ISO 17892 土壤工程勘察與試驗 - 土壤實驗室試驗

國際標準化組織（ISO）發布的「ISO 17892 岩土工程勘察與試驗－土壤實驗室試驗」標準由以下幾個同名子章節組成：

• ISO 17892-1 第 1 部分：含水量測定描述了一種測定土壤含水量的方法。本標準適用於在土壤工程勘察中，透過烘箱乾燥法在實驗室測定土壤試體的含水量。含水量是天然土壤分類的重要指導，也是重新壓實土壤的控制標準，在大多數現場和實驗室試驗中使用的樣本中都會測量。烘箱乾燥法是實驗室常規作業中使用的權威程序。測定土壤含水量的實際程序是測定試體在指定溫度下的受控乾燥箱中乾燥至恆重時的質量損失。質量損失假定為自由水造成的，並以固體顆粒的剩餘乾質量為參考。本標準符合 EN 1997-1 和 EN 1997-2 標準中關於土壤工程勘察和試驗中土壤含水量的測定要求。
• 標準「ISO 17892-2 第 2 部分：容重測定」描述了三種測定土壤容重的方法：
  • 線性測量法：此方法適用於測定規則形狀土壤樣本的容重，包括為其他測試準備的樣本。所用樣品為長方體或圓形橫截面的圓柱體。
  • 液浸法：此方法透過測量天然或壓實土壤樣本在空氣中的質量和懸浮在液體中的表觀質量來確定其容重。當有合適大小的樣品時，可以使用此方法。
  • 液體置換法：此方法透過測量土壤樣本在空氣中的質量和浸沒時置換的液體質量來確定其容重。當有合適大小的樣品時，可以使用此方法。

本標準適用於岩土工程勘察範圍內土體容重的室內測定。

如果採用液體浸沒法或液體置換法，且液體（例如水）可能滲入樣品，則應在測試前覆蓋樣品，以防止液體滲透。土壤的容重有助於確定原位覆蓋應力隨深度的變化。如有必要，可以根據容重和含水量（如果已知）計算樣品的乾密度。

本標準符合 EN 1997-1 和 EN 1997-2 標準中確定土工勘察和試驗用土體容重的要求。

• ISO 17892-3 第 3 部分：顆粒密度測定描述了測定土壤顆粒密度的方法。本標準適用於土壤工程勘察中土壤顆粒密度的實驗室測定，並描述了兩種方法：液體置換比重瓶法和氣體置換比重瓶法。本標準中所述的液體比重瓶法適用於粒徑小於約 4 毫米的土壤類型或為滿足此要求而破碎的土壤。較大的比重瓶用於較粗的材料。適用於氣體比重瓶測試的土壤粒徑受所用特定氣體比重瓶的樣品容器尺寸限制。本標準符合根據 EN 1997-1 和 EN 1997-2 測定岩土工程勘察和測試中土壤顆粒密度的要求。孔隙水中溶解鹽的存在可能會影響這些測試的結果。補償溶解鹽的技術已經存在，但超出了本標準的範圍。
• ISO 17892-4 第 4 部分：粒徑分佈測定描述了一種測定土壤粒徑分佈的方法。本標準適用於透過篩分、沉降或兩者結合的方法在實驗室測定用於岩土工程勘察的土壤試驗樣本的粒徑分佈。粒徑分佈是土壤最重要的物理性質之一。土壤分類主要基於粒徑分佈。許多岩土工程和水文地質土壤特性都與粒徑分佈有關。粒徑分佈是基於將粒徑劃分為離散類別來描述土壤。每個類別的大小可以透過篩選或沉澱來確定。粗土通常透過篩選進行測試，但細土和混合土通常根據土壤成分結合篩分和沈降進行測試。所述篩分方法適用於所有粒徑小於 125 毫米的非膠結土壤。本文介紹了兩種沉降方法：比重計法和移液管法。本標準符合EN 1997-2對粒徑分佈測試的要求。
• 標準「ISO 17892-5 第 5 部分：增量荷載固結儀試驗」描述了以固結儀增量荷載測定土壤壓縮性的方法。此標準適用於在土壤工程勘察中，在實驗室測定土體的壓縮和變形特性。固結儀試驗在由剛性環橫向約束的圓柱形試體上進行。試件承受離散增量的垂直軸向加載或卸載，並允許從頂部和底部表面軸向卸載。試驗可以在完整、重塑、重新壓實或重構的試件上進行。地基中的應力路徑和排水條件通常是三維的，因此計算出的土壤強度和坍落度比值可能會有所不同。試件尺寸較小，通常無法充分反映天然土體的紋理特徵。固結試驗分析通常是基於土壤飽和的假設。在非飽和土體中，一些推導出的參數可能不適用。本標準符合 EN 1997-1 和 EN 1997-2 標準中用於土工勘察和試驗的土體壓縮性測定儀的要求。
• ISO 17892-6 第 6 部分：落錐試驗描述了一種使用落錐法測試細顆粒土完整和改性土樣不排水強度指標的方法。本標準適用於土壤工程勘察中土樣不排水剪切強度的實驗室估算。在落錐試驗中，使錐體尖端朝向土樣落下，並測量錐體插入土樣的深度。穿透深度值用於估算不排水剪切強度。

落錐試驗會在試體中產生複剪切力，並不能代表垂直三軸壓縮或水平剪切試驗的實際情況。然而，此指標試驗可以與其他實驗室試驗方法測定的不排水剪切強度估計值進行關聯。由於該試驗是在較小的實驗室樣本上進行的，因此結果可能與在較大樣本上進行的實驗室試驗結果不一致。此外，試驗樣本可能無法完全代表現場自然狀態下的土壤；例如，試驗樣本中可能沒有間距大於樣本尺寸的原位裂縫。因此，該試驗可被視為不排水剪切強度的估計值，而非真實測量值。重構剪切強度與完整剪切強度的比值可用於估算土壤樣本的敏感度。測量隨時間變化的剪切強度可用於評估重構土樣的觸變強度恢復情況。本文件符合EN 1997-1和EN 1997-2關於岩土工程勘察和測試中土體強度指標測試的要求。

