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1、新 土力学指导书土力学综合性实验指导书河北科技师范学院土木建筑系土力学综合性实验实验目的：土力学课程是理论性和实践性较强的一门学科，搞好实践教学环节，是土力学教学中必不可少的一环，由于土力学各个实验的连贯性不强，学生对各个实验在实际工程中的作用不是很清楚，为加强各个实验的连贯性，为了巩固学生对理论知识的掌握，把理论知识应用到实际工程中去，提高教学质量，因此安排了本综合性实验。土力学综合性实验内容：实验内容主要让学生按工程要求进行土样的天然含水量实验、土样的密度实验、土样的界限含水量实验、土样的压缩实验和土样的直接剪切实验，测定出土样的天然密度、含水量、液限、塑限，计算出该土样的塑性指数和液性指

2、数、并提供自备土样的压缩系数、压缩模量及土体的抗剪强度指标内摩擦角和粘聚力；从而判断土的压缩性大小及抗剪强度大小。本实验要求学生掌握实验原理和操作过程，掌握实验参数在工程设计和施工中应用。通过实验使得学生更加注重土力学理论知识的学习，使学生进一步掌握和理解课堂所学的理论知识，掌握实验基本技能，有利于理论联系实际，锻炼学生的实际操作能力，培养学生分析能力和解决实际问题的能力，以便更好地为工程建设服务。含水量实验一、实验目的：测定土的含水量，是指土在温度105110下烘到恒量时所失去的水质量与达到恒量后干土质量的比值，以百分数表示。二、实验方法含水率实验方法有烘干法、酒精燃烧法、比重法、炒干法等，

3、其中以烘干法为室内实验的标准方法。三、实验步骤（烘箱烘干法）1仪器设备烘箱；天平： 称量280g，感量0.01g；称量盒；干燥器等。仪器设备：（1） 烘箱：电热恒温烘箱。（2） 天平：感量0.01g（3） 其它：干燥器、称量盒等。2.操作步骤：（1）从原状土样中，选取有代表性的试样，对于粘性土取1530g，对于粉土、砂土或有机质土约取50g，放入称量盒内立刻盖好盒盖，称湿土加盒总质量m1，精确至0.01g。（2）打开盒盖，套在盒底，放入烘箱，在温度105110下烘至质量恒定。（3）将烘干后的式样和盒取出，盖好盒盖，放入干燥器内冷却至室温，称干土加盒总质量m2,精确至0.01g。3.计算含水量:

4、 按下式计算含水率 式中 m湿土试样质量（g）ms土粒试样质量（即干土质量）（g）m0称量盒质量（g） 四、实验数据及成果整理本实验需进行2次平行测定，取其算术平均值密度实验一、实验目的：测定土的密度，是指土的单位体积质量，是土的基本物理性质指标之一，其单位为g/cm3。在天然状态下的密度为土的天然质量密度。二、实验方法：实验方法有环刀法、蜡封法、灌水法和灌砂法等。对于细粒土，宜采用环刀法；对于易碎裂、难以切削的土，可用蜡封法；对于现场粗粒土（测定原状砂和砾质土的密度），可用灌水法或灌砂法。下面仅介绍环刀法：三、实验步骤（环 刀 法）1仪器设备（1） 环刀：内径61.80.15mm,高200.

5、016mm,体积为60cm3、100cm3(图一)（2） 天平：称量500，感量0.1g，或称量200g，感量0.01g.（3） 其它：刮刀、削土刀、玻璃片、凡士林等。2操作步骤（）准备工作：取直径和高度略大于环刀的原状土样，放在玻璃片上。在天平上称环刀的质量。（2）环刀取土 环刀内壁涂一薄层凡士林，将环刀口向下放在土样上。用削土刀或刮刀将土样削成略大于环刀的直径的土柱。将环刀慢慢垂直下压，边压边削，直到土样以上伸出环刀为止。将环刀两端的余土削去修平（严禁在土面上反复刮，防止土样扰动或压密。）然后擦净环刀的外壁，两端盖上玻璃片。（3）称量土的质量。称量环刀加土的质量，准确至0.1g。（4）按下

6、式计算土的密度：式中 v试样的体积（即环刀内净体积）（cm3）m试样的质量（g）m1环刀加试样总质量（g）m2环刀的质量（g）土的重力密度=g=9.83实验数据及成果整理密度实验需进行两次平行测定，要求平行差值0.03g/cm3；取两次实验结果的平均值。界限含水量实验一、实验目的：测定细粒土的界限含水率，是指土从一种状态转到另一种状态的分界含水量称为界限含水率。二、实验方法：（一）、液限实验液限指粘性土从流动状态转变到可塑状态的界限含水量，测定土的液限主要有圆锥仪法、碟式仪法等实验方法，本实验采用液塑限联合测定法测定土的液限。1仪器设备液塑限联合测定仪：有圆锥、测读装置、升降支座等，圆锥质量7

