土工试验详细步骤.docx

1、土工试验详细步骤实验一 土的密度(环刀法、腊封法)土的密度是指土的单位体积的质量。若用天然状态原状土样测得的密度，称天然密度。 一般常用环刀法或蜡封法测定粘性土的密度，两者的主要区别在于测定土的体积的方法不 同。环刀法适用于较均一、可塑的粘性土。蜡封法适用于土中含有粗粒，或者坚硬易碎难以 用环刀切割的土或者试样量少，只有小块、形状不规则的土样时使用。对于饱和松散土、 淤泥、饱和软粘土，不易取出原状样的土，可采用放射性同位素在现场测定其天然密度。砂 土、砾石土，可在现场挖坑用灌砂法测定。一、环刀法1基本原理环刀法是用已知质量及容积的环刀， 切取土样。使土样的体积与环刀容积一致， 这样环刀的容积即

2、为土的体积；称量后，减去环刀的质量就得土的质量。然后计算得土的密度。2 仪器设备(1)环刀：内径为68cm,高为2cm；天平：感量为0.1g;(3)测径卡尺；(4)切土刀、钢丝锯、凡士林油及玻璃板等。3.操作步骤(1)测定环刀的质量及体积用测径卡尺测量环刀的内径及高度， 计算得环刀的体积； 然后，将环刀置于天平上称得环刀质量m1。(2)切取土样在环刀内壁上涂以薄层凡士林， 将环刀刃口向下放在土样表面上， 用修土刀把土样削成略大于环刀的土柱， 然后垂直向下轻压环刀， 边压边削，至土样高出环刀为止。先削平环刀上端之余土，使土面与环刀边缘齐平，再置于玻璃板上； 然后削环刀刃口一端的余土， 使与环刀刃

3、口齐平。若两面的土有少量剥落，可用切下的碎土轻轻补上。(3)测定环刀和土样之质量擦净环刀外壁，称量环刀和土样的质量 m2，准确至0.1g。(4)计算土的密度m2 mbV式中： 土的密度，g/cm3； m2环刀与土样之质量， g； m1环刀的质量，g；V土的体积，cm3。计算准确至0.01 g/cm3。(5)平行测定本试验须进行两次平行测定，取其结果的算术平均值，其平行差值不得大于 o.03g/cmt4.注意事项(1)用环刀切取土样时，必须严格按实验步骤操作，不得急于求成，用力过猛或图省事不削 成土柱，这样就易使土样开裂扰动，结果事倍功半。(2)修平环刀两端余土时，不得在试样表面往返压抹。对于较

4、软的土，宜先用钢丝锯将土样 锯成几段，然后用环刀切取。二、蜡封法1.基本原理蜡封法是将已知质量的土块浸入融化的石蜡中， 使试样有一层蜡的外壳，保持其完整外形，通过分别称得带有蜡壳的土样在空气中和水中的重量， 根据阿基米德原理， 计算出试样体积，便可以求得土的密度。2仪器设备(1)石蜡及融蜡设备(电炉和锅)；(2)天平：感量为0.01 g ;(3)其它：切土刀、烧杯、细线、温度计和针等。3操作步骤(1 )切取土样切取体积约30 cm3 土样，削去松浮表土和尖锐棱角，使其成为较整齐的形状；系上细 线，置于天平盘上称得试样的质量 m。(2)封蜡持线将试样徐徐浸入刚过熔点 (温度为5070C )的蜡中

5、，待全部浸没后即将试样提出，重复23次，使试样表面复以一薄层蜡膜。注意检查蜡膜中有无气泡；若有用烧热之针刺 破，再用蜡涂平孔口。(3)测定试样体积将封蜡试样放在天平上称量，得该试样之质量 mj ；用细线将试样吊在天平之一端， 并浸没于盛蒸馏水的烧杯中(图1)，称其在水中的质量 m。将试样从水中取出，擦干蜡封薄膜 表面水分.置于天平上称量.检查是否有水进入土样中。 若此时试样质量大于浸水前之封蜡试样质量.并超过 0.03 g，则试验应重做。图1称封腊试样在水中的质量(4)计算土的密度a.计算试样的体积:V V v2式中：V 试样体积，cm3; Vi-封蜡试样体积， V 凹一 ,cm3; V2蜡膜

