土力学试验指导书2 重庆交通大学文档格式.docx

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烘干法、酒精燃烧法、炒干法、比重法等。

本试验采用烘干法。

3.仪器设备

烘箱，采用电热烘箱，温度能保持在105～110℃；

天平，感量0.01g；

干燥器；

称量盒等。

4.试验步骤

（1）先称称量盒的质量（m1），精确至0.01g。

（2）取具有代表性试样，细粒土不小于为15g，砂类土、有机质土不小于50g，放入已称好的称量盒内，立即盖上盒盖，称湿土加盒总质量（m2），精确至0.01g。

（3）打开盒盖，将试样和盒放入烘箱内，在温度105～110℃的恒温下烘干。

烘干时间与土的类别及取土数量有关。

细粒土不少于8小时；

砂类土不得少于6小时；

对含有机质超过5%的土，应将温度控制在65～70℃的恒温下烘干。

（4）将烘干后的试样和盒取出，放入干燥器内冷却至室温。

冷却后盖好盒盖，称盒和干土质量（m3），精确至0.01g。

（5）本项试验要求进行二次平行测定，其平行差值需满足以下要求：

当含水量小于5％时，允许平行差值不大于0.3％；

当含水量大于5％小于40％时，允许平行差值不大于1％；

当含水量大于等于40％时，允许平行差值不大于2％。

当满足上述要求时，含水量取两次测值的平均值。

5.成果整理

（1）按下式计算含水量：

w=（m2－m3）/（m3－m1）×

100%

式中：

w——含水量（％）；

m1——称量盒的质量（g）；

m2——盒加湿土质量（g）；

m3——盒加干土质量（g）。

（2）记录表格见实验报告。

6.注意事项

（1）测定含水量时动作要快，以避免土样的水分蒸发。

（2）应取具有代表性的土样进行试验。

（3）称量盒要保持干燥，注意称量盒的盒体和盒盖上下对号。

（4）烘干、冷却由于时间较长，由实验室完成，同学另找时间来称盒加干土质量。

（二）、密度试验

1.试验目的：

土的密度是指土的单位体积的质量，是土的基本物理性质指标之一。

在天然状态下的密度称为天然密度，其单位为g/cm3。

2.试验方法：

试验方法有环刀法、蜡封法、灌水法、灌砂法等。

对于细粒土，采用环刀法；

对于易碎裂、难以切削或不规则的土体，可用蜡封法；

对于现场粗粒土，一般用灌水法或灌砂法。

本试验采用环刀法。

环刀；

天平，感量0.1g；

切土刀；

推土器；

白瓷盘；

游标卡尺；

凡士林等。

（1）用卡尺测出环刀的高和内径，并计算出环刀的体积V（cm3）。

（2）称环刀的质量m1，准确至0.1g。

（3）在环刀内壁涂一层薄薄的凡士林油，并将其刃口向下放在试样上。

（4）用切土刀沿环刀外缘将土样削成略大于环刀直径的土柱，然后慢慢将环刀垂直下压，边压边削，到土样伸出环刀上部为止，削去环刀两端余土，使与环刀口面齐平。

把削下的土样做含水量试验。

（5）擦净环刀外壁，称量环刀加土的质量m2，准确至0.1g。

（6）用推土器将试样从环刀中推出。

（7）本试验须进行二次平行试验，其平行差值不大于0.03g/cm3,满足要求取其算术平均值。

（1）按下式计算土的湿密度：

ρ=（m2－m1）／V

ρ——土的湿密度（g/cm3）；

m1——环刀的质量（g）；

m2——环刀加土的质量（g）。

（2）按下式计算土的干密度：

ρd=ρ／（1＋0.01w）

ρd——土的干密度（g/cm3）；

w——土的含水量（％）。

（3）记录表格见实验报告。

