土力学实验.docx

1、土力学实验高等岩土力学土力学实验报告学院名称班 级学 号学生姓名2016年 6月13日一、土的重度、含水量实验 （3）二、土的塑限和液限测定实验 （5）三、土的固结实验 （7）四、土的直剪实验 （9）一、土的重度、含水量试验1.实验目的： 1.熟悉土工实验中环刀、天平、烘箱等基本设备的操作方法； 2.通过本试验掌握土体的天然含水率试验方法，了解含水率指标在工程中的应用，并配合其它试验计算土的干密度、孔隙比及饱和度等其它指标；3.通过本试验掌握土体的天然密度试验方法，了解天然密度指标在工程中的应用，并配合其它试验计算土的干密度、孔隙比及饱和度等其它指标。并初步了解土体密度大小与土的松紧程度、压缩

2、性、抗剪强度的关系2.实验原理：土体中的自由水和弱结合水在105110的温度下全部变成水蒸气挥发，土体粒质量不再发生变化，此时的土重为土颗粒质量加上强结合水质量，将挥发掉的水份质量与干土质量之比为土体含水率。即土体含水率是指土颗粒在105110的温度下烘干至恒重时所失去的水份质量与烘干土质量的比值，用百分数表示。单位体积土体质量称做土的密度，定义式为：0=m0/V单位体积土体的重量称作土的重度：= m0 g/V=0g式中：0土样湿密度（g/cm3）； 土的天然重度；m0土样质量（g）；V土样体积（cm3）。实验室内直接测量的密度为湿密度(对原状土称作天然密度)。 0=mw/ms式中： 0 土样

3、含水率()；mw土体所失去水分的质量(g)；ms烘干后土颗粒质量(g)。3.实验仪器设备：1.酒精及酒精灯：燃烧烘干土样至干土样2.天平：称量200g，最小分度值0.01g；3.其它工具：铝盒2个(编号为X 610和A 162)、开土刀、干燥器、温度计等。（a）环刀：内径61.8mm（3个）和79.8mm（1个），高20mm；（b）其它工具：切土刀，玻璃板、钢丝锯，凡士林等4.实验过程（内容、步骤、原始数据等）：4.1实验内容：（1）制作土样；（2）测定土的含水率；（3）测定土的重度。4.2实验步骤：1.用感量0.01g的天平称取铝盒和各环刀重量，记录铝盒和环刀的编号和重量；2.取具有代表性的

4、试样约15g（铝盒体积的14）放入铝盒内，（有机质土、砂类土和整体状构造冻土为50g），称铝盒加湿土质量，准确至0.01g，并记录铝盒号和盒加湿土质量。3.倒入适量酒精于放有湿土样的铝盒，点燃烘干至酒精完全耗尽，并重复再做1次。称量已经过2次燃烧烘干至恒重的铝盒加干土的质量，准确至0.01g，并记录。4.（a）取原状土或制备的扰动土样，整平两端，将环刀内壁涂一薄层凡士林，刃口向下放在土样上，将环刀垂直向下压至约刃口深处，用切土刀将士样切成略大于环刀直径的土柱后，边压边削，直至土样伸出环刀顶部，将环刀两端余土削平；（b）用铝盒中的代表性土样测定含水率；（c）擦净环刀外壁，称环刀加土的质量，准确至

5、0.01g。4.3原始数据：密度实验数据见表1表1 密度实验数据表序号土样编号环刀质量/g环刀与土质量/g1JG13-152.40260.412JG13-243.15159.713JG13-342.71160.304JG13-442.94162.17含水率实验数据见表2表2 含水率实验数据表序号铝盒编号铝盒质量/g铝盒与土、水质量/g铝盒与土质量/g1A-248.33 16.5114.842Y-509 8.4216.63 14.894.4试验结果;计算土的重度和含水率 表1 密度实验结果表序号土样编号环刀质量/g环刀与土质量/g土质量/g土重度/kN/m3平均重度/kN/m31JG13-152

6、.40260.41208.0120.1 19.82JG13-243.15159.71116.5619.43JG13-342.71160.30117.5919.64JG13-442.94162.17 119.2319.9表2 含水率实验数据表序号铝盒编号铝盒质量/g铝盒与土、水质量/g铝盒与土质量/g含水率平均含水率1A-248.3316.4814.8425.19% 26.04%2Y-509 8.4216.63 14.8926.89%5.实验结论：经过实验分析计算，得出如下结论：(1).所实验土样含水率 为26.04%;(2).所实验土样重度 可取19.8kN/m3； (3).通过本次试验，我们