6、体w积，V2 匹,cm3; m封蜡试样在水中的质量，g; mi 封蜡试样的质量，ng; m 试样质量，g; W 水的密度，g/cm3; n 石蜡的密度，常采用0.92 g/cm3。b.计算土的密度 ：m mm, m mi m y V2w n(5)平行测定本实验须做两次平行测定，取其结果的算术平均值，平行误差不得大于 0.03 g/cm3。4.注意事项(1)在封蜡时，应将土样徐徐浸入蜡中并立即提上以免蜡膜产生气泡，并防止土样 扰动。(2)称封蜡土样时，应在另一砝码盘中放入一条与缚土样长度相等的细线， 以平衡线的重量。(4 )在称封蜡土样水中质量时，应注意勿使封蜡试样与烧杯壁接触， 同时应排除附在

7、其周围的气泡。实验二测定土的含水率(烘干法)1基本原理含水率是指土中水分质量与干土质量之比值。湿土在温度为 100105 C的长时间烘烤下，土中水分完全被蒸发，土样减轻的质量与完全干燥后土样的质量之比值， 即为湿土的含水率，以百分数表示。测定含水率的方法很多，其区别是使士样干燥的方法不同，常用的有下列几种方法。(1)烘干法：将土样置于烘箱中烘烤除去水分。 烘干法只能在实验室中有烘箱设备的条件下进行，一般适用于有机质含量小于 5%的土，若有机质含量为5%10%，仍允许用此法， 但需注明有机质含量。(2)酒精燃烧法：将酒精倒入土样中， 燃烧除去其水分。此法适用于野外勘测及施工等 大量测定含水率的情

8、况。酒精燃烧法的测定速度较快，故又称快速法。(3)砂土炒干法：砂土中结合水少， 可以将它放在铝盒中置于电炉上炒干， 直至完全干燥，测其含水率。2仪器设备(1)铝盒2个；(2)天平：感量为0.01 g;(3)烘箱；(4)干燥器。3.操作步骤(1)测湿土的质量先称得铝盒的质量 m。后选取代表性的土样约15g,放人铝盒内，盖紧盒盖，称铝盒加湿土的壬曰.质量mi。(2 )烘干土样打开盒盖，将盛有土样的铝盒放入烘箱，在温度 100105C下烘6 h以上至恒重。(3)测干土的质量自烘箱中取出铝盒，盖上盒盖，立即放入干燥器中，冷却后称盒加干土的质量 m2，减去铝盒质量m0即得干土质量。(4)按下式计算含水率

9、m m2 -100%m2 m0式中： 一一土的含水率， % mi 铝盒加湿土的质量， g ； m2 铝盒加干土的质量，g; m0 铝盒的质量，g,计算准确至0.1%。(5)平行测定40 %2.0%4.试验记录试验记录工程编号钻孔编号试验者计算者每一土样须做两次平行测定，取其结果的算术平均值。允许平行误差值如下:含水率允许平行误差值含水量盒 号盒+ 土( g)盒+干土(g)盒(g)湿土( g)干土( g)水(g)含水量(g/cm3)平均 含水量(1)(2)(3)(4)=(1)-(3)(5)=(2)-(3)(6)=(4)-(5)(7)=(6)/(5)土样说明 校核者5.注意事项(1)打开土样后，应

10、立即取样称湿土质量，以免水分蒸发。(2)土样必须按要求烘至恒重，否则影响测试精度。(3)烘干的试样应冷却后称量，防止热土吸收空气中的水分，并避免天平受热不均影响 称量精度。实验三 土的液限和塑限（锥式仪法和搓条法）1基本原理在界限含水率中，意义最大的是从粘流状态过渡到粘塑状态的液限 （l）和从塑态过渡到半固态的塑限（p）。土的塑性指数是液限与塑限之差 （Ip l P），是表示土的塑性强弱的指标。从理论上讲，液限时，土出现一定的流动阻力，即有最小可量度的抗剪强度。国内外测定液限的方法，使用两种不同仪器，即瓦氏锥式仪和卡氏碟式仪。前者是前苏联 A. M瓦西里耶夫研制的。他经多次试验认为，锥角 30

