土力学实验new.docx
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土力学实验new
试验一土的密度、含水量实验
实验名称：
土的重度、含水量实验实验成绩：
实验组员：
唐元振、谭君、肖丽、任佳颖、罗尧荣、张璟实验教师签名：
实验地点：
城建西301实验日期：
2012年03月30日（下午）
实验目的：
1.熟悉土工实验中环刀、天平等基本设备的操作方法；
2.通过本试验掌握土体的天然含水率试验方法，了解含水率指标在工程中的应用，并配合其它试验计算土的干密度、孔隙比及饱和度等其它指标；
3.通过本实验初步了解土体密度大小与土的松紧程度、压缩性、抗剪强度的关系。
实验原理：
土体中的自由水和弱结合水在105℃～110℃的温度下全部变成水蒸气挥发，土体粒质量不再发生变化，此时的土重为土颗粒质量加上强结合水质量，将挥发掉的水份质量与干土质量之比为土体含水率。
即土体含水率是指土颗粒在105℃～110℃的温度下烘干至恒重时所失去的水份质量与烘干土质量的比值，用百分数表示。
单位体积土体质量称做土的密度，定义式为：
ρ0=m0/V（1—1）
单位体积土体的重量称作土的重度：
γ=m0g/V=ρ0g；（1—2）式式中：
ρ0－土样湿密度（g/cm3）；
γ—土的天然重度；
m0－土样质量（g）；
V－土样体积（cm3）。
实验室内直接测量的密度为湿密度（对原状土称作天然密度）。
0=mw/ms（1—3）
式中：
0—土样含水率（％）；
mw—土体所失去水分的质量（g）；
ms—烘干后土颗粒质量（g）。
实验仪器设备（实验条件）：
1.酒精及酒精灯：
燃烧烘干土样至干土样
2.天平：
称量200g，最小分度值0.01g；
3.其它工具：
铝盒2个（编号为X610和A162）、开土刀、干燥器、温度计等。
（a）环刀：
内径61.8mm（3个）和79.8mm（1个），高20mm；
（b）其它工具：
切土刀，玻璃板、钢丝锯，凡士林等
实验过程（内容、步骤、原始数据等）：
实验内容：
1.制作土样；
2．测定土的含水率；
3．测定土的重度。
实验步骤：
1.用感量0.01g的天平称取铝盒和各环刀重量，记录铝盒和环刀的编号和重量；
2.取具有代表性的试样约15g（铝盒体积的1／4）放入铝盒内，（有机质土、砂类土和整体状构造冻土为50g），称铝盒加湿土质量，准确至0.01g，并记录铝盒号和盒加湿土质量。
3.倒入适量酒精于放有湿土样的铝盒，点燃烘干至酒精完全耗尽，并重复再做1次。
称量已经过2次燃烧烘干至恒重的铝盒加干土的质量，准确至0.01g，并记录。
4.（a）取原状土或制备的扰动土样，整平两端，将环刀内壁涂一薄层凡士林，刃口向下放在土样上，将环刀垂直向下压至约刃口深处，用切土刀将士样切成略大于环刀直径的土柱后，边压边削，直至土样伸出环刀顶部，将环刀两端余土削平；
（b）用铝盒中的代表性土样测定含水率；
（c）擦净环刀外壁，称环刀加土的质量，准确至0.01g。
原始数据：
密度实验数据见表1
表1密度实验数据表
序号
土样编号
环刀质量/g
环刀与土质量/g
1
JG13-1
56.62
217.64
2
JG13-2
43.02
156.73
3
JG13-3
43.06
146.05
4
JG13-4
41.75
139.30
含水率实验数据见表2
表2含水率实验数据表
序号
铝盒编号
铝盒质量/g
铝盒与土、水质量/g
铝盒与土质量/g
1
A78
8.40
12.89
11.98
2
A132
8.34
11.43
10.78
实验结果（数据处理、结果分析、问题讨论及总结）：
计算土的重度和含水率
表1密度实验结果表
序号
土样编号
环刀质量/g
环刀与土质量/g
土质量/g
土重度/kN/m3
平均重度/kN/m3
1
JG13-1
56.62
217.64
161.02
16.10
17.12
2
JG13-2
