河北科大土工实验指导书.doc

三、土的含水率、密度试验（一）土的含水率实验一、实验目的和实验要求测定土的含水率。二、实验原理：土的含水率是指土在105110下烘干到恒量时所失去的水的质量和干土质量的百分比值，以百分数表示。土在天然状态下的含水率称为土的天然含水率。三、实验方法含水率试验方法有烘干法、酒精燃烧法、比重法、碳化钙气压法、炒干法等。其中以烘干法为室内试验的标准方法，适用于粗粒土、细粒土、有机质土、冻土。在教学中我们仅介绍烘干法。四、实验步骤 1、取代表性试样15g左右,放入质量为m0的铝盒内，立即盖上盒盖，称湿土加盒总质量m1，精确至0.01g.2、打开盒盖，将试样和盒放入烘箱，在温度105110的恒温下烘干。烘干时间与土的类别及取土数量有关。粘性土不得少于8小时；砂类土不得少于6小时；对含有机质超过10%的土，应将温度控制在6570的恒温下烘至恒量。注：在教学实验中，我们采用红外线烘箱，对于粘性土要求烘干时间45min。 3、将烘干后的试样和盒取出，盖好盒盖放入干燥器内冷却至室温，称干土加盒质量m2，精确至0.01g。注意：含有有机质土在105110温度下经长时间烘干后，有机质特别是腐植酸会在烘干过程中逐渐分解而不断损失，使测得的含水率比实际的含水率大，土中有机质含量越高误差就越大。故该实验对有机质含量超过5%的土，规定在6570的恒温下进行烘干。4、计算含水率：按下式计算水的质量干土的质量五、所需仪器设备1、烘箱：采用电热烘箱，应能控制温度为105110。2、天平：称量200g,分度值0.01g。3、其他：干燥器，称量盒（铝盒）。六、实验过程中注意事项要求：（1）计算准确至0.1%；（2）本实验需进行2次平行测定，取其算术平均值，允许平行差值应符合下表规定。含水率（%）小于101040大于40允许平行差值（%） 0.5 1.0 2.0七、思考题1根据试验室测定的土粒密度、土的密度、含水量，如何计算干密度、孔隙比、饱和度？2干密度能够实测吗？八、参考文献1、土工试验规程（SL2371999）。2、土工实验方法标准（GB/T501231999）。3、土力学地基基础九、处理结果见实验报告将实验数据记录于下表中含水率试验记录试验名称盒号盒+湿土(g)盒+干土(g)盒(g)湿土(g)干土(g)水(g)含水率(g)平均含水率(g)1234=1-35=2-36=1-27=6/58（二）密度试验一、实验目的和实验要求测定土的密度，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。二、实验原理，式中土样的质量，g 土样的体积，cm3 土样的密度，g/ cm3三、实验方法实验方法有环刀法、蜡封法、灌水法、灌沙法。本实验采用环刀法，环刀法就是采用一定体积环刀切取土样并称土质量的方法，环刀内土的质量与环刀体积之比即为土的密度。环刀法操作简便且准确，在室内和野外均普遍采用，但环刀法只适用于测定不含砾石颗粒的细粒土的密度。四、实验步骤1、按工程需要取原状土或人工制备所需要求的扰动土样，其直径和高度应大于环刀的尺寸，整平两端放在玻璃板上。2、在天平上称量环刀的质量。在环刀内壁涂一薄层凡士林，将环刀的刀刃向下放在土样上面，然后用手将环刀垂直下压，边压边削周围土样，至土样上端伸出环刀为止，根据试样的软硬程度，采用修土刀将两端余土削去修平，擦净环刀外壁。3、在天平上称取环刀加土质量，准确至0.1g。4、成果整理按式（3-1）或式（3-2）分别计算湿密度和干密度： （3-1） （3-2）式中 湿密度（g/cm3），精确至0.01g/cm3；干密度（g/cm3），精确至0.01g/cm3；湿土质量（g）；环刀加湿土质量（g）；环刀质量（g）；含水率（%）；环刀容积（cm3）。五、所需仪器设备（1）恒质量环刀，内径6.18cm(面积30cm2)或内径7.98cm（面积50cm2），高20mm，壁厚1.5mm。（2）天平：称量500g、最小分度值0.1g，称量200g,最小分度值0.01g。（3）其它：调土刀、钢丝锯、凡士林等。六、实验过程注意事项环刀法试验应进行两次平行测定，两次测定的密度差值不得大于0.03g/cm3 并取其两次测值的算术平均值。七、参考文献1、土工试验规程（SL2371999）。