土力学实验报告封面.docx

1、土力学实验报告封面2013/2014学年第二学期土力学实验报告课程名称土力学与地基基础 适用专业土木工程（建筑工程方向）适用班级 B110601/02/03 编制日期 2014.3. 学 号 学生姓名 编制教师 XXX 洛阳理工学院实验一 土 的 含 水 率 实 验一、实验目的测定土的含水率，以了解土的含水情况，它是计算土的孔隙比、液性指数、饱和度和其他物理力学性质不可缺少的一个基本指标。该实验属于基础性实验，是土工实验中必做项目。二、实验原理土的含水率是指土中含有水分的质最.与该干土质量的比值，实际是用土在100105下烘到恒重时所失去的水分质量和达恒重后干.上重的百分比值来表示。土的含水率

2、测定方法很多，目前实验室最常用的方法是烘干法。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箱内，在100l05下烘至恒垂，冷却后称干土的质量，同时计算出失去水分的质量，即可算出含水率。此方法一般只适用适用于有机质含量不超过干土质量的5%土，如果土中有机质含量在5%10%之间，仍允许采用此法，但需注明有机质含量。三、仪器设备(1)电热烘箱。烘箱保持恒温100 l05。(2)天平。最小分度值为0.01g。(3)其他设备包括于燥器、铝盒。四、操作步骤(l)称湿上重。取代表性土样1530g(黏性土应少些，砂土应多些)，放入已知质量m0的铝盒内，盖上盒盖(见图2一4)，在天平上称得铝盒和湿土

3、合重m1.(2)烘干冷却。打开盒盖放入烘箱内，在100 l05恒温下烘至恒重后，将试样取出，放入于燥器内冷却，然后称铝盒和干土合重m2。(烘至恒重时间因土的性质及土重不同而异，一般土重为1530g时，砂土不少于8h，粘土约10h).五、记录与计算记录格式见表2一1表2一l 土的含水率实验记录表 实验小组编号: 同组实验者: 计算者: 实验日期:土样编号铝盒水分质量m1-m2(g)干土质量m2-mo(g)土的含水率（%）铝盒编号质量mo(g)加湿土质量m1（g）加干土质量m2（g）平均含水率（%） 按式(2一1)计算土的含水率，计算至0.1%： (2一1)式中 m1-m2-土中水的质量，g;m1

4、-m2-干土质量，g;w一土的含水率，%。本实验需进行两次平行测定，取其算术平均值，允许平行差值如下。1)当含水率小于10%时，允许平行差值0.5%2)当含水率为10%40%时，允许平行差值1.0%3)当含水率大于40%时，允许平行差值2.0%。六、注意事项(l)打开土样后，应立即取样称湿土重，以免水分蒸发。(2)取样应注意取代表性土样，避免取土样外围的土。(3)土样在烘干时必须保持100 105恒温下烘至恒重，否则会得出不同含水率的数值。称重时精确至小数点后两位。(4)烘干后试样应冷却后再称重，以避免天平受热不均影响称量精度，防止热土吸收空气中的水分。七、思考题1.土的含水率的测定方法有儿种

5、?各自适用条件是什么?2.如何使用烘箱和干燥器?该实验的温度应控制在多少度?为什么?3.实验室中，取样盒为什么要在盒身和盒盖上都要编号?4.土样烘于后能否立即称重?为什么？实验二 土的密度、重度实验一、实验目的测定土的湿密度，以了解土的疏密和干湿状态，供换算土的其他物理性质指标和工程设计以及控制施工质量之用。该实验属于基础性实验，是土工实验中细粒土的必做项目。二、实验原理土的密度是指单位体积内土的质量;土的重度是指单位体积土的重量，在天然状态下的重度称为天然重度。主要介绍环刀法测定一般黏性土的密度。环刀法是利用一定容积的环刀切取土样，测定环刀容积，即为土样的体积，然后再称出土样的质量便可算出土

