土质学与土力学实验指导书

1、.土质学与土力学实验指导书左明汉 编湖南工业大学土木工程学院*;目录前言 1实验注意事项 2实验一 、土的含水量实验 4实验二 、土的密度实验 6实验三 、液塑限联合测定法测定土的液塑限实验 8实验四 、土的固结实验 10实验五 、直接剪切仪测定土的抗剪强度实验 13实验六 、土的击实实验 16实验七 、三轴剪切实验 20前 言本指导书是配合建筑工程专业、道路与桥梁专业“土质学与土力学”的教材而编写的，编写时注意了以下几点：1、实验与讲课的关系。实验内容主要配合讲课，加强理论与实践的联系，使讲课中的重要内容和原理能通过实验进一步巩固、提高、深化。2、加强基本操作和技能的训练。常用仪器、主要操作

2、技能都作了文字说明，某些最基本的操作技能则尽可能在不同实验中多次运用，以利于反复训练。3、培养独立思考和独立工作的能力。在配合讲课的同时，实验内容的安排尽可能根据循序渐进的原则，由浅入深 ，由简到繁。逐步培养学生独立观察、分析实验现象并归纳出结论的能力。有些实验还要求学生独立设计实验步骤，自己组合、安装仪器设备，进一步培养学生解决具体问题的能力。在编写过程中，参考了有关院校的资料。由于水平有限，缺点和错误在所难免，希望批评指正。实验注意事项为了确保实验顺利进行，达到预定目的，应做到下列几点：一、作好实验前的准备工作：1、预习实验指导书，明确本次实验目的、方法、步骤和注意事项。2、预习与本次实验

3、有关的基本原理。3、对实验中所用到的仪器、设备、实验前应有一定的熟悉和了解。4、必须清楚地知道本次实验所需记录的项目及数据处理的方法，事先做好记录表格。5、除了解指导书所提方案外，应多设想一些其它方案。二、遵守实验室的规章制度：1、严肃认真，保持安静。2、爱护设备及仪器，严格遵守操作规程。3、非本实验所用设备及仪器切勿任意动用。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、认真听取教师讲解。2、清点有关实验用设备和器材。3、应有严格的科学作风、认真细致地按照要求的实验方法和步骤进行。4、对于带电或贵重的设备及仪器，在接线或布置后，应经教师检查通过后，才能开

4、始实验。5、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，应及时总结。6、记录下全部所需测量数据，以及仪器型号、精度、量程，试件尺寸。如实验结果与温度有关还应记录温度、湿度。原始数据不得任意修改。7、教学实验是培养学生动手能力的一个重要环节，在实验小组中虽有一定分工，但每个学生都必须自己动手，完成实验环节。8、如学生希望观察一些与本实验有关的其他现象，或用另外方案进行测量，在完成本实验规定项目后，经教师同意可以进行。四、写好实验报告：实验报告是实验的总结，通过实验报告的书写，可以提高分析问题的能力，因此必需独立完成。报告要求整洁清楚，要有分析和自己的观点，并进行讨论。一般实验报

5、告应具有下列内容：1、实验名称，实验日期，实验者及同组成员。2、实验目的。3、实验的基本原理、方法及步骤。4、设备及仪器型号、精度、量程等。5、实验数据及其处理应包括全部原始数据，并注明测量单位。最好以表格形式，列出数据的运算过程。6、讨论：应根据实验结果及实验中观察到的现象，结合基本原理进行分析讨论，如实验对象有理论解，则应与理论计算结果进行比较。实验一 土的含水量实验一、实验内容及要求1、实验内容由实验室提供扰动土样，要求用室内烘干法或酒精燃烧法测定其含水量，了解扰动土含水量情况。2实验要求要求了解实验原理，掌握实验方法，并对实验数据进行分析、整理。二、实验目的、意义土的含水量是土在100

6、105下烘至恒温时所失去的水分质量和达到恒重后干质量的比值，以百分数表示。其目的是测定土的含水量，了解土中含水量情况。三、仪器设备1烘箱：可采用电热烘箱或温度能保持100105的其它能源烘箱，也可用远红外线烘箱。2酒精：纯度95%。3天平：称量200g，最小分度值0.01g；称量1000g，最小分度值0.5g。4其它：干燥器、土盒、滴管、小勺、土样盘、调土刀等。四、试样制备及准备工作1取代表性扰动土样34kg，充分拌匀备用。2土盒称重列表备查。五、操作步骤1烘干法（1）选取代表性扰动土样约510g，放入质量为g。土盒内（注意盒盖与盒底编号对应），立即盖好盒盖，称湿土加盒重g1，精确至0.01g

