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1、教学大纲长沙理工大学实验教学大纲“土工试验”教学大纲Syllabus for Experiment of Soil课程编号：08142057编写人：梁 斌 审批人：王桂尧一、实验教学的目的和要求土工试验属于桥梁工程等专业研究土体的应力、变形、强度、渗流和长期稳定性的一门实践性较强的实验课程。它不仅起着巩固土力学理论，增强对土的各种工程性质的理解等重要作用；而且是学习科学的实验方法和培养实验技能的重要实践途径；也是培养学生创新意识一个重要手段。通过土工试验，要求学生了解土的各种工程性质，掌握测定土的基本物理和力学性指标的基础知识、基本技能；掌握验证土力学理论的方法，加强学生动手能力的培养；初步掌

2、握综合型、设计型和创新型试验设计方法，试验程序编制，试验项目选取；掌握试验数据分析，试验报告编制和整理，提高学生分析和解决问题的综合能力。通过试验教学，还有意识地培养学生的动手能力，严肃认真，一丝不苟，实事求是的科学习惯和工作作风。二、课程学时学分总学分：0.5 总学时：0.5周三、实验项目名称和学时分配提高型实验项目名称和学时分配序号实验项目名称（实验课程目录）学时必或选开实验类型分组人数面向专业4三轴压缩试验（试验全过程）0.5周必开综合4桥梁工程5地基承载力确定试验2选开设计46EPS材料土工试验4选开设计47学生自选创新试验4选开创新48填料压实性评价试验4选开综合49土的定名试验4选

3、开综合410钻探和原位测试4选开综合4四、单项实验的内容和要求1三轴压缩试验实验内容：三轴压缩试验相对于直接剪切试验，它可以控制排水条件，应力条件明确，土样的破坏面是任意的，可以测量孔隙水压力，有较多的优点。因此，较重要的土木工程、水利水电工程和土建工程都要求进行三轴压缩试验。实验内容是用有较应力法和总应力法（包括各种排水条件）测定土的抗剪强度指标c、值；进行应力应变实验，测定土的本构关系；进行应力路径实验，开展科学研究；进行无侧限压缩实验；测定孔隙水压力系数。实验要求：三轴压缩试验是测定土的抗剪强度的一种方法，它通常用3-4个圆柱形试样，分别在不同的恒定周压力（即小主应力3）下，施加轴向压力

4、即产生主应力差（1-3），进行剪切直至破坏；根据摩尔-库仑理论，求得抗剪强度参数。用有效应力法和总应力法整理资料，求出总应力强度指标及有效应力强度指标，并予以比较。要求桥梁工程专业的本科学生从实验设计、实验步骤、实验结果整理和实验成果的应用等方面，全面进行三轴压缩试验的操作，完成实验全过程。要求研究生应熟练掌握三轴压缩试验。主要仪器：应变控制式三轴仪；附属设备：击实筒、饱和器、切土盘、切土器和切土架、分样器、承膜筒、制备砂样圆膜；天平（称量200g，分度尺0.01g；称量1000g，分度尺0.1g；称量5000g，分度尺1g）；量表（量程30mm，分度尺0.01mm）；橡胶膜（对直径39.1m

5、m和61.8mm的试样，橡胶膜厚度0.1-0.2mm为宜；对直径101mm的试样，橡胶膜厚度0.2-0.3mm为宜）。2地基承载力确定试验实验内容：学生针对实验室指定的原状地基土样、地质勘探（含原位实验）资料和结构设计资料等，初步制定确定地基承载力所需进行的实验方案，经指导教师审定确定具体实验项目，学生自主完成实验，结合原位实验，提交地基承载力设计值及其相应的设计和计算说明书。学生在预约实验时，阅读所取的原状地基土样的地质勘察、原位实验和上部结构设计的有关资料。认真阅读参考资料中抗剪强度、地基承载力方面的内容和不同行业的规范。提出地基承载力计算所需进行的实验项目。实验要求：掌握根据具体的地质勘

