含水量对土抗剪强度的影响

1、含水量对土抗剪强度的影响目录n一、实验背景n二、实验目的n三、实验原理n四、实验设备n五、实验步骤n六、实验预期结果n七、实验数据记录与图像n八、实验结论n九、实验小结一、实验背景n土是固相、液相和气相组成的散体材料。一般而言，在外部荷载作用下，土体中的应力将发生变化。当土体中的剪应力超过土体本身的抗剪强度时，土体将产生沿着其中某一滑裂面的滑动，而使土体丧失整体稳定性。所以，土体的破坏通常都是剪切破坏。n土抗剪强度是指土体抵抗剪切破坏的极限强度，包括内摩擦力和内摩擦角（粘性土还包括其粘聚力C）。n 在工程建设实践中，道路的边坡、路基、土石坝、建筑物的地基等丧失稳定性的例子是很多的。为了保证土木

2、工程建设中建筑物的安全和稳定，就需要研究土的抗剪强度。二、实验目的n本次实验的目的在于通过配置不同含水量的土样，测量不同垂向压力下土样破坏时的抗剪强度（得到剪应力 -垂向压力 曲线），找到土样抗剪强度与含水量之间的关系（抗剪强度 -含水量 曲线），进而得到同一土样在含水率为何值时强度最大。同时，再次熟练土的筛分方法与应变式直剪仪的使用，掌握不同含水量土样的配置方法。f三、实验原理n通过配置不同含水量的土样，运用应变式直剪仪，测量不同垂向压力下土样破坏时的抗剪强度，得到抗剪强度-垂向压力曲线：通常采用五个试样，分别在不同垂直压力下，施加水平剪切应力进行剪切，求得破坏时的剪应力，然后根据库仑定律确

3、定土的抗剪强度参数：内摩擦角和粘聚力；找到土样抗剪强度与含水量之间的关系（抗剪强度-含水量曲线），进而得到同一土样在含水率为何值时强度最大。n 1.土样制取：塑料桶、铲子、烘箱、干燥器、瓷盘、研棒、研体、粗筛（10、5、2mm）、细筛（1、0.5、0.25、0.1、0.075mm）、托盘天平（感量0.1，称量1000g）、电子天平（感量0.001g， 称量200g）、8K白纸、调土碗、调土刀、蒸 馏水、滴管、烧杯、环刀、凡士林、修土刀、 重塑筒、击样器、锤子、塑料袋、标签；n 2.直剪设备：应变式直剪仪、测微表、 蜡纸（或滤纸）、透水石。四、实验设备n 1.试样制备：取土样并烘干，用研棒轻轻碾

4、压，使之分散成单粒状，然后用四分法取代表性土样。五、实验步骤n2.振动过筛：将筛依孔径由小到大顺序叠好，并放好底盘。将土样倒入最上层孔径最大的筛上，轻轻振筛10-15min。使各级筛中土粒不再下漏为止。多次操作，获得土样总质量约为3500g。五、实验步骤n3.对各级筛上及底盘中试样依次称重、记录在表1-1。按由上至下的顺序取下筛子，每取一级筛都要在白纸上用手轻叩摇晃，直至无土粒下漏为止，并将下漏于白纸上的土粒放入下一级筛内。实验精度要求各级筛及底盘上土重之和与筛析前所称土重之差不大于1%。计算得土样级配。五、实验步骤n4.制备14%、16%、19%、22%、25%含水量的土样。按照算得级配，分

5、别称取5份880g土样，分别加入123.2g、140.8g、167.2g、193.6g、220g蒸馏水，搅拌均匀。五、实验步骤n5.土样重塑。分别将土样放入重塑筒内，用击样器以相同击实高度和次数将试样击实。将环刀内侧涂上凡士林，切取击实土样各5个。将5种含水量的土样迅速装入塑料袋，防止水分蒸发。五、实验步骤n 6.调试应变式直剪仪。测出每个含水量下，垂向加压50kPa、100kPa、200kPa、300kPa、400kPa下的土样剪断时剪应力，计入表1-2中。n7.数据处理，绘制曲线。五、实验步骤六、实验预期结果n 1.计算每个试样破坏时的剪应力：式中 剪应力，kPa； 量力环校正系数，kPa