43.02
156.73
113.71
18.95
3
JG13-3
43.06
146.05
102.99
17.17
4
JG13-4
41.75
139.30
97.55
16.26
计算如下:
（217.64﹣56.62）*10/100=16.10
（156.73﹣43.02）*10/60=18.95
（146.05﹣43.06）*10/60=17.17
（139.30﹣41.75）*10/60=16.26
含水率实验数据见表2
表2含水率实验数据表
序号
铝盒编号
铝盒质量/g
铝盒与土、水质量/g
铝盒与土质量/g
含水率
平均含水率
1
A78
8.40
12.89
11.98
25.42%
26.02%
2
A132
8.34
11.43
10.78
26.64%
计算如下：
=
/
=（m（铝盒与水、土质量）/m（铝盒与土的质量））—（m（铝盒与土质量）—吗（铝盒质量））
按上式计算得：
2.结论：
经过实验分析计算，得出如下结论：
（1）.所实验土样含水率为26.02%;
（2）.所实验土样重度可取17.12kN/m3；
（3）.同一地点的土也会有不同的含水率。
试验二土的液限、塑限试验
实验名称：
土的液限、塑限实验实验成绩：
实验同组人：
唐元振、谭君、肖丽、任佳颖、罗尧荣、张璟实验教师签名：
实验地点：
城建西301实验日期：
2012年04月06日（下午）
实验目的：
1.熟悉土工实验中圆锥液限仪、天平等基本设备的操作方法；
2.通过本试验掌握土体的塑限试验方法，了解塑限指标在工程中的应用；
3.通过本试验掌握土体的液限试验方法，了解液限指标在工程中的应用。
实验原理：
粘性土的状态随着含水率的不同而不同，当含水率不同时，粘性土可分别处于固态、半固态、可塑态及流动状态，粘性土从一种状态转到另一种状态的分界含水率称为界限含水率。
土从流动状态转到可塑状态的界限含水率称为液限wl。
土从可塑状态转到半固态状态的界限含水率称为塑限wp；土的塑性指数Ip是指液限与塑限的差值，由于塑性指数在一定程度上综合反映了影响粘性土特征的各种重要因素，因此，粘性土常按塑性指数进行分类。
圆锥仪液限试验：
就是将质量为76g圆锥仪轻放在试样的表面，使其在自重作用下沉入土中，若圆锥体经过5s恰好沉入土中10mm深度，此时试样的含水率就是液限。
搓条法测塑限：
滚搓法塑限试验就是用手在橡胶面上滚搓土条，当土条直径达3mm时产生裂纹并断掉，此时试样的含水率即为塑限。
实验仪器设备（实验条件）：
1.圆锥液限仪，组成：
（1）质量为76g且带有平衡装置的圆锥，锤角30度，高25mm,距锥尖10mm处有环状刻度；
（2）用金属材料或有机玻璃制成的试样体，直径不小于40mm,高度不小于20mm;（3）硬木或金属制成的平稳底座。
2.天平：
称量200g，最小分度值0.01g。
3.铝制称量盒（编号为A180、A159、A44、X642）（4个）、调土刀、切土刀、调土碗（大小各1个）、铝制舀土盒（1个）等。
实验过程（内容、步骤、原始数据等）：
实验内容：
1.调制土样，圆锥液限仪测量液限；
2.调制土样，搓条测量塑限。
实验步骤：
一、圆锥仪测量液限：
（1）称量铝制称量盒（编号为A159、A44）的质量；（
）
（2）用铝制舀土盒装适量土样至大调土碗中，用小调土碗装好水，并倒适量水至土样中，用调土刀充分搅拌均匀；
（3）将调好的湿土样取出适量，装满试样体后用切土刀刮去余土使土样与杯口齐平，并将试样放在底座上（注意盒中土不要留有空隙）。
（4）将圆锥仪擦拭干净，两手捏住圆锥仪手柄，保持锥体垂直，当锥尖与试样表面正好接触时，松手让锥体自由沉入土中。
（5）放锥5s后，锥体入土深度恰好为10mm的圆锥环状刻度线处，此时的含水率即为液限，否则，要将试样土全部取出，放在大调土碗中，若大于10mm,则要加适量土，若小于10mm，则要加适量水，重复步骤（3）、（4），直至正好没入土中10mm.