6、探和结构设计资料，选择确定地基承载力所需进行的一系列的实验方法，学会运用实验方法解决土木工程实际问题的科学方法。主要仪器：工程动测仪，钻探机组，动三轴仪等。3EPS材料土工试验实验内容：学生根据EPS材料特性，主要依据实验室现有设备，自主设计一种测试EPS材料物理及力学性能的实验方法，经与指导教师讨论后，实施测试方案，提交测试方法的评价报告。学生在预约实验时，阅读EPS材料土工性能的有关参考资料，了解土工实验室现有的仪器设备现状，提出要进行测试的EPS材料土工指标，制定相应的实验计划。实验要求：学生独立完成实验的全过程，提交实验报告。主要仪器：INV306数据采集系统等，实验用土料和EPS材料

7、由实验室提供。4学生自选创新试验实验内容：学生必须自主提出一种创新性实验方法，经与指导教师讨论后实施，提交新方法的评价报告。学生在预约实验时，提交自己的创新性实验的构思，实验指导教师根据具体情况与学生共同讨论确定实验实施方案。实验要求：学生所设计的方法要有创新点，对所设计的新方案能进行科学评价，学生独立完成实验的全过程，提交实验报告。主要仪器：实验室现有仪器设备。5填料压实性评价试验实验内容：学生根据实验室指定的填料土样及压实工程要求，初步制定填料压实性评价所需进行的实验方案，经指导教师审定后，确定具体实验项目，学生自主完成实验，提交压实性实验报告。学生在预约实验时，阅读实验土样的野外取样和土

8、料场的地质资料明确压实工艺和技术参数要求。认真阅读参考资料中路基及地基压实方面的有关内容和不同行业的规范，提出土的压实性能评价所需进行的实验项目。实验要求：掌握填料压实的基本理论、相关的实验方法和填料压实性室内评价方法。指导教师根据具体情况与学生共同讨论按地基填料压实或路基压实要求必做的实验项目，最后，选取最重要的23项实验作为学生具体要做的实验。学生独立完成实验的全过程，并提交实验报告和填料压实性评价报告。主要仪器：电动击实仪、手动击实仪等。6土的定名试验实验内容：学生对实验室指定的具体土样进行简易鉴定，制定土样定名所需进行的具体实验方案，经指导教师审定后确定具体实验项目，学生自主完成实验，

9、提交土样定名实验报告。学生在预约实验时，了解所取的实验土样的有关资料，并参照附件提供的资料对土样进行简易鉴别、分类。认真阅读参考资料中土的工程分类、命名的方法和不同行业的规范。在简易鉴别分类的基础上，提出具体定名所需进行的实验项目。实验要求：掌握确定土的工程分类定名的一系列实验方法，学会运用综合分析方法对土样进行工程分类命名。指导教师根据具体情况与学生共同讨论按土样要求必做的几项实验，最后，选取最重要的23项实验作为学生具体要做的实验。学生独立完成实验的全过程，并提交实验报告和土的工程分类定名报告。主要仪器：土壤液塑限仪，甲、乙种比重计，土壤标准筛等。7钻探和原位测试实验内容：钻探是取得设计资

10、料的基本手段，是工程地质课程的重要任务，是土工实验所用土样的来源之一，原位测试可以避免对土样的扰动，克服某些情况下取土困难和尺寸太小的缺陷，和现场勘察互相补充。因此，钻探和原位测试越来越受到有关高等学校的重视，纷纷列入选开或观摩实验项目。实验要求：钻探、贯入实验，轻便触探都是取得第一手土工资料的重要手段，学生应具有进行操作的初步能力。触探和旁压实验是先进的原位测试设备和开展科研的必要工具，本科生应有一定的了解。主要仪器：钻探机组，数据采集系统，土壤孔压静力测探仪，多功能静力触探仪等。五、实验教材梁斌，刘龙武土工实验教程六、考试方法学生进行实验前应预习土工实验教程及土工试验报告。实验分组进行，每

11、个实验小组设组长一人，负责领取实验所需仪器，实验结束后，组长负责组织同学清洗实验仪器，打扫实验室卫生等。考核按本科（土工试验教学大纲）中所规定的必做实验项目和选做实验项目，采取抽查与考核评分相结合，实验的表现情况与操作技能相结合，提问与资料成果整理相结合等多方面情况综合考核。根据学生的实验报告数据以及对数据的分析情况，考察学生做实验时的动手能力，结合学习态度及考勤情况，由实验教师综合评分。实验成绩以土工试验课程计划中给定学时单独加以确定。“土力学”实验教学大纲Syllabus for Experiment of Soil Mechanics B课程编号：08010029编写人：梁 斌 审批人：