（1）操作要快，动作细心，以避免土样被扰动破坏结构及水份蒸发。

（2）环刀一定要垂直，加力适当，方向要正。

（3）边压边削的时候，切土刀要向外倾斜，以免把环刀下面的土样削空。

（三）、比重试验

土粒比重Gs，是土粒在温度105～110℃下烘至恒重时的质量与土粒同体积4℃时纯水质量的比值。

2.试验方法

根据土粒粒径的不同，土的比重试验可分别采用比重瓶法、浮称法或虹吸筒法。

对于粒径小于5mm的土，采用比重瓶法进行；

对于粒径大于等于5mm的土，且其中粒径为20mm的土质量应小于总土质量的10％时，采用浮称法进行；

对于粒径大于等于5mm的土，但其中粒径为20mm的土质量大于等于总土质量的10％时，采用虹吸筒法进行。

本试验采用比重瓶法。

烘箱；

比重瓶，容量100mL；

天平，感量0.001g；

恒温水槽；

电砂浴；

温度计；

孔径5mm的筛；

其它：

匙、漏斗、滴管、洗瓶刷、蒸馏水等。

4.试验步骤

（1）先将洗净、烘干的比重瓶称其质量m1，准确至0.001g.

（2）将过5mm筛并烘干后的土，取不低于15g装入比重瓶内，称试样和瓶的总质量m2，准确至0.001g。

（3）将纯水注入已装有干土的比重瓶中至一半处，摇动比重瓶，将瓶放在电砂浴上煮沸，煮沸时间自悬液沸腾时算起，砂及低液限粘土应不少于30min，高液限粘土应不少于lh，使土粒分散。

（4）将蒸馏水注入已煮好比重瓶至近满，待瓶内温度稳定及悬液上部澄清后，再加满蒸馏水，塞好瓶塞，使多余的水份自瓶塞毛细管中溢出。

将瓶外水份擦干净，称瓶、水、土的总质量m3，准确至0.001g，称后马上测瓶内温度。

（5）把瓶内悬液倒掉，把瓶洗干净，再注满蒸馏水，把瓶塞插上，使多余的水份自瓶塞毛细管中溢出，将瓶外水份擦干净，称比重瓶、水的总质量m4，准确至0.001g。

（6）本试验须进行两次平行测定，其平行差值不大于0.02，然后取其算术平均值。

（1）按下式计算土的比重：

Gs=Gwt×

（m2－m1）/（m4＋（m2－m1）－m3）

Gs——土粒比重；

m1——空瓶的质量（g）；

m2——瓶加干土的质量（g）；

m3——瓶加水加土的质量（g）；

m4——瓶加水的质量（g）；

Gwt——t℃时蒸馏水的比重（可查相应的物理手册）。

（1）比重瓶、土样一定要完全烘干。

（2）煮沸排气时，防止悬液溅出。

（3）称量时比重瓶外的水份必须擦干净。

实验二液限和塑限试验

2.1搓条法及平衡锥法

细粒土由于含水率不同，分别处于流动状态，可塑状态、半固体状态和固体状态。

液限是细粒土呈可塑状态的上限含水率，塑限是细粒土呈可塑状态的下限含水率。

本试验是测定细粒土的液限和塑限含水量，用作计算土的塑性指标和液性指数，按塑性指数或塑性图对粘性土进行分类，并可结合土体的原始孔隙比来评价粘性土地基的承载能力。

可以采用液塑限联合测定法测定测定液限和塑限；

也可用搓条法测定塑限，用平衡锥法测定液限。

本试验采用搓条法测定塑限，平衡锥法测定液限，所用土样应过0.5mm的筛。

3.仪器设备：

塑限：

毛玻璃板约300mm200mm；

液限：

平衡锥仪（锥质量为76g，锥角30°

，距锥尖10mm处有环状刻度；

其它共用设备：

天平、称量盒、秒表、电吹风、烘箱、干燥器、调土碗、调土刀、凡士林、蒸馏水、滴管、研钵、带橡皮头的研棒及0.5mm筛等。

A、塑限试验

（1）选取具有代表性的天然含水量或风干土样，若土中含有较多大0.5mm的顺粒或夹有大量的杂物时，应将土样风干后用带橡皮头的研材研碎或用木棒在橡皮板上压碎，然后再过0.5mm的筛。

