土力学四大实验.docx

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1、试验一土的密度及含水量试验（一）试验目的测定土的密度与含水量。（二）土的密度测定1.试验内容和原理（1）试验内容：用“环刀法”测土的自然密度。（2）试验原理：土的密度P是单位体积土的质量。p=（rn-m2）V式中mi环刀加土的质量（g）;tn2环刀的质量（g）;V土的体积（cm3）o2 .试验仪器及材料（环刀法）：内径68cm,高23cm,体积为IoOCm3和60cm3两种；天平：感量0.01g,称量200g,其他：切土刀，钢丝锯，凡士林。3 .试验步骤（1）按工程需要取原状土或制备所需状态的扰动土样，整平其两端，将环刀内壁涂一层凡士林，称出环刀的质量，刀口向下放在土壤上。（2）用切土刀（或钢

2、丝锯）将土样削成略大与环刀直径的土柱，然后将环刀垂直下压，边压边削，至土样伸出环刀为止，将两端余土削平，取剩余的代表性土样用于测定含水量。（3）擦净环刀外壁称重（若在天平放祛码一端，放一等重环刀）可直接测出湿土重。精确至0.1go（4）计算土的密度，精确至0.01gc（5）本试验需进行两次平行测定，其平行差值不得大于0.03gc,取其算术平均值。（6）操作留意事项：用环刀切取式样，为防止扰动，应切削一个较环刀内径略大的土柱，然后将环刀垂直下压，为避开环刀下压时挤压四周土样，应边压边削，直至土样伸出环刀，然后将两端修平用直刀一次刮平，严禁用直刀在环刀土面上来回抹平，如遇石子等其他杂物等要尽量避开

3、，无法避开则视状况酌情补上。4 .成果整理，写出试验过程，整理试验数据，并填表1表1密度测定数据纪录表环刀编号（湿+环刀）质量mg环刀质量mg湿土质量(m1-m2)/g环刀体积Zcm3密度/gctny平均值Plgcnf31251.592159.5100.0311.5941.591224889159100.0981.588备注（三）的含水量测定1 .试验内容和原理（1）试验内容：用烘干法测土的含水量。（2）试验原理：土的含水量。为土中所含水的质量叫心与土粒质量*的比值。=mw/tnx100%本试验一烘干法完成，为室内试验的标准方法，烘干法是将肯定数量土样称重后放入烘箱中在100105C恒温烘至恒

4、重。烘干后土的质量即为土粒质量用,样所失去质量为水质量mw。2 .试验仪器及材料烘箱：电热烘箱或温度能保持100105C的其他能源烘箱及红外线烘箱等；天平：称重200g,感量0.01g,其他：干燥器，称量盒，削土刀等。3 .试验步骤（1）取代表性式样1530g放入称量盒内，马上盖好。称湿土加盒的质量，精确至0.1g（2） 揭开盒盖将试样放入烘箱，在温度100105C下烘到恒重。（3）将烘干后的式样取出，放入干燥器内冷却，称出盒加干土质量，精确至OJg（冷却时间不要过长）（4）计算土的含水量：本方法需要进行两次平行测定，取两次结果的算术平均值作为土的含水量，精确至0.1%。4.成果整理写出试验过

5、程，整理试验数据，并填表2.表2含水量测定数据纪录表样盒号土样盒质量/g（1）盒+湿土质量/g（2）盒+干土质量/g（3）水的质量/g(4)=(2)-(3)干土的质量/g（5）=（3）-（1）含水量（质量分数，%）1246962.16.838.217.80224.869.763.16.638.317.20试验二粘性土的液限、塑限的测定一、试验目的：是测定粘性土的液限和塑限，从而算出塑性指数，用来作为粘性土的分类依据。其与自然含水量比较，可以推断土属于哪个稠度状态，借此可确定地基土的计算强度。二、基本原理（一）粘性土由于所含的水分不同，而形成流淌状态，可塑状态，半固体状态及固体状态。测求土处于可

