《土力学》实验指导书

1、士力学实验指导书周玲编思源学院城市建设分院目录教学实验注意事项 错误!未定义书签。实验一 土的密度试验 错误!未定义书签。实验二 土的含水量试验 错误!未定义书签。实验三土的颗粒分析试验 7实验四土的液限、塑限试验10实验五土的压缩固结试验 13实验六土的直接剪切试验 16实验七土的击实试验19参考资料：1、 土工试验方法标准GB/T 50123-19993、 中华人民共和国行业标准土工试验规程2、 公路土工试验规程JTG E40-2007SL 237-1999教学实验注意事项为确保实验顺利进行，达到预定的实验目的，必须做到下列几点：一、作好实验前的准备工作：1 预习实验指导书，明确本次实验的

2、目的、方法和步骤。2 弄清与本次实验有关的基本原理。3对实验中所用到的仪器、设备实验前应事先阅读有关仪器的使用说明。4 必须清楚地知道本次试验需记录的数据项目及数据处理的方法， 并事前作好 记录表格。二、遵守实验室的规章制度：1 实验时应严肃认真，保持安静。2 爱护设备及仪器，并严格遵守操作规程，如发生故障应及时报告。3 非本实验所用的设备及仪器不得任意动用。4 实验完毕后，应将设备和仪器擦试干净，并恢复到原来正常状态。三、认真做好实验：1 注意听好教师对本次实验的讲解。2 清点实验所需设备，仪器及有关器材，如发现遗缺，应及时向教师提出。3 实验时， 应有严格的科学作风， 认真细致地按照实验指

3、导书中所要求的实验 方法与步骤进行。4 对于带电或贵重的设备及仪器， 在接线或布置后应请教师检查， 检查合格后，才能开始实验。5 在实验过程中，应密切观察实验现象，随时进行分析，若发现异常现象，应及时报告。6 记录下全部测量数据，以及所用仪器的型号及精度、 试件的尺寸、 量具的量 程等。7 学生在完成试验全部规定项目后， 经教师同意可进行一些与本实验有关的其它实验。8实验记录需要教师审阅签字，若不符合要求应重做。四、写好实验报告实验报告是实验的总结，通过写实验报告，可以提高学生的分析能力，因此实验报告必须由每个学生独立完成，要求清楚整洁，并要有分析及自己的观点。实验报告应具有以列基本内容：1

4、实验名称、实验日期、实验者及同组人员。2实验目的、实验原理、方法及步骤筒述。3 实验所用的设备和仪器的名称、型号。4实验数据处理、对实验结果的分析讨论。实验一土的密度试验一、实验目的测定土在天然状态下单位体积的质量。二、实验设备和器材1 .符合规定要求的环刀，(内径68mm,高23mm );2 .精度为0.01g的天平；3 .其他：切土刀，凡士林等。三、实验方法和步骤1、测出环刀的容积V,在天平上称环刀质量 mi。2、取直径和高度略大于环刀的原状土样或制备土样。3、环刀取土：在环刀内壁涂一薄层凡士林，将环刀刃口向下放在土样上，随即将环 刀垂直下压，边压边削，直至土样上端伸出环刀为止。将环刀两端

5、余土削去修平(严禁在 土面上反复涂抹)，然后擦净环刀外壁。4、将取好土样的环刀放在天平上称量，记下环刀与湿土的总质量m2。5、计算土的密度m m2 mi V V四、试验要求1、密度试验应进行2次平行测定，两次测定的差值不得大于 0.03g/cm3,取两次试验 结果的算术平均值；2、密度计算准确至0.01 g/cm3五、试验记录及数据处理年级班号 姓名 同组姓名 实验日期 年 月 日密度试验记录表土样 编R环力 编R环力 X (g)环力加十 顾里 (g)土的质 量 (g)环力 容积 (cm3)密度(g/cm3)平均密度(g/cm3)12六、误差分析及问题讨论实验二 土的含水量试验用烘干法测定土的