11、0、重76g的圆锥体，沉入土体的深度为 10 mm时的含水率就是液限。 后者是美国卡萨格兰德专门研制的半圆形铜碟。 实验时，将土平铺碟中，用划刀分成两半，以每秒 2次的速率将碟由10 mr高度落下。当下落击数为 25次时，原来 被划刀分成两半的土在碟底的合拢长度恰好达到 13 mm时的含水率就是液限。通过计算，对同一种土，用锥式仪测得液限土的抗剪强度为 8. 4kPa,用碟式仪测得液限土的抗剪强度为2.7kPa。国内外学者多数认为，碟式仪液限的抗剪强度值符合基本物理意义，但其手续较 繁琐，强度带有扰动的性质，方法有改善的必要。 锥式仪液限的抗剪强度过大，所得含水率偏小，但强度属静力性质，测试简

12、易，适当改进可以推广运用。研究表明，瓦氏圆锥仪下沉 17 mm时的含水率，大致相当于用卡氏碟式仪测得的液限，可以等效碟式仪液限。因此，在 使用液限时，应标明是用何种仪器测得的。目前， 我国所测得的液限有三种：锥式仪液限（下沉10 mm）锥式仪液限（下沉L7 mm）等效碟式仪液限；碟式仪液限。我国一直广泛 使用10mr锥式液限仪，积累了大量资料没有特别注明的液限均属于此种液限。土的塑态与固态间的界限含水率称土的塑限。 塑限的测定依据主要是根据土处于塑态时可塑成任意形状且不产生裂纹； 处于固态时则很难搓成任意形状， 若勉强为之，则土面要发生裂纹或断折等现象。以这两种物理状态为特征，确定塑态和固态的

13、界限。也就是说当土被 搓成一定粗细的土条且表面开始出现裂纹时的含水率，即为塑限。此外，我国还采用圆锥式液塑限联合测定仪测定液限和塑限。 它是用瓦氏圆锥仪在专门的仪器上测定土在不同含水率时的圆锥人土深度， 在双对数坐标纸上绘成圆锥入土深度与含水率的关系直线。在直线上分别查得圆锥入土深度为 17 mm 10 mm和 2 mm时的相应含水率，即为碟式仪液限（等效）、锥式仪液限和塑限。2.锥式液限仪测液限(一）仪器设备(1)铝盒、调土杯及调土刀;锥式液限仪（图2）；天平：感量为0.01g筛：孔径为0. 5mm磁钵和橡皮头研棒；烘箱；干燥器。（二J操作步骤（1） 制备土样取天然含水率的土样50 g捏碎过

14、筛；若天然土样已风干，则取样 80 g研碎，并过0.5 mm筛；加蒸馏水调成糊状，盖上湿布或置保湿器内 12h以上，使水分均匀分布。（2） 装土样于调土杯中将备好的土样再仔细拌匀一次， 然后分层装入试杯中； 用手掌轻拍试杯，使杯中空气逸出；待土样填满后，用调土刀抹平土面，使之与杯缘齐平。（3） 放锥1在平衡锥尖部分涂上一薄层凡士林，以姆指和食指执锥柄，使锥尖与试样面接触， 并保持锥体垂直，轻轻松开手指，使锥体在其自重作用下沉入土中；注意放锥时要平稳， 避免产生冲击力。2放锥15s后，观察锥体沉入土中的深度， 以土样表面与锥接触处为准； 若恰为10mm锥上有刻度标志），则认为这时的含水率就为液限