（6）取出锥体，用调土刀挖取锥孔附近土样大约15g（大约占铝盒的1／4）,放入A159、A44称量盒中，然后称铝盒加湿土质量，准确至0.01g，并记录铝盒号和盒加湿土质量。
（
（7）倒入适量酒精于放有湿土样的铝盒中，点燃烘干至酒精完全耗尽，并重复再做1次。
称量已经过2次燃烧烘干至恒重的铝盒加干土的质量，准确至0.01g，并记录。
（
-液限（%），精确至0.1%；
-干土加称量盒质量（g）；
-湿土加称量盒质量（g）；
-称量盒质量（g）。
二、搓条法测塑限：
（1）称量铝制称量盒（带盖）（编号为A103）的质量；（
）
（2）用铝制舀土盒装适量粉干土样至小调土碗中，用大调土碗装好水，并倒适量水至土样中，用调土刀充分搅拌均匀；
（3）将制备好的试样用手在橡皮板上用力揉搓，当土条搓至3mm直径时，仍未产生裂缝或断裂，表示试样含水率高于塑限，应该再揉搓一会；或者土条直径在大于3mm时已经开始断裂，表示试样的含水率低于塑限，应重新加水取样揉搓，直至土条直径达3mm时产生裂纹并断掉时。
（4）取直径3mm且有裂纹的土条大约15g（大约占铝盒的1／4）,放入X647、A180称量盒中，然后称铝盒加湿土质量，准确至0.01g，并记录铝盒号和盒加湿土质量。
（
）
（5）倒入适量酒精于放有湿土样的铝盒中，点燃烘干至酒精完全耗尽，并重复再做1次。
称量已经过2次燃烧烘干至恒重的铝盒加干土的质量，准确至0.01g，并记录。
（
）
-塑限（%），精确至0.1%；
-干土加称量盒质量（g）；
-湿土加称量盒质量（g）；
-称量盒质量（g）。
原始数据：
液限实验数据见表1
表1液限实验数据表
序号
铝盒编号
铝盒质量/g
铝盒与土、水质量/g
铝盒与土质量/g
1
A159
4.98
9.55
8.34
2
A44
5.16
11.42
9.76
塑限实验数据见表2
表2塑限实验数据表
序号
铝盒编号
铝盒质量/g
铝盒与土、水质量/g
铝盒与土质量/g
1
X642
7.60
13.44
12.48
2
A180
5.15
7.84
7.36
实验结果（数据处理、结果分析、问题讨论及总结）：
1.计算土的液限与塑限：
表1液限实验结果表
序号
铝盒编号
铝盒质量/g
铝盒与土、水质量/g
铝盒与土质量/g
土质量/g
水质量/g
含水率（%）
平均
1
A159
4.98
9.55
8.34
3.36
1.21
35.98
36.0%
2
A44
5.16
11.42
9.76
4.6
1.66
36.09
计算如下：
液限
=［（9.55-8.34）/（8.34-4.98）］*100%=35.98%（A159）
A44同上
=36.0
表2塑限实验数据表
序号
铝盒编号
铝盒质量/g
铝盒与土、水质量/g
铝盒与土质量/g
土质量/g
水质量/g
含水率（%）
平均
1
X642
7.60
13.44
12.48
4.88
0.96
19.67
20.7%
2
A180
5.15
7.84
7.36
2.21
0.48
21.72
计算如下：
塑限
=（19.67%+21.72%）/2=20.7%
2.计算土样塑性指数IP和液性指数IL
塑性指数IP=36.0—20.7=15.3
液性指数IL=（26.02-20.7）/（36.0—20.7）=0.35
结论：
经过实验分析计算，得出如下结论：
（1）.所实验土样液限为36.0%,土样塑限为20.7%；
（2）.塑性指数为15.3，试样土名为粘土;液性指数为0.35，试验土样处于可塑状态。
（3）.通过本实验我们了解到土体的不同状态下具有不同的含水率，也了解到液限和塑限的基本定义。
⑷．液性指数在建筑工程中可作为确定粘性土承载力的重要指标。
试验三土的直剪实验
实验名称：
土的直剪实验实验成绩：
实验同组人：
唐元振、谭君、肖丽、任佳颖、罗尧荣、张璟实验教师签名：
实验地点：
城建西302实验日期：
2012年04月13日（下午）
实验目的：
1.熟悉土工实验中直剪仪、测力计、环刀等基本设备的操作方法；
2.通过本试验掌握土体的抗剪强度，了解土体的抗剪强度指标在工程中的应用。
