交通工程专业土力学试验指导书2011

1、 土工试验教学指导书西南科技大学环资学院中心实验室2011.10目录TOC o 1-5 h z HYPERLINK l bookmark4 试验一含水量试验(1) HYPERLINK l bookmark26 试验二界限含水量试验(4) HYPERLINK l bookmark34 试验三固结试验(8) HYPERLINK l bookmark58 试验四直接剪切试验(10)试验一含水量试验含水量及常用测定方法含水量含水量是土在100150摄氏度下烘干到恒量时所失去的水分质量和达恒量后土的质量的比值，以百分数表示，是描述土的干湿程度的重要指标。常用测定方法（1）烘干法：室内试验的标准方法；（2

2、）酒精燃烧法：精度要求不高时常使用此方法，所需时间较短；（3）比重法：适用于砂性土；（4）炒干法：适用于含砾较多的土。试验目的测定土样的含水量。试验原理首先称量含水土样的质量，然后称量去除水分后干土的质量，将两者的差作为土样中所含水分的质量。去除水分的方法直接决定测量结果，理论上土样中所含水的质量是指其中自由水的质量，当温度在100150摄氏度范围时，一般不会破坏结合水，所以要求精确测量时温度应控制在100150摄氏度的范围内。试验步骤仪器设备（1）烘箱：真空电热烘箱，温度保持100150摄氏度；（2）天平：称量500g。感量O.Olg；（3）其它辅助工具，如称量盒等。操作步骤（1）称量装土样

3、的称量盒的质量m;（2）取适量代表性试样放入称量盒内，迅速盖好盒盖，称量得m；z（3）去掉盒盖后，将盛有试样的称量盒放入烘箱，在100150摄氏度下烘到恒量（一般土质量为15g30g时，砂土约需1h2h；粉土约需6h8h；粘土约需10h）；（4）烘干后取出试样，盖好盒盖冷却至室温后称量其质量m；z5）按下式计算含水量：试验数据整理工程名称试验方法试验日期O二m-mziX100m-mz含水量试验试验者计算者.校核者土样编土样说明盒号盒质量盒+湿土质量盒+干土质量湿十质量干土质量含水量平均值思考题（1）测定含水量试验中，烘干温度为什么要控制在100150摄氏度的范围内？（2）称量湿土质量时，为什么

4、迅速盖好盒盖？（4）测定含水量试验中，同一土样的两个试样含水量差值超过2%，问测量结果是否合理？若合理，请说明理由。若不合理，请试述可能出现错误的操作。试验二密度试验密度及常用测定方法密度天然密度土的密度P是土的单位体积质量。对天然土求得的密度称为天然密度。干密度土的干密度P是土的固相质量m与土的总体积V之比可由下式表示：dsP二m/V（g/cm3）ds土的干密度越大，土越密实，强度也越高，水稳定性也越好。干密度常用做填土密实度的施工控制指标。饱和密度土的饱和密度是当土的孔隙中全部充满水时的密度，由下式表示：m+mz.、p=w4(g/cm3)satV常用测定方法对一般粘质土采用环刀法。如果土样

5、易碎裂，难以切削，可用蜡封法。在现场条件下，对粗粒土，可用灌砂法和灌水法。试验目的测定土样的密度。试验原理试验原理即密度计算公式，其关键是体积的测定。环刀法试验步骤仪器设备环刀：内径68cm，高23cm；(2)天平：称量500g。感量0.01g；其它辅助工具，如切土刀、钢丝锯、凡士林等。操作步骤按工程需要取原状土样或制备所需状态的扰动土样称量并计算得土样质量m；计算土样体积V；测定土样的含水量o；按下式计算土样的天然密度及干密度：P+0.010试验数据整理度试验土样编号土样类别环刀号湿十丿页量体积天然密度平均天然密度干土丿页量干密度工程名称土样说明试验日期试验者计算者校核者平均干密度3思考题测