7、。（2）揭开盒盖并套在盒底下，一起放入烘箱，在温度100105下烘至恒重（烘至恒重的时间因土的性质及土重不同而异，一般土重1530g时，砂土需12h，粉土需68h，粘土约需10h）。（3）将烘干后的试样连盒取出，盖好盒盖，放入干燥器内冷却至室温，称出干土加盒重g2，精确至0.01g。2酒精燃烧法（演示）（1）取代表性试样若干g（粘性土510g，砂性土2030g），用小刀将试样分散，按烘干法称湿土重。（2）揭开盒盖，用滴管将酒精注入试样，直至土盒中呈现自由液面为止。为使酒精充分浸透试样，可将盒底在桌上轻轻敲击。（3）将盛有酒精的试样放在非易燃物上（如水泥台面），点燃土盒中的酒精，烧至火焰熄灭。（

8、4）等试样稍为冷却，重新滴入酒精，再次燃烧。一共需燃烧23次。（5）最后一次火焰熄灭后，立即盖好盒盖，待稍冷却后，称干土重。六、注意事项及说明1含水量实验应采用能控制温度的烘干法作为标准方法，但此法常受设备和时间的限制，因此，在工地常用一些快速测定的方法，其中酒精燃烧法是比较准确、简易的一种方法。2土样的有机质（泥炭、腐植质等）含量不应超过干土重5%（由于在高温下长时间焙烘，可使有机质分解或氧化，其质量因而变化，故有机质含量过多，所测得的含水量就不准确。）如果土的有机质含量在5%10%之间的土，烘箱温度宜控制在6570的恒温下烘干。3含水量实验应进行两次平行测定，取其算术平均值，两次测定允许平

9、行差值见表1-1。七、结果整理与分析含量水（%）允许平行差值（%）10以下0.540以下1.040以上2.0表1-1试样含水量，应按下式计算：（%）= （1-1）式中 含水量（%）；计算准确至0.1%； 土盒+湿土重（g）；准确至0.01g； 土盒+干土重（g）；准确至0.01g； 土盒重（g）（由实验室提供）。实验二 土的密度实验一、实验内容及要求1实验内容用实验室制备好，将扰动土经击实后的试件用环刀法测定其密度，用取土器法进行密度测定演示。2实验要求了解实验原理，掌握测定方法和结果计算整理。二、实验目的、意义土的单位体积的质量称为密度。在天然含水量情况下的密度称为天然密度。测定密度的目的为

10、了解土体内部结构的密实情况，计算土的自重压力。三、仪器设备1环刀法（1）环刀：内径为61.8mm，高度为20mm。（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：修土刀、凡士林等。 2取土器法（演示）（1）取土器（图2-1）：包括环刀、环盖、定向筒和击锤系统（导杆、落锤、手柄）。（2）其它：修土刀测定含水量设备等。四、试样制备及准备工作1取扰动土样风干（烘干），过2mm筛，按需要加水拌匀闷料一昼夜。2将扰动土按要求击实成试件备用，并测图 21 取土器1、手柄 2、导杆 3、落锤 4、环刀盖5、环刀 6、定向筒 7、齿钉 8、实验表面其含水量。3在野

11、外，选择一合适地面，整平其地面，进行以土器法演示的准备。五、操作步骤1环刀法在环刀内壁涂一薄层凡士林，刃口向下放在土样上，将环刀垂直下压，并用修土刀沿环刀外侧切削土样，边压边削，直至土样高出环刀，然后用钢丝锯整平刀环刀两端土样，擦净环刀外壁，称环刀和土的总质量，并取余土测定含水量。2取土器法（粘性土）（1）在实验地点，将面积30cm×30cm的一块地面铲平。如系检查填土压实密度时，应将表面未压实土层清除干净，并将压实土层铲去一部分（其深度视需要而定），使环刀打下后能达到规定的取土深度。（2）利用齿钉将定向筒固定于铲好的地面上，顺次将环刀、环盖放入定向筒内。（3）按土质干湿和紧密情况，

12、可采用下列方法之一将环刀压入或打入土中。a、直接压入法：将导杆座对准环刀盖上面凹槽，两手按住手柄，以均匀压力将环刀垂直压入土中，至环盖顶面与定向筒上口齐平为止。b、落锤打入法：若土质坚硬不能直接压入时，可用落锤将环刀打入土中，至环盖顶面与定向筒上口齐平为止。c、手锤打入法：若用落锤打入有困难时，应另换地方用手锤再行锤击。（4）去掉击锤（或手锤）和定向筒，用镐将环刀及土样挖出。（5）轻轻取下环盖，用修土刀削去环刀两端余土，并将其修平。（6）擦净环刀外壁，称环刀和土的总质量，精确至1g 。（7）自环刀中取出具有代表性的试样测定其含水量。（8）如为湿润的砂土，实验时可不需用击锤和定向筒，在铲平的地面

13、上，细心挖出一个直径较环刀外径略大的砂土柱，环刀刃口向下，置于砂土上，用手平稳地将环刀垂直压下，直至砂土桩突出环刀上端约2cm时为止。削平环刀上口余砂土，用直尺刮平。在环刀上口盖一平滑的木板，一手按住木板，另一手用小铲将试样从环刀底部切断。然后将装满试样的环刀反转过来，削去环刀刃口上的余砂土。并用直尺刮平，擦净环刀外壁，称环刀和土的总质量并测其含水量。六、注意事项及说明1原状土样用环刀取样时，土样应按自然沉积方向放置。原状土样和需要保持天然湿度的扰动土样在实验前应妥善保管，并应采以防止水分蒸发的措施。2对含水量较高的土，在刮平环刀两面时要细心，最好一次刮平，防止水分损失。3环刀由于经常使用，会

