土力学实验指导书综述Word格式.docx
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（2）天平：
称量200g，感量0.01g，目前实验室采用托盘天平称量200g，感量0.01g。
（3）其它：
切土刀、钢丝锯、玻璃片、凡士林等。
1.1.5操作步骤
（1）制备土样：
按工程需要取原状或制备所需状态的扰动土样，土样的直径及高度均应大于环刀，整平其两端放在玻璃片上。
（2）切取试样：
将环刀的内壁涂上一薄层凡士林，刀口向下放在土面上，然后将环刀垂直下压，边压边削，直至土样上表面伸出环刀为止，将
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两端面盖上平滑的玻璃片，以免水分蒸发。
（3）称量：
擦净环刀外壁，称环刀加湿土的质量，精确到0.1g，查环刀质量表。
（4）本试验须进行两次平行测定，两次测定的差值不得大于0.03g/cm3，取两次测定值的算术平均值。
1.1.6密度计算公式
（1-1）
式中
——土样的天然密度，g/cm3；
——土样的质量，g；
——环刀体积，即等于土样的体积，cm3。
1.2蜡封法
1.2.1基本原理
蜡封法是将一定质量的土样浸入融化的石蜡中，然后分别称其在空气中和水中的质量，根据阿基米德原理——物体在水中减少的质量等于其排开同等体积的质量，计算被排开水的体积，从而测得土的密度。
1.2.2试验方法及适用范围
本试验的方法采用蜡封法，适用于易破裂土的和形状不规则的坚硬土。
1.2.3仪器设备
（1）石蜡及熔蜡加热器（锅和酒精炉等）。
称量200g，感量0.01g。
烧杯、杯托、切土刀、细线、针等。
1.2.4操作步骤
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（1）切取土样：
取具有代表性的土样，清除表面浮土及尖锐，土样的直径及高度均应大于环刀，整平其两端放在玻璃片上。
（2）浸蜡封土：
持细线将试样缓慢浸入过熔点的蜡液中，浸没后立即提出，检查试样周围的蜡膜，当有气体时用针刺破，再用蜡液补平。
（3）称取试样：
持冷却后的蜡封试样的一端，浸没在于盛有纯水的烧杯中，测定蜡封试样在纯水中的质量，并测定纯水的温度。
（4）取出试样：
擦干蜡面上的水分，称其质量。
当浸水后的试样质量增加时，应另取试样重做试验。
1.2.5试样密度计算公式
（1-2）
——蜡封试样质量，g；
——蜡封试样在纯水中质量，g；
——纯水在T℃的密度，g/cm3；
——蜡的密度，g/cm3。
蜡封法试验应进行两次平行测定，两次测定的差值不得大于0.03g/cm3，取两次算术平均值。
1.3注意事项
（1）环刀法切取试样时，应垂直静压，边压边削，不要使环刀法内壁与试样间留有空隙。
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（2）切取试样时，一般不应填补，如确需填补，填补部分不得超过环刀法体积的1%。
（3）用蜡封法时，因石蜡燃点较低，熔蜡时湿度不宜过高。
若湿度过高，对土样的含水量和结构都会产生一定的影响，使密度及含水量偏低；
若湿度过低蜡皮不易封好，易形成气泡或针眼，因而熔蜡温度一般控制在50~60℃。
（4）防止石蜡进入土孔隙内部，以免影响测试结果。
（5）称量土样时，应考虑系土样细线的质量。
（6）此外，当现场测定原状砂和砾质土的密度时，用灌水法或灌砂法测定，具体步骤详见现行国家标准GB/T50123-1999《土工试验方法标准》。
2土粒比重试验
2.1一般规定
（1）对小于、等于和大于5mm土颗粒组成的土，应分别采用比重瓶法，浮称法和虹吸管法测定比重。
（2）土颗粒的平均比重，应按下式计算：
（2-1）
式中
——土颗粒平均比重；
——粒径大于、等于5mm的土颗粒比重；