7、可以知道哪怕是取自同一地点的土样，含水率也是有差异的。 二、土的塑限和液限测定试验1.试验目的测定粘性土的液限L和塑限p，并由此计算塑性指数Ip、液性指数IL，进行粘性土的定名及判别粘性土的软硬程度。2.试验原理粘性土的状态随着含水率的不同而不同，当含水率不同时，粘性土可分别处于固态、半固态、可塑态及流动状态，粘性土从一种状态转到另一种状态的分界含水率称为界限含水率。土从流动状态转到可塑状态的界限含水率称为液限wl。土从可塑状态转到半固态状态的界限含水率称为塑限wp；土的塑性指数Ip是指液限与塑限的差值，由于塑性指数在一定程度上综合反映了影响粘性土特征的各种重要因素，因此，粘性土常按塑性指数进

8、行分类。圆锥仪液限试验：就是将质量为76g圆锥仪轻放在试样的表面，使其在自重作用下沉入土中，若圆锥体经过5s恰好沉入土中10mm深度，此时试样的含水率就是液限。搓条法测塑限：滚搓法塑限试验就是用手在橡胶面上滚搓土条，当土条直径达3mm时产生裂纹并断掉，此时试样的含水率即为塑限。3.试验设备 3.1液塑限联合测定仪：如图31，有电磁吸锥、测读装置、升降支座等，圆锥质量76g，锥角30，试样杯等； 3.2天平：称量200g，分度值0.01g； 3.3其它：调土刀、不锈钢杯、凡士林、称量盒、烘箱、干燥器等。4. 实验过程 4.1实验内容： 1、制作土样； 2、测定土的液限和和土的塑限； 3、测定土的

9、液限和和土的塑限所对应的含水率。 4.2实验步骤： （a）制备试样：取代表性天然土或风干土过 0.5mm 的孔筛，过筛后取约 250g，放入调土皿中，加纯净水调成均匀浓糊状，将拌和均匀的土样密封于保湿缸中静置 24 小时； （b）放锥：将试样用调土刀调匀，密实地填入试杯中，不得在杯口反复涂抹，将刮平的试杯放在杯座上，至锥尖刚好与土面接触时，放松手指，使其锥体在自重状态下沉入土中； （c）读数：经 15s 后观看锥尖入土深度，若锥体入土深度刚好为 10mm 时，表示土的含水率适为液限，如不符合上述要求应重新调试土膏； （d）测含水率：将所测得的合格试样，挖去有凡士林的部分，取锥体附近试样迅速放入

10、铝盒内测定其含水率，此含水率既为液限； （e）此试验需进行两次平行试验，当两次测定的液限含水率差值小于 2时，取平均值作为该土样的液限。4.3注意事项：当土条搓至直径 3mm 同时出现横向裂纹时，该土条的含水率定义为塑限。若土条直径达到 3mm 而未出现裂纹，表明试样含水率高于塑限；若土条直径大于 3mm 即出现裂纹时，表明该试样的含水率低于塑限，出现上述两种情况需重新试验；5.实验结果：1.计算土的液限与塑限：表1 液限实验结果表 序号铝盒编号铝盒质量/g铝盒与土、水质量/g铝盒与土质量/g含水率(%)1A1608.1018.3815.87 32.30计算如下： 液限=(18.38-15.8

11、7) /(15.87-8.10)*100%=32.30%表2塑限实验数据表序号铝盒编号铝盒质量/g铝盒与土、水质量/g铝盒与土质量/g含水率(%)1Y65110.4220.9018.7226.27计算如下： 塑限=（20.90-18.72）/（18.72-10.42） *100%=26.27%2.计算土样塑性指数IP和液性指数IL塑性指数IP=32.30-26.27=6.03液性指数IL=(29.29-26.27)/( 32.30-26.27)= 0.506.实验结果： 经过实验分析计算，得出如下结论： （1）实验测定土样的液限可取值为 32.30； （2）实验测定土样的塑限可取值为 26.2

12、7； （3）土样的液性指数和塑性指数分别可以取值为 0.50和6.03； （4）依处理结果可得该粘性土属于可塑状态。三、土的固结实验1.实验目的：本试验之目的在于测定土的沉降变形，了解土体在侧限条件下的变形与时间压力的关系，结合其它试验指标配合计算土的压缩系数、压缩模量，确定土压缩性的高低。2.基本原理：2.1侧限压缩试验又称固结试验。土体的固结是指土体在外力作用下，土体中的水和气体被逐渐排走，孔隙体积减小，土颗粒之间重新排列的现象。2.2土的固结试验是通过测定土样在各级垂直荷载作用下产生的变形，计算各级荷载下相应的孔隙比，用以确定土的压缩系数和压缩模量等。3.仪器设备：3.1固结容器：由环刀