6、含水率二、实验仪器、设备1 .烘箱：采用电热烘箱；。2 .天平：称量200g,分度值0.01g ;3 .其他：干燥器，称量盒。三、实验方法和步骤。1、取代表性试样，粘性土为1530g ,砂性土、有机质土为 50g,放入质量为 m0的称量盒内，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 C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 C的恒温下烘至恒量。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 盒质量为m

7、2,精确至0.01g。四、试验数据整理计算土的含水量：mw w msm1m2m2m0100%五、实验要求1.计算准确至0.1%; 2.本试验需要进行2次平行测定，取其算术平均值，允 许平行差值应不大于1.0%。六、试验原始数据记录土 样 编 号盒号盒质量 (g)盒加湿 土质量 (g)盒力口 干土 质量 (g)水的 质量 (g)干土 质量 (g)含水量 (%)平均含 水量 (%)备注12年级班号 姓名 同组姓名实验日期 年 月一日含水量试验记录表实验三 土的颗粒分析试验一、实验目的1测定干土中各种粒组所占该土总质量的百分数，借以明了颗粒大小分布及级 配组成。2供土分类及概略判断土的工程性质及作建

8、筑材料用。二、试验内容对粒径大于0.075mm且粒径大于2mm的颗粒不超过总质量的 10%的无粘性土 用标准细筛进行筛分试验。三、实验仪器和设备1 标准细筛：孔径为 2mm、1mm、0.5mm、0.25mm、0.075mm、底盘；2电子天平：称量 200g,感量0.01g;称量1000g,感量0.1g;3摇筛机、恒温烘箱；4其他：毛刷、匙、瓷盘、瓷杯、白纸。四、实验方法与步骤1取有代表性的风干土样或烘干冷却至室温的土样200500g,称量准确至0.1g。2将标准细筛依孔径大小顺序叠好，孔径大的在上，最下面为底盘，将称好的 土样倒入最上层筛中，盖好上盖。进行筛析。标准细筛放在摇筛机上震摇与约10

9、分钟左右。3检查各筛内是否有团粒存在，若有则碾散再过筛。4由最大孔径筛开始，将各筛取下，在白纸上用手轻叩摇晃，如有土粒漏下， 应继续轻叩摇晃，至去土粒漏下为止。漏下的砂粒应全部放入下级筛内。逐次检查 至盘底。5并将留在各筛上的土样分别分别倒在白纸上，用毛刷将走色中砂粒轻轻刷下， 再分别倒入瓷杯内，称量准确至0.1g。6各细筛上及底盘内砂土质量总和与筛前称量的砂土样总质量之差不得大于1%0五、试验数据整理1按下式计算小于某粒径的试样质量占总质量的百分数：mAmlBM00%式中x一小于某粒径的试样质量占试样总质量的百分数（）;mA一小于某粒径的试样质量（g）;mB用标准细筛分析时所取的试样质量（g

10、）。2以小于某粒径的试样质量占试样总质量的百分数为纵坐标，以粒径（ mm）为对数横坐标，绘制颗粒大小分布曲线。3计算级配指标按下式计算颗粒大小分布曲线的不均匀系数:Cud 60d i o式中Cu不均匀系数；d60一限制粒径，在粒径分布曲线上小于该粒径的土含量占总土质量的60%的粒径；dio有效粒径，在粒径分布曲线上小于该粒径的土含量占总土质量的10%的粒径。按下式计算颗粒大小分布曲线的曲率系数：Ccd扎d 6 od 10式中Cc一曲率系数；d30一在粒径分布曲线上小于该粒径的土含量占总土质量的30%的粒径。4对试样土料分类并作出级配良好与否的判断依据土的分类标准对土样进行分类，定名为粗砂、中砂