——粒径小于5mm的土颗粒比重；
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——粒径大于、等于5mm的土颗粒质量占试样总质量的百分比（%）；
——粒径小于5mm的土颗粒比重占试样总质量的百分比（%）。
（3）本试验必须进行两次平行测定，两次平行测定的差值不得大于0.02，取两次测值的平均值。
2.2比重瓶法
2.2.1基本概念
土粒比重是土粒质量与同体积4℃的纯水的质量比值，也称土粒相对密度。
2.2.2试验目的
本试验的目的在于测定土的天然土粒比重，以便与其它试验配合计算土的干密度、孔隙比及饱和度等物理性质指标。
2.2.3试验方法及适用范围
本试验采用比重瓶法。
此方法适用于粒径小于5mm的各类土。
2.2.4仪器设备
本试验所用的主要仪器设备，应符合下列规定：
（1）比重瓶：
容积100mL或50mL，分长颈和短颈两种。
（2）恒温水槽：
准确度应为±
1℃。
（3）砂浴：
应能调节温度。
（4）天平：
称量200g，最小分度值0.001g
（5）温度计：
刻度为0～50℃？
，最小分度值0.5℃。
2.2.4操作步骤
（1）试样制备。
对于有机质含量不超过5%的土宜在100~105℃温度
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条件下烘干至恒重时。
若有机质含量超过5%的土、含石膏和硫酸盐的土，应将温度控制在65-70℃的恒温下烘干。
（2）比重瓶的校准，应按下列步骤进行：
①将比重瓶洗净，烘干，置于干燥器内，冷却后称量，准确至0.001g；
②将煮沸经冷却的纯水注入比重瓶。
对长颈比重瓶注水至刻度处；
对短颈比重瓶应注满纯水，塞紧瓶塞，多余水自塞毛细管中溢出；
将比重瓶放入恒温水槽直至瓶内水温稳定。
取出比重瓶，擦干外壁，称瓶、水总质量，准确至0.001g测定恒温水槽内水温，准确至0.5℃；
③调节数个恒温水槽内的温度，温度差宜为5℃，测定不同温度下的瓶、水总质量。
每个温度时均应进行两次平行测定，两次平行测定的差值不得大于0.002g，取两次测定的平均值。
绘制温度与瓶，水总质量的关系曲线。
（3）将比重瓶烘干。
称烘干试样15g（当用50mL的比重瓶时，称烘干试样10g）装入比重瓶，称试样和瓶的总质量，准确至0.001g。
（4）向比重瓶内注入半瓶纯水，摇动比重瓶，并放在砂浴土煮沸，煮沸时间自悬液沸腾起砂土不应小于30min，粘土、粉土不得少于1h。
沸腾后应调节砂浴温度，比重瓶内悬液不得溢出。
对砂土宜用真空抽气法；
对含有可溶盐、有机质和亲水性胶体的土必须用中性液体（煤油）代替纯水，采用真空抽气法排气，真空表读数宜接近当地一个大气负压值，抽气时间不得少于1h。
（注：
用中性液体，不能用煮沸法）
（5）将煮沸经冷却的纯水（或抽气后的中性液体）注入装有试样悬液的比重瓶。
当使用长颈比重瓶时应注纯水至刻度处，当使用短颈比重瓶时应将纯水注满，塞紧靠瓶塞，多余的水分自瓶塞毛管中溢出。
将比重瓶置于恒温水槽至温度稳定，且瓶内上部悬液澄清。
取出比重瓶，擦干瓶外壁，称比重瓶、水、试样总质量，准确至0.001g，并应测定瓶内的水温，准确
至0.5℃。
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（6）从温度与瓶、水总质量的关系曲线中查得各试验温度下的瓶、水总质量。
2.2.5土粒比重计算公式
土粒的比重，应按下式计算：
（2-2）
——比重瓶、水总质量（g）
——比重瓶、水、试样总质量（g）
——T℃时纯水或中性液体的比重。
水的比重可查物理手册；
中性液体的比重应实测，称量应准确至0.001g。
3土的含水量测定
3.1基本概念和原理
土的含水量是指土中水的质量与干土质量的比值，也称土的含水率。