直剪试验就是直接对试样进行剪切的试验，是测定土的抗剪切的一种常用方法，本实验采用3个试样，分别在不同的垂直压力p下，施加水平剪切力，测得试样破坏时的剪应力τ，然后根据库仑定理确定土的抗剪强度参数内摩擦角和粘聚力c。
实验仪器设备（实验条件）：
1.直剪仪：
采用应变控制式直接剪切仪，由剪切盒、垂直加压设备、剪切传动装置、测力计以及位移量测系统等组成。
加压设备采用杠杆传动。
编号为WI-3。
2.测力计：
采用应变圈，量表为百分表（编号为53，系数k=1.31）。
3.环刀：
内径61.8mm（3个），高20mm，即3个体积均为60cm3；
4.其他工具：
切土刀、滤纸、透水石等。
实验过程（内容、步骤、原始数据等）：
实验内容：
1.取出预先制作的土样；
2.测定土的抗剪强度参数内摩擦角φ和粘聚力c。
实验步骤：
1.取出剪切盒，对准上下盒，插入固定销钉，在下盒内顺次放洁净的一块透水石及一张滤纸。
2.将盛有试样的环刀平口朝下，刀口朝上，在试样上表面放一张滤纸及一块透水石，对准剪切盒的上盒，然后将试样通过透水石徐徐压入剪切盒底，移去环刀。
3.调节加压设备:
转动平衡锤，使得杠杆水平。
4.在两道滑槽中各放入4粒小钢珠，再将已经装好土样的剪切盒置于钢珠上，并在剪切盒上依次放上一粒大钢珠及加压框架。
5.安装好量力计，徐徐转动手轮，使上盒端恰好与量力计恰好接触。
6.在垂直加压设备处加上0.75kg砝码（相当于100kPa的压强作用）后立即拔去销钉，以每10秒一转的速度匀速转动手轮，每转一圈记下一个读数，直至量力环读数不再前进或有倒退，即说明试样已被剪破，如读数一直缓慢增加，说明不出现峰值和终值，则试验只需转20圈，记下20个读数。
7.剪切结束后，尽快移去砝码、加压框架等，取出剪切盒中的土样，将其内部清理干净，吸去积水。
8.另装试样，重复以上步骤，测定其他两种垂直荷载（200kPa，300kPa）下的土样抗剪强度，将数据进行统计计算。
原始数据：
抗剪强度实验数据见表1
表1抗剪强度实验数据
100kPa
200kPa
300kPa
1
3.5
4.5
8.2
2
7.0
9.0
19.0
3
12.0
13.5
28.0
4
16.0
18.0
37.0
5
19.5
22.2
44.2
6
22.5
26.5
50.5
7
26.0
30.0
56.5
8
29.0
34.5
60.5
9
31.2
37.8
64.5
10
34.0
41.5
68.0
11
35.5
44.5
71.0
12
37.5
48.0
72.8
13
40.0
50.0
75.7
14
42.0
51.5
78.0
15
44.0
55.0
81.0
16
45.0
57.5
83.5
17
46.0
60.0
85.0
18
47.5
62.5
86.5
19
48.2
66.0
88.0
20
50.0
69.0
90.0
实验结果（数据处理、结果分析、问题讨论及总结）：
1.计算土的抗剪强度
仪器编号
WI-3
试样面积（cm2）
60
垂直压力p（kPa）
100
200
300
量力环最大变形R（0.01mm）
50.0
69.0
90.0
量力环号码
53#
量力环系数K（kPa/0.01mm）
1.31
抗剪强度τ=KR（kPa）
65.5
90.4
117.9
抗剪强度指标
C=38kPaφ=14.7°
由库仑公式可知：
τ=C+δtanφ
上式为一直线方程，对于本实验三个土样剪切实验数据，由最小二乘法得
tanφ=（3ii-ii）/=[3（100*65.5+200*90.4+300*117.9）-（100+200+300）*（65.5+90.4+117.9）]/60000=0.262
C=i/3-tanφ*i/3=（65.5+90.4+117.9）/3-0.2646*（100+200+300）/3=38.867
式中，=3i2-（i）2=3*（1002+2002+3002）-（100+200+300）2=60000。
抗剪强度与法向应力
（kpa）
100
200
300
65.5
90.4
117.9
抗剪强度-法向应力关系图如下：
经过实验分析计算，得出如下结论：
（1）.所实验土样中粘聚力c为38kPa，土的内摩擦角φ为14.7°；