2、土工实验方法标准（GB/T501231999）。3、土力学地基基础八、处理结果见实验报告将实验数据记录于下表中密度试验记录试验名称试验日期环刀号码环刀(g)环刀+土(g)土(g)环刀容积(g)密度(g)平均密度(g)123=2-145=3/46四、土的液、塑限试验一、实验目的和实验要求实验目的：测定细粒土的液限、塑限，计算塑性指数、给土分类定名，供设计、施工使用。实验要求：适用于粒径小于0.5mm颗粒组成及有机质含量不大于干土质量5%的土。二、实验原理细粒土由于含水率不同，分别处于流动状态、可塑状态、半固体状态和固体状态。液限是细粒土呈可塑状态的上限含水率；塑限是细粒土呈可塑状态的下限含水率。三、实验方法液、塑限的测定方法有：液塑限联合测定法、碟式仪液限试验、滚搓法塑限试验法。我们采用液、塑限联合测定法。四、实验步骤1、本试验宜采用天然含水率试样，当土样不均匀时，采用风干试样，当试样中含有粒径大于0.5mm的土粒和杂物时,应过0.5mm筛。当采用天然含水率土样时,取代表性土样250g；采用风干试样时,取0.5mm筛下的代表性土样200g,将试样放在橡皮板上用纯水将土样调成均匀膏状,放入调土皿,浸润过夜。2、分别将试样在毛玻璃板上调制成34种不同含水率的土样（用滴管加水及电吹风的方法）。使其中一种的圆锥入土深度控制在17mm左右，另一种控制在34mm，其他的入土深度可较均匀分布在317mm的范围内。3、将制备好的土膏用调土刀调拌均匀，密实地填入试样杯中，应使空气逸出。高出试样杯的余土用刮土刀刮平，随即将试样杯放在仪器底座上。4、取圆锥仪，将圆锥擦净，在锥尖部分涂以薄层凡士林，接通电源，使电磁铁吸稳圆锥仪。5、调节屏幕准线，使初读数为零。调节升降座，使圆锥仪锥角接触试样面，指示灯亮时圆锥在自重下沉入试样内，经5秒后立即在屏幕上读出锥体入土深度。重复4、5步骤2、3次，取其平均值。6、取下试样杯，用小刀刮去沾有凡士林的土后，将锥尖附近的土分别装入两个铝盒，每个铝盒土样不得少于10g，烘干法测定含水率。7、计算与制图（1）绘制圆锥下沉深度与含水率的关系曲线以含水率为横坐标，圆锥下沉深度为纵坐标，在双对数坐标纸上绘制的关系曲线。如图所示。三点连一条直线。当三点不在一直线上，通过高含水率的一点分别与其余两点连成两条直线，在圆锥下沉深度为2mm处查得相应的含水率，当两个含水率的差值小于2%，应以该两点含水率的平均值与高含水率的点连成一线。当两个含水率的差值大于或等于2%时，应补做试验。（2）确定液限、塑限在圆锥下沉深度与含水率关系图上，查得下沉深度为17mm所对应的含水率为液限L；查得下沉深度为2mm所对应的含水率为塑限P，以百分数表示，准确至0.1%。（3）计算塑性指数和液性指数塑性指数： 液性指数： （4）按规范规定确定土的名称五、所需仪器设备1、液塑限联合测定仪：包括带标尺的圆锥仪、电磁铁、显示屏、控制开关和试样杯。圆锥质量为76g，锥角30；读数显示光电式。2、试样杯：直径4050mm，高3040mm；3、天平：称量200g，分度值0.01g；4、其他：烘箱、干燥器、铝盒、调土刀、孔径0.5mm的筛、凡士林、碗、滴管、电吹风、研钵等。六、实验过程中注意事项液限、塑限联合试验，原则上采用天然含水率的土样制备试样，但也允许采用风干土制备试样。适用于粒径小于0.5mm颗粒组成及有机质含量不大于干土质量5%的土。七、思考题1、什么是液限、塑限？测定土的液限和塑限有什么用处？2、什么是液性指数？液性指数的大小反映什么问题？3、要知道某种粘性土的天然稠度状态必须要做哪几个实验？4、液、塑限联合测定试验的基本原理？与手动圆锥仪和搓条法测定液、塑限比较各具的优、缺点？八、参考文献1、土工试验规程（SL2371999）。2、土工实验方法标准（GB/T501231999）。3、土力学地基基础九、本试验记录76克单位第一点第二点第三点实测落锥深度平均落锥深度含水量（%）盒号盒重(g)盒+湿土重(g)盒+干土重(g)水质量(g)干土质量(g)含水率(%)平均含水率(%)五、土的压缩试验一、试验目的和试验要求用试验结果绘制孔隙比e和压力p之间的关系曲线，从而确定土的压缩系数和压缩模量，对于饱和粘性土的压缩试验可得到变形与时间的关系，从而估算固结系数和渗透系数。