13、、护环、透水石、水槽、加压上盖组成;3.2环刀：高 20mm，面积 30cm2 或 50cm2;3.3加压设备：应能垂直地在瞬间施加各级规定的压力，且没有冲击力，压力准确度应符合现行国家标准土工仪器的基本参数及通用技术条件GBT15406 的规定。3.4变形量测设备：量程 10mm，最小分度值为 0.01mm 的百分表或准确度为全量程0.2的位移传感器。3.5其它：开土刀、过滤纸等。4.实验过程： 4.1实验内容：（1）制作土样；（2）测定土在不同荷载压缩下的形变量；（3）计算土的压缩系数和压缩模量。 4.2实验步骤： （1）试样制备：按密度试验要求取原状土或制备扰动土土样。并测定试样的含水率

14、和密度，取切下的余土测定土粒比重。试样需要饱和时，应按规定进行抽气饱和； （2）安装：在压密容器中放置好透水石和滤纸，将带有环刀的试样和环刀一起刃口向下小心放入护环，再在试样上放置滤纸和透水石，最后放上传压活塞，安装加压装置和百分表； (3)调零：施加预压力使试样与仪器上下各部件之间接触，将百分表或传感器调整到零位或测读初读数，通常将百分表测距调到大于 8mm； (4)加载：确定需要施加的各级压力，压力等级宜为 12.5、25、50、100、200、400、800、1600、3200k Pa。第一级压力的大小应视土的软硬程度而定，宜用12.5k Pa、25k Pa 或 50k Pa。最后一级压

15、力应大于土的自重压力与附加压力之和。只需测定压缩系数时，最大压力不小于 400k Pa； (5)沉降记录：施加每级压力后 24h 测定试样高度变化作为稳定标准，每间隔 1小时变形小于 0.01mm 时，作为稳定读数；要测定沉降速率时，施加每一级压力后宜按下列时间顺序测记试样的高度变化。时间为 6s、15s、lmin、2minl5s、4min、6minl5s、9min、12minl5s、16min、20minl5s、25min、30minl5s、36min、42minl5s、49min、64min、l00min、200min、400min、23h、24h，至稳定为止；（6）加第二级荷载：记下稳定

16、读数后，施加第二级荷载。依此逐级加荷，至试验结束；（7）试验结束：最后一级荷载稳定后，先卸除百分表，然后卸除砝码，升起加压框，拆除仪器各部件，取出试样，测定含水率。5.注意事项： 5.1在高压压缩试验中，仪器变形量不能忽略； 5.2滤纸浸湿后的变形量较大，因此，压缩试验要求使用薄滤纸或用孔径较细的透水石而不使用滤纸，但这时易使透水石淤堵； 5.3固结试验仅进行需要固结系数的那几级荷载，其它仅测读稳定沉降量；5.4压缩试验中，使用卡萨格兰德(Casagrande)方法确定前期固结应力时，前面几级加载比应小于1；5.5压缩试验过程中，使加载杠杆始终保持水平。6.实验结果：实验数据实验数据处理结果表

17、荷载P/Kpa压缩时间t/minp1=50P2=100p3=200010085.066.7185.773.039.2385.670.835.0785.567.931.21285.066.729.8总变形 s/10mm 15.033.370.2 由第一次试验可知 rw=10.0k N/m ,ro=20.0 k N/m ,wo=24.89 , 又知ds=2.72,Ho=20mm, S1=（100.0-85.0）*10mm=15.0*10mm S2=（100.0-66.7）*10mm=33.3*10mm S3=（100.0-29.8）*10mm=70.2*10mm （1）土的初始孔隙比 eo=ds(

18、1+wo) rw/ro-1=2.72*（ 1+24.89 ）*10.0/20.0-1=0.699； （2）土在不同荷载压缩下的孔隙比 e1=eo-s(1+ eo)/ Ho=0.699-15*10*(1+0.699)/20=0.686;同理分别代入 S2 和 S3 计算 e2=0.666，e3=0.640； （3）故土的压缩系数 =1-2=tana=(e/p) *10= (e1- e3)/ (p3- p1) *10 =（0.686-0.640）/(200-50) *10=0.3Mpa； (4)依所得的压缩系数，又由 Es=(1+ e1)/a=（1+0.686）/0.3=5.6 Mpa。7.实验结