12、王桂尧一、实验教学的目的和要求土力学课程属于道路、桥梁、隧道、建筑、岩土、水工、港航、工民建、工程力学和交通工程等专业的专业基础课。是研究土体的应力、变形、强度、渗流和长期稳定性的一门学科。而土力学实验是土力学课程教学中的一个重要环节，它不仅起着巩固课堂理论，增强对土的各种工程性质的理解等重要作用；而且是学习科学的实验方法和培养实验技能的重要实践途径；也是培养学生创新意识一个重要手段。通过实验，要求学生了解土的各种工程性质，初步掌握测定土的基本物理和力学性指标的基础知识、基本技能；初步掌握验证土力学理论的方法，加强学生动手能力的培养；了解综合型、设计型和创新型实验设计方法，实验程序编制，实验项

13、目选取；了解实验数据分析，实验报告编制和整理，提高学生分析和解决问题的综合能力。通过实验教学，还有意识地培养学生的动手能力，严肃认真，一丝不苟，实事求是的科学习惯和工作作风。二、课程学时学分总学分：2.5 总学时：46 实验学时：8 三、实验项目名称和学时分配1基础型实验项目名称和学时分配序号实验项目名称（实验课程目录）学时必或选开实验类型分组人数面向专业1颗粒大小分析试验2必开验证4 道路、桥梁、隧道、建筑、岩土、水工港航、工民建工程力学交通工程2液塑限联合测定试验2必开验证43粘性土固结试验（含密度、含水率）2必开验证1 4直接剪切试验2必开验证1 5渗透试验2选开验证2 6击实试验2选开

14、验证2 7比重试验4选开验证4 2提高型实验项目名称和学时分配序号实验项目名称（实验课程目录）学时必或选开实验类型分组人数面向专业8三轴压缩试验4选开综合4 道路、桥梁、隧道、建筑、岩土、水工港航、工民建工程力学交通工程9地基承载力确定试验2选开设计410EPS材料土工试验4选开设计411学生自选创新试验4选开创新412填料压实性评价试验4选开综合413土的定名试验4选开综合414钻探和原位测试4选开综合4四、单项实验的内容和要求1颗粒大小分析试验（甲种密度计法）实验内容：采用风干土样，按公式计算试样干质量为30g时所需的风干土质量。称风干试样30g入锥形瓶中，注入水200ml，将装有浸泡一昼

15、夜试样的锥形瓶放在电砂浴上煮沸1小时。把冷却后的悬液倒入瓷杯中，将上部悬液倒入量筒。如此反复操作，直至杯内悬液澄清为止。当土中大于0.075mm的颗粒估计超过试样总质量的15%时，应将其全部倒入0.075mm筛上冲洗，至筛上仅留大于0.075mm的土颗粒为止。将洗筛上的土颗粒烘干称量，进行细筛分析。把过筛悬液倒入量筒，加4%的六偏磷酸钠10ml于量筒溶液中，注入纯水至1000ml。用搅拌器在量筒内上下搅拌约30次，取出搅拌器，将密度计放入悬液中同时开动秒表。测经30秒、1530120min和1440min时的密度计读数。每次读数均应在预定时间前10-20秒将密度计放入悬液接近读数的深度，并注意

16、保持密度计浮在量筒中部位置，密度计读数均以弯液面上缘为准。甲种密度计应准确至0.5。并测悬液温度，准确至0.5。抄录弯液面、温度、沉降距离和分散剂校正等有关数据。实验要求：本实验是应用stokes沉降原理，测定土中颗粒直径小于0.075毫米的各种粒径土的质量百分数，结合筛分法测出的大于0.075毫米各种粒径土的质量百分数，借以明了颗粒大小的分配情况，供土的分类，概略判断土的工程性质及建材选料之用，为土的定名提供数据。由实验室提供干土样30克，加水经煮沸一小时并配制成1000毫升悬液倒入量筒，要求学生独立完成实验，掌握沉降原理的概念及应用条件，应用甲种密度计进行颗粒分析，掌握试验方法、操作步骤，