11、、细砂、粉砂等；当颗粒大小分布曲线的 Cu5且Cc =13 ,则级配良好，否则为级配不良。筛析法颗粒分析试验记录仪器设备 及环境条件仪器设备名称型号管理 编号示值 范围分辨力温度 (C)相对湿度 (%)样品状态描述采用标准风干试样总质量 mB (g)小于0.075mm的试样占试样总质量百分数dx (%)2mm筛上试样质量(g)小于2mm的试样占试样总质量百分数 dx (%)2mm筛下试样质量(g)细筛分析时所取试样质量mB (g)分析筛 类别孔径(mm)分计留筛 试样质量 (g)累计留筛 试样质量 (g)小于该孔径 的试样质量 mA (g)小于该孔径 的试样质量 百分数mA/mB(%)小于该孔

12、径占试样 总质量百分数X = mA/mB x dx (%)粗筛150100756040201052细筛210.50.250.075颗粒大小单对数分布曲线：-=L 卜=1F 11 1 9 1 H 1 9 1 1 1 _ i 1 1 |i1 1 1 -Il11 H n | i 1 1) -1P1 H n 1 i h 1 | i-b-I l) n i 1 n n I1II11i i1 NLI1 II| |1 I1 VI1 1I 1l kI I 卜 u I Ii i1 H1 1n11i ii k 1 _4111 -1-1-11111 1111-11111 -ililI n111 i1 1 1 i i

13、l lJ. L i 1 i | 1 1 1 1 i- 1 1 i I i 1 1t t- 1 1 i i| i 11 1 t r1 i i i I i 1 i1 1 1一一= iI11 -4T11 ii 十二w叶9II11 FT . -一。111 iiL卜FLi- 二|_1-LrL卜r1 II I ii iL LL 1 II1 P 1 1 1 V i-n- 1 1p 1 k1 V l=r- 1 1 i i 1 I 1 1 rr i i cl i i i i 11 ii 1 1 1 )1 1JI 1 _)i 1 i 1 1 )1 1hi- - _ 1 1i i 1 1 n i- - = 11 1

14、U 1 11 il | i r I i 11 i i 11-1 11 1 11 11 1 11 111 尸1 1i 1 r -ri I ii1 11 I1 I1 ，1，i a1 I1 i -1-11 fl1 II1 I1 i1 X1 II1 I1 IT1 11 11 1 I II11I I 1 _H_IIl 1 i a1 I 1 1-1 T 1 11 II k iV 1-i-a 1 1 i ii k 4 I il,kF 1 l l a k I i ii1 l iLI1 11 1T iLI 1 1I rii Ii jLiT1 li 1 11 H n h i 1 i |j i 11 H n i1

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16、J111JL _ _L - J一LLi i 1| i 1 1 ii i TT ii I i1 1 ii i r r a 1 1 h1 1L LL 1 1 i i1 I | | LL 1 1 I i1 1 ii i i h11 n i11 1 i i II i | i iJ 1 ii i 1 1 1 1 i 1I 1J L1 1 l 1 i 11 )1 1* 1 | 1 1 1;i i i1i-r11i1！ i1 -L1 i1iIilI11fliiiiIIijlii11iii1(1IIn1il1*111(1111111II111jI n i i1 i ii门 i j k i1 I i ii 一1

17、 II k i i ii_i J P I i iih， i iiJ J1 i i iii 1 i ii JUi ii i i1_1 i1 iiLJI 11ILI1 111试验计算复核实验四 土的液限、塑限试验、实验目的1 了解细粒土界限含水量的特征、定义及测定方法。液性界限（ 3L）是细粒土 从塑性状态转变为液性状态的界限含水量，简称液限；塑性界限（ 吹）是细粒土从 半固体状态转变为塑性状态的界限含水量，简称塑限。2测定土的液、塑限，用以计算土的塑性指数和液性指数，作为细粒土分类及 估计地基土承载力的一个依据。供设计、施工使用。二、试验方法在实验室中，液限 （0OL）通常采用锥式液 限仪测定；