14、和生不断磨损，应根据使用情况加以校正，以保证实验精度。七、结果整理与分析1试样湿密度应按下式计算（环刀法）： （2-1）式中 试样湿密度（g/cm3） 试样质量（g）； 环刀体积（cm3）。2试样干密度按下式计算： （2-2）式中 试样干密度（g/cm3） 试样含水量（%）3环刀法密度实验应进行平行测定。两次测定的差值不得大于0.03g/cm3。求其算术平均值。实验三 液塑限联合测定法测定土的液塑限实验一、实验内容及要求液塑限联合测定法是根据圆锥仪的圆锥入土深度与其相应的含水率在双对数坐标上具有线性关系的特征来进行的。利用电磁吸力代替手工提放锥，将圆锥质量为76g（或100g）的圆锥吸起后放锥

15、，测得土在不同含水率时圆锥的入土深度，并绘制其关系直线图，在图中查得圆锥下沉深度为10mm（或17mm）所对应的含水率既为液限，查得圆锥下沉深度为2mm所对应的含水率既为塑限。 二、实验目的及意义 液限粘性土可塑状态和流动状态的界限含水率。通过实验 掌握利用液塑限联合测定仪测定粘性土的液塑限的方法。三、仪器设备1液塑限联合测定仪（图3-1）：锥质量76g， 锥角30°读数显示采用光电式。2天平：称量200g，最小分度值0.01g。3其它：筛（孔径0.5mm）、调土刀、调土皿、图 31 液、塑限联合测定仪示意图1、显示屏 2、电磁铁 3、带标尺圆锥4、试样杯 5、控制开关 6、升降座称

16、土盒、研钵（附带橡皮头的研杵或橡皮板、木棒等）、干燥器、吸管、烘箱、凡士林、蒸馏水等。四、试样制备及准备工作 1取有代表性的天然含水量或风干土样进行实验。如土中含大于0.5mm的颗粒或夹杂物较多时，可采用风干土样，用带橡皮头的研杵或用木棒在橡皮板上压碎土块。 试样必须反复研碎、过筛。直至将可研碎的土块全部通过0.5mm筛为止。即筛下土样用三皿法或一皿法进行制样。2三皿法：用筛下土样200g左右，分别放入盛土皿中，用吸管加不同数量的蒸馏水，制成不同稠度的度样。试样的含水量宜分别控制在液限、塑限以上和它们的中间状态附近。用调土刀调匀，盖上湿布，放置18h以上。3一皿法：用筛下土样200g左右，放入

17、一个盛土皿中，按三皿法加水、调土、闷土、使土样的含水量控制在塑限以上，按14步骤进行第一点入土深度和含水量测定。然后依次加水，按上述方法进行第二点和第三点含水量和入土深度测定。该两点土样的含水量应分别控制在液限与塑限中间和塑限附近。注意加水后要充分搅拌均匀，闷土时间可适当缩短。五、操作步骤1将制备好的土样充分搅拌均匀，分层装入土样试杯，用力压实，使空气逸出，试杯装满后，刮成与杯口齐平。2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。3调节屏幕准线，使初始数于零位刻线上，调节升降座，使圆锥仪锥刚好接触土面，圆锥仪就在自重作用沉入土中，经5s（读数显示灯亮时）测读圆锥下沉深度h1

18、。改变锥尖与土体接触位置（锥尖两次锥入位置距离不小于1cm,重复上一步骤，得锥入深度h2，h1和h2允许有误差0.5mm，否则应重新实验），取h1、h2平均值作为该点的锥入入深度h3。4去掉锥尖入土处的凡士林，取10g以上土样两个，分别装入土盒，测定含水量。5重复14步骤，对其它两个含水理土样进行实验，测其锥入深度和含水量。 图 32 圆锥下沉深度与含水量关系图六、结果整理与分析 1、含水率计算： ×100 （3-1） 式中 w含水率（） 干土、土盒质量（g）； 湿土、土盒质量（g）； 土盒质量（g）； 2、液限和塑限的确定 a以三个含水量为横座标,与相应的圆锥下沉深度为纵座标,给于

19、双对数座标纸上,三点连成一条直线，如图32中的A线，如果三点不在一条直线上通过高含水量的点与其余两条连两根直线，在圆锥下沉深度为2mm处查得相应的两个含水量，如果差值不超过2%，用平均值的点与高含水量点作一直线，如图32中的B线，若含水量超过2%应补做实验。b在图32中，查得纵座标入土深度10mm所对应的横座标的含水量W，即为该土样10mm的液限（锥重76g，若锥重100g，则纵座标入土深度20mm所对应的含水量为20mm液限）。查得入土深度为2mm所对应的含水量为塑限，取直至整数。 3、塑性指数与液性指数的确定 在工程中，一般可根据土的塑性指数来给粘性土进行分类；液性指数可被用来表示粘性土所