6、塑状态与流淌状态的界限含水量称为液限，测土处于可塑状态与半固体状态的界限含量称为塑限。其液限与塑限之差称为塑性指数。（二）测定的方法有多种，这里我们采纳塑液限联合测定仪法。（三）、液限与塑限的测定只适用于小于0.5毫米土粒占优势所级成的粘性土，土样含有大于05毫米的颗粒或含有机物质510%之间时，仍可用此方法，但必需注明有机物含量。三、仪器设施液限联合测定仪：圆锥仪,读书显示器；试样杯:40-5Omm,高30-4Omin;天平:称量200g,分度值0.01g;其他：筛（0.5毫米）、烘箱、调土刀、凡土林等。四、操作步骤（一）本次试验采纳风干土制备试样。取筛余土样，放在调土皿中，加水调成匀称浓糊

7、状，制备成三组分别含水率不同的试样，用湿布掩盖，或放在密闭玻璃容器中，静置于一昼夜。（二）将制备好的试样，用调土刀调拌匀称，分层装入土杯中，填装时留意勿使土内留有空隙或气泡，用刮刀将多余的土刮去，使与杯口齐平，并将其杯放在底座上。（三）将锥式流限仪用布拭净，并用锥体上抹一层凡士林，提住锥体上端手柄，对准试样表面中部，至锥尖与试样表面接触时放开手指，使锥体在其自重下沉入土中，测出经过约5秒钟其下沉深度。（四）从杯中圆锥沉入点四周（把附有凡士林的土去掉）取土10克以上，测其含水量，精确到0.01。（五）将称量过的铝盒放入烘箱在规定温度线烘至衡重，取出后冷却称量重量（六）重复2-7次以上步骤，测试三

8、种含水率土样的圆锥深化度和含水量（三种土样最好分别为液限，塑限，固限左右的含水量）。五、纪录格式液塑限试验土样编号班级勘技一班试验日期姓名陈绍康土样说明试验名称液限塑限试验次数土盒号数土盒加湿土重（克）土盒加干土重（克）水重（克）七盒重（克）干土重（克）含水量（%）平均含水量（%）塑性指数IP=士名：液性指数If士的状态：备注自然含水量率六误差分析按下式计算流限WL与塑限M；%：W圈或W,%=2oo%S2-go式中：gl称量盒加湿土重，克g2称量盒加干土重，克g0称量盒重，克计算至0.1%试验三、固结试验（-）概述固结试验的目的在于测定试样在侧限和垂直排水条件下的压力、变形和时间以及孔隙比和压

9、力间的关系。以便绘制压缩曲线，求得土的压缩系数2,、压缩模量E、压缩指数a、固结系数a以及原状土的先期固结压力p”用来推断土的压缩性和进行变形计算。（二）试验原理试样装在厚壁金属容器内，上下各放一块透水石，然后在试样上分级施加垂直压力po测记加压后不同时间的垂直变形，由于试样受金属厚壁容器的限制，不行能产生侧向膨胀，因此该试验称为侧限压缩试验，或无侧胀压缩试验。设加压前土样的高度为Ho,面积为A,土样的体积为Vo,颗粒体积为%），孔隙体积为VvOo压缩前后土的体积变化示意图如图4-1=依据图4-1可得/一%AV0二匕,+匕（匕+匕）%+匕。由于土粒的压缩量常可忽视不计，故匕I=匕，代入上式得“

10、TiJL匕J。LeOm（4-1）HoH、Vv0+Ko.1+综o匕即竽+%）2）o若通过试验测得稳定压缩量M,则可由上式求得相应的孔隙比白；同样，在不同的压力P2、P3、Pi作用下都可测得稳定的压缩变形量，并求得相应的孔隙比右、与、Q等，则可绘制e曲线（或JlgP曲线）（三）仪器设施目前常用的固结仪有磅秤式、杠杆加压式或其他加压设施形式。本试验用杠杆加压式。（1）固结仪：固结仪包括固结容器和加压设施两部分，如图4-2所示。试样面积30Cm2或50Cm2,高2cm：加压设施为杠杆及磋码；（2）天平：感量0.0Ig及0.1g各一台;（3）量表:最小分度为0.01mm,量程Iomm；（4）其他：秒表、

