土力学试验指导书 新

1、试验一 土的物理性质实验一、实验目的通过测定土样的含水量、密度、相对密度d s ,确定土的三相比例指标; 二、实验要求1 由实验室提供一组扰动土样,要求学生测定该土样的含水量、密度和土的相对密度;2根据实验结果要求学生确定该土的孔隙比e 、孔隙率n 、饱和度S r 、干土密度d 、和饱和密度sat等物理指标;项目一、含水量实验(烘干法土的含水量w 是指土在105110的温度下烘至恒量时所失去的水分质量和达恒重后干土质量的比值,以百分数表示。本实验采用烘干法,此法为实验室内实验的标准方法。 一、仪器设备(1 电热烘箱:温度能保持在105110。 (2 天平:称量200g ,感量0.01g ; (

2、3 其它:干燥器、称量盒等。 二、操作步骤1.取一个称量盒并记录盒号,然后用天平称取盒的质量m 0。2.从土样中选取具有代表性的试样,粘性土为1530g,砂性土、有机质土和整体状构造冻土为 50g,放入称好质量的称量盒内,立即盖上盒盖,称盒加湿土的总质量m 1。3.揭开盒盖,将试样和盒一起放入烘干箱内,在105110恒温下烘至恒重。试样烘至恒重的时间,粘性土不得少于8h ,砂性土不得少于6h 。含有机质超过5%的土需在6570的恒温下进行烘干。4.按规定时间烘干后,取出称量盒,立即盖好盒盖,置于干燥器内冷却至室温后,称取盒和干土的质量m 2。5.本实验称量应准确至0.01克。 三、成果整理按下

3、式计算试样的含水量(精确至0.1%1000221=-m m m m 式中:含水量(%,准确至0.1%;m 1称量盒与湿土质量,克; m 2称量盒与干土质量,克; m 0称量盒质量,克。四、注意事项1、试验时打开土样应立即进行测定,以免改变土样中的水份散失,影响实验结果。2、本试验需进行2次平行测定,并取两个含水量测值的算术平均值,允许平行差值应符合下表规定。 3、烘干盒中的湿试样质量称取以后由实验员负责烘干,同学们在12小时后抽时间来实验室称干试样的质量。项目二、密度实验(环刀法土的密度是土质量密度的简称,指单位体积土样的质量,即土的总质量(m 与其体积(V 之比,是土的基本物理性质指标,单位

4、为g/cm 3或t/m 3。土的密度反映了土体结构的松紧程度,是计算土的自重应力、干密度、孔隙比、孔隙度等指标的主要依据,也是挡土墙土压力计算、土坡稳定性验算、地基承载力和沉降量估算以及路基路面施工填土压实度控制的主要指标之一。密度的测定,对一般粘性土采用环刀法。如试样易碎或难以切削成有规则的形状时,可以采用蜡封法。本实验采用环刀法 一、仪器设备(1环刀:内径为61.8mm (面积30cm 2或79.8mm (面积50cm 2,高度为20mm ,壁厚1.5mm ; (2天平:称量200g ,感量0.1g 。 (3其它:切土刀、钢丝锯、凡士林等。 二、操作步骤:1.首先取一个环刀并记录环刀上的编

5、号,再把环刀放在在天平上称取它的质量m 1。2.根据工程需要取原状土或所需湿度密度的扰动土样,其直径和高度应大于环刀的尺寸。切取原状土样时,应保持原来结构并使试样保持与天然土层受荷方向一致。3.先削平土样两端,然后在环刀内壁涂一薄层凡士林油,刀口向下放在土样上,用切土刀将土样削成略大于环刀直径的土柱,然后将环刀下压,边压边削,直至土样伸出环刀为止。4.根据试样的软硬程度,采用钢丝锯或切土刀将两端余土削去修平,并及时在两端盖上圆玻璃片,以免水分蒸发。注意修平土样时,不得用刮刀往复涂沫土样,以免土面孔隙堵塞。5.擦净环刀外壁,称环刀和土的质量m 2,精确至0.1克。 三、成果整理按下式分别计算土的

6、湿密度和干密度Vm m Vm 12-=wd 01.01+=式中: 湿密度( g/cm 3,精确至0.01g/cm 3d -干密度( g/cm 3,精确至0.01g/cm 3m -湿土质量(g ; m 1环刀质量(g;m 2环刀质量加湿土质量(g ;V 环刀容积(cm 3。计算至0.01 g/cm 3。 w -含水量四、注意事项1.用环刀切试样时,为了防止环刀内试样结构被扰动,环刀应垂直均匀缓慢下压。2、试验时为了防止称质量时试样中水分被蒸发,影响试验结果,宜用两块玻璃片盖住环刀上下面称取质量,但计算时必须扣除玻璃片的质量。3、每次作两次平行测定,两次实验差值不得大于0.03g/cm ³