18、塑限（”） 通常采用搓条法测定。 目前工程中常用液、塑 限联合测定仪一起测定 粘性土的液限和塑限， 本次试验采用液、塑限 联合测定仪法，如图。 三、实验仪器、设备1 .液塑限联合测定 仪：圆锥仪、读数显示；2 .试样杯：直径 4050mm ,高 3040mm ;3 .天平：称量 200g ,分度值 0.01g ; 其他：烘箱、干燥器、 铝盒、调土刀、孔径 0.5mm的筛、凡士林等。 四、测试方法、步骤1 .当采用天然含水量的土样时，应剔除大于0.5mm的颗粒，然后分别按接近液限、塑限和二者之间状态制备不同稠度的土膏，静置湿润。静置时间可视原含水 量的大小而定。当采用风干土样时，取过0.5mm筛

19、的代表性土样约200g,分成3份，分别放入3个盛土皿中，加入不同数量的纯水，使分别接近液限、塑限和二者 中间状态的含水量，调成均匀土膏，然后放入密封的保湿器中，静置 24小时。2 .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。3 .取圆锥仪，在锥体上涂以薄层凡士林，接通电源，使电磁铁吸稳圆锥仪。4 .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秒后立即测读圆锥下沉深度。5 .取下试样杯，然后从杯中取 10g以上的试样2个，测定含水率。6 .按(2) -

20、(5)的步骤，测试其余2个试样的圆锥下沉深度和含水率。 五、试验数据整理1、计算含水量w 1 *100% ms2、绘制圆锥下沉深度h与 含水量w的关系曲线 三点连一条直线。当三点不在一直线上，通过高 含水量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处查得相应的含水量，当两个含水量 的差值小于2%,应以该两点含水量 的平均值与高含水量的点连成一线。当两个含水量的差值大于或等于2%时，应补做试验。3、确定液限、塑限画惟下沉深度mrn在圆锥下沉深度h与含水量w关 系图上，查得下沉深度为17mm所对 应的含水量为液限wl；查得下沉深 度为2mm所对应的含水量为塑限 wp,以百分数表示，取

21、整数。含水UNI4、计算塑性指数和液性指数 塑性指数：1P wL wP液性指数：六、试验要求w wPIlPI p1 .计算准确至0.1%;2 .本试验需要进行2次平行测定，取其算术平均值，允许平行差值应不大于1.0%0液塑限联合测定试验记录记录编号样品编号委托编号 委托日期取样地点 试验日期仪器设备及环境条件仪器设备名称型号管理编号示值范围分辨力温度 (C)相对湿度(%)样品状态描述采用7示准试 样 编 号圆锥下 沉深度h(mm)称 量 盒 号湿试 样质 量mo (g)干试 样质 量md (g)联合测定含水率3, ()试样 天然 含水 率3 (%)液限(h =17mm)COL(%)液限(h =

22、10mm)310(%)塑限(h =2mm)co p(%)塑性 指数IP= 3L - 3 P液性 指数I L =cop) /Ip(mo/md 1)X 100谢直均值圆锥下沉深度h与联合测定含水率3,双对数关系曲线：附注：试验计算复核实验五 土的固结压缩试验一、实验目的1 、 测定试样在侧限与轴向排水条件下的变形与压力的关系， 或孔隙比与压力的 关系，变形与时间的关系。2、由测得的各关系曲线计算土的压缩系数av、压缩模量Es、压缩指数Cc、回弹指数Cs、固结系数Cv、地基的渗透系数k及土的先期固结压力 Pc等，测定项目 视工程需要而定。3、利用压缩试验所得的参数计算地基基础的变形量，预估地基承载力

23、。二、实验设备、仪器1 、 压缩固结仪：由环刀、护环、透水板、加压上盖、量表架等组成；2、加压设备：米用量程为510kN的杠杆式加压设备；3、 变形量测设备：百分表量程10mm ，分度值为 0.01mm ；4、其他：快速烘箱(300 C350)、电子天平(称量1000g,感量0.01g)、 测容重用环刀、刮土刀、钢丝锯、铝盒、玻璃板、秒表、凡士林、盛水盆、滤纸等。三、试验步骤1 、按要求取原状样或制备扰动土样。2、取环刀样，测试验前的密度与含水量。3、取压缩仪内的环刀，内壁擦抹凡士林使其光滑少摩擦。环刀刃口向下对准制备的圆柱土样中心，慢慢垂直下压且边压边削土样，使土样成锥台形。直至土样 伸出环