（2）取过筛的土样不少于100g放入调土碗里，加蒸馏水调拌、浸润，使其含水量接近塑限，然后用玻璃片或湿布覆盖，静止24h备用。

（3）先称称量盒的质量m1。

然后取接近塑限的土样一小块，用手捏成橄榄状，再用手掌在毛玻璃上轻轻地搓滚，搓滚时手掌要均匀施加压力于土条上，不得使土条在毛玻璃上无力滚动。

土条宽度不宜超过手掌宽度。

在滚动时，不应从手掌下任一边脱出，土条在任何情况下，不得产生中空现象。

（4）当土条搓至直径为3mm时，土条产生裂缝或开始断裂，此时土中含水量即为塑限含水量。

当土条搓至3mm仍未发生裂缝或断裂，表示土含水量高于塑限；

若土条搓至大于3mm时就产生裂缝或断裂，则表示含水量低于塑限。

在这两种情况下，都应对土样重新进行调制后再进行试验，直至合格为止。

（5）取搓滚合格的土条放入称量盒中，随即盖紧盒盖，待收集3～5g合格的土条后称盒加湿土质量m2。

把土样烘干后再称盒加干土质量m3。

（6）本试验进行平行测定，取二者算术平均值，其平行差值不得大于2％，计算至0.1%。

B、液限试验

（1）按塑限试验制备土样程序调制含水量接近液限的试样（不少于200g）。

（2）取浸润好的土样放入调土碗里，用调土刀充分调拌均匀后，分层密实的装入试样杯中，并注意土中不能留有空隙，装满试杯后刮去余土使土样与杯口齐平，并将试样杯放在底座上。

（3）将圆锥擦拭干净，并在锥尖上抹一薄层凡士林，两指捏住圆锥手柄，保持锥体垂直，当圆锥仪锥尖与试样表面正好接触时，轻轻松手让锥体自由沉入土中。

（4）放锥后约经5s，锥体入土深度恰好达到10mm的圆锥环状刻度线处，此时土的含水量即为液限含水量了。

（5）若锥体入土深度超过或小于10mm时，表示试样的含水率高于或低于液限，应用小刀挖去粘有凡士林的土，然后将试样全部取出，放在调土碗里，根据试样的干、湿情况，适当加纯水或边调边风干重新拌和，然后重复

（2）~（4）的试验步骤。

（6）达到要求后，取出锥体，用调土刀挖去粘有凡士林的土，然后将试样杯中的土样分装到两个称量盒里称其盒加湿土质量m2。

（7）本试验进行平行测定，取二者算术平均值，其平行差值不得大于2％，计算至0.1%。

（1）按下式计算塑限含水量和液限含水量：

wp=（m2-m3）／（m3-m1）×

wL=（m2-m3）／（m3-m1）×

wp——塑限含水量（％）；

wL——液限含水量（％）；

m1——称量盒质量（g）；

m2——盒加湿试样质量（g）。

m3——盒加干试样质量（g）。

（2）按下式计算塑性指数：

Ip=wL－wp

Ip　——塑性指数；

（3）按下式计算液性指数：

IL=（w－wp）／Ip

IL　——液性指数；

w——天然含水量（％）；

（4）记录表格见实验报告

（1）在搓条时用力要均匀，避免出现空心或卷心现象。

保持手掌和毛玻璃的清洁。

（2）在任何含水量情况下，试样搓到大于３毫米就发生断裂，说明该土无塑性。

（3）液限试验时，为提高工作效率，在试样调匀后，可用调土刀取出部分试样，先行试放锥体，初步校验是否接近液限含水量。

（4）锥体下放时不能摇摆，必须稳定垂直的让锥尖与试样表面接触，再松手让其在自重下下沉，不能过早或过迟。

2.2液限塑限联合测定法

本试验采用液限塑限联合测定法测定液限含水量和塑限含水量。

所用土样应过0.5mm的筛。

液塑限联合测定仪限、天平、称量盒、电吹风、烘箱、干燥器、调土碗、调土刀、凡士林、蒸馏水、滴管、研钵、带橡皮头的研棒及0.5mm筛等。

（2）取过筛的土样不少于200g分别放入三个调土碗里，加不同数量的蒸馏水，土样的含水量分别控制在液限、略大于塑限和二者的中间状态。

用调土刀调匀，然后用玻璃片或湿布覆盖，静置24h备用。

（3）将制备好的土样用调土刀调拌均匀，分层密实地填入试样杯中，使空气逸出。

试杯装满后，刮成与杯边齐平。

（4）调平机身，提起锥杆，锥尖涂少许凡士林。

（5）将装好的土样的试杯放在升降座上，转动升降旋钮，使试杯徐徐上升，土样表面和锥体尖好接触，蜂鸣器报警，停止升降，按检测键，同时锥体立刻自行下沉，5S时液晶显示器上显示锥入深度h1，试验毕，手拿锥体向上，锥体复位。