7、;,取算术平均值作为最后结果。项目三、液塑限实验粘性土的物理状态随着含水量的变化而变化,当含水量不同时,粘性土可分别处于流动状态、可塑状态、半固体状态和固体状态。粘性土从一种状态转到另一种状态的分界含水量称为界限含水量。土从可塑状态转到流动状态的界限含水量称为液限L w ;土从可塑状态转到半固体状态的界限含水量称为塑限p w ,土从半固体状态不断蒸发水分,则体积逐渐缩小,小到体积不再缩小时的界限含水量称为缩限s w 。界限含水量试验要求土的颗粒粒径小于0.5mm ,有机质含量不超过5%,宜采用天然含水量的试样,但也可采用风干试样。 一、实验方法及原理 1.液限实验(1圆锥仪法:圆锥仪液限试验就

8、是将质量为76g ,锥角为30°且带有平衡装置的的圆锥仪,轻放在调配好的试样的表面,使其在自重的作用下沉入土中,若圆锥体经过5s 恰好沉入土中10mm 深度,此时试样的含水量就是液限。(2碟式仪法:碟式仪液限试验就是将调配好的土膏放入土碟中,用开槽器分成两半,以每秒两次的速率将土碟由100mm 高度下落,当土碟下落击数为25次时,两半土膏在碟底的合拢长度恰好达到13mm ,此时试样的含水量即为液限。(3液、塑限联合测定法:液塑限联合测定是根据圆锥仪的圆锥入土深度与其相应的含水量在双对数坐标上具有线性关系这一特性来进行的。利用圆锥质量为76g 的液塑限联合测定仪测得土在不同含水量时的圆

9、锥入土深度,并绘制圆锥入土深度与含水量的关系直线图,在图上查得圆锥下沉深度为10mm (17mm 时所对应的含水量即为土样的液限,查得圆锥下沉深度为2mm 时所对应的含水量即土样的为塑限。2.塑限实验(1滚搓法:滚搓法塑限试验就是用手在毛玻璃板上滚搓土条,当土条直径搓成3mm 时产生裂缝并开始断裂,此时试样的含水量即为塑限。(2液、塑限联合测定法:同上。 这里只介绍液、塑限联合测定法。 二、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。图1所示为光电式液塑限联合测定仪,圆锥质量为76克,锥角为30º读数显示为光电式;试样杯内径为4050mm ,高

10、度为3040mm 。(2天平:称量200g ,分度值0.01g 。 (3烘箱、干燥器。(4铝盒、调土刀、孔径0.5mm 的筛、研钵、凡士林等。 三、操作步骤1.原则上采用天然含水量试样,但也允许 采用风干土样,当试样中含有大于0.5mm 的土 粒和杂物时应过0.5mm 筛。2.当采用天然含水量土样时,取代表性土样250克;采用风干土样时,取过 0.5mm 筛的代表性试样250g ,放入盛土皿中,用纯水调制成均匀膏状, 然后放入密封的保湿缸中,静置24小时。3.将制备好的土膏用调土刀充分调拌均匀, 分层密实地填入试样杯中,注意土中不能留有空隙,装满试杯后刮去余土使土样与杯口齐平,并将试样杯放在联

11、合测定仪的升降座上。4.将圆锥仪擦拭干净,并在锥体上抹一薄层凡士林,然后接通电源,使电磁铁吸稳圆锥。5.调节屏幕准线,使初始读数为零。然后转动升降座,使试样杯徐徐上升,当圆锥尖刚好接触试样表面时,指示灯亮,圆锥在自重下沉入试样内,经5秒后立即测读显示在屏幕上的圆锥下沉深度。6.取下试样杯,挖出锥尖入土处的凡士林,取锥体附近不少于10g 的试样,放入称量盒内,测定含水量。7.将剩余试样从试杯中全部挖出,在加水或吹干并调匀,重复以上试验步骤分别测定试样在不同含水量下的圆锥下沉深度和其相应的含水量。液塑限联合测定至少在三点以上,其圆锥入土深度宜分别控制在34mm ,79mm 和1517mm 。 四、

12、成果整理 1. 计算含水量: %1000112-=m m m m w式中:w -含水量(%,精确至0.1% 1m -干土和称量盒质量(g 2m -湿土和称量盒质量(g 0m -称量盒质量(g 2.确定液限、塑限以含水量为横坐标,以圆锥入土深度为纵坐标,在双对数坐标纸上绘制含水量与圆锥入土深度关系曲线,如图2所示。三点应在一条直线上,如图中A线。当三点不在一条直线上时,应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 处分别查得相应的两个含水量,当两个含水量的差值小于 2%时,应以该两点含水量的平均值(仍在圆锥下沉深度2mm 处与高含水量的点再连一直线,如图中B 线。若两