用以确定地基承载力和计算基础的沉降量。二、试验原理地基土在外荷载作用下，水和空气逐渐被挤出，土的颗粒骨架之间相互挤紧，封闭气体的体积减小，从而引起土的压缩变形。压缩试验就是将天然状态下的原状土样或扰动土样，制备成一定规格的试件，然后置于固结仪中，在不同荷载和有限条件下测定其压缩变形。三、试验方法快速固结试验四、试验步骤1、首先称量环刀质量，准确至0.1g。根据工程需要，切取原状土试样或制备给定密度与含水量的扰动土样。削平其两端在环刀内壁涂一薄层凡士林，刃口向下放在土样上。2、用切土刀和钢丝锯削成略大于环刀直径的土柱，然后将环刀垂直下压，边压边削周围土样，直至土样上端伸出环刀顶面为止，修平两端土样表面，修平时，不得用刀反复涂抹土面，以免堵塞孔隙，影响试验效果。3、擦净环刀外壁称环刀加土的质量准确至0.1g，记下环刀号码计算出土的密度，并取环刀两端的土样测定其含水率、密度。4、在固结仪底座上顺次加上洁净而湿润的透水石（大于环刀内径）、滤纸、套上护环，装上百分表支架，将装有试样的环刀放入护环中（环刀刀口向下），上覆滤纸和洁净湿润的透水石（略小于环刀直径）、加上导环，最后放上加压盖，使各部分密切接触，保持平稳。5、将压缩仪置于加压框下，对准框架的正中将导杆穿过加压横梁的中心小孔、与钢球底部接触，在支架上安装百分表，将表的短针调至45mm处后拧紧螺丝，检查百分表是否灵活垂直。6、施加1kPa的预压压力（相当于磅秤游码重量3N），使试样与仪器上下各部分之间接触良好，然后调整量表，将表的短针调至45mm处，将长针调至零。7、去掉预压荷重后，立即加上第一级荷重50kPa（为重1.25kg的砝码）同时开始计时。在加砝码时，应避免冲击和摇晃。如系饱和试样，应在施加第一级荷载后，立即向压缩仪容器中注满水，如系非饱和试样则以湿棉花围护在传压板上面以防水分蒸发。8、加压等级一般为50.0、100、200、400kPa。有时候可根据土的软硬程度，第一级可考虑用25kPa。最后一级压力应大于土层的自重应力与附加应力之和200300kPa。注：教学实验中荷重共分五级，加荷顺序为50、100、200、300、400kPa（以上数值为累加值）。在整个实验中自始至终都应保持杠杆臂的水平。9、在每一级荷载下均应待试样压缩稳定后记下百分表的读数，方可加下一级荷载，直至最后一级荷载。然后按照相反顺序取出土样，擦净仪器。注：因教学时间所限，我们规定在每级荷载加荷后10分钟即认为压缩已稳定，记录百分表读数，然后加下一级荷载。10、如需确定原状土的前期固结压力时，加荷率宜小于1，可采用0.5或0.25倍，最后一级荷载应大于1000kPa，使e-logP曲线下端出现直线段；如需测定沉降速率、固结系数等指标，一般施加每一级压力后宜按照下列时间顺序测记百分表读数：15s，1min，2min15s，4min，6min15s，9min，12min15s，16min，20min15s，25min，30min15s，36min，42min15s，60min，120min，直至稳定为止，再加下一级荷载。当不需要测定沉降速率时，则施加每级压力后24h，测记试样高度变化作为稳定标准。当试样的渗透系数大于10-5cm/s时，吸去容器中的水，迅速拆除仪器各部件，取出试样，测定含水率。11、若需进行回弹试验时，可在某级压力（大于上覆压力）下固结稳定后退压，直至退到第一级压力，每次退压至24h后测定试样的回弹量。五、所需仪器设备1、固结容器：由环刀、护环、透水板、加压上盖、量表架等组成。环刀内径为61.8mm高度为20mm，截面积为30cm2。2、百分表量程10mm，分度值0.01mm。3、天平：感量0.01g4、其它：秒表、铝盒、烘箱、修土刀、滤纸、凡士林等。六、实验过程注意事项1、切削试样时，应十分耐心操作，尽量避免破坏土的结构，边削边压环刀，不允许直接将环刀压入土中。2、在削去环刀两端余土时不允许用刀来回涂抹土面，避免孔隙被堵塞。3、不要振碰压缩台及周围地面，加荷或卸荷时均应轻放或轻取砝码，以避免冲击力。七、思考题1快速压缩法根据什么原理求得变形量？2土的压缩系数和压缩指数有什么不同？在压力较低的情况下能否求得压缩指数？