• ISO 17892-7 第 7 部分：無側限壓縮試驗描述了一種無側限壓縮試驗方法。本標準適用於在岩土工程勘察中測定在壓縮荷載作用下未擾動、重新壓實、重塑或重構的均質土樣的無側限壓縮強度。此試驗方法可用於估算土壤的不排水剪切強度。需要注意的是，試驗過程中排水不受阻礙。因此，估算的不排水剪切強度值僅適用於試驗過程中排水不充分的低滲透性土壤。本標準符合 EN 1997-1 和 EN 1997-2 中關於岩土工程勘察和測試中無側限壓力試驗的要求。
• ISO 17892-8 第 8 部分：未固結不排水三軸壓縮試驗描述了一種未固結不排水三軸壓縮試驗的方法。本標準適用於在土壤工程勘察中，在實驗室測定壓縮荷載作用下的不排水三軸剪切強度。圓柱形試樣（可能包含完整土、重新壓實土、重塑土或重構土）在未排水條件下受到各向同性拉伸，然後在未排水條件下受到剪切。本試驗可以測定剪切強度和總應力下的應力-應變關係。本標準不涵蓋非標準程序，例如測量孔隙壓力的試驗或帶有濾水器的試驗。本標準符合 EN 1997-1 和 EN 1997-2 中關於岩土工程勘察和測試的未固結不排水三軸壓縮試驗的要求。
• 標準「ISO 17892-9 第 9 部分：飽和水土體固結三軸壓縮試驗」描述了一種飽和水土體固結三軸壓縮試驗的方法。本標準適用於在土壤工程勘察中，在實驗室測定壓縮荷載作用下的三軸剪切強度。圓柱形試件（可能由完整土體、重新壓實土體、重塑土體或重建土體組成）在排水條件下承受各向同性或各向異性應力，然後在不排水或排水條件下進行剪切。本試驗可以測定剪切強度、應力-應變關係和有效應力路徑。所有應力和應變均以壓縮正數值表示。

本標準規定單一試件需進行一次試驗。至少需要進行三組相關試驗才能確定這些試驗的剪切強度參數。結果評估程序包含在標準附錄（附件B）中，必要時，報告中也會包含剪切強度參數。

本程序未完全涵蓋以下特殊程序：

• 使用潤滑尖端進行測試
• 多階段測試
• 零側向應力固結試驗
• 局部測量應力或局部測量孔隙壓力的測試
• 不使用橡膠膜的測試
• 擴展測試
• 圍壓變化下的剪切試驗

然而，這些具體的試驗可以參考本標準中所述的一般程序。本標準規定了根據EN 1997-1和EN 1997-2進行岩土工程勘察和測試的固結三軸壓縮試驗的要求。

• ISO 17892-10 第 10 部分：直接剪切試驗描述了兩種實驗室試驗方法，用於測定固結排水條件下土壤的有效剪切強度，方法為使用剪切盒或環剪切裝置。本標準適用於岩土工程勘察中土體直接剪切作用下有效剪切強度參數的實驗室測定。本標準的試驗適用於原狀土、重塑土、重新壓實土或重建土。該程序描述了在單一垂直（法向）應力下測定試樣剪切強度的要求。

通常，需要準備三個或更多相似的土樣，在三個或更多不同的垂直壓力下進行剪切試驗，以便根據附錄B確定剪切強度參數。本標準未涵蓋特定的土樣製備和試驗程序，例如涉及漸進式加載和預剪切的試驗，或土體與其他材料之間的界面試驗。本標準符合EN 1997-1和EN 1997-2中關於土工勘察和試驗中土體在直接剪切作用下的排水剪切強度測定的要求。

• 標準「ISO 17892-11 第 11 部分：滲透性試驗」描述了實驗室測定土壤水流特性的方法。本標準適用於土壤工程勘察範圍內土壤滲透係數的實驗室測定。本標準符合 EN 1997-1 和 EN 1997-2 標準中關於岩土工程勘察和試驗中土壤滲透係數實驗室測定的要求。
• ISO 17892-12 第 12 部分：液限和塑限的測定描述了測定土壤液限和塑限的方法。其中包括兩種土壤阿特伯格限。液限是指土壤從液態轉變為塑性狀態時的含水量。本標準描述如何測定天然土壤樣本或已去除大於約 0,4 毫米物質的土壤樣本的液限。本標準描述了兩種方法：落錐法和卡薩格蘭德法。本標準中的落錐法不應與 ISO 17892-6 中所述的方法混淆。土壤的塑限是指土壤在進一步乾燥後不再具有塑性的含水量。塑限的測定通常與液限的測定結合進行。眾所周知，測試結果受操作員判斷的影響，結果可能會有所不同。
• 標準「ISO 17892-13 第 13 部分：土體、硬土和軟岩的膨脹試驗 - 單樣品循環程序」描述了在膨脹試驗箱中測定軟岩或硬土膨脹特性的方法，即軸向荷載下的有限側向變形。此標準適用於岩土工程勘察中膨脹壓力和應力的實驗室測定。膨脹試驗結果用於設計膨脹岩中開挖和隧道的岩土支撐及襯砌，以防止因膨脹導致重大意外失效。膨脹試驗在完整的圓柱形試件上進行。首先在乾燥狀態下對試件加載至原位應力狀態，然後卸載，再重新加載至預期設計應力。將試件浸入恆定應力條件下，然後卸載。

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