13、个含水量的差值大于或等于2%时,应重做试验。在圆锥下沉深度h 与含水量w 关系图上,查得圆锥下沉深度为17mm 所对应的含水量为17mm 液限;查得圆锥下沉深度为10mm 所对应的含水量为10mm 液限;查得下沉深度为2mm 所对应的含水量为塑限;取值以百分数表示,准确至0.1%。3.塑性指数计算塑性指数: P L P w w I -=式中:P I -塑性指数,精确至0.1% L w -液限(% p w -塑限(%4.液性指数计算液性指数: PPL I w w I -=式中:L I -液性指数,精确至0.01 w -天然含水量(% 其余符号同上式项目四、 颗粒分析实验一、实验目的筛分法是利用孔

14、径不同的标准筛来分离一定量的砂土中与筛孔径相应的粒组,而后称量,计算各粒组的相对含量,确定土的粒度成分。 二、实验方法筛分法 密度计法。本次实验采用筛分法 三、实验原理筛分法是利用孔径不同的标准筛来分离一定量的砂土中与筛孔径相应的粒组,而后称量,计算各粒组的相对含量,确定土的粒度成分。此法只适用于分离粒径大于0.075mm 的粒组。 四、仪器设备1、粗筛:孔径为60、40、20、10、5、2mm 。2、细筛:孔径为2.0、0.5、0.25、0.075mm 。3、天平:称量5000g ,感量1g ,称量1000g ,感量0.1g ,称量200g ,感量0.01g 。4、摇筛机:筛析过程中应能上下

15、震动。5、其它:烘箱、搪磁盘、筛刷、木碾、研钵和带橡皮头的研杵等。 五、操作步骤1 砂性土筛析法实验,应按下列步骤进行:(1按规定称取试样质量,应准确至O .1g ,试样数量超过500g 时,应准确至1g.(2将试样过2mm 筛,称筛上和筛下的试样质量。当筛下的试样质量小于试样总质量的10%时,不作细筛分析;筛上的试样质量小于试样总质量的10%时,不作粗筛分析。(3 取筛上的试样倒入依次叠好的粗筛中,筛下的试样倒入依次叠好的细筛中,进行筛析。细筛宜置于振筛机上震筛,振筛时间宜为1015min。再按由上而下的顺序将各筛取下,称各级筛上及底盘内试样的质量,应准确至0.1g。(4 筛后各级筛上和筛底

16、上试样质量的总和与筛前试样总质量的差值,不得大于试样总质量的1%。注:根据土的性质和工程要求可适当增减不同筛径的分析筛。2 含有细粒土颗粒的砂土的筛析法实验,应按下列步骤进行:(1 按规定称取代表性试样,置于盛水容器中充分搅拌,使试样的粗细颗粒完全分离。(2 将容器中的试样悬液通过2mm筛,取筛上的试样烘至恒量,称烘干试样质量,应准确到0.1g,并按第4条(3、(4款的步骤进行粗筛分析,取筛下的试样悬液,用带橡皮头的研杆研磨,再过0.075mm 筛,并将筛上试样烘至恒量,称烘干试样质量,应准确至0.1g,然后按第4条(3、(4款的步骤进行细筛分析。(3 当粒径小于O.075mm的试样质量大于试

17、样总质量的10%时,应按密度计法或移液管法测定小于0.075mm的颗粒组成。试验二击实实验一、试验目的本试验的目的是用标准的击实方法,测定土的密度与含水率的关系,从而确定土的最大干密度与最优含水率。轻型击实试验适用于粒径小于5mm的粘性土,重型击实试验适用于粒径小于20mm的土。二、仪器设备1、击实仪:由击实筒、击锤和护筒组成。2、天平:称量200g,分度值0.1g。3、台秤:称量10kg,分度值5g。4、孔径为5mm的标准筛。5、试样推出器:宜用螺旋式千斤顶。6、其他:烘箱、喷水设备、碾土设备、盛土器、修土刀和保湿设备等。67三、操作步骤1、试样制备:分为干法制备和湿法制备。干法制备:(1取

18、一定数量的代表性风干土样(轻型约为20kg ,放在橡皮板上碾散。(2轻型击实试验过5mm 筛,将筛下土样拌匀,并测定土样的风干含水率。(3根据土的塑限预估最优含水率,按依次相差约2%的含水率制备一组(不少于5个试样,其中应有2个含水率大于塑限,2个含水率小于塑限,1个含水率接近塑限。并按下式计算应加的水量: 式中:m w 土样所需加水质量,g ;m 风干含水率时的土样质量,g ; w o 风干含水率,%;w 土样所要求的含水率,%。(4将一定量的土样平铺于不吸水的盛土盘内(轻型击实取土约2.5kg ,按预定含水率用喷水设备往土样上均匀喷洒所需加水量,拌匀并装入塑料袋内或密封于盛土器内静置备用。