24、刀顶面为止，将环刀两边余土削去修平，擦净环刀外壁。4 、 在压缩容器内放置透水石、 滤纸和下护环， 将带有环刀的试样小心装入护环，然后在环刀试样上放薄滤纸、上护环、透水板和加压盖板，置于加压框架下，并对 准加压杆，使加压杆与加压盖板中心凹槽对正。5、安装百分表，为保证试样与仪器上下各部分之间接触良好，应施加 1kPa 的 预压压力，然后调整百分表，使百分度指针归零(表的毫米指针应控制在510mm之间，以保证有足够的量程测定试样的压缩量) 。 6、加荷。按50、 100 、 200 、 400(kpa)四级荷重加荷，每级荷载历时 10分钟，即每级荷重加上10分钟时，记测 微表读数一次，然后加下一

25、级荷载， 依些类推， 直到第四级荷载施加完毕为止。 四、 注意事项1 首先装好试样，再安装量表。在装量表的过程中，小指针需调至整数位，大指针调至零，量表杆头要有一定的伸缩范围，固定在量表架上。2压缩容器内放置的透水石、滤纸湿度尽量与试样湿度接近。3 加荷时， 应按顺序加砝码； 试验中不要震动实验台， 以免指针产生移动。 五、 试验数据整理4 、 按下式计算试样的初始孔隙比e0 ：eoGs(10.01 0)式中 eo土样的初始孔隙比;Gs .土粒比重，本实验取 Gs =2.7;一土样的初始密度（g/cm3）,由试验测定;Pa 4水的密度，为1 g/cm3;3一土样的初始含水量（）,由试验测定。h

26、sho1eo5 .计算试样的颗粒（骨架）净高 hs式中：ho -试样初始高度（mm）3、计算某级压力下变形稳定后的孔隙比eihiei=e。;hs式中：ei一某级压力下土样的孔隙比；hi-某级压力下试样高度的累计变形量，mm;4、计算某级压力下的压缩系数a i-i+1和压缩模量Eseei 1ai i 1=Pi 1 PiEs=1eiai i 1式中Pi一某一级荷重值，MPa。根据上覆压力确定i, 一般建筑物的上覆压力 在100-200kPa之间，故取a1-2来表达图的 压缩系数。5、作孔隙比e和压力p的关系曲线以孔隙比e为纵坐标，压力p为横坐标， 绘制孔隙比与压力的关系曲线。含水率计算表：表1实

27、验 日 期盒 身 编 号盒 盖 编 号铝 盒 重 量 go铝盒加 湿土的 重量g1 （g）铝盒加干 土的重量g2（g）含水重量g1_g2(g)含水率W%(g1-g0)/(g2-g0)含水率W%平均值(g)密度计算表：表2头驳编P环刀+湿 土的重量环力本身 的重量环力体积Cm3湿密度平均 湿密度备注160260平均值60固结实验变形记录表：表3压t哲洞1min2min3min4min5min6min7min8min9min10min变形 量值hs%50kpa100kpa200kpa300kpa固结实验计算表表5荷载 (kpa)试样颗粒 净高度hs(mm)土样 变形 量(mm)试样颗 粒实际 高度

28、(mm)空隙比ei压缩系数a压缩模里Esi5020100202002030020实验六 土的直接剪切试验一、 试验目的1、测定土的抗剪强度指标 c和，为计算地基承载力、挡墙土压力、验算地基 及土坡稳定提供基本参数。2、了解应变式直接剪切试验测定土的抗剪强度指标的方法。分为：快剪（ Q）、 固结快剪（CQ）、慢剪（S）三种试验方法。3、明了直接剪切试验的特点。二、实验方法快剪：在试样上施加垂直压力后立即快速施加水平剪应力。固结快剪：在试样上施加垂直压力，待试样排水固结稳定后，快速施加水平剪 应力。慢剪：在试样上施加垂直压力及水平剪应力的过程中，均使试样排水固结。本 次实验内容只进行快剪试验。三、