20、处的软硬状态。 实验四 土的固结实验一、实验内容及要求 1实验内容 用30cm2环刀，在无侧向膨胀条件下应用固结仪测定土体压缩变形与荷载的关系曲线曲线）；求出压缩系数并判断该土样的压缩性。 2实验要求 熟悉实验原理及实验全过程，掌握实验结果的分析方法。二、实验的目的、意义土的固结实验（又称压缩实验）。土的固结是土体在荷重作用下产生变形的过程，目的是测定试样在侧限与轴向排水条件下的变形和压力或孔隙比和压力的关系曲线。并根据孔隙比和压力关系曲线（-曲线）、计算出压缩系数和压缩模量等土的压缩的性指标，以便判断土的压缩性和计算基础沉降时用。此外由饱和粘性土的固结实验也可得到在某一压力下变形与时间的关系

21、曲线，从而计算土的压缩和渗透系数。固结实验通常只用于粘性土，由于砂土的压缩性较小，且压缩过程需时也很短，故一般不在实验室里进行砂土的固结实验。固结实验可根据工程要求用原状土或制备成所需要状态的扰动土。可采用常速法或快速法。本实验主要采用非饱和的扰动土样、并按常速法步骤进行，但为了能在实验课的规定时间内完成实验，所以要适当缩短加荷间隔（具体时间间隔由教师决定）。三、仪器设备1、小型固结仪（见图41）；2、百分表：量程10mm，精确0.01mm（见图43）；3、密度实验和含水量实验所需同要的仪器设备；4、秒表和仪器变形量校正表等。 图 42 固结仪示意图1、水槽 2、护环 3、环刀 4、加压上盖5

22、、透水石 6、量表导杆 7、量表架 8、试样图 41 小型固结仪1、平衡锤 2、上杠杆 3、百分表4、固结室 5、下杠杆 6、砝码四、实验步骤 1、由实验室提供制备好的扰动土样一个； 2、从固结仪器中取出环刀，按密度实验方法取试样，并取土留作测含水量。如系原状土样、切土的方向应与在天然地层中的上下方向一致，称环刀和试样质量，扣除环刀质量后即得湿试样质量（g）并计算出土的密度; 3、用切取试样时修下的土测定含水量（w）平行作两次实验，取算术平均值；4、在固结仪容器底座内，放置一块略大于环刀的洁净而湿润的透水石，将切取的试样连同环刀一起（注意：刀口向下）放在透水石上，再在试样 上按图42依次放上护

23、环以与试样面积相同的洁净湿润的透水石、加压盖和钢珠。安装好后待用；图 43 百分表百分表读数方法如下：长针，一小格0.01毫米短针：一小格1.0毫米5检查加压设备是否灵活，然后平衡加压部分。平衡加压部分的方法是转动上杠杆上的平衡锤，使杠杆为水平时即平衡完毕。（用目测水平情况）；6将安装好的固结仪容器放在框架内横梁上，使横梁与球柱接触后，再装上百分表使其接触横梁顶面，并调节百分表其伸长距离不小于6mm（注意检查百分表是否灵活和垂直）。读百分表读数（为初读数R0）后即可进行实验；7轻轻施加第一级荷载50kPa，并开动秒表，开始计时；8可按下列时间测记读数：、直至试样沉降稳定为止时的百分表的读数，并

24、将读数记录到实验报告上。稳定的标准为百分表读数每小时变化不超过0.01mm，因时间关系可按教师指定的时间读数。读数精确到0.01mm；9记下稳定读数后，用同样的方法施加第二、三、四、五级荷载（分别为100、200、300、400kPa），记录各级压力下试样变形稳定的百分表读数（、）；10实验结束后，必须先卸除百分表，然后卸掉砝码，升起加压框，移出固结仪容器，取出试样等各部件。最后擦洗干净。五、成果整理与分析1按下式计算实验前孔隙比式中：土粒比重；实验是按2.71取值。 水的密度，一般所取g/cm3； 实验开始时试样的含水量%； 实验开始时试样的密度，g/cm3； 2计算试样在任一级压力（kPa

25、）作用下变形稳定后的试样总变形量，（mm）式中：实验前百分表初读数（mm）； 试样在任一级压力作用下变形稳定后的百分表读数（mm）； 各级荷载下仪器变形数（mm）。（由实验室提供资料： （注）土样的原始高度，mm。4以P为横座标，e为纵坐标，绘制压缩曲线（ep）曲线。5计算压缩系数 压缩系数值与土所受的荷载大小有关，为了便于比较，一般采用压力间隔至时对应的压缩系数来评价土的压缩性。压缩系数愈大，土的压缩性愈高。（kPa-1）六、实验注意事项1试样的土粒比重由实验室测定后提供；仪器本身的变形量，环刀的质量、面积、高度均可在实验室仪器资料表中查取。2实验前可练习百分表的读数方法，防止读数错误而无法