19、静置的时间分别为:高液限粘土不得少于24小时,低液限粘土可酌情缩短,但不应少于12小时。 湿法制备:取天然含水率的代表性土样(轻型为20kg 碾散,过筛,将筛下土样拌匀,分别风干或加水到所要求的不同含水率。注意:制备试样时必须使土样中含水率分别均匀。2、试样击实 (1、将击实仪放在坚实的地面上,击实筒内壁和底板涂一薄层润滑油,连接好击实筒与底板,安装好护筒。检查仪器各部件及配套设备的性能是否正常,并做好记录。(2、从制备好的一份试样中称取一定量土样,分3层倒入击实筒内并将土面整平分层击实。每层25击。注意:轻型击实法,每层土料的质量为600800g ,即其量应使击实后的试样高度略高于击实筒的1

20、/3;两层交接面处的土应刨毛;击实完成后,超出击实筒顶的试样高度应小于6mm 。(3、用修土刀沿护筒内壁削挖后,扭动并取下护筒,测出超高(应取多个测值平均,准确至0.1g 。沿击实筒顶细心修平试样,拆除底板。如试样底面超出筒外,亦应修平。擦净筒外壁,称量,准确至1g 。 (4、用推土器从击实筒内推出试样,从试样中心取2个一定量土样(轻型为1530g ,平行测定土的含水率,称量准确至0.01g ,含水率的平行差值不得大于1%。 (5、按上述(1(4的操作步骤对其其他含水率的土样进行击实,一般不得重复使用土样。 四、计算与制图 1、计算(1计算击实后的试样的含水率: 式中: w 含水率,%;m 湿

21、土质量,g ; m d 干土质量,g 。 (2计算击实后各试样的干密度:式中:湿密度,g/cm 3。 计算至0.01 g/cm 3。(01.001.01o ow w w w m m -+=%1001(-=dm m w wd 01.01+=8(3计算土的饱和含水率:2、制图以干密度为纵坐标,含水率为横坐标,绘制干密度与含水率的关系曲线,即为击实曲线。曲线峰值点的纵、横坐标分别代表土的最大干密度和最优含水率。如果曲线不能得出峰值点,应进行补点试验。计算数个干密度下的饱和含水率。以干密度为纵坐标,含水率为横坐标,在击实曲线的图中绘制出饱和曲线,用以校正击实曲线。试验三 固结(压缩实验一、基本原理1.

22、土的压缩性土在外荷载的作用下,其孔隙间的水和空气逐渐被挤出,土的骨架颗粒之间相互挤紧,封闭气泡的体积也将缩小,从而引起土层的压缩变形,土在外力作用下体积缩小的这种特性,称为土的压缩性。土的压缩性主要有两个特点:土的压缩主要是由于土中孔隙体积的减少而引起的。对于饱和土而言,土是由固体颗粒和水组成的,在工程上一般的压力作用下(600kPa ,固体颗粒和水本身体积压缩量都非常微小,可不予考虑,但由于土中的水具有流动性,在外力作用下会沿着土中孔隙排出,从而引起土的体积减少而发生压缩;由于孔隙水的排出而引起的压缩对于饱和粘性土来说是需要一定时间的,土的压缩随时间增长的过程称为土的固结。2.土的压缩曲线及

23、有关指标固结试验(亦称压缩试验是研究土的压缩性的最基本的方法。固结试验就是将天然状态下的原状土或人工制备的扰动土,制备成一定规格的土样,然后将土样置于固结仪容器内,逐级施加荷载,测定试样在侧限与轴向排水条件下压缩变形,变形和压力的关系,孔隙比和压力的关系,变形和时间的关系,以便计算土的压缩系数v a 、压缩模量s E 、体积压缩系数v m 、压缩指数c C 、回弹指数s C 、竖向固结系数v C 以及原状土的先期固结压力c P 等。如图1-3所示,设土样的初始高度为H 0,初始孔隙比为e 0,在荷载荷载P 作用下,土样稳定后的总压缩量为H ,假设土粒体积Vs=1,(不变,根据土的孔隙比的定义e

24、=Vv/Vs ,则受压前后土的孔隙体积Vv 分别为e 0和e ,因为受压前后土粒体积不变,且土样横截面积不变,所有受压前后试样中土粒所占的高度不变,因此,根据荷载作用下土样压缩稳定后的总压缩量H ,即可得到相应的孔隙比e 的计算公式:e HH eH e H +-=+=+111000 (1-1于是有:1(000e H H e e +-= (1-2%1001(-=Sdw sat G w 9式中,11(000-+=w s w G e ,其中s G 为土粒比重,0w 为土样的初始含水量,0为土样的初始密度,w 为水的密度。如此,根据式(1-2各级荷载P 下对应的孔隙比e ,从而可绘制出土的e-P 曲线

