土木工程实验.docx
《土木工程实验.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《土木工程实验.docx（19页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
土木工程实验
土木工程试验
一含水量试验
土的含水率是土在105~110℃温度下烘干至恒量时所失去水的质量与干土质量的比值。
以百分数表示。
含水率是土的基本物理指标之一。
它反映了土的干、湿状态。
土的含水率是计算干密度、孔隙比、饱和度、液性指数等指标的基本数据和评价土的工程性质的重要依据，是研究土的物理力学性质的重要指标。
含水率的试验方法较多，由于烘干法试验简便，结果稳定，故以此法作为测定含水率的标准方法。
如果测试条件不能满足采用烘干法或需快速测定含水率时，可分别用如下方法：
●酒精燃烧法：
适用于不含有机质的砂类土、粉土和粘性土。
●碳化钙减量法：
本方法的原理是用过量碳化钙与土中游离水混合接触产生化学反应，生成乙炔气体。
根据乙炔气体逸出失去的质量，计算求得土的含水率。
此方法适用于各类土。
●核子射线法：
适用现场原位测定填料为细粒土和砂类土的含水率。
一.烘干法
适用范围：
标准方法，适用于黏质土、粉质土、砂类土、砂砾土、有机土和冻土。
1、试验步骤
①取代表性土样，细粒土15g～30g；砂类土、有机土为50g；放入称量盒中，盖好盖，称取质量；
②揭开盒盖，将试样放入烘箱中，在温度105℃～110℃下烘干，烘干时间对细粒土不得少于8h～10h；对于砂类土不得少于6h～8h；对于有机质含量超过5%的土或含石膏的土，将温度控制在60℃～70℃以下烘干，以12h～15h为好。
③将烘干后的试样和盒子取出，放入干燥器中冷却，冷却后盖好盒盖，称取质量
2、计算
W=（m-ms）/ms
3、精度及允许差
本试验必须平行试验两次
含水率%
允许平行差%
含水率%
允许平行差%
5以下
0.3
40以上
<=2
40以下
<=1
层状和网状结构的冻土
<3
二.酒精燃烧法
适用于快速测定细粒土的含水率
1、取样数量：
黏质土5～10g；砂类土20～30g。
2、注意事项：
酒精纯度95%；对于黏性土测得的含水率通常小于烘干法。
二密度试验
土的密度是质量密度的简称，指单位体土体的质量，即土的总质量（m）与其体积（V）之比，以符号ρ表示，单位为g/cm3。
重力密度（重度）由于涉及到作用于质量上的重力，所以表示为单位体积的力，以符号γ表示（重度原称容重），单位为kN/cm3。
两者有以下的换算关系：
γ=g×ρ=9.81×ρ≈10×ρ
土的密度是土的基本物理性指标之一，用它可以换算土的干密度、孔隙比、孔隙率等指标。
在工程设计中，主要用于判断土的工程性质、计算土压力、土体稳定性及地基压缩时的沉降量等。
测定土的密度常用的方法主要有：
●环刀法：
适用于粉土和粘性土；
●蜡封法：
适用于环刀难以切削并且易碎裂的土；
●灌砂法、灌水法、气囊法：
适用于砾类土；
●核子射线法：
适用于砂类土、粘性土。
下面仅介绍环刀法、灌砂法、核子射线法。
测定土体密度的难度在于测定土体的体积，环刀法、蜡土封法、灌砂法等均是针对测定土体体积进行的。
1、环刀法
1、使用范围及目的：
适用于测定不含砾石颗粒的细粒土的密度、干密度。
2、环刀规格：
环刀（直径6mm～8mm、高2mm～5.4mm、壁厚1.5mm～2.2mm）。
径高比一般为1～1.5。
3、精度及允许差：
进行两次平行测定，取算术平均值，平行差不得大于0.03g/cm3。
2、蜡封法
适用范围：
适用于测定易碎裂的土和形状不规则的坚硬土的密度。
1、试验步骤：
（1）取体积大于30cm3的试件，出去表面松、浮土及尖锐棱角，称其质量m，并取代表性土样进行含水率测定；