6、样的重度。环刀法简易方便，是目前最常用的方法。三、仪器设备(l)环刀(见图3一1)。内径61.8mm,高20mm，公路等行业采用直径为79.8mm的环刀。 图31 环刀图 图32 钢丝锯(2)天平。称量为500g，最小分度值为0.1g.(3)其他设备和用品包括钢丝锯(见图3一2)、修土刀、测径器、凡士林等。四、操作步骤(1)准备工作；用测径器测得环刀的内径(J)和高度(h)，算出环刀的容积(Vdh/4)。将环刀在天平上称得质量m1。(2)切取土样：在环刀内壁上涂以薄层凡士林，将环刀的刀口向下放在土样上面，用手将环刀垂直下压，使土样位于环刀内。然后用削土刀或钢丝锯沿环刀外侧削去两侧余土，边压边削

7、至与环刀口平齐，两端盖上平滑的圆玻璃片，以免水分蒸发。(3)称土样重:擦净环刀外壁，称环刀和土样的合重m2。五、记录与计算记录格式见表3一1、表3一2。表3一1 土的天然重度实验记录表实验小组成员: 计算者: 实验日期：土样编号环 刀土的质量m2-m1（g）密度（g/cm）环刀号质量m1（g）直径d（cm）高度h（cm）体积V(cm)加土质量m2（g）单值平均表3一2 土的干密度、重度记录表土样编号环刀号天然密度（g/cm）天然重度（kN/m）试样含水率(%)干密度（g/cm）干重度（KN/m）平均密度（g/cm）平均重度（KN/m）1.计算密度按式(3一1)计算试样的密度为: (3一1)式中

8、 p湿土的密度，g/cm;M1环刀质量，g;M2环刀和土盒的质量，g;V环刀容积，cm。2.计算试样的干密度按式(32)计算试样的干密度为: (3一2)式中 pd干土质量密度，g/cm;P湿土密度，g/cm;w土的含水率。计算准确至0.01g/cm。同一土样需进行两次平行测定，取算术平均值，两次结果差值应小于0.03g/cm，否则要重新做实验。3.计算试样的重度按式(3一3)计算试样的重度为: (3一3)六、注意事项(1)用环刀取土时，为防止土样扰动，应一边削土柱，一边垂直轻压，一切不可用锤或其他工具将环刀打入土中。(2)在切平环.刀两端多余土样时要迅速细心，尽量保持土样体积与环刀容积一致。(

9、3)称重时必须擦净环刀外壁的土，否则影响土样的质量。七、思考题1.什么是土天然重度、饱和重度、干重度、浮重度，各项指标具体有什么用途?2.开土样时怎样准确测定环刀内的体积?削土刀是否能川力反复刮平土面?3.简述托盘天平和电子的使用规则。实验三 粘性土液限、塑限的测定一、实验目的测定一的液限和塑限，并与液限实验和含水率实验结合，来计算土的塑性指数和液性指数，作为赫性.土的分类以及估算地基土承载力的一个依据。该实验属于综合性实验，涉及上的含水率和液限、塑限、塑性指数、液性指数等土的物理性质指标的测定和计算，是土工实验中大部分土样的必做项目。二、实验原理黏性土随着含水率变化，其物理状态和力学性质发生

10、明显的变化，可处于流动状态、可朔状杰、半固休壮杰和固体状杰液限是区分薪性土的可塑状态和流动状态的界限含水率;塑限是区分:可塑状态一与半固体状态的界限含水率。重塑土处于液态时，在自重作用下不能保持其形状，发生类似于液体的流动;土体处于可塑状态，在重力作用下能保持形状，在外力作用下将发生塑性变形而不断裂，外力消失后能保持外力消失前时刻的形状而不变，有一定的抗剪强度。通过给予试样一个小的外力，在一定时间内变形达到规定值时的含水率。塑限实验利用土体处于可塑时，在外力下产生任意变形而不发生断裂.土体处于半固态时，当变形达到一定值(或受力较大)时发生断裂的特点，实验时给予、一定外力，使试样变形达到规定刚好