25、及e-lgP 曲线等。 (1e-P 曲线及有关指标通常将由固结试验得到的e-P 关系,采用普通直角坐标系绘制成如图所示的e-P 曲线。 压缩系数a从图1-4可以看出,由于软土的压缩性大,当发生压力变化P 时,则相应的孔隙比的变化e 也大,因而曲线就比较陡;反之,像密实砂土的压缩性小,当发生相同压力P 变化时,相应的孔隙比的变化e 就小,因而曲线比较平缓,因此,土的压缩性的大小可用e-P 曲线斜率来反映。如图1-5所示,设压力由P 1增加到P 2,相应的孔隙比由e 1增加到e 2,当压力变化范围不大时,可将该压力范围的曲线用割线来代替,并用割线的斜率来表示土在这一段压力范围的压缩性,即:1221

26、tan p p e e pe a -=-= (1-3式中,a 为土的压缩系数(Mpa -1,压缩系数越大,土的压缩性愈高。 图1-5 由压缩曲线确定压缩指标从图1-5中还可以看出,压缩系数a 值与土所受的荷载大小有关。为了便于比较,一般采用压力间隔P 1=100kPa 至P 2=200kPa 时对应的压缩系数a 1-2l 来评价土的压缩性。压缩模量Es由e-P 曲线,还可以得到另一个重要的压缩指标压缩模量,用Es 来表示。其定义为土在完全侧限的条件下,竖向应力增量P (从P 1增至P 2与相应的应变增量的比值由图1-6可以得到:1/H H p p E s = (1-4 图1-4 土的压缩曲线1

27、0式中,Es 为压缩模量(Mpa 。在无侧向变形,即横截面积保持不变的条件下,土样高度的变化H 可用相应的孔隙比的变化21e e e -=来表示:212211111e H H e H e H +-=+=+ (1-5得到12112111H e e H e e e H +=+-= (1-6将式(1-6代入式(1-5得:ae e e p H H p E s 11111/(/+=+=(1-7同压缩系数a 一样,压缩模量Es 也不是常数,而是随着压力的变化而变化。显然,在压力小的时候,压缩系数a 大,压缩模量Es 小;在压力大的时候,压缩系数a 小,压缩模量Es 大。在工程上,一般用压力间隔P 1=10

28、0kPa 至P 2=200kPa 时对应的压缩模量Es 1-2;也可根据实际竖向应力的大小,在压缩曲线上取相应的值计算压缩模量。2.土的回弹曲线和再压缩曲线当土体加压到某一荷载值P 1(相应于图1-7a 中曲线上的b 点后不再加压,逐级进行卸载直至零,并且测得各卸荷等级下土样回弹稳定后的高度,进而换算得到相应的孔隙比,即可绘制出卸荷阶段的关系曲线,如图中的bc 曲线所示,称为回弹曲线(或膨胀曲线。从图中还可以看出,回弹曲线不与初始加载的曲线ab 重合,当卸载至零时,土样的孔隙比没有恢复到初始应力为零时的孔隙比e 0。这就显示了土残留了一部分压缩变形,称之为残余变形,但也恢复了一部分压缩变形,称

29、之为弹性变形。图1-7 土的回弹再压缩曲线若对土样重新逐级加压,则可得到土样各级荷载作用下再压缩稳定后的孔隙比,相应地可绘制出再压缩曲线,如图1-7a 中的cdf 曲线所示。可以发现其中的df 段象是ab 段的延续,犹如期间没有经过卸荷和再压缩的过程一样。3.e-lgP 曲线及有关指标当采用半对数的直角坐标来绘制固结实验e-P 关系时,就得到了e-lgP 曲线(如图1-7b ,可以看到,在压力较大部分,e-lgP 关系接近直线,这是这种表示方法区别于e-lgP 曲线的独特的优点。它通常用来整理有特殊要求的实验,如先期固结压力的确定,同样,图1-7a 中的回弹再压缩曲线也可绘制成e-lgP 曲线

30、(如图1-7b 。(1压缩指数和回弹指数将图1-5b 中e-lgP 曲线直线段的斜率用Cc 来表示,称为是指数,无量纲,如下式所示:12122211lg lg lg c e e e e C p p p p -=- (1-8压缩指数Cc 与压缩系数a 不同,a 值随压力变化而变化,而Cc 值在压力较大时为常数,不随压力变化而变化,Cc 值越大,土的压缩性则越高。(2先期固结压力土层历史上所曾经承受过的最大固结压力称为先期固结压力,也就是土体在固结过程中所受的最大有效应力,用P C 来表示,先期固结压力是一个非常有用的量和概念,是了解土层应力历史的重要指标。通过先期固结压力P C 与土层的自重应力