烘干法是根据加热后水分蒸发的原理，将已知质量的土样放入烘干箱内，在100~105℃温度条件下烘干至恒重时，失去的水的质量与干土质量的比值，即是含水量，用百分数表示。
3.2试验方法及适用范围
本试验采用烘干法测定土的含水量。
此方法适用于有机质含量不超过
5%的土。
若有机质含量超过5%，应将温度控制在65-70℃的恒温下烘干。
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3.3仪器设备
（1）烘箱：
应能控制温度在100~105℃，实验室一般采用电热烘箱。
称量200g，感量0.01g，称量1000g，感量0.1g。
干燥剂、铝盒、切土刀等。
3.4操作步骤
（1）称量湿土质量：
取具有代表性试样，粘性土为15~20g，砂性土、有机质土为50g，放入称量盒内，盖上盒盖，将盒置于烘箱内，称湿土与盒的质量，精确至0.01g。
（2）烘干、冷却：
打开盒盖，将盒置于烘箱内，在100~105℃的恒温下烘干至恒重。
烘干时间对粘性土不得少于8h，对砂性土不得少于6h。
对含有机质超过5%的土，应将温度控制在65~70℃恒温下烘干。
将铝盒从烘箱中取出并盖上盒盖，放入干燥容器内冷却至室温，称干土质量，精确到0.01g。
3.5计算公式
（3-1）
式中w——土的含水量（%）；
m0——湿土的质量（g）；
md——干土的质量（g）。
含水量试验应进行两次平行测定，两次测定的差值，当含水量小于40%时，不得大于1%，当含水量大于、等于40%时，不得大于2%，取两次的算术平均值。
3.6注意事项
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（1）天然含水量试验，应在打开土样后立即取样测定，以免水分改变。
烘干冷却后应立即称干土质量，以免吸水分，影响试验结果。
（2）烘干恒重的标准与试样数量有关，通常前后两次称量之差不大于称样天平的精度即为恒温。
土工试验中常以控制烘样时间使其达到恒重，烘至恒重所需的时间用电热干燥箱测量，当试样重15~30g时，一般砂土需1~2h，粉质土需6~8h，粘土约10h，风干土及含水量低的土，可适当缩短烘干时间；
湿土量较多或块状土，应延长烘样时间。
（3）若土的有机质含量在5~10%时，以采用真空干燥箱低温（70~80℃）烘干试样为宜。
当有机质含量超过10%以上，必须采用真空干燥箱。
（4）对土中有机质含量不超过5%的粘土和砂土，需现场测定其含水量时，可用酒精燃烧法测定。
4土的界限含水量
4.1土的液限、塑限测定
4.1.1基本概念及原理
粘性土随着含水量的变化，粘性土逐渐由一种状态转变为另一种状态，相应的分界含水量称为界限含水量。
在工程中评价土的工程性质的界限含水量有液限、塑限和缩限。
液限是粘性土由流动状态转变到可塑性状态的界限含水量；
塑限是粘性土由可塑性状态转变到半固体时的界限含水量；
缩限是粘性土由固态转变到干硬状态的界限含水量。
我国一般采用了76g锥式液限仪或碟式仪测定，目前采用液、塑限联合测定法测定。
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4.1.2试验目的
本试验目的的是测定粘性土的液限和塑限从而计算塑性指数和液性指数，评价粘性土地基的容许承受力；
并按塑性指数或塑性图进行土的分类。
4.1.3试验方法及其适用范围
本试验可采用圆锥式液限仪测定液限，它适用于粒径小于0.5mm有机质含量不大于5%的粘性土。
也可以用碟式仪法测定和液、塑限联合测定法测定。
塑限则用搓条法测定，其适用条件同液限。
4.1.4仪器设备
（1）圆锥式液限仪：
锥质量76g，锥角为30°
，距锥尖10mm处有环状刻度。
烘箱、称量盒、调土刀、研体、凡士林、蒸馏水等。
4.1.5操作步骤
（1）圆锥法测液限
①土样制备：
取具有代表性，并保持天然含水量的土样进行测定。