11、烘箱、钢丝锯、削土刀、土盒、凡士林等。（三）操作步骤1 .试样制备及含水率测定（1）切取原状试样时，士层受压方向应与自然土层受压方向全都。（2）环刀内壁涂一薄层凡土林，以削减试样与环刀壁的摩擦及对试样的扰动。（3）切取试样时，先将环刀刃口向下压入土样少许,图4-2固结仪示意图1-水槽；2-护环：3-环刀：4-加压上盖：5-透水石；6-量表导杆；7-量表架；8-试样将土样修成略大于环刀直径的土样,边修边压，直至试样突出环刀为止，然后修去上下两端余土，修平试样表面（留意不要来回涂抹）。2 .测定试样密度：依据前两个试验的方法测定试样的密度及含水量。3 .安装试样：将带有环刀的试样，当心装入护环，再

12、装入固结容器内，然后放上透水石和加压盖板。4 .将装好的固结容器放在加压框架下，对准加压框架正中，装上量表，并调整其可伸长距离不小于8mm,然后检查量表是否灵敏和垂直。5 .在祛码盘上加预压荷载50g（试样所受压力约IkPa）使试样与仪器上下各部分之间接触良好，然后转动量表表盘，使指针对准零点。本次加压等级为50,100,200kpao6 .每三非常钟登记测微表读数，精确到0.01mm,并纪录。（/）计算试样的初始孔隙比e0=6（!+0,。】）2*_式中eo初始孔隙比；WO试验前土样的含水率，%;几试样初始密度，g/cm3：心水的密度，gcrn30（2）计算各级荷载下压缩稳定后的相对沉降量Si

13、s,AM%式中某一压力下，试样压缩稳定后的总变形量（等于该荷载下压缩稳定后的量表读数减去仪器变形量。仪器变形量由试验室给出），mm；hQ试样的初始高度（等于环刀高度），mm。（3）计算各级荷载下压缩稳定后的孔隙比6ei=e0-（+eit）Si计算压缩系数（5）计算压缩模量E=1ls4（4-7）展压缩模量，MPao式中其余符号含义同上。2.绘图：（/）土的变形与时间关系曲线。（2）压缩曲线，即ep曲线。试验四直接剪切试验（手动）一、基本概念及原理土的抗剪强度是指土体反抗剪切破坏的极限力量，是土的重要力学性质指标之一。工程中的地基承载力，挡土墙的土压力，土坡稳定等问题都与土的抗剪强度直接相关。依据

14、库仑定律，土的抗剪强度与剪切面上的法向应力成正比。其本质是由于土粒之间的滑动摩擦以及凹凸面间的镶嵌作用产生的摩阻力，其大小打算于土粒表面的粗糙度、密实度、土颗粒的大小以及颗粒级配等因素。粘性土的抗剪强度由两部分组成，一部分是摩擦力，另一部分是土粒之间的粘结力。用库仑定律公式表达为=c+otg4）。二、试验目的直接剪切试验是测定土抗剪强度指标的一种常用方法。通常将同一土样切取不少于四个试样；分别在不同的垂直压力下施加水平剪切力，测得破坏时的切应力，以确定土的内摩擦角和内聚力，为工程实践供应依据。三、试验方法及适应范围由于土体在固结过程中孔隙水压力的消散，荷载在土中产生的附加应力最终全部转化为有效

15、应力。其实质是土体强度不断增长的过程。因此，剪切试验条件打算了同一种土在不同试验条件下的抗剪强度不同。为了模拟现场土体的剪切条件，依据土的固结程度，剪切时的排水条件以及加荷速率，把剪切试验分为三种：1、快剪试验（或不排水剪）：土样施加法向应力后，马上施加水平剪切力，在3-5分钟内将试样剪切破坏。在整个试验过程中不允许土样含水量有所变化,即孔隙水压力保持不变。这种方法只适用于模拟现场土体较厚，透水性较差，施工速度较快，基本上来不及固结就被剪切破坏的状况（土的渗透系数小于10-6cnVs）o2、固结快剪（或固结不排水剪）：先将土样在法向应力作用下达到完全固结，然后施加水平剪切力，与快剪方法一样使土

16、样剪切破坏。此方法只适用于模拟现场土体在自重或正常荷载条件下己达到完全固结状态，随后，又遇到突然增加荷载或因土层较薄，透水性较差，施工速度快的状况。适用于土的渗透系数小于IO-6cms的土类，对渗透系数大于10%ms的,应采纳三轴仪进行试验。3、慢剪试验（或固结排水剪）：先将土样在法向应力作用下，达到完全固结。随后施加慢速剪切（剪切速度应小于0.02mmmin）剪切过程中使土中水能充分排出，使孔隙水压力消散,直至土样剪切破坏。本次试验采纳快剪试验。四、仪器设施1、应变掌握式直接剪切仪，如图6.1所示。2、百分表：量程I-IOmm,最小分度为0.0Imm3、其它：切土刀、环刀、秒表、蜡纸、钢丝锯