7、6g,锥角30。天平：称量200g，感量0.01g。其它：调土刀、盛土器、小刀、凡士林、称量盒、烘箱、干燥器、孔径为0.5 mm的标准筛等设备。2操作步骤选取具有代表性的天然含水率土样或风干土样，若土中含有较多大0.5mm的顺粒或夹有多量的杂物时，应将土样风干后用带橡皮头的研材研碎或用木棒在橡皮板上压碎，然后再过0.5mm的筛。当采用天然含水率土样时，取代表性土样250g，将试样放在橡皮板或毛玻璃板上搅拌均匀；当采用风干土样时，取过0.5mm筛的代表性土样200g，将试样放在橡皮板上用纯水将土样调成均匀膏状，然后放入调土皿中，盖上湿布，浸润过夜。取某一含水量下制备好的土，将土样用调土刀充分调拌

8、均匀后，分层装入样杯中，并注意土中不能留有空隙，土样装满试杯后刮去余土使其与杯口齐平，用调土刀反复搅压、使其空气溢出，待土样盛满土杯时，刮平试样、使其与土杯边缘齐平。将土样杯放在仪器的微调丝盘上，测量前，调好锥体刻度数为“零”（保持锥尖接触土壤表面）。测试前注意检查锥尖，将圆锥仪擦拭干净，可在锥尖附近涂以簿层凡士林油。保持锥体垂直，顺时针方向转动旋扭，使圆锥在其目重作用下沉入土体，通过锥杆和臂上的刻度，即可读出入土深度H1，精确至0.01毫米。改变锥尖与土样接触的位置，重复2、3、4项步骤得读数H2,使得H1与H2的差值不超过0.5毫米。若锥体入土深度超过或小于H1，表示试样的含水率高于或低于

9、液限，应该用小刀挖去沾有凡士林的土，然后将试样全部取出，放在橡皮板或毛玻璃板上，根据试样的干、湿情况，适当加纯水或边调拌边风干重新拌和，然后重复上述实验步骤。测定土样的液限时锥深入土度标准H=20毫米注：上述数据根据交通部科研院公路所土工组编的土的液塑限测定法取出锥体，用小刀挖去沾有凡土林的土，然后取锥孔附近土样约1015g，放人称量盒内，称量准确至0.01克。测定其含水量，准确到0.1%。重复以上步骤，测定巳制备好的其它含水量土样的入土深度及含水量。3实验数据及成果整理计算各试样的含水量：同含水量计算。 式中液限。 m湿土试样质量（g）ms土粒试样质量（即干土质量）（g）m0称量盒质量（g）

10、 （二）、塑限实验塑限是指粘性土可塑状态与半固体状态的界限含水量。并与液限实验结合计算土的塑性指数和液性指数，作为粘性土分类以及估计地基承载力的依据。塑限实验的方法：搓条法及液塑限联合测定法。常用的是搓条法。方法一：搓条法1仪器设备毛玻璃板；天平 ：感量0.1g；其它：称量盒等。2操作步骤（1）按做液限实验制备土样方法制备土样（约100 g）。（2）为使实验土样的含水量接近塑限，可将土样放在手中捏揉至不粘乎，或用吹风机稍吹干些，然后将土样捏扁，如出现裂缝，表示土样合水过接近塑限。（3）取接近塑限的土样一小块，先用手搓成椭圆形，然后再用手掌在毛玻璃上轻轻地搓滚，搓滚时手掌要均匀施加压力于土条上，

11、不得使土条在毛玻璃上无力滚动。土条宽度不宜超过手掌宽度。在滚动时，不应从手掌下任一边脱出，土条在任何情况下，不得产生中空现象。（4）若土条搓至直径3mm时，仍未产生裂缝及断裂，表示这时含水量高于塑限，应将其捏成一团，按上述步骤继续搓滚。直至土条直径达3mm时，产生裂缝并开始断裂为止。如果土条直径大于3mm时即断裂，表示土样含水量小于塑限，应弃去，重新取土实验。（5）取合格的断裂土条放入称量盒中，随即盖紧盒盖，待收集约35g后（至少10条以上）称量，测定其含水量，即得该土的塑限。方法二：液塑限联合测定法仪器设备及操作方法同液限，但是测定标准不同。测定土样塑限时锥入土深度标准粉性土和粘性土2.4毫

