土力学四大实验

1、实验一 土的密度及含水量实验（一）实验目的测定土的密度与含水量。（二）土的密度测定实验内容和原理 实验内容：用“环刀法”测土的天然密度。（2）实验原理：土的密度P是单位体积土的质量。P = （mi -m2）/V式中m1环刀加土的质量（g）;m 2 环刀的质量（g）;V土的体积（cm3）。实验仪器及材料（环刀法）：内径68cm，高23cm，体积为100cm3和60cm3两种；天 平：感量0.01g，称量200g，其他：切土刀，钢丝锯，凡士林。实验步骤（1）按工程需要取原状土或制备所需状态的扰动土样，整平其两端，将环刀内壁涂一层凡 士林，称出环刀的质量，刀口向下放在土壤上。（2）用切土刀（或钢丝锯

2、）将土样削成略大与环刀直径的土柱，然后将环刀垂直下压，边 压边削，至土样伸出环刀为止，将两端余土削平，取剩余的代表性土样用于测定含水量。（3）擦净环刀外壁称重（若在天平放砝码一端，放一等重环刀）可直接测出湿土重。准确至 0.1g。（4）计算土的密度，精确至0.01g/cm3。（5）本实验需进行两次平行测定，其平行差值不得大于0.03 g/cm3，取其算术平均值。（6）操作注意事项：用环刀切取式样，为防止扰动，应切削一个较环刀内径略大的土柱， 然后将环刀垂直下压，为避免环刀下压时挤压四周土样，应边压边削，直至土样伸出环刀， 然后将两端修平用直刀一次刮平，严禁用直刀在环刀土面上来回抹平，如遇石子等

3、其他杂物 等要尽量避开，无法避开则视情况酌情补上。成果整理，写出实验过程，整理实验数据，并填表1表1密度测定数据记录表环刀编号（湿土 +环 刀）质量 m /g环刀质量 m2/g湿土质量（m1-m2）/g环刀体积/cm3密度/ g - cm-3平 均 值P / g - cm -311251.592159.5100.0311.5941.591224889159100.0981.588备注（三）土的含水量测定实验内容和原理（1）实验内容：用烘干法测土的含水量。（2）实验原理：土的含水量为土中所含水的质量mw，与土粒质量ms的比值。o = m / m x 100%本实验一烘干法完成，为室内实验的标准方

4、法烘干法是将一定数量土样称重后放入烘箱中 在100105C恒温烘至恒重。烘干后土的质量即为土粒质量ms，土样所失去质量为水质量 m。*实验仪器及材料烘箱：电热烘箱或温度能保持100105C的其他能源烘箱及红外线烘箱等；天平：称重200g，感量0.01g，其他：干燥器，称量盒，削土刀等。实验步骤取代表性式样1530g放入称量盒内，立即盖好。称湿土加盒的质量，精确至0.1g揭开盒盖将试样放入烘箱，在温度100105C下烘到恒重。将烘干后的式样取出，放入干燥器内冷却，称出盒加干土质量，精确至0.1g (冷却 时间不要过长)计算土的含水量：本方法需要进行两次平行测定，取两次结果的算术平均值作为土 的含

5、水量，精确至0.1%。成果整理写出实验过程，整理实验数据，并填表2.2水*测定数据记录表土样盒号土样盒质量/g (1)盒+湿土质量/g (2)盒+干土质量/g(3)水的质量/g (4)=(2)-(3)干土的质量/g (5)=(3) - (1)含水量(质 量分 数，%)1246962.16.838.217.80224.869.763.16.638.317.20试验二粘性土的液限、塑限的测定一、实验目的：是测定粘性土的液限和塑限，从而算出塑性指数，用来作为粘性土的分类依据。其与天 然含水量比较，可以判断土属于哪个稠度状态，借此可确定地基土的计算强度。二、基本原理粘性土由于所含的水分不同，而形成流动

6、状态，可塑状态，半固体状态及固体 状态。测求土处于可塑状态与流动状态的界限含水量称为液限，测土处于可塑状态与 半固体状态的界限含量称为塑限。其液限与塑限之差称为塑性指数。测定的方法有多种，这里我们采用塑液限联合测定仪法。、液限与塑限的测定只适用于小于0.5毫米土粒占优势所级成的粘性土，土样含 有大于0.5毫米的颗粒或含有机物质510%之间时，仍可用此方法，但必须注明有机 物含量。三、仪器设备 液限联合测定仪：圆锥仪，读书显示器；试样杯:40-50mm，高30-40mm;天平:称量200g，分度值0.01g:其他：筛（0.5毫米）、烘箱、调土刀、凡士林等。四、操作步骤（一）本次试验采用风干土制备