（6）改变锥尖与土体接触位置（锥尖两次锥入位置距离不小于1cm），重复5条步骤，测得锥深入试样深度值h2，h1、h2允许误差为0.5mm，否则，应重做。

（7）去掉锥尖入土处的凡士林，取10g以上的土样两个，分别放入称量盒内，称质量，测定其含水量。

（8）重复（3）至（7）的步骤，对其它两个含水量土样进行试验，测其锥入深度和含水量。

（1）绘制锥入深度h与含水量w的关系曲线。

以含水量w为横坐标，锥入深度h为纵坐标，在双对数坐标纸上绘制h~w的关系曲线。

①连此三点，应呈一条直线；

②当三点不在一直线上，通过高含水量的一点分别与其余两点连成两条直线，在圆锥下沉深度为2mm处查得相应的含水量，当两个含水量的差值小于2%，应以该两点含水量的平均值与高含水量的点连成一直线；

③当两个含水量的差值大于2%时，应重做试验。

（2）确定液限、塑限

在锥入深度h与含水量w关系图上，查得下沉深度为20mm所对应的含水量为液限wL；

查得下沉深度为2mm所对应的含水量为塑限wP，以百分数表示。

（3）计算塑性指数和液性指数（其计算式见前）

实验三固结试验

本试验的目的是测定试样在侧限与轴向排水条件下，变形和压力或孔隙比和压力的关系，绘制压缩曲线，以便计算土的压缩系数a、压缩模量Es等指标，通过各项压缩性指标，可以分析、判断土的压缩特性和天然土层的固结状态，计算土工建筑物及地基的沉降等。

试验方法有慢速法和快速法。

根据学生试验的实际情况，本试验采用近似的快速法。

固结仪：

见图（5）-1；

环刀:

面积50cm3，高2cm；

天平；

测微表；

精度；

秒表、烘箱、修土刀、称量盒、滤纸等。

（1）根据工程要求，用环刀（50cm3）切取试样备用，并测出土样的密度、含水量、和比重。

（参见前面的试验）

（2）把下护环和大的透水石放入固结容器，并放上一张滤纸。

（3）将带有环刀的试样，刃口向下小心地装入压缩容器的下护环内。

（4）再套入上护环，放上滤纸和稍小的透水石，最后放上加压盖。

（5）轻轻抬起杠杆，将装好试样的压缩容器放在加压台的正中，使加压横梁的凹槽与加压盖的钢珠紧密结合，然后装上测微表（百分表），并预调百分表大于6mm以上，并检查表是否灵敏和垂直。

（学生在试验前应熟悉测微表如何读数。

）

（6）在砝码吊盘上加相当于试样受压约为1kPa的预压荷载，使固结仪的各部分接触良好，并调平加压杠杆，然后调整测微表，使其大指针归零。

（7）卸去预压荷载，施加第一级荷载，其大小可视土的软硬程度或工程情况一般采用25、50、100、200、300、400kPa，或按设计要求，模拟实际加荷情况进行调整。