17、并计算所测定土中各粒径的质量百分数，绘制颗粒级配曲线。主要仪器：甲种密度计（分度值-550，最小分度值为0.5）；量筒（1000ml，内径60mm，量筒内底至1000 ml刻度的距离在32cm以上）；温度计（测量范围050，精度0.5）；天平（称量200克，感量0.1克）;洗筛漏斗（上口直径大于洗筛直径，下口直径略小于量筒直径）；煮沸设备（电砂浴）；化学药品（4% 六偏磷酸钠或浓度25% 氨水）；搅拌器（底板直径50mm，底板上小孔径约3 mm，杆长大于45cm）；其它：蒸馏水、三角烧杯（500 ml）、秒表等。2液塑限联合测定试验实验内容：应尽可能选用具有代表性的天然含水率的土样来测定。若土

18、中含有大于0.5毫米的颗粒较多或夹有多量的杂物以及由于条件限制只能采用风干土时，应将土样风干研散过0.5毫米的标准筛。将试样调成三种不同含水率，分别装入试杯内，用液塑限联合测定仪测得三个不同锥体沉入深度。将测定出的三个不同含水率及相应的三个锥体沉入深度绘点在双对数座标纸上，经过修正后，连一直线。根据不同行业规范确定沉入深度对应的含水率，即分别求出液限（WL）和塑限（WP）。实验要求：由实验室提供经过浸润调拌处理后的土样，要求学生测定该土的液限和塑限。根据实验资料确定该土的类别（定名）和天然稠度状态。主要仪器：液塑限联合测定仪；电子天平（称量500克、感量0.01克）；电烘箱（电热恒温烘箱或远红

19、外干燥箱）；其它（盛土铝盒、干燥器、调土杯、调土刀、橡胶吸水球、凡士林、电吹风机、蒸馏水和孔径为0.5毫米的标准筛）等。3粘性土的固结试验(包括天然密度、天然含水率试验)实验内容：根据工程需要，切取原状土或所需状态制备好的扰动土样。用固结环刀按密度试验方法切取试样（本实验采用61.8mm的环刀，底面积为30cm2）。原状土，切土的方向与自然地层中的上下方向一致。然后称环刀加试样总质量，扣除环刀质量后即得湿试样质量，计算出土的密度（）。用切取试样时修下的土测定含水率（W），平行测定，平行差 2% 。在固结容器底座内，顺次放湿润的透水石和滤纸各一，将试样连同环刀一起（环刀刀口向下）放在透水石和滤纸

20、上，试样上依次放上护环以及试样面积相同的湿润的滤纸和透水石各一，加上传压板。将装好样的固结容器放在加压台的正中。安装百分表，挂钩预压砝码（1KPa），使固结仪内各部分接触妥贴，百分表调零，确定需要施加的各级压力（本实验只做50100200400KPa四级荷载）。按实验教师规定时间读数。记下每级荷载下假设固结稳定后百分表的读数（R1R2R3R4），分别减去对应的仪器变形量，求出各级压力下试样变形量。实验要求：粘性土的固结是土体在荷载作用下产生变形的过程。固结试验的目的是测定试样在侧限与轴向排水条件下的孔隙比和压力的关系曲线（e- p）。要求学生在单向固结仪中测定土的固结性，绘制该土的（e p）曲

21、线，求出a 1-2，判断该土样的压缩性。并仔细观察土的变形与时间关系这一重要特性。主要仪器：固结仪：三联固结仪；百分表（量程10毫米，分度值0.01毫米）、密度实验所需的环刀（内径61.8毫米，高20毫米）、电子天平（称量500克，感量0.01克）、平口切土刀、钢丝据、凡士林和圆玻璃片）。含水率实验所需要的远红外干燥箱（温度自动控制在105110，其控制温度的精度高于20C）、盛土铝盒、放有氯化钙或硅胶等干燥剂的玻璃干燥缸、温度计、秒表和仪器变形量校正表等。4直接剪切试验实验内容：（本实验只做快剪法）根据工程需要，从原状土或制备成所需状态的扰动土中用环刀切四个试样，如系原状土样，切试样方向与土