（2）将石蜡加热至刚过熔点，用细线系好试件浸入石蜡中，使试件表面覆盖一层石蜡，取出试件，待冷却后称其质量m1；
（3）用细线将蜡封试件置于天平一端，时其浸浮在盛有蒸馏水的烧杯中，称蜡封试件水中质量m2；
（4）将蜡封试件从水中取出，擦干净表面，称其质量，与浸水前蜡封试件质量进行比较，若质量差超过0.03g，试验重做。
2、计算
ρ=m/[（m1-m2）/ρwt-（m1-m）/ρn）ρd=ρw/（1+0.01w）
3、灌砂法
1、适用范围：
适用于现场测定细粒土、砂类土、砾类土的密度。
试样最大粒径被不得大于15mm，测定层的厚度为150mm～20mm。
2、试验准备
量砂为粒径为0.25mm～0.5mm清洁干净的均匀砂。
（1）灌砂筒下部锥体内砂的质量
①在灌砂筒高度上，向筒内装砂质距筒定15mm，称其质量m1；
②将开关打开，让砂自由流出，并使流出砂体积与工地所挖试坑容积形同当，然后关上开关，称剩余砂质量m5；
③不晃动储砂筒的砂，将灌砂筒移至玻璃板上，将开关打开，让砂流出，直到筒内砂不在下流为止，关上开关，并细心地取走灌砂筒；
④收集并称留在试样板上砂的质量，或称量筒中的质量，求的下部锥体砂的质量m2，
⑤重复试验三次，取平均值
（2）量砂标定
①用水确定标定灌得容积V；
②在储砂灌中装入m1的砂，并将灌砂筒放在标灌上，将开关打开，让砂流出，直到砂不在下流为止，称管砂筒中砂质量m3。
（3）注意事项：
①标定灌深度减2.5cm，砂质量降低1%。
②灌砂筒中砂面高度降低5cm，砂的密度约降低1%。
4、灌水法
本试验现场测定粗粒土和巨粒土的密度，测试试样的最大粒径为200mm。
三土地比重试验
1、定义
土颗粒在100℃～105℃，烘干至恒重时的重量与同体积4℃的蒸馏水重量的比重
2、试验方法及适用范围：
①比重瓶法：
适用于测定粒径小于5mm的土的比重。
②浮称法、浮力法：
适用于粒径大于或等于5mm的土，且粒径大于等于20mm的土质量小于总质量的10%的土粒的比重；
③虹吸筒法：
适用于粒径大于或等于5mm的土，且粒径大于等于20mm的土质量大于或等于总质量的10%的土粒的比重；试验平行差不得大于0.02
3、土的比重试验（比重瓶法）
1、试验步骤：
（1）将比重瓶烘干，将15g烘干土装入比重瓶内，称其质量；
（2）往装有土样的比重瓶内注入蒸馏水至一半，摇动比重瓶，将瓶放在沙浴中煮沸，砂及底液限土不少于30min，高液限不少于1h；
（3）如用长颈比重瓶，用滴液管调整液面至刻度线，擦干表面，称其重量
（4）根据测得温度，从绘制的温度与瓶、水总质量关系曲线中查得瓶水总质量，如瓶未校正，则倾取悬液，洗净比重瓶，向瓶中注水，至刻度线，称其质量；
（5）如是沙土，煮沸时砂易跳出，允许用真空抽气法代替；
（6）对于有一定可溶盐、不亲性胶体或有机土，必须用中性液体测定；
（7）本试验称重精确到0.001g
2、计算
Gs=ms×Gwt/（m1+ms-m2）
Gs——土比重ms——土干质量m1——瓶、水质量
m2——瓶、土、水质量Gwt——蒸馏水比重
四.土的比重试验（浮力法）
1、试验步骤:
（1）其代表性土样500～1000g（ms），彻底冲洗；
（2）称取烧杯及杯中水的质量m1，将网篮缓缓浸没于水中，在称烧杯、水、和悬没于水中网篮总质量，计算出网篮的浮力质量m2；
（3）将试样浸在水中一昼夜取出，放入网篮缓缓浸没于水中；
（4）称量烧杯，杯中水、网篮、试样的总质量m3；
（5）取出试样烘干，称其质量。
2、计算
Gs=ms×Gwt/（m3+m1-m2）
5、土的比重试验（浮称法）
1、试验步骤：
（1）其代表性土样500～1000g（ms），彻底冲洗；
（2）将试样浸在水中一昼夜取出，放入网篮缓缓浸没于水中；