6、定密度试验中，试述制备扰动土样的步骤。测定密度试验中，粘土和砂性土的土样是如何取得的？测定密度试验中，试述砂性土体积的测定方法及步骤试推导干密度计算公式：p,二卩。d1+0.01(5)自行设计一种干密度测定方法，或在现有方法的基础上加以改进。测定密度试验中，试述可能导致误差产生的操作并加以改进。(7)土样的干密度、天然密度、饱和密度三个指标在土力学及实际工程中所起的作用是什么。试验二界限含水量试验1界限含水量及常用测定方法界限含水量界限含水量细粒土由于含水量的不同，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量，即土体含水量若超过液限，土体则处于流L动状态；

7、塑限是细粒土呈可塑状态的下限含水量，即土体含水量若低于塑限，土体则处P于半固体状态；缩限是细粒土从半固体状态过渡固体状态时体积不在收缩的含水量。s塑性指数、液性指数塑性指数I用来描述土的塑性大小，习惯上用不带百分号的数值表示，由下式计算:PI=3PLP液性指数I用来表示天然含水量与界限含水量的关系，由下式计算：L3I=PL33LP常用测定方法常用的方法有搓条法、蝶式液限仪、平衡锥式液限仪、液塑限联合测定等方法。此次试验采用液塑限联合测定的方法。试验目的测定细粒土的液限、塑限含水量及其塑性指数I、液性指数I的确定。PL试验原理液塑限联合仪的圆锥下沉深度h与含水量3%在对数坐标中呈线性关系，即：l

8、gh=klg(0.013)+b液塑限联合试验步骤仪器设备光、电式液塑限联合测定仪；(2)天平：称量200g。感量0.01g；(3)式样杯：内径40mm，高30mm其它：烘箱、干燥缸、铝盒、调土刀、筛网(0.5mm)、凡士林或润滑油、纯水等。操作步骤液塑限联合试验原则上采用天然含水量的土样制备式样，但也可用干土制备式样。首先取土并去除土样中大于0.5mm的土颗粒。；按下沉深度约为45mm,910mm和1618mm范围制备不同稠度的土膏，静置在保湿缸中，静置时间视含水量大小而定，一般为24h；将土膏用调土刀充分调拌均匀，密实的填入式样杯中，刮平表面后放在仪器底座上；取出圆锥仪，在锥体表面涂上凡士林

9、或润滑油；(5)接通电源，使电磁铁吸稳锥体；(6)调节屏幕准线，使初始读数位于零刻度处；(7)调节升降座，使锥体刚好接触土面；断开电磁铁电源，使圆锥仪在自重下沉入土内，5s后读取下沉深度并记录；将试样取出10g左右，测定其含水量；重复(3)(9)步，做完其余两个试样。试验数据整理制图将三个含水量与相应的圆锥下沉深度绘于双对数坐标纸上，三点连一直线。如果三点不在同一直线上，通过高含水量与其余两点连两根直线，在圆锥下沉深度为2mm处查得相应两个含水量，如果差值小于2%，用平均值点与高含水量点作一直线。如果差值大于2%，应补做试验。在此处粘贴对数坐标纸记录液塑限联合试验工程名称试验者试验方法计算者试

10、验日期校核者试样编圆锥下沉深度盒号湿十质量干土质量含水量液限塑限塑性指数液性指数（1）测定界限含水量试验中，各种测量方法的优缺点是什么。（2）测定界限含水量试验中，如果土膏搅拌不均匀，会出现什么情况，应该从那几方面加以改进？（3）测定界限含水量试验中，试述液限的测定方法及步骤（4）自行设计一种界限含水量测定方法，或在现有方法的基础上加以改进。（5）测定界限含水量试验中，试述可能导致误差产生的操作并加以改进。（6）土样的界限含水量指标在土力学及实际工程中所起的作用是什么。（8）测定界限含水量试验中，将土膏放置在保湿缸中静置的目的是什么。试验三固结试验1固结及试验方法固结固结：土的压缩随时间增长的

