实验指导书地质工程专业土力学与基础工程土工实验指导书.docx
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实验指导书地质工程专业土力学与基础工程土工实验指导书
《土力学与基础工程》
土工实验教学指导书
姓名______________________
学号______________________
组号______________________
班级______________________
西南科技大学环资学院中心实验室
2015.10
实验一侧限压缩实验
1实验目的
实验的目的在于通过测定变形和压力的关系或者孔隙比与压力的关系、变形和时间的关系，进而计算单位沉降量
、压缩系数
、压缩指数
、回弹指数
、压缩模量
、固结系数及原状土的先期固结压力
等。
测定项目根据工程而定。
2实验原理
实验基于构成土骨架的矿物颗粒在土体变形过程中保持刚性且竖向变形是连续的假设前提。
3仪器设备
（1）固结仪：
试样面积30
或50
，高为2cm；
（2）加压设备：
称量500kg~1000kg。
感量为0.2kg~0.5kg的磅秤或杠杆式加压设备；
（3）百分表：
量程10mm，分度值为0.01mm；
（4）其它：
钢丝锯、天平、刮土刀等。
4操作步骤
（1）制备式样：
取原状土或按规定的密度及含水量制备式样；
（2）将带有环刀的试样小心装入护环，在装入固结仪容器内，然后放上透水石和加压盖板，至于加压框下，对准加压框架的正中，安装量表。
（透水石的湿度应尽量与试样保持一致）；
（3）为保证试样与仪器上下各部件之间接触良好，应施加1
预压荷载，然后调整量表归零；
（4）对试样施加压力，加压等级一般为12.5、25.0、50.0、100、200、400、800、1600、3200
，最后一级压力应大于上覆土层的100~200
；
（5）需要确定原状土的先期固结压力时，加压率应小于1，可采用0.5或0.25倍。
最后一级压力应大于1000
；
（6）第一级压力的大小取决于土的软硬程度，可用12.5、25、50
等，注意要减去预压压力；
（7）如果是饱和试样，则在施加第一级压力后，立即向水槽中注水至满。
如果是非饱和试样，需用湿棉纱围住加压盖板四周，避免水分蒸发；
（8）如果需要测定沉降速率，加荷后按下列时间顺序计量表读数：
6”、15”、1’、2’15”、4’、6’15”、9’、12’15”、16’、20’15”、25’、30’15”、36’、42’15”、49’、64’、100’、200’、400’、23h和24h，至稳定为止。
如果不需要测定沉降速率，可按下列时间顺序计量表读数；10’、20’、60’、120’、23h和24h，至稳定为止；
（9）固结稳定标准规定为每级压力下压缩24h；
（10）如果做回弹实验，可在某级压力下固结稳定后卸荷，直至卸完为止；
（11）整理设备。
5实验数据整理
按下式计算各级荷载下对应的孔隙比：
按下式计算压缩系数
：
按下式计算压缩模量
：
按下式计算压缩指数
：
在此处粘贴绘图纸
侧限压缩实验记录表
工程名称试验者
土样编号计算者
实验日期校核者
试样原始高度
实验前孔隙比
加压历时
压力
试样总变形量
压缩后试样高度
孔隙比
压缩系数
压缩模量
压缩指数
0
1h
2h
3h
4h
5h
6h
24h
实验二直接剪切实验
1土的抗剪强度及实验方法
1.1土的抗剪强度
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。
直接剪切实验是测定土的抗剪强度的一种常用的方法。
通常采用四个试样，分别在不同的垂直压力
下，施加水平剪切力进行剪切，求得破坏时的剪应力
，然后根据库仑定律确定土的抗剪强度参数：
内摩擦角
和凝聚力
。
直接剪切实验分为快剪、固结快剪和慢剪三种。
快剪是在试样上施加垂直压力后，立即施加水平剪切力进行剪切；固结快剪是在试样上施加垂直压力后，待排水固结稳定后，施加水平剪切力进行剪切；慢剪是在试样上施加垂直压力及水平剪切力的过程中均需排水固结。
1.2实验目的
测定土体的内摩擦角
和凝聚力
。
1.3实验原理
库仑定律。
四个试样要在四种不同的垂直压力