八、参考文献1、土工试验规程（SL2371999）。2、土工实验方法标准（GB/T501231999）。3、土力学地基基础九、实验数据记录与整理1、试验记录见下表2、按下式计算试样的初始孔隙比 式中：0试样初始密度，g/cm3； 试样的初始含水量，%。3、按下式计算试样的土粒高度，cm，式中：试样初始高度，试验中。4、按下式计算各级压力下固结稳定后的孔隙比，或式中： 某压力下试样的累计变形值，等于该压力下压缩稳定时的百分表读数减去初读数。5、绘制ep的关系曲线 以孔隙比e为纵坐标（每5mm代表0.1），压力p为横坐标（每2cm代表100kPa），将试验成果点在图上，连成一条光滑曲线。6、按下式计算某一级压力范围内的压缩系数av式中：相应与的孔隙比，相应与的孔隙比。七、思考题1、做固结试验的目的是什么？联系具体工程问题去思考。2、a1-2的物理意义是什么？有什么用途？八、参考文献1、土工试验规程（SL2371999）。2、土工实验方法标准（GB/T501231999）。3、土力学地基基础九、数据记录压力(MPa)0.050.10.20.30.4百分表初读数（0.01mm）压缩稳定后读数（0.01mm）修正变形量（0.01mm）试样变形量（mm）压缩试样高度，或压缩系数a（MPa-1）压缩模量E（MPa）六、土的剪切试验 一、试验目的和试验要求直接剪切试验是测定土的抗剪强度的一种常用方法。通常采用4个试样，分别在不同的垂直压力p下，施加水平剪切力进行剪切，测得剪切破坏时的剪应力。然后根据库仑定律确定土的抗剪强度指标：内摩擦角和粘聚力c。直剪试验分为快剪（Q）、固结快剪（CQ）、慢剪（S）。在教学中可用快剪法。适用范围：适用于测定细粒土的抗剪强度指标c和及土颗粒的粒径小于2mm的砂土的抗剪强度指标。渗透系数k大于10-6cm/s的土不宜作快剪试验。 二、实验原理快剪试验是在试样上施加垂直压力后立即快速施加水平剪切力，以0.81.2mm/min的速率剪切，一般使试样在35min内剪破。快剪法适用于测定粘性土天然强度。应变控制式直剪仪结构示意图三、试验方法快剪法四、实验步骤1、根据工程需要用环刀切一组试样，至少四个。并测定试样的密度和含水率。如试样需要饱和，可对试样进行抽气饱和。2、安装试样：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，在下盒内放入一块透水石，透水石上放一张腊纸。将盛有试样的环刀，平口向下，刀口向上，对准剪刀盒上盒口，然后用透水石将试样平稳推入剪切盒内，移去环刀。并顺次加上传压活塞、钢球及加压框架（暂勿加砝码）。3、在量力环上安装百分表。百分表的测杆应平行于量力环受力的直径方向。慢慢顺时针方向转动轮，至上剪切盒支腿与量力环钢球之间恰好接触时（即量力环中百分表指针刚开始走动）立即停转手轮。然后调整百分表使其指针在某一整数（即长针指零，并作为起始读数）。4、在试样上施加垂直荷载。本实验取4个试样，分别加不同的垂直压力100kPa、200kPa、300kPa及400kPa，加荷时一次轻轻加上。按第一个试样上应加的垂直压力（100KPa）计算出应加荷载，扣除加压设备本身质量，即得应加砝码数。（试样面积及加压设备质量可由实验室提供）。5、进行剪切：拔去固定销，开动秒表，以每分钟412转的均匀速率转动手轮（本试验以每分钟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，手轮每转一圈应测记测微表读数一次，直至量力环的测微表指针不再前进或有后退，即说明试样已剪损。如测微表指针一直缓慢前进，说明不出现峰值，则破坏以变形控制进行到剪切变形达4mm6mm时为止。6、拆卸试样：剪切结束后，吸去剪切盒中的积水，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试验。五、所需仪器设备1、应变控制式直剪仪：剪切盒、垂直加压框架、测力计、推动机构等；2、位移计（百分表）：量程510mm,分度值0.01mm；3、砝码等。六、实验过程中注意事项1、开始剪切之前千万不能忘记必须先拔去插销，否则，销钉被剪坏，量力环变形过大受损，即仪器损坏。2、加砝码时，应将砝码上的缺口彼此错开，防止砝码倒下压伤