（2）.土的抗剪强度决定了土体承受外部及自身荷载的能力，因而在地基、边坡、各类工程问题中，土的抗剪强度具有极其重要的意义。
试验四土的压密实验
实验名称：
土的压密实验实验成绩：
实验同组人：
唐元振、谭君、肖丽、任佳颖、罗尧荣、张璟实验教师签名：
实验地点：
城建西301实验日期：
2012年04月18日（晚上）
实验目的：
1.熟悉土工实验中固结仪等基本设备的操作方法；
2.通过本试验掌握土体的压缩模量和压缩系数的测定方法，了解压缩模量和压缩系数指标在工程中的应用。
实验原理：
土的压缩性是指土在压力作用下体积缩小的性能。
土的压缩可以认为只是由于土中孔隙体积的缩小所致（此时孔隙中的水或气体将被部分排出），至少土粒与水两者本身的压缩性则极微小，可以不考虑。
实验仪器设备（实验条件）：
1.固结仪：
包括压缩容器和加压设备两部分；
2.环刀：
高度h=20mm,底面积A=50cm2；
3.测微表：
量程10mm，精度0.01mm;
4.天平：
最小分度值为0.01g。
5.其他工具：
滤纸、透水石、砝码、玻璃板、秒表等。
实验过程（内容、步骤、原始数据等）：
实验内容：
1.测定土的压缩系数；
3.测定土的压缩模量。
实验步骤：
1.将试验前已经做好的试样土从保湿缸中取出；
2.调节加压设备:
转动平衡锤，使得杠杆水平。
3.在固结仪的固结容器内依次放上一块透水石和一张滤纸，再装上带有试样的切土环刀（刀口向下），在土样上端贴上一张滤纸，放上一块透水石，然后将试样通过透水石徐徐压入固结容器底，移去环刀。
4.加上加压活塞以及定向钢球，将装有土样的压缩部件放到框架内上横梁下，转动测微表架，使得测微表表脚接触框架上横梁上表面，再将测微表上的长针调整至零，读出此时测微表初读数（调到3也可以方便读数）。
5.依次加上砝码吊盘以及0.125kg、0.3125kg、0.625kg的砝码，相当于给土样加上50kpa的正应力。
6.记录每隔0、1、3、7、12分钟测微表的读数，一组数据记录完毕后，再在原来荷载基础上加上1.25kg的砝码（此时相当于100kpa的正应力作用于土样），重新计时，再次记录好相应时间的读数，同理，记录完第二组数据后，再加上2.5kg的砝码（此时相当于200kpa的正应力作用于土样），记录好第三组数据。
7.实验结束后，必须先卸下测微表，然后卸掉砝码，升起加压框架，移出压缩仪器，取出试样后将仪器擦洗干净，记录数据并进行处理。
原始数据：
实验数据见表1
表1实验数据表
t（min）p（kPa）
50
100
200
0
600.0
588.0
559.8
1
589.0
564.7
516.0
3
588.5
562.5
514.7
7
588.0
561.0
514.2
12
588.0
559.8
514.0
总变形s（mm）
0.12
0.402
0.86
实验结果（数据处理、结果分析、问题讨论及总结）：
1.计算土的初始孔隙比e0,假定此土样ds=2.70,仪器变形为0，且由实验一知道试样干密度pd=p/（1+w）=1.712/（1+0.2602）=1.359g/cm3
则依公式e0=ds/pd-1=2.70/1.359-1=0.987
2.依公式e=e0-s（1+e0）/h计算
0.987-0.12（1+0.987）/20=0.975
0.987-0.402（1+0.987）/20=0.947
0.987-0.86（1+0.987）/20=0.902
p（kpa）
0
50
100
200
e
0.987
0.975
0.947
0.902
由数据绘出下图：
则计算如下
压缩系数a1-2=（0.947-0.902）/（200-100）=0.45MPa-1,
压缩模量ES=（1+e1）/a1-2=（1+0.947）/0.45=4.748MPa
2.结论：
经过实验分析计算，得出如下结论：
（1）.所试验土样压缩系数a1-2为0.45MPa-1,压缩模量ES为4.748MPa,该结果表明试样属于中压缩性土;
（2）.土的压缩式由于土的空隙体积减小所引起的。
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