22、在天然地层中的上下方向一致。对准上下剪切盒，插入固定销钉，在下盒内放洁净透水石一块及橡皮垫一张。将盛有试样的环刀，刀口向上，对准剪切盒，在试样上放橡皮垫一张及透水石一块，然后将试样用透水石压入盒底。并顺次加上传压活塞、钢球及加压框架。安装百分表。顺时针方向缓慢转动手轮，至剪切盒、量力环、钢球之间恰好接触（即百分表指针刚开始走动）立即停转手轮，加规定荷载，拔出固定插销，百分表调零，开动秒表，以6转/min的速率剪切，使试样在3-5分钟内剪损。当百分表指针不再前进或有显著后退或剪切变形量达到4毫米时，认为试样已经剪损，分别记录百分表指针最大读数（R1R2R3R4）。（本实验取4个试样，分别加不同的

23、垂直荷载100200300及400KPa剪切）。实验要求：直接剪切试验是测定土的抗剪强度一种常用方法。通常采用4个试样，在直接剪切仪上分别在不同的垂直压力下，施加水平剪切力，试样在规定的受剪面上进行剪切，求得土样破坏时的剪应力f，然后绘制剪应力f和垂直压力P的关系曲线即抗剪强度曲线。本实验用应变控制式直剪仪进行快剪法试验。由实验室提供制备好的土样，要求学生用快剪法在直接剪切仪中测定，跟据库仑定律确定该土的抗剪强度指标和C的数值。主要仪器：应变控制式直接剪切仪、百分表（量程10毫米：精度0.01毫米）、秒表、切试样的用具等。应变控制式直接剪切仪。它的主要特点是：剪切力（水平力）是通过转动手轮，使

24、轴向前移动而推动底座施加水平推力给下剪切盒，剪力的数值是利用量力环测出（量力环是一个钢环，事先已知每单位变形时所受的力，故在实验时用百分表测得量力环径向变形数值即可算出所受的应力值）。本仪器对粘性土和砂土均适用。5渗透试验实验内容：根据需要用环刀在垂直或平行土样层面切取原状试样或制备成给定密度的扰动试样，充水饱和，禁用修土刀反复涂抹试样表面，避免试样表面孔隙堵塞，影响实验结果。将容器套筒内壁涂一薄层凡士林，将盛有试样的环刀推入套筒，压入止水垫圈，装好带有透水石和垫圈的上下盖，拧紧螺丝，不得漏气漏水。把容器进水口与水头装置连通，容器侧立，打开排气管止水夹，开进水口止水夹充水排除容器底部的空气，直

25、至水中无夹带气泡溢出为止。关闭排气管止水夹，平放好容器。在小于200cm水头作用下静置，上出水口有水溢出后，开始测定。当采用变水头时，将水头管充水至需要高度后，关止水夹，开动秒表，同时测记起始水头h1，经过时间t后，测记终了水头h2，如此连续测记23次后，使水头管水位回升至需要高度，连续测记数次，前后需6次以上，实验终止，同时测记实验开始时与终止时的水温。当采用常水头时，用量筒接取出水口处时间t的渗水量，并测记水头h及水温T，如此重复测记6次以上，每次测定的水量，应不少于5.0cm3。实验要求：本实验主要用南-55型渗透仪，根据其原理大致可分为常水头和变水头两种。前者适用于透水性大（K10-3

26、厘米/秒）的土，后者适用于透水性小（K10-3厘米/秒）的土。由实验室提供已备好的土样，切取后，对于砂土可直接在仪器内浸水饱和，对于不易透水的粘性土则可采用真空饱和，由学生装样，按操作步骤进行渗透实验，测定渗透系数。主要仪器：南-55型渗透仪：渗透容器；水头装置：有变水头和常水头两种，变水头管要求内径均匀且不大于1cm，装在刻度读数精确到1.0mm的木板上。其它：切土器，渗透环刀，100mL量筒，秒表，温度计，削土刀，钢丝锯，凡士林等。6击实试验实验内容：将具有代表性的风干土样或在低于60温度下烘干的土样或天然含水率低于塑限可以碾散过筛的土样用木碾碾散，过5毫米筛后备用，土样量不少于2公斤。（