（3）称金属网篮及试样在水中的质量m2；
（4）取出试样烘干，称其质量ms；
（5）称金属网篮在水中的质量m1
2、计算
Gs=ms×Gwt/（ms+m2+m1）
四土颗粒分析方法
1、颗粒分析试验（筛分法）
1、适用范围
筛分法适用于分析粒径大于0.075mm的土的土粒组成。
对于粒径大于60mm，本方法不适用。
2、仪器设备
（1）标准筛：
粗筛（圆孔）：
60mm、40mm、20mm、10mm、5mm、2mm；
细筛：
2mm、0.5mm、0.25mm、0.075mm。
（2）天平、摇筛机、烘箱等。
3、试样数量
（1）小于2mm颗粒的土100～300g；
（2）最大粒径小于10mm颗粒的土300～900g；
（3）最大粒径小于20mm颗粒的土1000～2000g；
（4）最大粒径小于40mm颗粒的土2000～4000g；
（5）最大粒径大于40mm颗粒的土4000g以上。
4、试验步骤
（1）对于无黏聚性土
①按规定称取试样，过2mm筛。
②将大于2mm的试样按次序过大于2mm的筛，并称量留在筛上土的质量；
③如果2mm筛下土较多，用四分法缩分至100g～800g。
再过小于2mm的各级筛；
④再从上自下，分别用手筛至每分钟筛下质量不大于筛余质量的1%为止，再分别称取筛余质量
⑤如果2mm以上的质量小于总质量的10%，可省略粗筛；如果2mm以下的质量小于总质量的10%，可省略细筛。
（2）对于有黏性土粒的砂砾石
①用木碾将土充分碾散，拌匀、烘干、称重；
②将试样置于盛有清水的搪瓷盘中，浸泡，并搅拌；
③将浸泡后的试样混合液过2mm筛，然后将筛上的砂砾风干，称重；
④2mm以下的混合液待稍沉淀后，将上部悬液通过0.075mm洗筛，用带有橡皮头的玻璃棒研磨盆内浆液，再加清水，搅拌、研磨、静置、过筛，反复进行，直到盆内悬液澄清为止，将全部土粒倒在0.075mm筛上，用水冲洗，直到筛上仅留大于0.075mm净啥为止；
⑤将大于0.075的净砂烘干称重，进行细筛分析；
⑥将大于2mm颗粒剂2mm～0.075mm的颗粒质量从原称重的重量重减去，即为小于0.075mm的颗粒质量；
⑦如果小于0.075mm的颗粒质量超过总质量的10%，有必要时，将这部分土烘干、取样、另作密度计分析或移液管分析。
2、密度计法
适用于粒径小于0.075mm的土。
砂的相对密度
1、概述
1、砂土越密实，其抗剪强度越大，压缩变形小，承载能力高。
2、相对密实度：
Dr=（emax-e）/（emax-emin）
emax——最大孔隙比emin——最小孔隙比e——天然孔隙比
注：
相对密实度Dr<=1/3时土属于疏松状态；相对密实度1/31/3时土属于密实状态。
2、砂的相对密度试验
1、适用范围
本方法适用于粒径小于5mm的土，且粒径2～5mm的试样质量大于试样总质量的15%。
2、仪器设备
（1）量筒：
容积500cm3及1000cm3两种；
（2）长颈漏斗、锥形塞、砂面拂平器等。
3、试验步骤
（1）最大孔隙比测定
①取试样约1.5kg，充分干燥，并将试样碾散，并拌合均匀。
②将锥形塞杆自漏斗下口穿入，并向上提起，使锥体堵住漏斗管口，一起放入1000cm的量筒中，使其下端与量筒底相接；
③取试样700g，均匀倒入漏斗中，将漏斗与塞提高，移动塞杆使略离开管口，管口应高处砂面1cm～2cm，使试样缓缓落入量筒中；
④试样全部落入量筒后取出漏斗与锥形塞，整平砂面，然后读取砂样体积；
⑤以手掌或橡皮塞堵住量筒口，将量筒倒转，并回到原来位置，如此重复几次，计下体积最大值，孤独到5mL。
⑥取上述方法得到的最大体积值，计算最大孔隙比；
（2）最小孔隙比
①取代表性试样约4kg，按本方法最大孔隙比测定步骤处理。