15、。若锥体入土深度大于或小于 10mm寸，表示试样含水率大于或小于液限；此时，应挖去沾有凡士林的土，取出全部试样放在调土杯中，使水分蒸发或加蒸馏水重新调匀，直至锥体下沉深度恰为 10 mm时为止。有些圆锥还刻有17 mn的标志，若锥体下沉深度恰为17 mm此时的含水率即为17mr液限， 等效碟式液限。（4） 测液限含水率将所测得的合格试样，挖出沾有凡士林的部分，取锥体附近试样少许 （约1520 g）放入铝盒中测定其含水率，此含水率即为液限。（5） 平行测定本实验须做两次平行测定，计算准确至 0. 1%,取其结果的算术平均值；两次实验的平行差值不得大于2%。（三）试验记录试验记录工程编号 钻孔编号

16、 土样说明 试验者 计算者 校核者 盒 号盒+ 土 (g)盒+干土（g）盒(g)湿土（ g）干土（ g）水（g）液限（）平均(1)(2)(3)(4)=(1)-(3)(5)=(2)-(3)(6)=(4)-(5)=(6)/(5)（四）注意事项（1） 若调制的土样含水率过大， 只许在空气中晾干或用吹风机吹干， 也可用调土刀搅拌或用手搓捏散发水量，切不能加干土或用电炉烘烤。(2)放锥时要平稳，避免产生冲击力。(3)从调土杯中取出土样时，必须将沾有凡士林的土弃掉，方能重新调制或者取样测含 水率。3 搓条法测塑限(1)仪器设备(1)铝盒、调土刀、调土杯、滴瓶；(2)磁钵及橡皮头研棒；(3)天平：感量为O.

17、OIg ;(4)烘箱、干燥器、电热吹风器；(5)筛：孔径为0.5mm；(6)毛玻璃板：约300 mmx 200 mm(2)操作步骤(1 )制备土样按液限试验制备试样，但加的水分要少，使土团不沾手。(2)搓条取一小块试样在手中揉捏至不沾手，用手指捏成椭球形，置于毛玻璃板上，用手掌轻 轻搓滚；手掌用力要均匀，土条长度不能超过手掌宽度， 土条不能出现空心现象； 当土条被搓至直径为3 mm.且产生裂纹并开始断裂时，此时的含水率恰为塑限。若土条被搓至 3mr仍未产生裂纹，表示该试样含水率高于塑限，应将土条重新揉捏，再搓滚之。 若土条直径大于3mr就断裂，表示其含水率低于塑限，应弃去，重新取土揉捏搓滚，直

18、至达到标准为止。每 搓好一合格的土条后， 应立即将它放在铝盒里， 盖上盒盖，避免水分蒸发，直到土条重达3 5 g为止。(3)测塑限含水率将放在铝盒中的土条称重，烘干后再称干土的质量，计算含水率。(4)平行测定0. 1 %;两次结果的差本试验须做两次平行测定，取其结果的算术平均值，计算准确至 值，粘土、粉质粘土不得大于 2%;粉土不得大于1%。(5)成果用测得之液限与塑限值计算塑性指数，并按塑性指数分类定出土名，应用测得之液限、 塑限、天然含水率计算液性指数，并评价土所处的稠度状态。(3)试验记录试验记录盒 号盒+ 土 (g)盒+干土(g)盒(g)湿土( g)干土( g)水(g)液限()平均(1

19、)(2)(3)(4)=(1)-(3)(5)=(2)-(3)(6)=(4)-(5)(7)=(6)/(5)工程编号 钻孔编号 土样说明 试验者计算者校核者(四)注意事项(1)搓滚土条时，必须用力均匀，以手掌轻压，不得作无压滚动；应防止土条产生中空现象，搓滚前土团必须经过充分的揉捏，(2) 土条须在数处同时产生裂纹始达塑限；如仅有一条裂纹，可能是用力不均所致，产 生的裂纹必须呈螺纹状。附联合测定仪测定液限和塑限1 仪器设备(1)液塑限联合测定仪(质量有76g和100g之分)(2)分析天平：感量O.OIg，称量200g。(3)烘箱，干燥器，筛(孔径0.5mm),研钵。(4)其它：铝盒，调十刀，毛玻璃板