27、本步骤由实验室完成）。测定土样风干含水率，按土的塑限估计其最优含水率，并依次相差约2%的含水率制备一组试样（不少于5个），其中有两个大于和两个小于最优含水率，按公式计算需加水量。按预定含水率制备试样。取土样约2.5公斤，平铺后，用喷水设备均匀喷洒预定的水量，充分拌和后装入塑料袋内静置备用。（学生做实验时可用实验室已准备好的湿润土样，根据土样的含水率和试样预定含水率计算加水量，试样加水拌匀后立即进行实验，各个预定含水率及土样原有含水率实验室给出）。手工击实时，将击实仪放在地面上，击实筒底和筒内壁涂少许润滑油，取制备好的土样600克至800克（其量应使击实后试样高于筒的三分之一）倒入筒内，整平其表

28、面，按27击进行击实。击锤自由下落。锤迹均匀分布于土面。齐筒顶细心削平试样，拆除底板。擦净筒外壁，称量，准确至1克。用推土器从击实筒内推出试样，从试样中心处取两个各约15-30克土测定其含水率，计算至0.1%，其平行差小于1%。按以上各步骤，对其他不同含水率的试样进行实验。实验要求：击实是用锤击使土颗粒相互靠近，使土密度增加的一种方法。当在一定的击实功能作用下，土的密度随含水率而变化，使土达到最大密度所需的含水率称为最优含水率，其相应的干密度称为最优干密度。由实验室提供土粒直径小于5毫米的土样，要求学生根据此土样的含水率和试样预定含水率计算加水量，试样加水拌和后立即进行实验。绘出d-W关系曲线

29、。主要仪器：标准击实仪，技术性能及指标如下：击锤：质量2.5kg；锤底直径5.0厘米；落高30厘米；击实筒：直径100毫米，筒高127.3毫米，体积1000cm3；单位体积击实功能607.5kJ/m3，单位面积冲击量为3KPaS，锤击速率15次/分。天平：称量200克，感量0.01克，称量2千克，感量1克各一台；台称：称量10千克，感量5克；筛：孔径5毫米。其它：烘箱、喷水设备、碾土器、盛土器、推土器、修土刀和保温设备等。7比重试验实验内容：将风干试样约100克放在研钵中研散，使全部通过孔径为5毫米的筛，将已筛过的试样在105110下烘至恒重后放入干燥器内冷却至室温备用。把比重瓶烘干，将烘干土

30、约15克装入100毫升瓶内并称其质量，得瓶加土的质量（m1），准确至0.001克。为排除土中的空气，将已装有干土的比重瓶，注蒸馏水至瓶的一半处，摇动比重瓶，使土粒初步分散，然后将瓶放在变温电热砂浴上煮沸（记住将瓶塞取下）。煮沸时要注意避免瓶内悬液溅出，煮沸时间从悬液开始沸腾时算起。砂土和砂质粉土不少于30分钟，粘土和粉质粘土不少于1小时。将比重瓶从砂浴上取下，注蒸馏水入瓶中至近满；然后放比重瓶于恒温水槽内，待瓶内悬液温度稳定及瓶上部悬液澄清。（与水槽内的水温相同），测记水温（T），准确至0.5（注：本槽内水温控制在20）。轻轻插上瓶塞，使多余水分从瓶塞的毛细管上溢出（溢出的水必须是不含土粒的清

31、水）。将瓶外水份擦干后，称瓶加水加土的总质量（m4）准确至0.001克。实验要求：土粒比重是土体直接测量的物理指标之一，土粒比重受组成土粒的矿物成分所决定。因此，土粒比重大小间接反映了土粒的矿物成分。从而在一定程度上反映了土的力学性质。土粒比重还是计算土的换算指标的一个必不可少的物理量。测定土粒的比重是为计算土的孔隙比、饱和度以及给土的其他物理力学试验提供必要的数据。本次试验内容较多，要求学生事先必须做好预习。要注意保证试验质量。试验数据必须当时立即直接填入表格，不要漏记仪器号码和其他必要数据。计算及填写试验结果时，注意必要的位数和单位。计算时要画三相草图，尽可能在图上将数值填入。主要仪器：比重瓶：容量100ml；分析天平：称量200g，分度值0.001g；恒温水槽：准确度1；变温电热砂浴：3000瓦；其它：孔径2及5mm土样筛、烘箱、研钵、漏斗、