②分次倒入容器进行振击，先去上述试样600～800g倒入1000mL容器内，用振动仪以150～200次/min的速度敲打容器两侧，并同一时间内用击锤在试样表面锤击30～60次/min，直到砂样体积不变为止
③最后一次振毕，用削土刀削去多余土样，称重，计算其最小孔隙比。
4、计算
（1）干密度
ρdmin=m/Vmaxρdmax=m/Vmin
（2）孔隙比
emax=ρwGs/ρdmin-1emax=ρwGs/ρdmax-1
Gs——土粒比重
（3）相对密实度：
Dr=（emax-e）/（emax-emin）Dr=（ρd-ρdmin）×ρdmax/[（ρdmax-ρdmin）/ρd]
5、精度和允许差：
干密度必须进行两次平行测定，取算术平均值，其平行差值不得超过0.03g/cm3。
五黏性土的界限含水率
1、概念
（1）塑性指数Ip（Ip=WL-Wp）：
反映土体处于可塑状态下含水率变化的最大区间；
（2）液限指数IL=（W-Wp）/（WL-Wp）：
当IL<0时土呈坚硬状态；IL>1时土呈流塑状态；当IL=0～1时土呈可塑状态。
（3）天然稠度=（WL-W）/Ip
2、液塑限联合测定法
1、适用范围
本方法适用于粒径不大于0.5mm、有机质含量不大于试样总质量的5%的土。
2、仪器设备
LP-100液塑限联合测定仪：
锥体质量100g，锥角30"。
3、试验主要步骤
（1）取有代表性的天然或风干土样进行试验，如土样中含有大于0.5mm的土粒或杂物，应将土样压碎，过0.5mm的筛，去代表性土样200g，分开放入三个盛土皿中，加不同数量的蒸馏水，使试样含水率控制在液限、略大于塑限、及两者之间。
将土样调匀，密封放置18h以上；
（2）将调配好的土样分层装入试样杯中，刮平表面；
（3）给圆锥仪涂少量凡士林，经盛有土样的试样杯放在联合测定以上，使圆锥与土样便面接触，开动下落开关，测记5s锥入深度h；
（4）取除凡士林，测定杯中土样的含水率w；
（5）重复上述步骤，对其他两个土样含水率进行测定。
4、结果整理
（1）液限确定方法
①若采用76g锥，h=17mm对用的含水率为液限；
②若采用100g锥，h=20mm对用的含水率为液限；
（2）塑限确定
①若采用76g锥，h=2mm对用的含水率为液限；
②细粒土塑限入土深度：
hp=WL/（0.524WL-7.606）
③砂类土塑限入土深度：
hp=29.6-1.22WL+0.017WL2-0.0000744WL3
六土的击实
1、土的击实特征
含粗粒土越多的土，其最大干密度值越大，而最佳含水率越小。
、
2、影响压实的因素
（1）粉粒和黏粒含量愈多，土的塑性指数愈大，土的最佳含水率愈大，同时其最大干密度愈小，因此砂性土的最佳含水率小于黏性土，而最大干密度大于黏性土。
（2）击实功愈大，土的最大干密度愈大，而土的最佳含水率愈小。
3、击实试验
1、使用范围
适用于细粒土，小试筒：
适用于粒径不大于20mm的土，大试筒：
适用于粒径不大于40mm的土。
2、仪器设备
（1）标准击实仪：
试验方法
类型
锤直径
锤质量
落高
试样尺寸
层数
每层及时次数
击实功
最大粒径
内径
高
容积
轻型
I-1
I-2
5
2.5
30
10
15.2
12.7
12
997
2177
3
27
59
598.2
20
40
重型
Ⅱ-1
Ⅱ-2
5
4.5
45
10
15.2
12.7
12
997
2177
3
27
98
2687.0
2677.2
20
40
（2）圆孔筛：
38mm、25mm、19mm、5mm各一个
（3）烘箱及干燥器
（4）台秤
3、试样准备
使用方法
类型
试筒内径
最大颗粒
试样用量（kg）
干土法
b
10
15.2
20
40
至少5个试样，每个3
至少5个试样，每个6
湿土法
c
10
15.2
20
40
至少5个试样，每个3
至少5个试样，每个6
4、试验方法