26、获得实验结果。3每组做一个试样，每人独立完成实验报告，不得抄袭，可以相互校核。实验五 直接剪切仪测定土的抗剪强度实验一、实验内容及要求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。二、实验目的、意义 剪切实验的目的是测定土的抗剪强度指标，即的内摩和擦角和粘聚力C。通常采用四个试样，在直接剪切仪上分别在不同的垂直压力下，施加水平剪切力，试样在规定的受剪面上进行剪切，求得土样破坏时的剪应力，然后绘制剪应力和垂直压力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。本次实验采用应变控制式直剪仪进行快剪实验。三、仪器设备1、电动应变控制式直剪仪

27、：（见图51）主要技术指标：a.土样面积：30cm2，高20mmb.杠杆比：1:12垂直荷载：kPa50100200300400对应总法码量：1.2752.555.107.6510.22、百分表：量程10mm；精度0.01mm3、秒表；4、切试样的用具等。电动应变控制直接剪切仪如图51所示。它的主要特点剪切力（水平力）是通过转动导轮，使轴向前移动而推动底座施加给下盒，剪力的数值是利用测力环测出（测力环是一个钢环，事先已知每单位变形时所受的压力，故在实验时用百分表测得测力环径向变形数值即可算出所受的应力值）。本仪器对粘性土与砂性土均适用。（施力部分 (剪切部分) （测力部分） 图51 电动应变控

28、制式直剪仪四、操作实验步聚1、试样制备：根据工程需要，从原状土或制备成所需同状态的扰动土中用环刀切四个试样。如系原状土样，切试样方向应与土在天然地层中上下方向一致。为了检验四个土质的不均匀性，应分别测四个试样的密度和含水量。四试样的密差值不宜大于0.03g/cm2。（本次实验中，此项检验工作省略）。2、在下盒内顺次放入透水石，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，将试件从环刀内推入剪切盒，顺次放上透水石。然后放上活塞、钢球，装上垂直加压设备（暂勿加砝码）。4、在量力环上安装百分表，百分表的测杆应平行于量力不受力的直径方向，调整百分表使其指针在某一整数上（即长

29、针指零，并作为起始零读数）。5、慢慢转动手轮，至上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触动时）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（100kPa）计算出应加荷载，即得应加砝码数。（调平衡）7、拨出固定插销。慢慢转动手轮，这时以每分钟4转速度均匀地转动，进行剪切，当时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（46mm）时，认为试样已经剪损，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，

30、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、400kPa垂直压力按同样步骤进行实验。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（）；式中：该试样在剪损时的百分表最大读数（单位0.01mm）； 量力环校正系数，kPa/0.01mm。 抗剪强度，kPa。2绘制抗剪强度曲线。（如图52）以垂直压力（kPa）为横坐标，抗剪强度为纵座标，将四个实测点绘在图上，画一测试的平均直线，若各点不在一条近似的直线上，可按相邻的三点连接成两个三角形，分别求出两个三角形的重心，然后将两重心点连一直线，即为抗剪强度曲线。3确定抗剪强度指标：抗剪强度曲线在轴上的截距

31、即为粘聚力C，精确到kPa，其倾角即为内摩擦角，精确到0.1度。4C、值变可采用最小二乘方公式计算式中：试样个数； 第个试样所施加的垂直压力，kPa； 第个试样的抗剪强度，kPa；六、实验注意事项1开始剪切之前，千万不能忘记必须先拨去插销，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，同学们可在四个试样中选定一个试样，在剪切过程中手轮每转一圈测记百分表读数一次，直至剪损。由手轮转数和百分表读数计算出手轮每一圈时的剪变形和剪应力。剪变形(mm)=0.2n-R剪应力(kPa)=CR式中：手轮转数； 0.2手轮每转一圈推动轴前进距离； 、

32、意义同前。 以为纵座标，为横坐标，绘制关系曲线，图53表示其典型的变化规律。图 53 关系曲线 垂直压力 kpa 图52抗剪强度曲线实验六 土的击实实验一、实验内容及要求1 实验内容用标准击实仪测定粘性土在一定击实功能下，土的含水量与干密度的关系曲线；确定土的最优含水量及最大干密度。2 实验要求掌握标准击实仪的构造及使用方法；学会确定土的最大干密度和最优含水量；了解实验结果与现场质量控制指标的关系与特点。二、实验目的、意义 土的压实程度与含水量、压实功能与压实方法有着密切关系。当压实功能和压实方法不变时，则土的干密度随含水量的增加而增加，当干密度达到某一最大值时，含水量的继续增加反而使干密度减