31、(即自重作用下固结稳定的有效竖向应力状态的比较,可将天然土层划分为正常固结土、超固结土和欠固结土三类固结状态,并用超固结比OCR=Pc/Po 去判别:如果土层的自重应力Po 等于先期固结压力Pc ,也就是说土自重应力就是该土层历史上受过的最大有效应力,这种土称为正常固结土,则OCR=1。如果土层的自重应力Po 小于先期固结压力Pc ,也就是说该土层历史上受过的最大的有效压力大于自重应力,这种土称为超固结土,如覆盖的土层由于被剥蚀等原因,使得原来长期存在于土层中的竖向有效应力减小了,则OCR>1。如果土层的先期固结压力Pc 小于土层的自重应力Po ,也就是说该土层在自重作用下的固结尚未完成

32、,这种土称为欠固结土,如新近沉积粘性土、人工填土等,由于沉积的时间短,在自重作用下还没有完全固结,则OCR<1。二、实验方法1.标准固结试验:就是将天然状态下的原状土或人工制备的扰动土,制备成一定规格的土样,然后在侧限与轴向排水条件下测定土在不同荷载下的压缩变形,且试样在每级压力下的固结稳定时间均为24h 。2.快速固结试验:规定试样在各级压力下的固结时间为1小时,仅在最后一级压力下除测记1小时的量表读数外,还应测读达压缩稳定时的量表读数。3.应变控制连续加荷固结试验:是试样在侧限和轴向排水条件下,采用应变速率控制方法在试样上连续加荷,并测定试样的固结量和固结速率以及底部孔隙水压力。这里

33、只介绍标准固结试验。三、仪器设备1.杠杆加压式双联固结仪:包括固结容器(如图3所示 和加荷设备。2.百分表:量距10mm ,精度0.01mm ;3.天平:称量200g ,感量0.01g ;4.其它:秒表、环刀、切土刀、钢丝锯、烘干箱、铝盒、滤纸、圆玻璃片、凡士林等。四、操作步骤1.根据工程需要,选择面积为30cm 2或50cm 2的环刀,切取原状土试样或制备给定密度与含水量的扰动土样。切土的方法同密度试验,注意切取原状土样时,切土的方向应和天然状态时垂直方向一致。 2.测定试样的密度并在余土中取代表性土样测定其含水量。对于需要饱和的试样,应按规范规定的方法将试样进行抽气饱和。3.在固结容器内依

34、次放置透水石、护环、薄滤纸,将带有试样的环刀(刀口向下,小心装入护环内,然后在环刀上放置导环,在试样上放薄滤纸、透水石和加压盖板以及定向钢珠。4.将装有土样的固结容器置于加压框架下,对准加压框架的正中,调节杠杆的平衡,安装竖向变形量表,量表的位置应和定向钢珠上下对齐。5.施加1kPa 的预压压力,使试样与仪器上下各部分之间接触良好,然后调整量表,使指针读数为零。6.根据工程需要确定加压等级、测定项目以及试验方法。加压等级一般为12.5、25.0、50.0、100、200、400、800、1600、3200kPa 。第一级压力的大小视土的软硬程度,分别采用12.5kPa ,25kPa 或50kP

35、a ;最后一级压力应大于土层的自重应力与附加应力之和,或大于上覆土层的计算压力100200kPa ,但最大压力不应小于400kPa 。7.当需要测定原状土的先期固结压力时,初始段的荷重率应小于1,可采用0.5或0.25,最后一级压力应使测得的p e lg -曲线下段出现直线段。对于超固结土,应采用卸压再加压方法来评价其再压缩特性。8.当需要做回弹试验时,回弹荷重可由超过自重应力或超过先期固结压力的下一级荷重依次卸压至25kPa ,然后再依次加荷,一直加到最后一级荷重为止。卸压后的回弹稳定与加压相同,即每次卸压后24h 测定试样的回弹量。但对于再加荷时间因考虑到固结已完成,稳定较快,因此可采用1

36、2h 或更短的时间。9.如系饱和试样,则在施加第1级压力后,立即向固结仪容器的水槽中注水浸没试样。如系非饱和试样,则不必向水槽中注水,须用湿棉纱或湿海绵围住加压盖板四周,避免水分蒸发。10.当需要预估建筑物对于时间与沉降的关系,需要测定竖向固结系数v C ,或对于层理构造明显的软土需测定水平向固结系数H C 时,应在某一级荷重下测定时间与试样高度的变化关系。读数时间为6s ,15s ,1min ,2.25min ,4min ,6.25min ,9min ,12.25min ,16min ,20.25min ,25min ,30.25min ,36min ,42.25min ,49min ,64

37、min ,100min ,200min ,400min ,23h ,24h ,直至稳定为止。当测定H C 时,需具备水平向固结的径向多孔环,环的内壁与土样之间应贴有滤纸。11.当不需要测定沉降速率时,则施加每级压力后24小时测定试样高度变化作为稳定标准。只需测定压缩系数的试样,以试样每小时变形小于0.01mm 为稳定标准,测记稳定读数后,再施加第2级压力。依次逐级加压至试验结束。12.实验结束后,应先排除固结容器内的水,迅速拆除仪器部件,取出带环刀的试样。(如系饱和试样,则用干滤纸吸去试样两端表面上的水,取出试样,测定试验后的密度和含水量。五、成果整理1.按下式计算试样的初始孔隙比0e101.