11、过程叫固结。常用试验方法常用的方法有室内侧限压缩试验和现场荷载试验。试验目的固结试验的目的在于通过测定变形和压力的关系或者孔隙比与压力的关系、变形和时间的关系，进而计算单位沉降量s、压缩系数、压缩指数C、回弹指数C、压缩ivcs模量E、固结系数及原状土的先期固结压力P等。测定项目根据工程而定。sc试验原理试验基于构成土骨架的矿物颗粒在土体变形过程中保持刚性且竖向变形是连续的假设前提。2室内侧限压缩试验步骤仪器设备固结仪：试样面积30cm2或50cm2，高为2cm；加压设备：称量500kg1000kg。感量为0.2kg0.5kg的磅秤或杠杆式加压设备；百分表：量程10mm,分度值为0.01mm；

12、(4)其它：钢丝锯、天平、刮土刀等。操作步骤制备式样：取原状土或按规定的密度及含水量制备式样；将带有环刀的试样小心装入护环，在装入固结仪容器内，然后放上透水石和加压盖板，至于加压框下，对准加压框架的正中，安装量表。(透水石的湿度应尽量与试样保持一致)；为保证试样与仪器上下各部件之间接触良好，应施加1KPa的预压荷载，然后调整量表归零；对试样施加压力，加压等级一般为12.5、25.0、50.0、100、200、400、800、1600、3200KPa，最后一级压力应大于上覆土层的100200KPa；需要确定原状土的先期固结压力时，加压率应小于1，可采用0.5或0.25倍。最后一级压力应大于100

13、0KPa；第一级压力的大小取决于土的软硬程度，可用12.5、25、50KPa等，注意要减去预压压力；如果是饱和试样，则在施加第一级压力后，立即向水槽中注水至满。如果是非饱和试样，需用湿棉纱围住加压盖板四周，避免水分蒸发；如果需要测定沉降速率，加荷后按下列时间顺序计量表读数：6”、15”、1、215”、4、615”、9、1215”、16、2015”、25、3015”、36、4215”、49、64、100、200、400、23h和24h,至稳定为止。如果不需要测定沉降速率，可按下列时间顺序计量表读数；10、20、60、120、23h和24h，至稳定为止;（9）固结稳定标准规定为每级压力下压缩24h

14、；（10）如果做回弹试验，可在某级压力下固结稳定后卸荷，直至卸完为止；（11）整理设备。试验数据整理计算、制图按下式计算各级荷载下对应的孔隙比：P(1+3)-AHp(1+3)e=s01s0HP03按下式计算压缩系数a:veea=12-vpp21按下式计算压缩模量E：s1+e1sa按下式计算压缩指数C:cee12lgp2lgp1在此处粘贴绘图纸记录工程名称试验者土样编号计算者试验日期校核者试样原始高度试验前孔隙比加压历时压力试样总变形量压缩后试样高度孔隙比压缩系数压缩模量压缩指数0思考题（1）在土的固结试验中，如何确定压缩系数、压缩模量。（2）在土的固结试验中，为什么透水石的湿度应尽量与试样保持

15、一致；在操作时是如何保证的？（3）在土的固结试验中，确定加压等级的依据是什么。（4）自行设计一种土的固结方法，或在现有方法的基础上加以改进。（5）在土的固结试验中，试述可能导致误差产生的操作并加以改进。（6）在土的固结试验中，如何确定原状土的先期固结压力。（7）试从基本概念、计算公式及适用条件等方面比较压缩模量、变形模量与弹性模量，它们与材料力学中的杨氏模量有什么区别。（8）在土的固结试验中，“加压至试样稳定”和“卸荷至试样稳定”中的“稳定”二字的含义是什么。试验四直接剪切试验1土的抗剪强度及试验方法土的抗剪强度土的抗剪强度是指土体对于外荷载所产生的剪应力的极限抵抗能力。直接剪切试验是测定土的