由于试验教学时间的关系，本试验加荷顺序为50、100、200、300、400kPa。

（8）在加荷同时开动秒表计时，按规定的时间读数，做完一级，再加下一级荷载，直至全部荷载完成。

在试验过程中，应始终保持加压杠杆的平衡。

（9）试验结束后，迅速顺次拆去测微表，卸除砝码，取出环刀，把仪器擦干净。

（1）按下式计算试样的原始孔隙比：

e0=ρw×

Gs（1＋0.01w）／ρ－1

e0——试样原始孔隙比；

ρw——水的密度（g/cm3），一般取1；

Gs——土粒比重；

w——试样原始含水量（％）；

ρ——试样原始密度（g/cm3）；

（2）按下式计算各级荷载下变形稳定后的孔隙比：

ei=e0－（1＋e0）hi／H

ei——某一荷载下变形稳定后的孔隙比；

hi——某一级荷载下的总变形量（mm）；

H——试样原始高度（mm）；

（3）按下式计算某一荷载范围内的压缩系数：

αi－i+1=1000×

（ei－ei+1）／（pi＋1－pi）

αi－i+1——某一荷载范围内的压缩系数（MPa-1）；

pi——某一荷载值（kPa）；

（4）按下式计算某一荷载范围内的压缩模量：

Esi－i+1=（1＋ei）／αi－i+1

Esi－i+1——某一荷载范围内的压缩模量（MPa）；

αi－i+1——某一荷载范围内的压缩系数（MPa-1）；

（5）记录表格见实验报告。

（1）使用仪器前必须预习，严格按程序进行操作，对仪器不清楚的地方马上问老师。

（2）试验过程中不能卸载，百分表也不用归零。

（3）随时调整加压杠杆，使其保持平衡。

（4）加荷时应轻拿轻放，不得对仪器产生震动。

（5）试验完毕，卸下荷载，取出土样，把仪器打扫干净。

实验三直接剪切试验

测定土的抗剪强度指标φ和c，土的抗剪强度是指土体对于外荷载所产生的剪应力的极限抵抗能力。

通常采用不少于3个试样，分别在不同的垂直压力下，施加水平剪切力，测得试样破坏时的剪应力，然后根据库仑定律确定土的抗剪强度参数内摩擦角φ和粘聚力c。

快剪试验：

在试样上施加垂直压力后立即快速施加水平剪应力。

固结快剪试验：

在试样上施加垂直压力，待试样排水固结稳定后，快速施加水平剪应力。

慢剪试验：

在试样上施加垂直压力及水平剪应力的过程中，均使试样排水固结。

本试验采用快剪试验。

应变式直剪仪；

秒表、天平、烘箱、蜡纸、修土刀等。

图（6）-1应变控制式直剪仪

1—顶针2—底座；

3—透水石；

4—测微表；

5—活塞；

6—上盒；

7—土样；

8—测微表；

9—量力环；

10—下盒

（1）用环刀切取3～4个试样备用，并测相应的含水量和密度。

（2）安装好剪切盒，插入销钉，在下盒透水石上放一张腊纸。

（3）将带试样的环刀平口向下，对准上盒盒口放好，在试样上面顺序放腊纸和透水石，然后用将试样平稳推入剪切盒中，移去环刀，放上加压盖。

（4）本试验的加荷顺序为100，200，300kPa或400kPa。

（5）按顺时针方向徐徐转动手轮至上盒前端的钢珠刚好与量力环接触（即量力环内的测微计指针刚好开始移动），调整测微计读数为零。

（6）拔去销钉，开动秒表，以每分钟4～12转的均匀速率转动手轮（本试验以每分钟6转为宜），转动过程中不应中途停顿或时快时慢。

使试样在3～5分钟内剪损，手轮每转一圈应测记测微表读数一次，直至量力环的测微表指针不再前进或有后退，即说明试样已剪损。

如测微表指针一直缓慢前进，说明不出现峰值，则破坏以变形控制进行到剪切变形达5mm时为止。

注：

手轮每转一圈推进下盒0.2mm。

（7）剪切结束后，倒转手轮，顺序去掉荷载、加压框架、加压盖与上盒，取出试样。

（8）重复上述步骤，做其它各垂直压力下的剪切试验。

（9）全部做完后，取下土样，把仪器打扫干净。

（1）按式下式计算剪应力：

τ＝C1×

R

τ——剪应力（kPa）；

R——量力环中测微表读数（0.0lmm）；

C1——量力环校正系数，（kPa/0.01mm）。

（2）按下式计算剪切位移：

L＝20×

n－R

L——剪切位移（0.01mm）；

n——手轮转数。

R——量力环中测微表读数（0.0lmm）。

（3）以剪应力τ为纵坐标，剪切位移L为横坐标，绘制剪应力τ与剪切位移L关系曲线（τ－L关系曲线）；

以剪应力τ为纵坐标，垂直压应力P为横坐标（注意纵、横坐标比例尺应一致），绘制剪应力τ与垂直压应力P的关系曲线（τ－p关系曲线），该直线的倾角即为土的内摩擦角φ（°

），该直线在纵坐标上的截距即为土的粘聚力c（kPa）。

（4）记录表格见实验报告。

（1）开始剪切时，一定要切记拔掉销钉，否则试样报废，而且会损坏仪器，若销钉弹出，还有伤人的危险。

。

（2）加荷时应轻拿轻放，避免冲击、震动。

（3）摇动手轮时应尽量作到匀速连续转动，切不可中途停顿。