19、果分析： 经过实验分析计算，得出如下结论： (1)试验土样的压缩系数可取值为 0.3Mpa，属于中压缩性土； （2）计算该土样的压缩模量为 5.6 Mpa，属于中压缩性土。4、土的直剪实验1.实验目的： 掌握土的室内直剪试验方法，并运用库仑莫尔强度理论确定土的抗剪强度参数 c、值，了解 c 和值在工程中的应用。2.基本原理：土的抗剪强度是指土体抵抗剪应力破坏时的极限能力。土体内某一面上的抗剪强度就是该面两侧的土体发生滑动的最大阻力，这一阻力是由内摩擦角和内聚力所组成，可近似地用 库仑公式表示如下： 粘性土 =tan+C 非粘性土 =tan 式中： 土体抗剪强度（k Pa）； 承受的垂直压力（k

20、 Pa）； 内摩擦角 （）； c粘聚力（k Pa）。3.仪器设备：3.1应变控制直剪仪：由剪切盒、垂直加载装置等组成（见图 63 ）3.2环刀：高度 20mm，内径 61.8mm。3.3天平：感量 0.1g、称量 500g；3.4百分表：量程 10mm； 3.5其它辅助工具：环刀、饱和器、削土刀、秒表、透水石、滤纸等。4.实验过程： 4.1实验内容： (1)制作土样； (2)测定土在不同荷载剪切的变形量 R； (3)计算土的剪切强度，绘图； (4)计算 c 和。4.2实验步骤： （1）按工程需要，从原状土样中切取原状土试样或制备给定干密度及含水率的扰动土试样。切样方法同压密试验； （2）每组试

21、验至少制备 4 个试样，按密度试验和含水率试验的方法测定试样的密度和含水率。要求各试样间的重力密度差值不大 0.3k N/m3，含水量不大于 2%； （3）将上、下盒对准，插入固定销，在下盒内放入透水石和滤纸，将带有试样的环刀刀口向上，刀背向下，对准剪切盒口，放置滤纸和上透水石，将试样慢速推入剪切盒内，移去环刀，加上传力盖板； （4）安装滑动钢珠、剪切盒和量力环，施加 0.01N/mm2 的预压荷载，转动手轮，将量力环中百分表读数调零。 （5）施加垂直压力后，立即拔除固定销，开动秒表，以 0.8mm/min 一周的速度匀速转动手轮(每转周剪位移 0.2mm)，使试样在 35min 内剪切破坏。

22、手轮每转一周，记录一次量力环内量表读数一次，直至土样剪切破坏。剪切破坏标准：当量力环中的百分表指针不再前进，或有明显后退时，取百分表读数最大值；当百分表指针不后退时，以剪切位移=4mm 对应的变形为百分表读数；这时使剪切位移达到 6mm 才停止剪切； （6）剪切完后，倒转手轮，移去垂直压力，重复（2）（5）的步骤对余下的试样进行不同垂直压力作用下的试样剪切。5.注意事项： 5.1整理实验成果时应采用规范公式； 5.2当百分表指针不后退时，以剪切位移=4mm 对应的变形为百分表读数；这时使剪切位移达到 6mm 才停止剪切；5.3慢剪法剪切速率应小于 0.0200.025mmmin，一般用电动装置

23、。6.实验结果： 实验数据及数据处理：圈数读数 Kpa10020030012.14.23.4213.715.114.2321.023.224.4425.929.032.1528.332.938.0631.135.743.0732.038.345.6834.240.147.3936.042.151.21037.843.853.51139.045.055.01240.246.557.01341.247.258.81442.848.260.21543.249.262.21644.050.263.01745.351.164.01845.152.064.71946.053.166.02046.453.7

24、67.4 已知 K=1.65kpa/10mm，由公式=KR 最大值和实验所得数据可得： 146.41.65 kpa=77kpa 2=53.71.65 kpa=89kpa 3=67.41.65 kpa=111kpa 又由已知（正应力）和（抗剪强度），可以做它们关系图如下：抗剪强度 200 10058.5 0 100 200 300 Kpa 从图上量的直线在纵轴上的截距即为 C=58.559kpa,直线倾角=10。也可由式 =tan+C 计算，即 111=58.5+300tan tan=0.175 =9.9 规范数理统计公式 =3(100+200+300）-(100+200+300)=60000 tan=3*(100*77+200*89+300*111)-(100+200+300)*(77+89+111)/ =10500/60000=0.175 =9.9 C=(276/3)-(600/3)0.175=57kpa7.实验结果分析： 经过实验分析计算，得出如下结论： （1）实验结果可取值为 9.9，C 可取值为 58kpa； （2）实验的剪切面限定在上下盒之间的平面，而不是沿土样最薄弱的剪切面破坏，与实际情况有差别。