12、米亚砂土H5.0毫米3实验数据及成果整理塑限计算公式同含水量： 式中：塑限； m湿土试样质量（g）ms土粒试样质量（即干土质量）（g）m0称量盒质量（g） 说明：本实验需进行两次平行实验，取其平均值。当40%时，两次实验的差值2%；当l40%时，两次实验值的差值1%。计算塑性指数Ip: 根据塑性指数，可对粘性土进行分类。定出土的名称。计算液性指数：根据液性指数，可对粘性土的软硬状态进行判断。固结实验一、实验目的：土的压缩实验通过测定土样在各级压力作用下产生和压缩变形值，计算在pi作用下土样相应的孔隙比ei。绘制土的压缩系数a和压缩模量Es等,以便估算渗透和控制建筑物沉降量。二、实验方法目前常用

13、的压缩仪（也称固结仪），有磅称式和杠杆式两种，本实验用杠杆式压缩仪三、实验步骤：1.仪器设备（1）压缩仪杠杆式压缩仪包括压缩容器及加压设备两部分（压缩仪及加压设备），压缩仪图如图所示。压缩仪：由环刀、护环、透水石、水槽、加压盖板组成。加压设备由杠杆式组成。环刀：内径79.8mm或61.8mm，高20mm，截面积50cm2、30cm2。透水石：当用固定式容器时,顶部透水石直径小于环刀内径0.20.5mm；当用浮环式容器时，上下端透水石直径相等。量表：也称为百分表（或称测微表），量程10mm，最小分度0.01mm。其它：天平、刮刀、滤纸、凡士林、玻璃片、秒表等2.操作步骤环刀取土：取原状土（取土方

14、向应于天然受荷方向一致），在环刀方向内壁涂一薄层凡士林，刀口向下放在土样上，然后用钢丝锯将土样修成略大于环刀直径的土柱，环刀垂直下压、边压边修，直至土样伸出环刀为止，削去两端余土，刮平（注意不得在土面是反复刮）。安放土样。在压缩容器内，顺次放上底板、洁净而润湿的透水石及滤纸各一，将带有试样的护环放入容器内并放好导环（护环），盖覆上直径略小于试样的洁净润湿的透水石及滤纸各一，最后放上加压上盖。调整仪器。检查加压设备是否稳固、灵敏及位置是否正确。轻轻抬起杠杆，将装好试样的压缩容器放在加压台的正中，使加压横梁的钢珠与加压上盖紧密配合，然后装上测微表（百分表），调节表脚使其可伸长的长度不小于8 mm，

15、并检查表是否灵敏和垂直。在砝码吊盘上加相当于试样受压约为1 kPa的预压荷载，使压缩仪的各部分紧密接触。然后调整测微表的读数（学员应在实验前熟悉测微表如何读数。），使其大小指针均对准零点或以某正数作为起初读数，并记录。压缩步骤：计下量表读数，施加第一级荷载，在加荷同时开动秒表时应将砝码轻轻地放在砝码盘上，避免因冲击、摇摆而使试样产生额外的变形和砝码掉落伤人。（加压后，按土工规范应当是按下列时间顺序记下量表读数：10、20、60、120.23小时、24小时，至稳定沉降。稳定沉降的标准为每级压力下压缩24小时，对于某些高压缩性土，若24小时后尚有较大的压缩变形时，以量表读数的变化不超过0.005m

16、m/小时认为稳定。记下稳定读数，加第二级压力，依照加第一级压力时读数时间记下量表读数，直至稳定。依次逐级加压，至实验结束。一般的加压等级为：12.5、25、50、100、200、300、400、800、1600。）由于实验时间有限，可适当缩短每级荷载的压缩时间（例如可以读到15或20分钟就假定一级变形已稳定）。本实验可采用50、100、200、300四个等级，第一级荷载为50。用杠杆式加压设备时，直接加第一级荷载，使土样承受50的压力（这时挂上托盘，考虑托盘自重后，加法码到50），在加上压力的同时，开动秒表分别在1、2、3、5、10、15、20分钟记录测微表读数，例如20分钟即认为稳定。再依次

17、在托盘上逐缓加荷达100、200、300四个等级，同样测定变形量至稳定为止。实验结束后，迅速顺次拆去百分表，卸除砝码，取下容器，拿出护环，小心地取出带环刀的试样。3实验数据及成果整理计算初始孔隙比e0按下式计算试样的初始孔隙比e0 式中：ds土颗粒相对密度； 实验开始时土试样的含水量，% ； 0实验开始时土试样的密度，g/cm3 ；水的密度，g/cm3 ，=1g/cm3 。（2）按下式计算试样的初始孔隙比e0 式中：ds土颗比重； w0试样开始时的含水量，% ； 0试样开始时的密度，g/cm3 ；w水的密度，g/cm3 ，w=1g/cm3 。（3）计算各级荷载下压缩稳定后的相对沉降量式中：某一