当试样中含有粒径大于0.5mm的土粒和杂物时，应风干研磨后过0.5mm的筛。
再加蒸馏水调成均匀浓糊状。
用玻璃板覆盖或放在盛水的干湿器中静置一昼夜。
②装样放锥：
将调好的土样分层填入试样杯中，使内部均匀填实，刮平杯口。
将杯放在支座上。
在锥尖涂一薄层凡士林，两指提住手柄，使平衡锥放在试样表面中部至锥尖与试样表面接触，然后缓缓放开手指，使锥体在自重力作用下沉入土样中。
③观察试锥：
当锥体约经5s，沉入深度恰好10mm，表示土样此时的含水量为液限，若沉入深度小于10mm时，表示含水量小于液限，则将杯
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内土样取出（剔除沾有凡士林的土）置于调土杯内滴加少量蒸馏水，重新搅拌，重复②、③步骤。
若5s内下存大于10mm表示含水量已超过液限，则应取出土样继续搅拌，使多余水分蒸发后，再进行实验，直至刚好下沉10mm为止。
④测定含水量：
将锥体取出，用洁净刀刮出粘有凡士林的土样，用刀尖刮取土样10~15g，装入称量盒中，测定其含水量，即为液限。
（2）搓条法测定塑限
①制备试样：
将原状土或已过0.5mm筛的风干土，加少许蒸馏水调成不粘手的泥块用湿布敷盖，静置24h。
②揉捏试样：
将制备好的试样在手中揉捏至不粘手，捏扁，当出现裂缝时，表示含水量接近塑限。
③手掌搓条：
取接近塑限含水量的试样8~10g，用手搓成椭圆形，放在毛玻璃板上用手掌滚搓，手掌的压力要均匀施加于土条上，不得使土条有空心现象，土条长度有空心现象，土条长度不宜大于手掌宽度。
当土条搓成3mm产生裂缝，并开始断裂，表示试样的含水量达到塑限含水量。
当土条搓成3mm时不产生裂缝或土条直径大于3mm开始断裂都应重新取样进行试验。
取直径3mm有裂缝隙的合格土条3~5g装入称量盒，测定其含水量，即为塑限。
⑤本试验应进行两次平行测定，两次测值的差值，当液限小于40%时，不得大于1%；
当液限大于或等于40%时，不得大于2%。
4.1.6计算公式
（1）液限或塑限
（4-1）
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——液限（或塑限）（%）；
——称量盒加湿土的质量（g）
——称量盒加干土的质量（g）
——称量盒的质量（g）
（2）塑性指数
（4-2）
（3）液性指数
（4-3）
——土的天然含水量。
该试验需进行平行试验，取其平均值，平行差值对含水量小于40%时不得大于1%；
当含水量大于或等于40%时，不得大于2%。
4.1.7注意事项
（1）在试验过程中，调整含水量，只能凉干，或用风机吹干，也可用调土刀拌和，或用手搓揉，使其水分蒸发，绝不可加进干土或用烈火烘烤。
（2）测液限时放锥方法应锥尖接触土面时，使锥体自由下落受自重力作用下沉，绝不可能产生锥体的冲击作用。
（3）液限杯中装土时，必须把土中气泡排尽。
杯口刮平时宜采用刀刃，刮平次数不宜太多（特别是对塑性指数小于10的轻亚粘土），并注意水析现象。
（4）搓条法避免土条在手掌下不受压力的滚搓，造成中空现象。
对于塑性指数小于10的轻亚粘土，反复滚搓易引起水折现象，使中心较表面水
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分少，偶尔有一处断裂不能认为达到塑限。
对高塑性粘土，当土条搓到3mm
时，虽无裂缝或断裂，但毛玻璃上已无湿痕，可认为其含水量已达到塑限。
4.2液限、塑限联合测定
根据用圆锥仪测得的入土深度与其相应的含水量，在双对数坐标上具线性关系的特性，本试验用水电式液、塑限联合测定仪得土在不同含水量时的圆锥入土深度，绘制其关系直线图，据入土深度在图上找出该试样的液限和塑限。
本试验适用条件同液限试验。
4.2.1仪器设备
（1）液、塑限联合测定仪：
锥体质量为76g，锥角为30°