16、抗剪强度的一种常用的方法。通常采用四个试样，分别在不同的垂直压力P下，施加水平剪切力进行剪切，求得破坏时的剪应力T，然后根据库仑定律确定土的抗剪强度参数：内摩擦角0和凝聚力C。直接剪切试验分为快剪、固结快剪和慢剪三种。快剪是在试样上施加垂直压力后，立即施加水平剪切力进行剪切；固结快剪是在试样上施加垂直压力后，待排水固结稳定后，施加水平剪切力进行剪切；慢剪是在试样上施加垂直压力及水平剪切力的过程中均需排水固结。试验目的测定土体的内摩擦角和凝聚力C。试验原理库仑定律。四个试样要在四种不同的垂直压力P下进行剪切试验：一个要相当于现场压力、一个要大于现场压力、另外两个要小于现场压力2直接剪切试验步骤仪

17、器设备应变控制直接剪切仪：试样面积30cm2或50cm2，高为2cm；加压设备：称量500kg1000kg。感量为0.2kg0.5kg的磅秤或杠杆式加压设备；百分表：量程10mm，分度值为0.01mm；天平：称量200g。感量0.01g；(5)其它：环刀、直尺、刮土刀、秒表等。操作步骤快剪试验制备式样：取原状土或按规定的密度及含水量制备式样；对准上下盒，插入固定销。在下盒内放与透水石厚度相等的不透水板。将装有试样的环刀平口向下，对准剪切盒口，在试样上放不透水板，然后将试样徐徐推入剪切盒内，移去环刀(透水石的湿度应尽量与试样保持一致)；(3)转动手轮，使上盒前端钢珠刚好与量力环接触，调整量力环中

18、量表归零。顺次加上加压盖板、钢珠、压力框架、垂直量表并记录起始读数；(4)对试样施加垂直压力后，立即拔去固定销，开动秒表，以每分钟412转的均匀速率旋转手轮，使试样在35min内剪坏。如果量力环中量表指针不再前进或有显著后退，表示试样已剪坏。但一般宜剪至剪切变形达到4mm。如果量力环中量表指针继续前进，则剪切变形应达到6mm为止；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，钢珠和加压板等。取出试样，测定剪切面附近土的含水量。固结快剪试验制备式样：取原状土或按规定的密度及含水量制备式样；对准上下盒，插入固定销。在下盒内放透水石。将装有试样的环刀平口向下，对准剪切盒口，在试样

19、上放湿滤纸，然后将试样徐徐推入剪切盒内，移去环刀(透水石的湿度应尽量与试样保持一致)；转动手轮，使上盒前端钢珠刚好与量力环接触，调整量力环中量表归零。顺次加上加压盖板、钢珠、压力框架、垂直量表并记录起始读数；对试样施加垂直压力后，待试样达到固结稳定。(如果是饱和试样，则在施加垂直压力5min后，向剪切盒内注水；如果是非饱和试样，只要在加压板周围包以湿棉花，以防水分蒸发）；（5）然后拔去固定销，开动秒表，以每分钟412转的均匀速率旋转手轮，使试样在35min内剪坏。如果量力环中量表指针不再前进或有显著后退，表示试样已剪坏。但一般宜剪至剪切变形达到4mm。如果量力环中量表指针继续前进，则剪切变形应达到6mm为止；（6）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，钢珠和加压板等。取出试样，测定剪切面附近土的含水量。慢剪试验（1）制备式样：取原状土或按规定的密度及含水量制备式样；（2）对准上下盒，插入固定销。在下盒内放透水石。将装有试样的环刀平口向下，对准剪切盒口，在试样上放湿滤纸，然后将试样徐徐推入剪切盒内，移去环刀（透水石的湿度应尽量与试样保持一致）；（3）转动手轮，使上盒前端钢珠刚好与量力环接触，调整量力环中量表归零。顺次加上加压盖板、钢珠、压力框架、垂直量表并记录起始读数；（4）对试样施加垂直压力后，待试样达到固