（1）根据工程要求，选择试击实仪型号及试验方法；
（2）将击实筒放在坚硬地面上，将制备土样分次装入筒内，整平表面，按规定次数进行第一次击实，第一层击实结束后，拉毛表面，然后再装入套筒，进行其余各层击实。
小试筒击实后，试样不得高于筒顶5mm大击实筒，试样不得高于筒顶6mm。
（3）用修土刀削平试样，除去底板，称其质量
（4）用推土器推出筒内试样，从试样中心取样测定含水率，
最大粒径
试样质量
个数
最大粒径
试样质量
个数
<5
15～20
2
约20
约250
1
约5
约50
1
约40
约500
1
（5）对于干土法和湿土法，将土样搓散，加水拌合，加水量按下式计算：
mw=[mi/（1+0.01wi）]×0.01（w-wi）
mw——所需加水量mi——含水率wi时的土样质量
wi——土样原有含水率w——需要达到的含水率
5、计算
（1）干密度
ρd=ρ/（1+0.01w）
（2）饱和含水率
Wmax=（ρw/ρd-1/Gs）×100
七土的压缩性指标及强度指标
1、土的压缩机理和有效应力原理
土体的压缩主要由孔隙减小所引起。
2、室内压缩试验与压缩指标
（1）当压力变化不大时，孔隙比变化与压力变化成正比；
（2）压缩系数a越大，土的压缩性越大。
（3）公式：
压缩指数：
Cc=（e1-e2）/（lgp2-lgp1）
体积压缩系数：
mv=a/（1+e1）
压缩模量：
Es=（1+e1）/a
3、先期固结压力和土层天然固结状态判断
先期固结压力PC，自重压力rz
（1）超固结状态：
PC大于rz,OCR>1；
（2）正常固结状态：
PC等于rz,OCR=1；
（3）欠固结状态：
PC小于rz,OCR<1；
4、强度指标
（砂性土）τf=σtanψ（黏性土）τf=C+σtanψ
τf——土的抗剪强度C——土的黏聚力
ψ——土的内摩擦角σ——剪切活动面法向应力
八固结试验
一、适用范围：
饱和黏土，只进行压缩试验时允许用非饱和土
二、试验步骤：
1、切好土的环岛外壁涂凡士林，并将刀口向下，放入护环；
2、将底板放入容器中，底板放透水石，将环刀及护环放入容器中，上覆透水石，放下加压导环己传压活塞，是其严密接触；
3、将容器置于加压框架上，预加1kpa的压力，装好百分表，并将读数调至0；
4、去掉预加荷载，立即加第一级荷载，同时计时，荷载等级为50kpa、100kpa、300kpa、400kpa；
5、如为饱和试样，在施加第一级荷载后，立即向容器内注水至满，非饱和试样，需用湿棉纱围住上下透水面四周；
6、如确定先期固结压力，荷载率宜小于1。
最后一级荷载应大于1000kpa，使e-lgp曲线下端出现直线。
7、如需测定沉降速率、固结系数，0s、15s、1min、2min、4min、……23h、24h，直至稳定，最后一小时变形量不超过0.01mm。
8、施加每级荷载24h后，侧记试样高度变化
九土的直剪试验
1、黏质土的慢剪试验
1、适用范围：
本方法适用于测定黏质土的抗剪强度。
2、仪器设备：
环刀,内径61.8mm,高20mm；
3、试样：
每组试样制备不得少于4个。
4、试验步骤：
（1）对准剪切容器上下盒，插入固定销，在下盒内放入头谁是和滤纸，将试样环刀刀口向下，在试样上放滤纸及透水石，将试样压入剪切盒口；
（2）移动传感装置，使上盒前端钢珠与测力计接触，依次加上传压板，加压框架，安装位移测量装置，记录初始读数；
（3）根据情况施加各级垂直压力，然后向盒内注水；当试样为非饱和试样时，应在中压板周围加湿棉花；
（4）施加垂直压力，每1h记录垂直变形一次，试样固结稳定时的垂直变形值为：
黏质土垂直变形每1h不大于0.005mm；
（5）拔去固定销，以小于0.02mm/min的速度进行剪切，并每隔一定时间记录百分表读数，直至减损。
（6）试样减损时间可按下式计算：