38、01(000-+=w G e s w (1-9式中:0试样初始密度, g/cm 3;0w 试样的初始含水量, %;0e -试样初始孔隙比;s G -土粒比重;w -水的密度, g/cm 3。2. 按下式计算各级压力下固结稳定后的孔隙比i e000(1i i h e e e h =-+ (1-10式中: i e -某级压力下的孔隙比;i h 某级压力下试样高度变化,即总变形量减去仪器变形量,mm ;h 0试样初始高度,mm ;0e -试样初始孔隙比;3.绘制e p 的关系曲线以孔隙比e 为纵坐标,以压力p 为横坐标,将试验成果点在图上,连成一条光滑曲线,即压缩曲线,如图1-5所示。4. 按下式计

39、算某一级压力范围内的压缩系数v a 和压缩模量s E111000i i v i i e e a p p +-=- (1-11v i s a e E +=1 (1-12i v s v e a E m +=11 (1-13式中:v a -某一压力范围内的压缩系数 (Mpa -1i p -某级压力(kpa s E -某一压力范围内的压缩模量 (Mpav m -体积压缩系数(Mpa -1试验四 直剪实验一、实验目的剪切试验的目的是土的抗剪强度指标,即土的内摩擦角和粘聚力c 。目前常用的测定抗剪强度的方法为直接剪切试验(快剪法:直接剪切试验:它是一种测定土抗剪强度的一种常用方法。通常采用4个试样,在直接

40、剪切仪上分别在不同的垂直压力p (不给压力一定的时间作用于土样上下,施加水平剪切力,试样在规定的剪切面上进行剪切。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,直接剪切仪又分为应变控制式和应力控制式。本次试验是采用应变控制式直剪仪进行快剪试验。二、实验要求1、由实验室提供制备土样,要求学生用快剪法在直接剪切仪中测定该土的抗剪强度指标和c的数值;2、参观三轴仪。三、实验仪器应变控制式直剪仪快剪法1、应变控制式直剪仪:(见图11;2、百分表:量程10mm;精度0.01mm;3、秒表;4、切试样的用具等。应变控制式直剪仪如图11所示:它的主要特点是剪切力(水平

41、力是通过转动手轮,使轴向前移动而推动底座施加给下盒,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压力,故在试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可适用。四、试验步骤:1、根据工程需要,从原状土或制备状态的扰动土中用环刀取4个试样。如系原状土样,切取试样方向应与土在天然地层中的上下方向一致。 1轮轴2底座3透水石4百分表5活塞6上盒7土样8百分表9量力环10下盒图11 应变控制式直剪仪2、在下盒内顺次放入透水石和蜡纸(或塑料纸,然后用插销将上、下剪切盒固定好。3、将带试样的环刀刃口向上,对准剪切盒口,将试样从环刀内推入剪切盒中

42、,顺次放入蜡纸和透水石各一,然后放上活塞、钢球,装上垂直加压设备(暂不加砝码。4、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,调整百分表使其指针在某一整数(即长针指零,并作为起始零读数。5、慢慢转动手轮,至量力环中百分表指针刚开始触动为止。6、在试样上施加垂直荷载。按第一个试样上应加的垂直压力(100千帕计算出应加荷载,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查试验时的资料表。7、拔出固定插销。开动秒表,同时以每分钟0.8mm的剪切速度均匀地转动手轮,进行剪切。当量力环中百分表指针不再前进而出现后退或剪切变形量达试样直径的1、151/10时,认为试样

43、已经剪损,记录百分表指针最大读数(代表峰值抗剪强度,用0.01mm作单位估读至0.001mm。(即以百分表上大度盘的“格”作单位,估读至0.1格。8、反转手轮,卸除垂直荷载和加压设备,取出已剪损的试样,刷净剪切盒,装入第二个试样。9、第二、三、四个试样分别施加200、300、400KP垂直压力后按同步骤进行试验。五、成果整理:1、计算每个试样在一定垂直压力下的抗剪强度(ff=k·R式中:R该试件在剪损时的百分表最大读数(单位:0.01mm;K量力环校正系数,单位:KPa/0.01mm(由实验室提供;f抗剪强度,KPa。2、根据建筑地基基础设计规范规定,抗剪强度指标内摩擦角、粘聚力、相