11、出现裂缝时所对应的含水率作为塑限含水率。液限实验目前国内外主要采用圆锥仪法(见图5一l)和碟式仪法(见图5一2)两种。图51 圆锥式液限仪中国、俄罗斯，以及东欧的一些国家多采用圆锥仪法，美国、日本等国家多采用碟式仪法。当私性土其有液限含水率时，若以一定重量的锥体放人土中，因土具有一定的杭剪强度，抵抗锥体的下沉，故锥体只能下沉一定距离h。当h=10mm时，土的含水率即为液限。我国液限实验普遍使用的仪器是瓦氏圆锥仪(也称为平衡锥法)，仪器简单，操作简便，标准易于统一。塑限测定目前国内外均采用搓条法，就是取含水率接近于塑限的试样，用于搓成椭圆形，然后用手掌在毛玻璃板上轻轻搓滚(可吸走部分水分)，当土

12、条搓至3mm粗细时，产生裂缝并断裂(见图5一3)，此时土的含水率即为塑限。 图52 碟式液限仪 图52 搓成的土条 图54 圆锥式液限仪示意图 图55 WX-2型光电塑液限联合测定仪1-平衡椎体；2-手柄；3-平衡锥；4-试样盒；5-底座三、仪器设备(l)圆锥式液限仪(见图5一4)。(2)光电塑液限联合测定仪(见图5一5)。(3)毛玻璃板。尺寸宜为2OOmm300mm。(4)其他一设备和川品包括于燥器、天平(称最200g，最小分度值0.01g)、恒温烘箱、试样铝盒、调土刀、筛(孔径(0.5mm)、研钵(附带橡皮头研棒)、土工刀、卡尺(分度值为0.02mm)或直径为3mm的铁丝(长10mm左右)

13、干燥器、小铁筐、凡士林或润滑油、蒸馏水等。四、操作步骤(一)(一)圆锥法测液限(l)土样制备。原则上采用具天然含水率的土样进行测定，当土样含水率较小或因土样中含较多大于0.5mm的颗粒或有较多的杂物时，可将土样风干研磨过0.5mm筛的上加蒸馏水调成均匀膏状，用玻璃板覆盖或放在盛水的干湿器中静止一昼夜，使水分浸透土样。(2)装土入杯，将平衡锥擦净，在锥体上涂以薄层凡士林或润滑油，两指提住手柄，将平衡锥放在试样表面中部至锥尖与试样表面接触时，松开手指使锥体在其自重下沉入土中。放锥时要平稳，避免冲击(也可用电磁放锥)。(3)观察平衡锥下沉。当锥体约经15s沉人试样深度恰为10mm时，表示土的含水率适

14、为液限。若锥体入土深度大于或小于l0mm时，表示该试样含水率高于或低于液限，这时将杯中.仁样取出.(去掉沾凡士林的一部分)，放到调土皿中连续拌和，使之稍干或加少址水调匀，重做实验，直到锥体人土深度恰为10mm为止。(4)测含水率。将盛土杯间的土样取出1015g（不要沾有凡士林的)，装入质量为mo的铝盒中，称湿土和铝盒重m1，放在烘箱中烘干，再称干土和铝盒合重m2。由此计算出土的含水率即为液限。.(5)计算液限。按式(5一1)进行计算，计算至0.1%，即: (5一1)本实验需进行两次平行测定，取其算术平均值，所测平行差值不得大于2%。(二) 搓条法测塑限(1)制备上样。将原状土或取过0.5mm筛