下进行剪切实验：
一个要相当于现场压力、一个要大于现场压力、另外两个要小于现场压力
2直接剪切实验步骤
2.1仪器设备
（1）应变控制直接剪切仪：
试样面积30
或50
，高为2cm；
（2）加压设备：
称量500kg~1000kg。
感量为0.2kg~0.5kg的磅秤或杠杆式加压设备；
（3）百分表：
量程10mm，分度值为0.01mm；
（4）天平：
称量200g。
感量0.01g；
（5）其它：
环刀、直尺、刮土刀、秒表等。
2.2操作步骤
2.2.1快剪实验
（1）制备式样：
取原状土或按规定的密度及含水量制备式样；
（2）对准上下盒，插入固定销。
在下盒内放与透水石厚度相等的不透水板。
将装有试样的环刀平口向下，对准剪切盒口，在试样上放不透水板，然后将试样徐徐推入剪切盒内，移去环刀（透水石的湿度应尽量与试样保持一致）；
（3）转动手轮，使上盒前端钢珠刚好与量力环接触，调整量力环中量表归零。
顺次加上加压盖板、钢珠、压力框架、垂直量表并记录起始读数；
（4）对试样施加垂直压力后，立即拔去固定销，开动秒表，以每分钟4~12转的均匀速率旋转手轮，使试样在3~5min内剪坏。
如果量力环中量表指针不再前进或有显著后退，表示试样已剪坏。
但一般宜剪至剪切变形达到4mm。
如果量力环中量表指针继续前进，则剪切变形应达到6mm为止；
（5）剪切结束后，吸去剪切盒中的积水，倒转手轮，尽快移去垂直压力，框架，钢珠和加压板等。
取出试样，测定剪切面附近土的含水量。
2.2.2固结快剪实验
（1）制备式样：
取原状土或按规定的密度及含水量制备式样；
（2）对准上下盒，插入固定销。
在下盒内放透水石。
将装有试样的环刀平口向下，对准剪切盒口，在试样上放湿滤纸，然后将试样徐徐推入剪切盒内，移去环刀（透水石的湿度应尽量与试样保持一致）；
（3）转动手轮，使上盒前端钢珠刚好与量力环接触，调整量力环中量表归零。
顺次加上加压盖板、钢珠、压力框架、垂直量表并记录起始读数；
（4）对试样施加垂直压力后，待试样达到固结稳定。
（如果是饱和试样，则在施加垂直压力5min后，向剪切盒内注水；如果是非饱和试样，只要在加压板周围包以湿棉花，以防水分蒸发）；
（5）然后拔去固定销，开动秒表，以每分钟4~12转的均匀速率旋转手轮，使试样在3~5min内剪坏。
如果量力环中量表指针不再前进或有显著后退，表示试样已剪坏。
但一般宜剪至剪切变形达到4mm。
如果量力环中量表指针继续前进，则剪切变形应达到6mm为止；
（6）剪切结束后，吸去剪切盒中的积水，倒转手轮，尽快移去垂直压力，框架，钢珠和加压板等。
取出试样，测定剪切面附近土的含水量。
2.2.3慢剪实验
（1）制备式样：
取原状土或按规定的密度及含水量制备式样；
（2）对准上下盒，插入固定销。
在下盒内放透水石。
将装有试样的环刀平口向下，对准剪切盒口，在试样上放湿滤纸，然后将试样徐徐推入剪切盒内，移去环刀（透水石的湿度应尽量与试样保持一致）；
（3）转动手轮，使上盒前端钢珠刚好与量力环接触，调整量力环中量表归零。
顺次加上加压盖板、钢珠、压力框架、垂直量表并记录起始读数；
（4）对试样施加垂直压力后，待试样达到固结稳定。
（如果是饱和试样，则在施加垂直压力5min后，向剪切盒内注水；如果是非饱和试样，只要在加压板周围包以湿棉花，以防水分蒸发）；
（5）然后拔去固定销，开动秒表，剪切速率应小于0.02mm/min，直至试样被剪坏；
（6）剪切结束后，吸去剪切盒中的积水，倒转手轮，尽快移去垂直压力，框架，钢珠和加压板等。
取出试样，测定剪切面附近土的含水量。
2.3实验数据整理
2.3.1计算、制图
按下式计算所测试样的剪应力及剪切位移：
式中：
量力环定率系数，
；
量力环量表读数，0.01mm
剪切位移，0.01mm；
手轮转数。
以剪应力为纵坐标，剪切位移为横坐标绘剪应力与剪切位移关系曲线；
选取剪应力与剪切位移关系曲线上的峰值点或稳定值作为抗剪强度。
以抗剪强度为纵坐标，垂直压力
为横坐标绘制图象，直线的倾角为土的内摩擦角
，直线与纵坐标轴上的截距为凝聚力
在此处粘贴绘图纸
2.3.2记录
直接剪切试验
工程名称试验者
试验方法计算者
试验日期校核者
剪切速率
量力环量表读数
剪应力
正应力