33、小。这一最大值称为最大干密度，其相应的含水量称为最优含水量。 击实实验的目的，就是模拟工地压实条件，将实验室提供的土料在不同含水量下采用规定的标准击实方法击实，从而确定其最大干密度及最优含水量。该值是填方施工时的质量控制的重要依据。三、仪器设备（1）击实仪，有轻型击实仪和重型击实仪两类，如图6-1和图6-2所示，其击实筒、击锤和导筒等主要部件的尺寸应符合表6-1规定；（2）称量200g的天平，最小分度值0.01g；（3）称量10kg的台秤，最小分度值2g；（4）孔径为20mm、40mm和5mm的标准筛；（5）试样推土器；（6）其他，如喷雾器、盛土容器、修土刀碎土设备等。 a、轻型击实桶 b、重

34、型击实桶 图61 击实桶1、套筒 2、击实筒 3、底板 4、垫块a、2.5kg击锤 b、4.5kg击锤 图62 击锤与导筒1、提手 2、导筒 3、硬橡皮垫 4、击锤表6-1 击实仪主要部件尺寸规格表实验方法锤底直径（mm）锤质量（kg）落高（mm）击实筒导筒高度（mm）内径（mm）筒高（mm）容积（cm3）轻型512.5305102116947.450重型514.54571521162103.950四、实验操作步骤（1）取一定量的代表性风干土样，对于轻型击实实验为20kg，对于重型击实实验为50kg。（2）将风干土样碾碎后过5mm的筛（轻型击实实验）或过20mm的筛（重型击实实验），将筛下的土

35、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，加水湿润制备不少于五个含水率的试样，含水率依次相差为2%，且基保有两个含水率大于塑限，两个含水率小于塑限，一个含水率接近塑限。按式（6-1）计算制备试样所需的加水量： （6-1）式中 所需的加水量（g）； 风干含水率（%） 风干含水率时土样的质量（g）； 要求达到的含水率（%）（4）将试样2.5kg（轻型击实实验）或5.0kg（重型击实实验）平铺于不吸水的平板上，按预定含水率用喷雾器喷洒所需的加水量，充分搅和并分别装入塑料袋中静置24h。（5）将击实筒固定在底座上，装好护筒，并在击实筒内壁涂一薄层润滑油，将搅和的试样25kg分层

36、装入击实筒内。对于轻型击实实验，分三层每层25击；对于重型击实实验，分五层，每层56击（公路公程为98击），两层接触土面应刨毛，击实完成后，超出击实筒顶的试样高度应小于6mm。（6）取下导筒，用刀修平超出击实筒顶部和底部的试样，擦净击产筒外壁，称击实筒与试样的总质量，准确至1g，并计算试样的湿密度。（7）用推土器将试样从击实筒中推出，从试样中心处取两份一定量土料（轻型击实实验为1530g，重型击实实验为50100g）测定土的含水率，两份土样的含水率的差值应不大于1%。五、成果整理（1）按式（6-2）计算干密度 （6-2）式中 干密度（g/cm3），准确至0.01g/cm3； 密度（g/cm3）

37、 含水率（%）（2）按式（6-3）计算饱和含水率： （6-3）式中 饱和含水率（%）；其余符号同前。（3）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及饱和曲线（图6-3），干密度与含水率的关系曲线上峰点的坐标分别为土的最大密度与最优含水率，如不连成完整的曲线时，应进行补点实验。 图 6-3 干密度与含水量的关系曲线（4）轻型击实实验中，当试样中粒径大于5mm的土质量小于或等于试样总量的30%时，应对最大干密度和最优含水率进行校正。按式（6-4）计算校正后的最大干密度： （6-4）式中 校正后试样的最大干密度（g/cm3）； 粒径大于5mm土粒的质量百分数（%）； 粒径大于5

38、mm土粒的饱和面干比重，饱和面干比重是指当土粒呈饱和面干状态时的土粒总质量与相当于土粒总体积的纯水4时质量的比值。按式（6-5）计算校正后的最优含水率 （6-5）式中 校正后试样的最优含水率（%）； 击实试样的最优含水率（%）； 粒径大于5mm土粒的吸着含水率（%）；其余符号同前。实验七 三轴剪切实验一、实验内容及要求1实验内容用立式（SJ-1A型）三轴仪作三个小试件，测在不同周围压力下的大主应力值（可不测孔隙水压力）；用总应力法（或有效应力法）分析实验结果，求出C、，并与直接剪切实验结果比较。2实验要求了解三轴仪的构造与使用方法；初步学会制备试件；掌握数据整理与分析。根据排水条件的不同，三轴

39、剪切实验分为：（1）不固结排水剪（UU）实验：是在施加周围压力和增加轴向压力直至破坏过程中均不允许试样排水，本实验可测得总抗剪强度参数Cu、u。（2）固结不排水剪（CU）实验；是使试样先在某一周围压力作用下排水固结，然后在保持不排水的情况下，增加轴向压力直至破坏。本实验可以测得总抗剪强度参数Ccu、cu有效抗剪强度参数、和孔隙压力系数。（3）固结排水（CD）实验：是使试样先在某一周围压力作用下排水固结，然后在允许试样充分排水的情况下增加轴向压力直至破坏。本实验可以测得有效抗剪强度参数Cd、d。本次实验要求做不固结不排水（即UU）实验，求得土的抗剪强度参数Cu、u。二、实验目的、意义三轴剪切实验