15、的风干上，加少量水捏成泥团，用湿布敷盖，静置24h，使水分浸透，也可以从液限实验制备好的土样中取出309左右吹干或风干，调制成不黏手的泥团。(2)捏揉土块。将试样在手中捏揉至不黏手，然后将试样捏扁，如出现裂缝，表示含水率已接近塑限。(3)用手搓条。取接近于塑限试样810g，先用手搓成椭圆形，然后再用手掌侧部在毛玻璃板上轻轻搓滚，均匀施仄成条，其长度不得超过手掌宽度。当土条搓成直径3mm时产生裂缝并开始断裂，表示土的含水率适为塑限。若土条搓至3mm仍未产生裂缝或断裂，表示土的含水率高于塑限，则应将土条重新捏成一团，继续搓滚，直至土条一直径为3mm产生裂缝并开始断裂为止。若土条搓至大于3mm时就产

16、生裂缝或断裂，则表示含水率低于塑限，则应将土样略加水分，重新搓滚至3mm出现断裂为至。(4)测含水率。取合格断裂的土条35g，装人已知质量mo铝盒内，盖紧众盖，称得土条与盒的合重m1。烘干并称重m2。(5)计算塑限。按式计算塑限，计算至0.1%，即: (5一2)本实验需进行两次平行测定，取其算术平均位，所测平行差值对粉质黏土不大于2%，粉土不大于1%(三)土的塑液限联合测定法目前，在很多实验室中液、塑限测定可以采用液、塑限联合测定仪法，该方法原理清晰、步骤简单，能快速测定土的液、塑限。具体步骤如下:(1)本实验宜采用天然含水率试样，当土样不均匀时，采用风干试样，当试样中含有粒径大于0.5mm的

17、土粒和杂物时，应过0.5mm筛。(2)当采用天然含水率土样时，取代表性土样250g.采用风干试样时，取0.5mm筛下的代表性土样200g，将试样放在橡皮板上用纯水将土样调成均匀膏状，放人调土,浸润过夜。(3)将制备的试样充分调拌均匀，填人试样杯中，填样时不应留有空隙，较干的试样应充分搓揉，密实地填人.试样杯中，填满后刮平表面。(4)将试样杯放在光电塑液限联合测定仪(见图5一5)的升降座一上，在圆锥一上抹一薄层凡士林，接通电源，使电磁铁吸住圆锥。(5)调节零点，将屏幕上的标尺调在零位。调整升降座、使圆锥尖接触试样表面，指示灯亮时圆锥在自重下沉入试样，经5s后测读圆锥下沉深度(显示在屏幕上)，取出

18、试样杯，挖去锥尖入土处的凡十林，取锥休附近的试样不少于530g，放人称星盒内，测定含水率。(6)将全部试样再加水或吹干并调匀，重复步骤(3)至步骤(5)分别测定第二点、第三点一试样的圆锥下沉深度及相应的含水率。液塑限联合测定应不少于三点。(注:圆锥入上深度宜为34mm、79mm、1517mm。)图5-6 圆锥下沉深度与含水率关系曲线 (7)以含水率为横坐标，圆锥人土深度为纵坐标在双对数坐标纸卜绘制关系曲线5-6所示。三点应在一直线上如图中A线所示。当三点不在一直线上时，在下沉为2mm处查得相应的2个含水率，差值小于2%时，应以两点含水率的平均值与高含水.率的点连两个含水率的差值不小于2%时，应

19、重做实验。(8)在含水率与圆锥下沉深度的关系图上查得下沉深度为10mm所对应的含水率为10mm液限(有些圆锥还刻有17mm的标志，此时的含水率即为17 mm液限，等效碟式液限)，查得下沉深度为2mm所对应的含水率为塑限，取值以百分数表示，准确至0.1%。目前，国内各个行业不同规范中锥体重量和下沉深度尚未统一，土工实验方法标准(GB/T 50123-99)采用锥体质量76g,入土深度有10mm和17mm两种夜限标准；公路土工实验规程（JTG E40-2007），中界限含水率实验中用的是100g锥，入上深度有20mm;公路桥涵地基与基础设计规范(JTG D63一2007)中用76g锥;建筑地基基础