tf=50×t50
tf——达到减损所经历时间t50——固结度达到50%所需时间
（7）当测力计百分表读数不变或后退时，继续剪切4mm时停止，记录下破坏值，当剪切过程中半分表无峰值时，剪切至剪切位移6mm时停止。
（8）剪切结束，吸去盒内水，取出试样，测定含水率。
5、计算
（1）剪切位移
△L=20n-R
△L——剪切位移，计至0.1mmn——手轮转速
R——百分表读数
（2）剪应力
τ=CR
τ——剪应力（kpa）C——测力计校正系数
（3）以垂直压力P为横坐标，抗剪强度S为纵坐标，将各点绘制在坐标系上，连成一条直线，此直线倾角内摩擦角ψ，横坐标截距为黏聚力C。
（4）仪剪应力τ为纵坐标，剪切位移△L为横坐标，绘制τ-△L。
2、黏质土固结快剪、快剪试验
1、使用范围：
适用于固结系数大于10-6cm/s的黏质土。
2、试验步骤：
剪切速度0.8mm/min，其余与快剪相同
3、砂类土的直剪试验
1、适用于砂类土
2、试样：
（1）取过2mm筛的风干土样120g，并按规定方法制备砂样；
（2）每个试样的质量按下式计算：
m=Vρd
V——试样体积ρd——规定干密度m——每个试件所需风干砂质量
十无侧限抗压强度试验
1、试验适用范围：
用于测定饱和软黏土的无侧限抗压强度及灵敏度
2、仪器设备：
重塑筒，内径4cm,高10cm
3、试件：
直径4cm,高10cm；试件直径与高度之比应大于2，按软土硬度采用2～2.5。
4、试验步骤;
（1）取削下的土测定含水率，用游标卡尺测量试件上中下各部位直径，D0=（D1+2D2+D3）/4
（2）在试件端涂抹凡士林，防止水分蒸发；
（3）将试件放在压缩仪上加压板上，转动手轮，使其与上加压板接触，调整半分表读数到0；
（4）以轴向变形1%～3%/min的速度转动手轮，使试验在8min～20min内完成；
（5）应变在3%以前，每隔0.5%应变记录百分表读数一次，应变达到3%以后，每隔1%应变记录百分表读数一次；
（6）当百分表读数达到稳定或峰值时，在继续3%～5%应变即可停止试验，如读数无稳定值，则轴向应变达20%的即可停止试验；
（7）试验结束后，取下试件，描述试件破坏情况；
（8）如需测定敏感度的，则去掉试件表面凡士林，再加少许土，用重塑筒重塑，其余试验步骤与以上相同。
5、结果整理
（1）轴心应变
ε1=△h/h0h0=n×△L-R
ε1——轴向应变%h0——试件起始高度△h——轴向变形
n——手轮转速△L——手轮转动一圈，下压板上升高度R——百分表读数
（2）试件平均断面积
Aa=A0/（1-ε1）
—Aa—校正后试件断面积A0——试件起始面积
（3）轴向压力
σ=10CR/Aa。
（4）以轴向应力为纵坐标，轴向应变为横坐标，绘制应力-应变曲线。
以最大轴向应力作无侧限抗压强度。
若最大轴向应力不明显，取轴向应变15%处的应力作为该试件的无侧限抗压强度。
十一CBR试验（承载比试验）
1、含义
指试料贯入量达2.5mm时，单位压力对标准碎石压入相同贯入量时标准强度的比值
2、使用范围：
试样的最大粒径宜控制在20mm以内，最大不得超过40mm，且含量不的超过5%。
3、仪器设备：
（1）圆孔筛：
孔径40mm、20mm、5mm各一个；
（2）试筒：
内径152mm，高170mm的金属圆筒；
（3）击锤及导管：
击锤砼重型击实试验相同，落距450mm；
（4）贯入杆：
直径50mm；
（5）荷载板：
直径150mm，中心孔径52mm，重量1.25kg，共4块；
4、试样
代表性风干土样，捣碎过5mm的筛；
取代表性试料50kg，用40mm筛筛除大于40mm的颗粒，记录超尺寸粒径百分数，将过筛试样用四分法取约25kg，分成4份。
5、试验步骤;
润湿时间：
重粘土不少于24h；轻黏土不少于12h；砂土不少
升级会员 