实验三、三轴压缩实验
1实验目的
三轴压缩实验是测定土的抗剪强度的一种方法。
对堤坝填方、路堑、岸坡等是否稳定，挡土墙和建筑物地基是否能承受一定的荷载，都与土的抗剪强度有密切的关系。
2实验原理
土的抗剪强度是土体抵抗破坏的极限能力，即土体在各向主应力的作用下，在某一应力面上的剪应力（τ）与法向应力（σ）之比达到某一比值，土体就将沿该面发生剪切破坏。
常规的三轴压缩实验是取4个圆柱体试样，分别在其四周施加不同的周围压力（即小主应力）σ3，随后逐渐增加轴向压力（即大主应力）σ1直至破坏为止。
根据破坏时的大主应力与小主应力分别绘制莫尔圆，莫尔圆的切线就是剪应力与法向应力的关系曲线。
三轴压缩实验适用于测定粘性土和砂性土的总抗剪强度参数和有效抗剪强度参数，可分为不固结不排水实验（uu）；固结不排水实验（
）和固结排水实验（CD）。
3实验设备
（1）三轴仪：
包括轴向加压系统、压力室、周围压力系统、孔隙压力测量系统和试样变
形量测系统等。
（2）其它：
击样器、饱和器、切土盘、分样器、承膜筒等。
4实验步骤
（1）切取土样：
先用钢丝锯或切土刀切取一稍大于规定尺寸的土柱，放在切土架上，用
钢丝锯或切土刀紧靠侧板，由上往下细心切削，边切削边转动圆盘，按规定的高度将两端削平、称量；并取余土测定试样的含水率。
（2）试样饱和：
试样有抽气饱和、水头饱和及反压力饱和三种方法，最常用的是抽气饱
和。
即将试样装入饱和器内，放入真空缸内，与抽气机接通，开动抽气机，连续真空抽气2～4h，然后停止抽气，静止12h左右即可。
（3）试样安装：
将压力室底座的透水石与管路系统以及孔隙水测定装置充水并放上一张滤纸，然后再将套上乳胶膜的试样放在压力室的底座上，最后装上压力筒，并拧紧密封螺帽，同时使传压活塞与土样帽接触。
（4）施加周围压力：
分别按100、200、300、400Kpa施加周围压力。
（5）测孔隙水压力：
在不排水条件下测定试样的孔隙水压力。
（6）调整测力计：
移动量测轴向变形的位移计和轴向压力测力计的初始“零点”读数。
（7）施加轴向压力：
启动电动机，合上离合器，开始剪切。
剪切应变速率取每分钟
0.5％～1.0％，当试样每产生轴向应变为0.3％～0.4％时，测记一次测力计，孔隙水压力和轴向变形读数，直至轴向应变为20％时为止。
（8）实验结束：
停机并卸除周围压力，然后拆除试样，描述试样破坏时形状。
5计算与绘图
（1）试样面积剪切时校正值：
式中：
ε1—轴向应变，％，（不固结不排水实验ε1＝△hi/ho；固结不排水和固结排水实验ε1＝△hi/hc）。
（2）固结后实测固结下沉量：
（3）主应力差的计算：
式中：
σ1—大主应力，kPa；
σ3—小主应力，kPa；
C—测力计率定系数（N/0.01mm或N/mV）；
R—测力计读数（0.01mm或mV）；
Aa—试样剪切时的校正面积，cm2；
10—单位换算系数。
（4）孔隙水压力系数的计算：
式中：
B—初始孔隙水压力系数；
uo—施加周围压力后产生的孔隙水压力，kPa；
Af—破坏时的孔隙水压力系数；
ui—试样破坏时，主应力差产生的孔隙水压力，kPa；
附图7－1固结不排水剪强度包线
（5）绘制应力圆及强度包线
对不固结不排水实验及固结不排水实验，以法向应力σ为横坐标，剪应力τ为纵坐标。
在横坐标上以（σ1f+σ3f）/2为圆心，（σ1f－σ3f）/2为半径，绘制破坏总应力圆，该包线的倾角为内摩擦角φu或φcu，包线上纵轴上的截距为粘聚力Cu或Ccu。
在横坐标轴上以
为圆心，以（σ1f－σ3f）/2为半径绘制有效破坏应力圆，包线的倾角为有效内摩擦角φ′，包线在纵轴上的截距为有效粘聚力C′。
6实验记录
三轴压缩实验记录表
工程名称土样高度实验者
土样编号土样面积计算者
土样说明剪切速率校核着
实验方法测力计率定系数实验日期
周围压力（σ）
大主应力（σ1）
主应力差（σ1－σ3）
有效主应力比（σ1’/σ３＇）
kPa
kPa
kPa
100
200
300
400
实验四、综合实验
对土体的力学性能进行综合描述，对以上实验进行综合汇总并写出实验总结（不少于3页纸）。
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