20、设计规范(GB 50007-2002)确定载性土承载力标准值时按10mm液限计算，水利部门普遍采用76g锥、人土深度17mm液限和100g锥、入土深度20mm两种液限计算。（9）按前而的步骤进行两次平行实验(本实验课由于时间限制，仅做一次，取4个点)，当两次测定的含水率差值在含水率低于40%时不大于1%，在含水率高于40%时，不大于2%时，取两次平行实验的平均值作为含水率。五、记录与计算圆锥法和搓条法记录格式见表5一1，塑液限联合实验见表5一2。表5-2 塑限实验记录表(圆锥法和搓条法)实验小组编号: 实验小组成员： 计算者： 试验日期：土样编号试验项目试验方法铝盒水分质量m1-m2(g)干土

21、质量m2-mo(g)含水率（%）塑性指数IP按IP土的类型液性指数IL稠度状态备注编号质量mo(g)所加湿土的质量m1(g)所加干土的质量m2(g)单值平均液限圆锥法塑限搓条法表5一2 塑液限联合实验记录表实验小组编号: 实验小组成员： 计算者: 实验日期:试样编号1234溶锤入土深度（mm） 10 15 20 25 35 45 60 80 10030 40 50 70 90含水率（%）（建议用铅笔绘图）圆锥下沉深度（mm）盒号盒质量(g)盒+湿土质量（g）盒+干土质量（g）湿土质量（g）干土质量（g）水的质量（g）含水率（%）液限wl(%)塑限wp(%)塑性指数IP土的分类按式(5一3)、式

22、(5一4)计算土的塑性指数Ip和液性指数Il，评定土的类别及所处的状态: (5一3) (5一4)六、注意事项(1)在实验过程中，若使土变干些，只可在空气中晾干或用吹风机吹干，为加速水分蒸发，可以用调土刀搅拌或用手搓揉，绝不能加干土.或用烈火烘烤。(2)平衡锥表面所涂的凡士林应极薄，放锥时应由土面自由落下，避免冲击。圆锥入土深度应从实验后锥体表面凡士林被擦去的痕迹来辨认，亦即为土面接触线至锥尖的垂直距离。重复调土时，必须去掉沾凡士林的湿土。(3)搓滚土条时，以手掌侧部轻压土条，用力要均匀，不得进行无压滚动，应防止土条产生中空现象。土条在数处同时发生断裂时始达塑限，如仅偶有一处断裂一可能是由于用力

23、不均之故，不能认为达到塑限。七、思考题1.什么是土的界限含水率?土有几种界限含水率?其物理意义是什么?2.用平衡锥法测定土的液限时，如何将土上调拌均匀?试样杯土样的装入过程有什么要求?3.用搓条法测定土的塑限时，为什么不能无压滚动?4.能否用电吹风的热风将土中含水率降低?5.该实验为什么要取两个以上的平行样?6.为什么在光电塑液限联合测定法中，圆锥的人土深度宜为34mm 、78mm、1517mm?实验四 土的压缩实验一、实验目的本实验的目的是测定试样在侧限与轴向排水条件下的变形和压力，关系，以及变形和时间的关系，以便计算厂;的压缩系数、压缩指数、压或孔隙比和压力的缩模固结系数及原状上的先期固结

24、压力等该实验属于综合性实验，涉及土的天然含水率的测定，土的天然密度的测定.土的压缩系数的测定以及土的压缩模址的测定测定，是所有工程必做的工实验项目。二、实验原理土的压缩指土在压力作用下体积逐渐压缩变小的过程，器内，在有侧限的条件下施加压力，观察在不同压力一下的压缩试验是将土试样放在金属容缩变形，以测定土的压缩系数、压缩模固结系数等有关压缩胜指标，了解土的压缩性质，作为设计计算的依据。一般压缩仪有两种:杠杆式和磅秤式。杠杆式压缩仪(见图8一l)是用法码通过杠杆加压，压力只有0.40.6MPa，但基本上能满足一般工程一要求，且数台仪器可装在同一实验台架上，占面积小，便于管理，目前被广泛采用。磅秤式