44、应的标准差、变异系数、统计修正系数的计算可按规范中规定的公式进行计算,具体公式可查规范。3、为了同学们学习方便起见,本次试验可按下述方法绘抗剪强度曲线和确定抗剪强度指标(图12。为纵坐标,将4个实测点绘在图上,画一视测的平均直以垂直压力p(KPa为横坐标,抗剪强度f线,若各点不在一条近似的直线上,可按相邻的三点连成两个三角形,分别求出两个三角形的重心,然后将两重心连成一直线,即为抗剪强度曲线。轴上的截距即为粘聚力c,精确至10千帕;其倾角为内摩擦角,精确至0.1度。抗剪强度曲线在f六、注意事项:1、开始剪切之前,切记必须先拔去插销。否则,量力环被压断,仪器即损坏。2、加砝码时,应将砝码上的缺口

45、彼此错开,防止砝码一齐倒下压伤脚。3、如时间允许,同学们可在4个试样中选定一个土样,在剪切过程中手轮每转一圈测计百分表读数一次,直至剪损(表格由实验室提供。由手轮转数和百分表读数计算出手轮每转一圈时的剪切变形和剪应力。 图12 抗剪强度曲线图13 关系曲线剪变形(mm=0.2-R剪应力(KPa=C·R式中:n手轮转数;0.2-手轮每转一圈推动轴前进距离为0.2mm;C、R意义同前。以为纵坐标,为横坐标,绘制关系曲线。图13表示其典型的变化规律。4、每组作4个试样,每人交试验结果一份。七、实验建议1、预习时建议到实验室参观仪器构造,注意加力杠杆的比例和加压设备本身质量,预先算好施加10

46、0千帕、200千帕、300千帕、400千帕的垂直压力应加的砝码数。2、切取试样和推试样入盒时都要特别细心。3、必须事先记住试验步骤,试验时分好工,各人严守岗位,互相配合,动作应迅速准确,不允许临时一边看指示一边慢慢进行操作。试验五土的三轴剪切实验一、试验目的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围压力（ 3）下，施加轴向压力，即主应力差（ 1- 3） ，进行剪切直到破坏；然后根据摩尔-库伦理论， 求得抗剪强度参数。 适用于测定细粒土及砂类土的总抗剪强度参数及有效抗剪强度参数。 本次试验主题词：周围压力；轴向压力；不固结不排水剪；固结不排水剪；固

47、结排水剪。 二、试验仪器 1三轴压缩议：应变控制式，由周围压力系统、反压力系统、孔隙水压力量测系统和主机组成。 三轴压缩仪 2附属设备：包括击实器、饱和器、切土器、分样器、切土盘、承膜筒和对开圆模。 3天平：称量 200g，感量 0.019；称量 1000g，感量 0.1g。 4橡皮膜：应具有弹性，厚度应小于橡皮膜直径的 1100，不得有漏气孔。 三、操作步骤 试样的制备： （1）将制备成大于试样直径和高度的毛坯，放在切土器内用钢丝锯和修土刀，制备成所要求规格的试样 （2）试样饱和一般采用真空抽气饱和法，将切好的试样装入饱和器后，先浸没在带有清水的真空饱和缸 内，连续真空抽气 2-4 小时（粘

48、土） ，然后停止抽气，静置 12 小时左右即可。 （3）原状试样制备，应将土切成圆柱形试样，试样两端应平整并垂直于试样轴，当试样侧面或端部有小 石子或凹坑时，允许用削下的余土修整，试样切削时应避免扰动，并取余土测定试样的含水量。 （4）扰动试样制备，应根据预定的干密度和含水量，在击实器内分层击实，粉质土宜为 3 一 5 层，粘质 土宜为 5 一 8 层，各层土料数量应相等，各层接触面应刨毛。 （5）对于砂性土应先在压力室底座全依次放上不透水板，橡皮膜和对开圆膜。将砂料填入对开圆膜内， 分三层按预定干密度击实。当制备饱和试样时，在对开圆膜内注入纯水至 13 高度，将煮沸的砂料分三 层填入，达到预

49、定高度。放上不透水板、试样帽，扎紧橡皮膜。对试样内部施加 5KPa 负压力使试样能站 立，折除对开圆膜。 （6）对制备好的试样，应量测其直径和高度。 试样的安装： （1）检查压力管线，并连接管线。 16 （2）打开试样底座的开关，使量管里的水缓缓地流向底座，并依次放上透水石和滤纸，待气泡排除后， 在放上试样，试样周围贴上滤纸条，关闭底座开关。 （3）把已检查过的橡皮薄膜套在膜筒上，两端翻起，用吸球从气嘴中不断吸气，使橡皮膜帖于筒壁，小 心将它套在土样外面，然后让气嘴放气，使橡皮膜紧帖试样周围，翻起橡皮膜两端，扎紧橡皮膜。 （4）把土样装入压力室。 （5）安装轴向位移传感器。 试样排水固结步骤： 1、施加周围压