29、实验设备1、应变控制式直剪仪：主要包括：剪切盒（水槽、上剪切盒、下剪切盒） ，垂直加压框架，测力环，推动机构，台板，杠杆式加压设备。10mm,分度值 0.01mm。3、环刀：与直剪仪配套的至少 3个；内径618mm,高度20mm。4、其他：削土刀，秒表，玻璃板，推土器，腊纸或塑料膜四、实验步骤1、制备土样：制备给定干密度和含水量范围的扰动土样，土样为土样为直径 约200mm，高约100mm的土柱。（实际工程中，切取原状土样）。2、切取土样：用与直剪仪配套的环刀切取土样。环刀刃口向下对准圆柱土样 中心，慢慢垂直下压，边压边削切土样使土样成锥台形。直至土样伸出环刀顶面为 止，将环刀两边余土削去修平

30、，擦净环刀外壁。3、安装土样：对准上下剪切盒，插入固定插销。在下盒内放不透水板，在放 入，然后用推土器将试样徐徐推入剪切盒内，移去环刀。再顺次放入另一张同直径 的蜡纸或塑料膜、上透水石、加压盖板与钢珠。4、调试仪器：安装加压框架，转动手轮，使上剪切盒前端钢珠刚好与测力环 接触。调整测力环百分表读数为零。对需要测记垂直变形量的，安装垂直位移计或 百分表。5、施加垂直压力：转动手轮，使上盒前端钢珠刚好与测力计接触，调整测力 计中的量表读数为零。顺次加上盖板、钢珠压力框架。每组四个试样，分别在四种 不同的垂直压力下进行剪切。在教学上，可取四个垂直压力分别为100、200、400kPa 06、进行剪切

31、：施加垂直压力后，立即拔出固定销钉，开动秒表，以每分钟46转的均匀速率旋转手轮（在教学中可采用每分钟6转）o使试样在35分钟内剪破。如测力计中的量表指针不再前进，或有显著后退，表示试样已经被剪破。但一 般宜剪至剪切变形达4mm。若量表指针再继续增加，则剪切变形应达6mm为止。手轮每转一圈，同时测记测力计量表读数，直到试样剪破为止。（注：手轮每转一圈推进下盒0.2毫米）。4毫米时的读数（0.01毫米）,f CR7、拆卸试样：剪切结束后，吸去剪切盒 中的积水，倒转手轮，尽快移去垂直压力、框 架、上盖板，取出试样。1、先安装试样，再 装量表。安装试样时要用透水石把土样从环刀 推进剪切盒里，试验前量表

32、中的大指针调至零。2、加荷时，不要 摇晃祛码；剪切时要拔出销钉1、按下式计算 各级垂直压力下所测的抗剪强度：式中： f 一士的抗剪强度，kPa; C 测力计率定系数， kPa/0.01mm; R 测力计量表最大读数，或位移0.01mm。2、绘制工（T曲线以抗剪强度p为纵坐标，垂直压力（T为横坐标，绘制抗剪强度。与垂直压力。的关系曲线。根据图上各点，绘制一条视测的直线。则直 线的倾角为土的内摩擦角 ，直线在纵坐标轴上的截距为土的粘聚力c o土的直接剪切试验仪器号应力环系数土 号手轮转速试验方法_土壤类别_2、计算1）计算各级压力士的抗剪强度2）抗剪强度与垂直压力关系曲线，以及抗剪强度指标Tf(kPa) uo昌onoqa300,25011111200-=-u = = =-u = = = =-a i，=a a i，,一 44 一150k-rr10050C111J10020030040050DG0 口ir ( kPa3JUL直压力XX手轮转数100kPa200 kPa300