17、等。五、操作步骤图6.1J应变控制式直剪仪1剪切传动机构；2推动器；3一下盒：4一垂直加压框架；5垂直位移计：6一传压板：7透水板；8上盒：9储水盒：10测力计：11一水平位移计：12一滚珠：13一试样1、切取土样：用标准环刀，切取原状土或制备的扰动试样，方法同密度试验，每组试验不少于四个试样，并分别测定其密度及含水量。密度差值不得超过0.03gCm3。2、仪器检查：将调整平衡的白色手轮逆时针旋转,使中心轴提升至顶端，以便加荷过程中调整杠杆水平;调整平衡锤使水平杠杆水平；检查仪器各部分接触是否紧密转动是否灵敏；安装百分表于量力环中，并检查百分表是否接触良好。3、安装试样：对准上、下剪切盒并插入

18、固定销钉。在下盒内放入透水石一块，其上放不透水蜡纸一张。将切取土样的环刀刀口向上对准上剪切盒口，在土样上面放上蜡纸一张，用推土器堆入剪切盒中，移去环刀，并在蜡纸上放块透水石，然后依次加上传压盖板，钢珠及加压框架，并调整加压框，使钢珠与框架之间的缝隙为1-3mm。4、垂直加荷：每组试验需要剪切不少于4个试样，分别在不同的垂直压力下剪切，垂直压力由现场状况估量出的最大压力打算，对一般的粘性土、砂土，宜采纳50、100、200、300KPa或100、200、300、400KPa的垂直应力。对高含水量，低密度的土样可选用20、50、100、200KPa的应力。5、水平剪切：先转动手轮，使上盒前端钢较与

19、量力环接触，调整百分表计数为零；拨出固定销钉、开动秒表，以1转/IOS的速率旋转手轮，使试样在3-5分钟内剪切破坏；剪切过程中，手轮应匀速不间断地旋转，并保持杠杆水平；剪切过程中，百分表指针不再提升，或有明显后退时，表示试样己剪切破坏。若变形连续增加，而剪切变形(上下盖错开)4mm时，也认为试样已剪切破坏；纪录手轮转数n以及量力环中百分表的读为R6、拆除容器：剪切结束，依次卸除百分表，垂直荷载，上盒等。重新装上另一试样进行下一级剪切试验，直至全部结束。六、计算及绘图1、依据百分表读数，计算土样的剪切位移和剪应力 AL=20n-R R式中：L剪切位移(0.0InIm)n手轮转数R量力环百分表读数

20、(001mm)剪应力(KPa)量力环率定系数(KPa.0.01mm)2、以剪应力为纵坐标，剪切位移为横坐标绘制剪应力和剪切位移关系曲线-AL,如图所6.2示。取XAL曲线的峰值为该垂直压力作用下士的抗剪强度T/,无峰值时，取剪切位移4mm所对应的剪应力为土的抗剪强度。o3、以抗剪强度b为纵坐标，垂直压力o为横坐标绘制曲线，如图6.3所示。将图上各点连成直线，并延长与纵坐标相交，则直线的倾角为土的内摩擦角，直线在纵坐标上的截距为土的内聚力C(x=c)03.300Oo200iJt川注 A%nm)20034图6.2剪应力和剪切位移关系曲线而直乐力(kPa)图6.3抗剪强度与垂直压力关系曲线七、纪录格式八、留意事项1、对于一般黏性土采纳峰值或稳定值作为破坏应变。但对高含水量，低密度的软粘土，应力一应变曲线峰值不明显，应采纳剪切位移为4mm的应变。因而应绘制剪应力和剪切位移关系曲线，选择抗剪强度。2、同组试样应在同台仪器上试验，以消退仪器误差。3、施加水平剪切力时，手轮务必要匀称连续转动，不得停顿间歇，以免引起受力不匀称。4、量力环，不得摔打，并应定期校正。