20、，碗，滴管，电吹风，凡士林等。图3液塑限联合测定仪1 屏幕；2零线调节螺丝；3 聚光镜；4光源；5微分仪；6圆锥仪；7升降座；8 盛土杯；9 放大镜；10电磁铁；11反射镜；12-指示灯及开关；13水准器；14线路板2 .操作步骤(1)制备土样：按液限试验制备土样的要求，取代表性土样约 300 g，分放在三个调土皿中，加蒸馏水调制成三种不同含水率的土膏，并盖上湿布，静置 12h以上。三种不同含水率分别控制圆锥入土深度大致在 17 mm、10 mm 3 mm附近。(2)装土进杯：将任一含水率的调土皿中的土膏用调土刀充分搅拌均匀、 密实后，填入调土杯中，填满后刮平表面；将杯放在联台测定仪的升降杯座

21、上。(3)放锥入土；在圆锥上抹一薄层凡士林， 接通电源，使电磁铁吸住圆锥；调整升降座，使圆锥尖接触试样面；调节读数零点。关断电源，使圆锥失磁而自重下沉土中；约 5秒后，测读圆锥入土深度。(4)测含水率：取下调土杯，取部分试样测定含水率。重复以上步骤，再测定另两试样 的圆锥入土深度及含水率。(5)绘制曲线：以含水率为横坐标， 以圆锥入土深度为纵坐标， 在双对数坐标纸上绘制关系曲线，三点应在一直线上。当三点不在一直线上时，将高含水率的点与其余两点连成直 线，并在入土深度为2 mm处查得相应两个含水率；当两个含水率差值小于 2%时，应以该两点含水率的平均值与高含水率的点连成一直线， 作为关系直线；否

22、则，应对低含水率的点重做。(6)确定液、塑限：在关系直线上查得入土深度为 17 mm所对应的含水率即为17mr液限 (等效碟式仪液眼)，深度为10 mm所对应的含水率为10mr液限(即习惯的锥式仪液限)，深度 为2mn所对应的含水率为塑限，取值至整教。实验四 土的压缩性指标(一)(杠杆式压缩仪法)一、基本原理土的压缩性是指土在压应力作用下发生压缩变形， 体积被压缩变小的性能。 饱水土在压应力作用下，由于孔隙水的不断排出而引起的压缩过程称为渗透固结。 因此，饱水土的压缩试验亦称固结试验。 固结试验是将土样放在金属器内， 在有侧限的条件下施加压力， 观察土在不同压力下的压缩变形量，以测定土的压缩系

23、数、压缩模量、压缩指数、固结系数、前期 固结压力等有关压缩性指标，作为工程设计计算的依据。一般压缩仪有杠杆式和磅秤式两种。杠杆式压缩仪是用砝码通过杠杆加压，压力仅为0. 40. 6 MPa基本上能满足一般工程要求，且数台仪器可装在一个试验台架上，占地面 积小，便于管理，目前被广泛采用。 磅秤式压缩仪是通过带有加压框架的磅秤施加压力，仪 器压力可达5MPa适用于较大工程，可以用来测定压缩指数和前期固结压力、 固结系数等指标，本实验采用杠杆式压缩仪。固结试验中，后一级压力的施加均是在前一级荷重下压缩至稳定后施加的。 按稳定标准的不同，通常将固结试验分为两类：(1)稳定压缩：每级压力下持续24h为压

24、缩稳定标准；测记试样高度变化后， 即可施加下级压力。这是各类规范的常规标准。对某些渗透系数大于 10_ 5cm/ s的粘性土.允许以1h内试样变形量不大于0. 005 mmf乍为相对稳定标准，结果能够满足工程要求。(2)快速压缩：在各级压力下，压缩时间规定为 1h,仅在最后一级压力下，除测记 1h变形量外，还测读到稳定标准 (24h)时的变形量。在整理资料时，根据最后一级变形量，校正前几级压力下的变形量。当试验要求精度不高时，可采用快速压缩法。二、仪器设备(1) 杠杆式固结仪(图4):包括加压及测压装置、压缩容器和测微表 (图5);(2)测含水率和密度所需的设备； 其它：滤纸、钟表等。图4杠杆