40、是测定土的抗剪强度的一种方法，它通常用34个圆柱形试样，分别在不同的恒定周围压力（即不主应力）下，施加轴向压力即主应力差（），进行剪切直至破坏；然后根据摩尔库伦理论，求得抗剪强度参数。三、仪器设备常用的三轴剪切仪依施加轴向压力方式的不同，分为应变控制式和应力控制式两种。目前均以应变控制式为主。因此，本实验只按应变控制式仪器制定实验方法。1应变控制式三轴仪（图7-1）有压力室、轴向加压设备、施加周围压力系统、体积变化和孔隙压力量测系统等。2附属设备有：（1）击实筒：如图7-2所示；（2）饱和器：如图7-3所示；（3）切土盘：如图7-4所示；（4）切土器和切土架：如图7-5所示；（5）分样器：如图

41、7-6所示；（6）承膜筒：如图7-7所示；（7）制备砂样圆模：如图7-8所示；（8）天平：称量200g，最小分度值0.01g； 称量1000g，最小分度值0.1g； 称量5000g，最小分度值1g。（9）量表：量程030或050，分度值0.01mm；（10）橡皮膜：应具有弹性厚度应小于橡皮膜直径的1/100，不得有漏气孔；（11）其它：游标卡尺、修土刀、铝盒、烘箱、滑石粉等。 1、调压筒 2、周围压力表 3、周围压力阀 4、排水阀 5、体变管 6、排水管 7、变形量表 8、量力环 9、排气孔 10、轴向加压设备 11、压力室 12、量管阀 13、零位指示器 14、孔隙压力表 15、量管 16、

42、孔隙压力阀 17、离合器 18、手轮 19、马达 20、变速箱 图 71 应变控制式三轴剪切仪 图 73 饱和器1、土样筒 2、紧箍 3、夹板 4、拉杆 5、透水石 图 72 击实筒1、套环 2、定位螺丝 3、导杆 4、击锤 5、底板6、套筒 7、饱和器 8、底板 图76 原状土分样器图 75 切土器、切土架图 74 切土盘 图 78 制备砂样圆模1、仪器底座 2、透水石 3、制样圆模（两片合成） 4、圆箍 5、橡皮模 6、橡皮圈 图 77 承膜筒安装示意图1、三轴仪底座 2、透水石 3、试样4、承膜筒 5、橡皮膜 6、上帽 7、吸气孔四、试样制备及准备工作1三轴仪在使用前应进行检查（1）周围

43、压力的精度要求达到最大压力±1%，测读分值一般应为为5kPa，根据实验强度大小，选择不同量程的量力环（或传感器）使最大轴向压力的精度不小于1%。（2）检查排水管路是否畅通；活塞在轴套内滑动是否正常；连接处有无漏水现象。仪器检查完毕，关周围压力阀和排水阀，以备使用。（3）橡皮膜在使有前应作仔细检查。其方法是在膜内充气，扎紧两端，然后在水下检查有无漏气。橡皮膜的厚度，对直径3.91cm和6.18cm试样，以0.2m左右为宜；对直径10.1cm试样，以0.3mm左右为宜，对含有砂砾及小于2.5cm碎（砾）石等土或路面材料的击实试件以0.5mm左右为宜。2试样制备试样分为原状土试样和扰动土试

44、样。原状土试样，可从钻孔原状土柱或试抗原状土块中切取，扰动土试样多采用击实法制备。对于含水量较大、接近液限或大小液限的冲填土，可用土膏法制备。（1）试样尺寸：最小直径为35mm，最大直径为101mm，试样的最大粒径应符合表7 -1规定。对于有裂缝、软弱面和构造面试样，试样直径宜大于60mm。试样的土粒允许最大粒径表 表 71试样尺寸（mm）允许最大粒径（mm）100试样直径的1/10100试样直径的1/5（2）原状土制备，应按上述（1）的规定将土削成圆柱形试样，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，试样切削时避免扰动，并取余土测定试样的含水量。同

45、一组原状土试样，密度的差值不宜大于0.03g/cm3，含水量差值不宜大于2%。（3）扰动土试样制备，应根据预定的干密度和含水量备样后，在击实器内分层击实，粉质土宜为3-5层，粘质土宜5-8层，各层土样质量应相等，各层接触面应刨毛。同一组扰动土样的密度差值不大于0.02g/cm3含水量为1%。（4）对砂性土应先在压力室底座上依次放上不透水板，橡皮膜和对开圆膜（图7-8），将砂性土填入对开圆膜内，分三层按预定干密度击实。当制备饱和试样时，在对于圆膜内注入纯水至1/3高度，将煮沸的砂料分三层填入，达到预定高度。放上不透水板，试样帽，扎紧橡皮膜。对试样内部施加5kPa负压力使试样站立，折除对开圆膜。（