，读数显示形式为水电式，游标式等。
4.2.2操作步骤
（1）制备试样：
本试验宜用天然含水量试样和风干试样，当试样中含有粒径大于0.5mm的土粒和杂物时，应过0.5mm的筛，取过筛的有代表性的试样，试样200g，分成三份，放入盛有土器皿，加不同数量的纯水，调制成不同稠度的试样，试样的含水量分别接近液限、塑限和二者的中间状态，将试样调匀，盖上湿布，湿润一昼夜。
（2）装样入杯：
将制备好的试样搅拌均匀，密实填入试杯中，用刀一次刮平表面。
（3）放锥入样：
将试样杯放在联合测定仪的支座上，在圆锥上涂抹一薄层凡士林，接通电源，使电磁铁吸住圆锥，调节零点，调整升降座，使圆锥尖接触土样面，指示灯亮时，圆锥在自重下沉入试样，经5s测读圆锥下沉深度，取出试样杯，取部分试样测定含水量。
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（4）以相同步骤分别测定三个试样的圆锥下沉深度和含水量。
4.2.3计算及绘图
（1）计算同前。
（2）绘制曲线：
以含水量为横坐标，圆锥下沉深度为纵坐标，在双对数坐标纸上绘制关系曲线，三点应在同一直线上。
当三点不在同一直线上时，通过高含水量的点与其余两点连成两条直线，在下沉深度为2mm处查得相应的两个含水量值，当两个含水量差值小于2%时，应以两点含水量的平均值与高含水量的点连线；
当两个含水量差值大于或等于2%，应重新做试验。
在含水量与圆锥下沉深度的关系图上查得下沉深度为17mm所对应的含水量为液限，查得下沉深度为10mm所对应的含水量为10mm液限，查得下沉深度为2mm所对应的含水量为塑限，取值以百分数表示，准确至0.1%。
4.3碟式仪法
4.3.1仪器设备
（1）碟式液限仪：
由铜碟、支架及底座组成。
（2）开槽器：
带量规，具有一定形状和尺寸。
4.3.2操作步骤
同4.2.2操作步骤
（1）。
（2）装样入碟：
将制备好的试样充分搅拌均匀，铺于铜碟前半部，用调土刀将铜碟子前沿试样刮成水平，使试样中心厚度为10mm，用开槽器经蜗形轮的中心沿铜碟直径将试样划开，形成V型槽。
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（3）测定含水量：
以每秒两转的速度转动摇柄，使铜碟反复起落，坠
击于底座上，数记击数，直至槽底两边试样的合拢长度为13mm时，记录击数，并在槽的两边取试样不应少于己于10g，放入称量盒，测定含水量。
（4）将加入不同水量的试样，重复
（2）、（3）进行试验。
试样宜为4~5个。
槽底试样合拢所需的击数宜控制在15~35击之间。
4.3.3计算及绘图
（1）各种击次下合拢试样的含水量，应按下式计算，精确到0.001。
（4-4）
——N击下试样的含水量（%）；
——N击下试样的质量（g）。
（2）绘图：
在半对数坐标中绘制击次与含水量的关系曲线，取曲线上击次为25时对应的整数含水量为试样的液限。
5固结试验
5.1基本概念及原理
土的压缩是在压力作用下土体体积逐渐变小的过程。
压缩试验是将土放在金属容器内，在有侧限的条件下施加压力，由于土体是三相物体，因而土体被压缩的实质是土体中孔隙体积随着压力增大而减小。
粘性土的透水性低，饱和粘性土中的水分只能慢慢排出，因此其压缩稳定所需的时间较长。
土的压缩随着时间而增长的过程，称为固结。
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5.2试验目的
该实验的目的是测定试样在有侧限单向排水的条件下受稳压荷载作用土体变形和压力或孔隙比和压力以及变形时间的关系。
通过计算求得压缩系数、压缩模量、变形模量等压缩性指标，并以此来分析、判断土的压缩性和天然土层的固结状态，计算土工建筑物及地基的沉降，估算区域性的地面沉降。
5.3试验方法及适用范围
土的压缩实验一般按稳定标准分为三级。
（1）稳定压缩：