25、式压缩仪装置示意图 图5 压缩容器示意图I-测微表；2-上部横粱；3-压缩容器； I-测微表；2-加压盖；3一固定环；4一环刀；5一4-水平台；5-上部固定螺丝；6-下部固定螺丝；7- 透水石；6透水底板；7一容器外壳平衡锤；8杠杆；9-砝码盘三、操作步骤(1)试样制备：按工程要求取原状土或制备所需状态的扰动土样， 按测定土的密度的方法用环刀切取土样，测定土的密度，并同时取土测定土的含水率和土粒密度。(2)安装环刀：将装有土样的环刀外壁涂上凡士林油后，刃口向下套上护环，按图 5安装容器；首先将底板放在容器内， 底板上顺次放洁净湿润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

26、器内，然后再在试样顶上顺次放入洁净润湿的滤纸和透水石，最后放上加压导环和传压活塞。(3)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住。(4)安置容器：将装好试样的压缩容器放到水平台固定位置，再将上部加压框架放上， 安置测微表。(5)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。调整测微表读数至零点。(6)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 0.0125、0.025和0.05MPa同时记录加荷时间；在试验过程中，应始终保持加荷杠杆水平加压时将砝码轻放在砝码盘上。2如系饱和试样，则在施加第一级荷重后，立即向容器

27、中注水至满，如系非饱和试样， 须以湿纱布围住上下透水石四周，避免水分蒸发。3加荷后每隔lh读测微表一次，以压缩满 24h为标准，或每小时变形量不大于 0.005mm寸即认为变形稳定。测记读数后 ，施加下一级荷重。依此逐级加荷.至试验终止。4荷重级增量不宜过大. 视土的软硬程度及工程情况而定， 一般顺序为0.025、0.05、0.1、0.2, 0.3Mpa,或按设计要求模拟实际加荷情况适当调整。最后一级荷重应大土层计算压力的 0.1 0.2MPa5快速法，在每小时观察测微表读数后即加下一级荷重； 但最后一级荷重.应观察到压缩稳定时为止(24h)。如需作卸荷膨胀试验， 可于最后一级荷重下变形稳定后

28、卸荷， 每次卸去两级荷重， 直至卸完为止。每次卸荷后的膨胀变形稳定标准与加荷同， 并测记每级荷重及最后无荷时的膨胀稳定变形量。(7)拆除仪器：退去荷重后，拆去测微表，排除仪器中水分，按与安装相反的顺序拆除各部件，取出带环刀的试样。必要时，测定试样的试验后的含水率。将仪器擦净.涂油放好。(8)仪器变形校正：考虑压缩仪器本身及滤纸变形所产生的变形影响， 应做压缩量的校正。校正方法按下述步骤进行： 以与试样相同大小的金属块代替土样放入容器中， 然后与试测记各级荷重下测微10 min退荷一次.测取其平均值作为各级验土样步骤一样，分别在金属块上加同等压力， 每隔十秒钟加荷一次,表读数；加至最大荷重记下测

29、微表读数后，按与加荷相反的次序，每 记测微表读数.至荷重完全卸除为止。按压缩试验步骤拆除仪器， 重新安装，重复以上步骤再进行校正，荷重下仪器的变形量，其平行差值不得超过 0.01 mm初学者为练习仪器的使用， 此在生产实践中，对每个仪器都须事先作好变形校正曲线。 步骤可以在正式试验前作好。四、成果整理1.计算各级荷重下的试样变形量去仪器变形量。(2)快速压缩法：按下式计算某荷重下试样校正后的变形量 h :式中：h 某何重下校正后的变形量， mm (hi)t某荷重下压缩lh的总变形量减(hn)T(hn)t去该荷重下的仪器变形量， mm (hn)t 最后一级荷重下压缩lh的总变形量减去该荷重下 的仪器变形量，mm (hn)T 最后一级荷重下达到稳定标准时的总变形量减去该荷重下的仪器变形量，mm2 .按下式计算试样的初始孔隙比 e0eos(1 0)3 3式中：s土粒密度，g/cm ； 0 试样初始密度， g/cm ； 试样初始含水率，以小数计。e eo (1 eo)ho式中： h0