18、级荷载下，试样压缩稳定后的总沉降量（等于该荷载下压缩稳定后的测微表读数减去仪器变形量。仪器变形量由实验室提供）。试样的初始高度（等于环刀高）。（4）各级荷载下压缩稳定后的孔隙比 （5）以孔隙比e（包括e0）为纵坐标，荷载（单位压力）p为横坐标（或对数坐标）绘制ep或elog p曲线。（6）根据ep曲线，确定在指定荷载变化范围p2-p1内（p1相当于土层所受的平均自重应力，p2相当于土层所受的平均自重应力和附加应力之和）土的压缩系数： 用p1=0.1N/mm2 (即100Kpa)及p2=0.2N/mm2（即200KPa）求得压缩系数a1-2评价土的压缩性：(7)计算某一压力范围内的压缩模量ES式

19、中 e1对应于p1时的孔隙比直接剪切实验直接剪切实验是测定土的抗剪的强度指标c、的一种常用的方法。一、实验目的：测定土的抗剪强度指标和c，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。二、实验方法：本实验使用应变控制式直剪仪。一般可根据实际情况选用快剪、固结快剪、慢剪三种方法。本实验采用快剪、即在施加坚向压力后立即施加水平推力至土样破坏，在整个过程中，始终不让土样排水。三、实验步骤1仪器设备（1）应变控制直剪仪（如图）:主要部分由剪切盒、加荷设备、剪切传动装置、位移量测系统等组成主要部件有：a.剪切盒剪切盒分上下两盒（一个传压板及两个透水石，上盒一端顶在量力环的一端，下盒与底座连

20、接，底座放在两条轨道滚珠上，可以移动）。b. 加荷设备及量测设备垂直荷重：通过杠杆放砝码来施加。水平荷重：通过旋转手轮推进螺杆顶压下盒来施加，荷重大小，从量力环的变形间接求出。（2）环刀；（3）位移量测设备百分表；其它：天平、削土刀、玻璃片、蜡纸、秒表等。2操作步骤（1）先制备土样，同土的密度实验。制备四个或四个以上试样。（2）将剪切盒内壁擦净，上下盒口对准，插入固定销，使上下盒固定在一起，不能相对移动，在下盒盒内放入一块透水石。然后将带有环刀的试样（两面各贴一张蜡纸），环刀口向上，平口向下，对准剪切盒口，再在试样上放一块透水石，将试样徐徐推入剪切盒内，移去环刀。（3）顺次放上传压板、钢珠和加

21、压板，按规定加垂直荷重（一般一组四次实验，建议采用100，200，300，400kPa四级荷载）。（4）按顺时针方向徐徐转动手轮，使上盒前端有钢球恰好与量力环接触（百分表微动表示恰好接触）调整百分表读数为零，然后加传压活塞、钢球、压力框架。（5）轻轻地施加垂直压力，立即拔去固定销，开动秒表、均匀转动手轮，以每分钟412转的均匀速率转动手轮（本实验以每分钟6转为宜），转动过程中不应中途停顿或时快时慢。使试样在35分钟内剪损，到土样剪损为止，土样剪损的标志为：量力环的百分表读数有显著后退或读数不再增大。手轮每转一圈应测记百分表读数一次。如百分表指针一直缓慢前进，不出现峰值，则说明破坏以变形控制进行

22、到剪切变形达4mm时为止。注：手轮每转一圈推进下盒0.2mm。（6）剪切结束后，倒转手轮，顺序去掉荷载、加压架、钢珠、传压板与上盒，取出试样。（7）重复上述步骤，做其他各垂直压力下的剪切实验。本实验至少四个试样，分别加以不同垂直压力进行剪切实验。垂直压力一般可取0.1、0.2、0.3、0.4N/mm2。注：如做固结快剪实验，应在试样两面各放一张滤纸，直剪仪上需要安装垂直量表，施加垂直压力后，使试样排水固结，并测记垂直变形，若试样的垂直变形0.005mm/小时，认为巳经达到固结稳定，记下稳定读数，然后按照步骤进行测试。3.实验数据及成果整理（1）计算剪应力f：f=CR (N/mm2)式中 C量力环系数（N/mm2/0.01mm）R剪损时量力环中百分表读数（0.01mm）（2）以抗剪强度f为纵坐标，垂直应力为横坐标，绘出坐标点（注意纵、横坐标比例尺应一致），根据这些点绘一视测直线，即为抗剪强度线。该线的倾角即为土的内摩擦角，分该线在纵坐标上的截距即为土的粘聚力c。综合实验要求：对于本次综合实验，要认真预习实验内容及步骤，实验过程中，要勤思考，勤动手，鼓励创新精神。实验结束后，按要求写出实验报告，及总结体会。