46、5）对制备好的试样，应量测其直径和高度。试样的平均直径应按下式计算： （7-1）式中、分别为试样上、中、下部位的直径。3试样饱和（1）抽气饱和：将试样装入饱和器内，置于抽气缸内盖紧后，进行抽气，当真空度接近一个大气压后，对于粉质土再继续抽半小时以上。粘质土抽1h以上，密实的粘质土抽2h以上，然后徐徐注入清水，使真空度保持稳定。清水淹没饱和器后，停止抽气，解除抽气缸内的真空，让试要在抽气缸内静置10h以上。然后取出试样称重。（2）水头饱和：对于粉土或粉质砂土，可直接在三轴仪上用水头饱和；对于粉质土和粘质土，如有特殊要求，也可用水头饱和，其方法详见JTJ051-85公路土工实验规程。（3）如按（1

47、）、（2）不能使试样完全饱和（=99%以上），而试样要求完全饱和时，则需对试样再用反压力饱和。其方法详见JT051-85公路土工实验规程。本实验采用扰动土用击实法制备试样，用抽气饱和法进行饱和，以上土样制备和准备工作由实验室完成。五、操作步骤（UU实验）1在压力室底座上依次放入透水板、试样及试样帽，将橡皮膜套在试样外，并将橡皮膜两端与底座及试样帽分别扎紧。2装上压力室罩，向压力室内注满纯水，当压力室快注满水时，降低进水速度，当水从排气孔溢出时，关闭排气孔，且压力室内不应有残留气泡。3关排水阀，开周围压力阀，施加周围压力。周围压力值的大小应与工程的实际荷重相适应，最大一级周围压力应与实际荷重大致

48、相等。也可按100、200、300、400kPa施加。4转动手轮（调节柄为“粗”位置），当量力环的量表微动时（或入水荷重传感器读数为1010-3KN），表示活塞已与试样接触。然后将量力环的量表与变形量表的指针调整到零位（如用传感器时则将入荷重传感器和位移传感器的读数调整为零）。5试样剪切（1）剪切应变速率每分钟宜取0.5%1%（例如3.91cm试样速率为0.4-0.8mm/min）。（2）将调节柄位置转至“细”位置后，启动电机，接上离合器，进行剪切。开始阶段，试样每产生垂直应变0.3%0.4%时，记读量力环量表读数和垂直变形量表读数各一次（或荷重传感器和位移传感器读数各一次）。当垂直应变达3%

49、以后，读数间隔可延长为0.7%0.8%各记读一次。当接近峰值时再加密读数，如果试样特别硬脆或软弱，可酌情加密或减少测读次数。（3）当出现峰值后，剪切应继续进行，直到超过5%的轴向应变为止。如量力环量表（或荷重传感器）读数无峰值时，剪切应进行到轴向应变 15%20%。（4）实验结束后关闭马达，关周围压力阀，调节柄位置转至“粗”，倒转手轮，打开排气孔，排去压力室的水后，拆除压力室外罩，揩干试样周围的余水，取下试样外的橡皮膜，描述破坏后的试样形状，称试样质量，并测定实验后的含水量。对于3.91cm 直径的试样，应取整个试样烘干；对于6.18cm或10.1cm直径试样，允许切取剪切面附近有代表性土样测

50、定含水量。（5）改变周围压力，按上述步骤进行其余几个试样的实验。六、注意事项及说明1室内测定抗剪强度的方法有直接剪切实验、无侧限抗压强度实验和三轴剪切实验。无侧限抗压强度实验是三轴剪实验中的一种特殊情况。三轴实验比直接剪切实验具有如下优点：能控制试样排水条件，受力状态明确，可以控制大小主应力，剪切面不固定，能准确地测定土的孔隙压力及体积变化。由于具有这些优点，因此，三轴剪切实验得到广泛应用。但三轴试样也存在一些缺点。如操作复杂，所需试样较多，其次如主应力方向固定不变，以及实验是在轴对称情况下（即）进行的，这些都与实际情况不同。因此，不少学者致力于真三轴等的研制，以期能更正确地测定土的强度。2实

51、验类型选择：（1）不固结不排水剪（UU）实验：适用的条件是土体受力而孔隙水压力不消散的情况。当建筑物施工速度快，土体渗透系数较低（如小于A×10-4cm/s）而排水条件又差时，为考虑施工期的稳定，可用不固结不排水（UU）实验。对于天然地基的饱和粘土，用这种实验测定的值是，故在总应力的稳定分析时采用=0的分析法。对于未饱和土，如压实填土时，或未饱和的天然地基，这种土的强度是随的增加而增加。但随增加到一定值时，空气逐渐溶解于水而达到饱和时，强度不再增加。强度包线并非直线。因此，用总应力方法分析时，应按规定的压力范围选取Cu、u。而非饱和地层预计施加工期可能有雨水入渗或地下水上升会使土饱和则试样应在剪切前予以饱和。（2）固结不排水剪（CU）实验：正常固结粘