在每级荷载下24h内土样不再被压缩，被认为稳定以后，才可以施加下一级荷载。
（2）常规压缩：
试样1h内压缩变形不超过0.005mm（相对于试样高度为20mm而言），即认为稳定，或以满24h为标准，然后施加下一级荷重。
以该方法为规范在生产中广泛应用。
（3）快速压缩：
规定每级荷载的压缩时间为1h，仅在最后一级荷载作用下，除了测读1h的变形量外，还应测读达到稳定时的变形量。
根据最后一级变形量校正前几级荷载下试样的变形量。
对沉降计算精度要求不高而透水性较高的土，可采用此方法。
但对低密度、高含水量的软粘土（天然密度小于1.70g/cm3，含水量大于50%），则应控制加荷载量，以避免试样受压挤出或触变破坏。
5.4仪器设备
（1）杠杆式轻便固结仪：
包括固结容器、环刀、透水板等。
（2）加压设备：
应能在顺瞬间施加各级规定的压力，且没有冲击力
（3）变形量测设备：
量程为10mm，最小分度为0.01mm百分表或准
确度为全量程0.2%的位移传感器。
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（4）其它：
同测定密度及含水量所用设备。
5.5操作步骤
（1）切取试样并安装：
按密度实验切取土样（环刀内壁涂有薄层凡士林）的方法，将带有土样的环刀（刀口向下）装入固结容器内套上护环，放上透水石和加压板，并将容器置于加压框架正中，调整平衡锤使杠杆水平。
安装百分表，同时测定土样的密度及含水量。
（2）施加预压荷载：
为保证试样与仪器上、下部件间接触良好，应施加1kPa的预压荷载，将百分表调零。
（3）加载观测：
①确定需要施加的各级压力，压力等级宜为12.5kPa、25kPa、50kPa、100kPa、200kPa、400kPa、8000kPa、1600kPa、3200kPa，最后一级压力应比土层的计算压力大100kPa~200kPa。
本实验室因时间关系加压等级为50kPa、100kPa、200kPa、400kPa。
②卸去预压荷载，施加第一级荷载，其大小视土的软硬程度宜采用12.5kPa、25kPa或50kPa。
对饱和试样，施加第一级荷载后应立即向容器中注满水。
如是非饱和试样须用湿纱布围住容器。
记录加荷时间，在试验过程中旋转手轮始终保持杠杆水平。
③观测读数时，每级荷载，每隔1h读测微表一次，至每小时变形量不大于0.01mm，即认为变形稳定。
当试样的渗透系数大于10-5cm/s时，允许以主固结完成作为相对稳定标准。
④按上述步骤逐级加压至试验结束。
5.6计算及绘图
（1）按下式计算试样的初始孔隙比
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（5-1）
（2）各级荷载下，固结稳定后的孔隙比
（5-2）
（3）计算某荷载范围内的压缩系数a（kPa-1）
（5-3）
（4）计算某荷载范围内的压缩模量Es
（5-4）
式中GS——土粒比重；
w0——土样初始含水量（%）；
——土样初始密度（g/cm3）；
h0——土样初始高度（mm）。
——在某荷载下试样固结稳定后的变形量（mm）。
（5）绘制压缩曲线图：
以土孔隙比为纵坐标，以垂直荷载横坐标，绘制e-P曲线。
5.8注意事项
（1）透水石应经常保持平整、清洁、透水性良好。
（2）加荷后注水要视试样的天然含水量而定。
当初始含水量大于或等于天然含水量时，可注水饱和；
当初始含水量小于天然含水量时，透水石仅需浇水浸湿，用湿棉纱围住加压板周围，待加压至试样的土层自重压力时即可注水；
若初始含水量小于塑限时，将透水石稍为浸湿，用湿棉纱围
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住加压
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