25、压缩仪是通过带有加压框架的磅秤施加压力，压力可达1.55 MPa，适用于较重大的工程，且还可以测量土的压缩指数和先期固结压力。图8-1 杠杆式压缩仪压缩实验中每级荷重的施加，是在前一级荷重下压缩至稳定后施加的，但所谓稳定是相对的，通常按稳定标准的不同将压缩试验分为三类。(l)稳定压缩。在每级荷重卜24h内土样厚度不再变化，才认为稳定，继续加下一级荷重。这种方法花费时间太长，除科学研究外，一般不常采用。.(2)假定稳定压缩。lh内土样厚度变化不超过0.005mm即可认为稳定(对土样高度为2cm的试样)，或以满24h为标准，继之加下一级荷重。试验证明，按此规定所测的结果已满足要求，是规程所规定的常

26、规标准。(3)快速压缩。在各级荷重下，压缩时间规定为lh，仅在最后一级荷重下，除测读1的变形量外，还应测读达稳定时的变形量。根据最后一级变形量校正前几级荷重下的变形量。当要求精度不高或教学时，可采用快速压缩法。三、仪器设备(1)压缩仪。杠杆式压缩仪(见图8-2) 包括: 加压及传压装置、压缩容器和测微表。图8-2 杠杆式压缩仪装置示意图1-测微表；2-上部横架；3-压缩容器；4-水平台；5-上部固定螺丝；6-下部固定螺丝；7-平衡锤；8-杠杆；9-砝码盘(2)测含水率和重度所用仪器一设备。(3)其他用品包括滤纸、秒表等。四、操作步骤1，切取土样按工程需要取原状上或制备所需状态的扰动:土样。仔细

27、切取土样并按下列步骤将其放置到图8一3所示的压缩容器中(同时测土的重度和含水率)。图8-3 压缩容器示意图1-测微表；2-加压盖；3-固定环；4-环刀；5-透水台；6-透水底板；7-容器外壳将已切土样的环刀外壁涂以薄层凡士林(见图8一4)，然后刃日向下放入护环内，按图8一2将容器安装好;将底板放在容器内，底板上顺次放洁净润湿的透水石和滤纸各一。再借提环螺丝将护环(内有环刀及试样)放到容器内，然后再在试样顶上顺次放人洁净润湿的滤纸和透水石，最后放上加压导环和传压活塞。图8-4 未装样的压缩容器2.检查设备检查加压设备是否灵敏，调整平衡锤使杠杆水平，然后用下部支撑螺丝顶位。3.安置容器将装好试样的

28、压缩容器放到水平台固定位置，再将上部加压框架放上，微表。4.施加预压为保证试样与仪器上下各部件之间接触良好，应施加1kPa的预压荷重调整测微胡读数至零点。5.加压观测(1)加第一级荷重，其大小视.土的软硬程度分别采用12.5kpa/25kpa或50kpa(一级实加荷重应减去预压荷重)，同时记录加荷时间，在一试验过程中，应始终保持加荷杆杆水平。加压时将码轻.轻放在祛码盘上。(2)如系饱和试样，则在施加第一级荷重后，立即向容器中注水至满。如系非饱和样，须围住上下透水石四周，避免水分蒸发。(3) 加荷后每隔1h读测微表一次，至每小时变形量不大于0.005mm，即认为变形稳定。或以满24h为标准，测记读数后，施加下一级荷重。依此逐级加荷.至实验终止。(4)荷重级不宜过大，大小视土的软硬程度及工程情况而定，一般顺序为25kPa、50kpa、100kpa、2