6、/0.01mm； 量力环测微表读数，0.01mm。本次试验共用两个应变圈，编号和校正系数为： （1）A1322号 =1.823 ； （2）20697号 =1.805n 2.绘制剪应力-垂向压力曲线。以剪应力为纵坐标，垂直应力为横坐标，绘制剪应力与垂直应力关系曲线。根据该曲线，作图得到土样的抗剪强度。n 3.绘制抗剪强度-含水量曲线。以抗剪强度为纵坐标，含水量为横坐标，绘制抗剪强度与含水量关系曲线。CRCRCC七、实验数据记录与图像n1.筛分结果表1-1 注：用于级配检测的试样总重2517.1gn2.级配曲线 由表1-1可画出级配曲线：图1-2七、实验数据记录与图像七、实验数据记录与图像n3.直

7、剪数据表1-3 注：本次试验共用两个量力环，编号和校正系数为： （1）A1322号 =1.823；（2）20697号 =1.805CCn4.剪应力-垂向压力曲线 由表1-2数据，可画出某一含水率不同垂向压力下的剪应力-垂向压力曲线，由5条曲线，可得出每种含水率下的抗剪强度。七、实验数据记录与图像含水量14%时-曲线含水量16%时-曲线七、实验数据记录与图像图1-4含水量19%时-曲线含水量22%时-曲线含水量15%时-曲线n5.抗剪强度-含水量曲线 由5条曲线得每种含水率下的抗剪强度，可绘制出抗剪强度-含水量曲线。表1-5即为5个含水量条件下，土的抗剪强度：表1-5由此，得抗剪强度-含水量曲线

8、（图1-6）：七、实验数据记录与图像图1-6n6.剪应力曲线 由表1-2，可做出剪应力-含水量曲线。图1-7七、实验数据记录与图像剪应力（kPa）含水量（%）八、实验结论n1.不同垂向压力下，剪应力均随着含水量的增加而减小；n2.含水量在14%左右时，不同垂向压力下，土样破坏时剪应力的差别较大；而含水量增加到25%左右时，不同垂向压力下，剪应力差别不大；n3.同一含水量，垂向压力越大，剪应力越大；n4.垂向压力越大，含水量的变化对剪应力影响越大；n5.抗剪强度随含水量的增加而减小。九、实验小结n反思与调整1：研磨土样。这也是我们印象最深的环节之一。对于粘性土，烘干之后土粒都是粘黏在一起的，通过

9、碾体研磨过的土样仍可以破碎成更小的土颗粒，若直接筛取做级配曲线则会导致结果产生偏差。因此，组员们开拓思维，找来废旧的岩芯对土样进行进一步研磨，效率很高的将土样研磨完毕。这个小创意也为我们的实验增添了乐趣。n反思与调整2：级配测试土样多少的选择。对于相同土样，任取一部分即可测得土颗粒级配，而组员们忽视了这一点，结果导致我们研磨了过多的土样浪费了大量时间。n反思与调整3：在筛土环节中，组员认为书本中的筛土方法费力且耗时，所以自己改良了一下，以筛土器底盘的一边受力，另一只手放在上方旋转筛土器，另一只手控制整体防止晒土器滑落桌面，这样筛土，速度又快又省力。九、实验小结n 反思与调整4：含水量的选择。当按照计划配制出16%、19%、22%、25%、28%的土样并用环刀切样时，28%的土样含水率过高，基本处于软塑状态，无法制成试样。因此，组员们将28%一组加入干燥土，配制成14%的土样，在实验结果曲线中便可读出含水量28%时的抗剪强度；当含水量在22%以后，土样偏软，不易成型，环刀不易切割，可用两把削