先让试样在垂直压力下固结稳定，再快速剪切。

5.2.5 慢剪试验应先让试样固结，然后慢速剪切。

5.2.6 抗剪强度应按下式计算：τ = C / A

5.2.7 粘聚力c和内摩擦角φ应由 Coulomb 定律确定。

5.2.8 每组试验不应少于4个试样，施加不同的垂直压力。

第三节 三轴剪切试验

5.3.1 三轴剪切试验适用于测定土的抗剪强度指标。

5.3.2 三轴试验应采用应变控制式三轴仪。

5.3.3 不固结不排水剪（UU）试验应按下列步骤进行：

• 切取原状土样，装入三轴室；
• 施加周围压力；
• 不排水状态下施加轴向压力；
• 记录剪切破坏时的最大轴向压力。

5.3.4 固结不排水剪（CU）试验应先让试样固结，再不排水剪切。

5.3.5 固结排水剪（CD）试验应让试样固结，并排水剪切。

5.3.6 抗剪强度指标应根据试验类型确定。

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第六章 土的化学性试验

第一节 有机质含量试验

6.1.1 有机质含量试验应采用重铬酸钾容量法。

6.1.2 重铬酸钾容量法应按下列步骤进行：

• 取代表性风干土样约1g；
• 加入重铬酸钾溶液和浓硫酸；
• 加热消解；
• 滴定剩余的重铬酸钾；
• 计算有机质含量。

6.1.3 有机质含量计算公式：OM = (V₁ - V₂) × M × 0.003 × 1.724 / m × 100%

6.1.4 有机质含量试验的平行测定允许误差应为5%。

第二节 酸碱度试验

6.2.1 pH值试验应采用电位测定法。

6.2.2 pH值试验应按下列步骤进行：

• 取代表性土样；
• 制备土悬液；
• 用pH计测定pH值。

6.2.3 pH值测定应精确至0.1。

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第七章 土的水理性试验

第一节 渗透试验

7.1.1 渗透试验适用于测定土的渗透系数。

7.1.2 常水头渗透试验适用于砂土。

7.1.3 变水头渗透试验适用于粘性土。

7.1.4 常水头渗透试验应按下列步骤进行：

• 装土于渗透容器；
• 施加恒定水头；
• 测量一定时间内的渗水量；
• 计算渗透系数。

7.1.5 变水头渗透试验应记录水头随时间的变化。

7.1.6 渗透系数计算公式：k = Q × L / (A × t × H)

第二节 毛细水上升高度试验

7.2.1 毛细水上升高度试验适用于测定土的毛细水上升高度。

7.2.2 毛细水上升高度试验应采用直接观测法或负水头法。

7.2.3 毛细水上升高度试验结果用于评价土的毛细特性。

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第八章 特殊土试验

第一节 黄土湿陷性试验

8.1.1 湿陷系数试验应采用单线法或双线法。

8.1.2 湿陷系数试验应按下列步骤进行：

• 切取原状土样；
• 在一定压力下浸水；
• 测量浸水后的变形量；
• 计算湿陷系数。

8.1.3 湿陷系数应按下式计算：δs = (h₁ - h₂) / h₀

8.1.4 湿陷系数大于0.015时，应判定为湿陷性黄土。

第二节 膨胀土试验

8.2.1 自由膨胀率试验适用于测定粘性土的膨胀性。

8.2.2 自由膨胀率试验应按下列步骤进行：

• 取代表性风干土样；
• 过0.5mm筛；
• 量取10mL土样放入量筒；
• 加入纯水；
• 观测土样膨胀后的体积。

8.2.3 自由膨胀率应按下式计算：ps = (V - V₀) / V₀ × 100%

8.2.4 自由膨胀率大于或等于40%时，应判定为膨胀土。

8.2.5 膨胀率试验应测定土样在侧限条件下的膨胀变形。

8.2.6 膨胀压力试验应测定土样膨胀时产生的最大压力。

第三节 盐渍土试验

8.3.1 易溶盐含量试验应采用质量法或电导率法。

8.3.2 易溶盐含量试验应按下列步骤进行：

• 取代表性风干土样；
• 制备土水比为1:5的浸出液；
• 测定浸出液中易溶盐含量；
• 计算易溶盐含量。

8.3.3 易溶盐含量大于0.3%时，应判定为盐渍土。

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第九章 土的击实试验

第一节 击实试验

9.1.1 击实试验适用于测定土的最大干密度和最优含水率。

9.1.2 击实试验应采用轻型击实仪或重型击实仪。

9.1.3 轻型击实试验适用于粒径小于5mm的细粒土。

9.1.4 重型击实试验适用于粒径小于20mm的土。

9.1.5 击实试验应按下列步骤进行：

• 取代表性风干土样；
• 加入不同比例的水；
• 按规定击数进行击实；
• 测定击实后土的含水率和干密度；
• 绘制含水率-干密度曲线。

9.1.6 轻型击实试验的击实功约为592.2kJ/m³。

9.1.7 重型击实试验的击实功约为2684.9kJ/m³。

9.1.8 最大干密度为击实曲线上峰值点对应的干密度。

9.1.9 最优含水率为击实曲线上峰值点对应的含水率。

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第十章 试验数据处理

第一节 数据整理

10.1.1 试验数据应进行校核和整理。

10.1.2 试验结果应取多次测定的平均值。

10.1.3 平行测定的允许误差应符合本标准的规定。

10.1.4 当试验结果超过允许误差时，应增加试验次数或重新试验。

第二节 成果表示

10.2.1 试验成果应列表整理，包括各项指标的平均值、最大值、最小值和标准差。

10.2.2 必要时绘制试验曲线图，包括颗粒级配曲线、压缩曲线、剪切曲线等。

10.2.3 试验报告应包括试验方法、试验条件、试验数据、计算结果和结论。

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附录A 土工试验仪器设备要求

A.0.1 土工试验仪器设备应定期校准，检定周期不应超过一年。

A.0.2 天平：称量200g，感量0.01g；称量1000g，感量0.1g。

A.0.3 环刀：容积100cm³和200cm³，内径61.8mm和79.8mm。

A.0.4 固结仪：杠杆加压式或气压式，最大压力3200kPa。

A.0.5 直剪仪：应变控制式或应力控制式。

A.0.6 三轴仪：应变控制式，最大围压1000kPa。

A.0.7 击实仪：轻型击实筒容积997cm³，重型击实筒容积2104cm³。

A.0.8 液限仪：碟式仪或锥式仪（76g圆锥）。

A.0.9 密度计：甲种密度计或乙种密度计。

A.0.10 渗透仪：常水头渗透仪或变水头渗透仪。

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附录B 试验记录表格

B.0.1 试验记录应包括试样信息、试验条件、试验数据、计算结果等内容。

B.0.2 记录表格应统一格式，内容完整，不得涂改。

B.0.3 原始记录应有试验人员和校核人员签字。

B.0.4 试验记录表格格式可参照本附录制定。

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附录C 土样制备方法

C.0.1 扰动土样制备应按下列步骤进行：

• 风干：将土样风干至恒重；
• 碾散：用手将土团碾散，不得用力捶打；
• 筛分：过2mm筛，记录筛余土质量；
• 匀土：将过筛土样拌匀；
• 测定含水率。

C.0.2 原状土样制备应按下列步骤进行：

• 描述土样的颜色、湿度、结构和夹杂物；
• 切取代表性试样；
• 切样时不得对土样扰动；
• 制备试样后剩余原状土应蜡封保存。

C.0.3 试样制备数量应满足试验项目的要求。

C.0.4 试样制备记录应详细、准确。

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本标准用词说明

• 严格程度：表示很严格，非这样不可的用词：正面词采用"必须"，反面词采用"严禁"
• 表示严格，在正常情况下均应这样做的用词：正面词采用"应"，反面词采用"不应"或"不得"
• 表示允许稍有选择，在条件许可时首先应这样做的用词：正面词采用"宜"，反面词采用"不宜"
• 表示有选择，在一定条件下可以这样做的用词：采用"可"

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条文说明

本标准条文的具体说明详见《土工试验方法标准》条文说明部分。

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本标准由住房和城乡建设部标准定额研究所组织中国计划出版社出版发行