7、试样。取筛余土样，放在调土皿中，加水调成均匀浓 糊状，制备成三组分别含水率不同的试样，用湿布覆盖，或放在密闭玻璃容器中，静 置于一昼夜。（二）将制备好的试样，用调土刀调拌均匀，分层装入土杯中，填装时注意勿使土内 留有空隙或气泡，用刮刀将多余的土刮去，使与杯口齐平，并将其杯放在底座上。（三）将锥式流限仪用布拭净，并用锥体上抹一层凡士林，提住锥体上端手柄，对准 试样表面中部，全锥尖与试样表面接触时放开于指，使锥体在其自重下沉入土中，测 出经过约5秒钟其下沉深度。（四）从杯中圆锥沉入点附近（把附有凡士林的土去掉）取土 10克以上，测其含水量，精确到0.01。（五）将称量过的铝盒放入烘箱在规定温度线烘

8、至衡重，取出后冷却称量重量（六）重复2-7次以上步骤，测试三种含水率土样的圆锥深入度和含水量（三种土样 最好分别为液限，塑限，固限左右的含水量）。五、记录格式液塑限实验土样编号班级勘技一班实验日期姓名陈绍康土样说明实验名称液限塑限实验次数土盒号数土盒加湿土重（克）土盒加干土重（克）水重（克）土盒重（克）干土重（克）含水量（%）平均含水量（%）塑性指数IP=土名：液性指数If土的状态：备注天然含水量率六误差分析按下式计算流限WL与塑限WP； %：W%或 W%= 1 g 2 x 100% L Pg 2 g 0式中：g 1称量盒加湿土重，克g 2 称量盒加干土重，克g 0称量盒重，克计算至0.1%试

9、验三、固结试验（一）概述固结试验的目的在于测定试样在侧限和垂直排水条件下的压力、变形和时间以及孔隙比和压力间的关系。以便绘制压缩曲线，求得土的压缩系数气、压缩模量氏、压缩指数。疽固结系数q以及原状土的先期固结压力心，用来判断土的压缩性和进行变形计算。图4-1压缩前后土的体积变化示意图（二）试验原理试样装在厚壁金属容器内，上下各放一块透水石， 然后在试样上分级施加垂直压力所测记加压后不同时 间的垂直变形，由于试样受金属厚壁容器的限制，不可 能产生侧向膨胀，因此该试验称为侧限压缩试验，或无 侧胀压缩试验。设加压前土样的高度为H0，面积为4, 土样的体积 为v0，颗粒体积为K。，孔隙体积为匕0。压缩

10、前后土的体积变化示意图如图4-1。根据图4-1可得H H _ (H H ) 4 V VH H A 一 VV + V (V + V ) s0 v0 s1 vVs0 +Vv0由于土粒的压缩量常可忽略不计，故V0 V1，代入上式得H - HAHV - V0 一H0若通过试验测得稳定压缩量AH作用下都可测得稳定的压缩变形量，并求得相应的孔隙比%、v0TT = VrV = 2V + V V V 1 + es0 v0 正。+ V。0s0 s0AHZ1，、 ei=e0 - H + %） 0则可由上式求得相应的孔隙比eT ；同样，在不同的压力pe 3、e44-1)4-2)3、七 等，则可绘制ep曲线（或elg

11、p曲线）。（三）仪器设备目前常用的固结仪有磅秤式、杠杆加压式或其他加压设 备形式。本试验用杠杆加压式。（1）固结仪：固结仪包括固结容器和加压设备两部分， 如图4-2所示。试样面积30cm1 2或50 cm2，高2cm；加压设 备为杠杆及砝码；（2）天平：感量0.01g及0.1g各一台；（3）量表：最小分度为0.01mm，量程10mm；（4）其他：秒表、烘箱、钢丝锯、削土刀、土盒、凡 土林等。（三）操作步骤试样制备及含水率测定图4-2固结仪示意图1-水槽；2-护环；3-环刀；4-加压上盖;（1）切取原状试样时，土层受压方向应与天然土层受压方向一致。5-透水石；6-量表导杆；7-量表架；8-试样（

12、2）环刀内壁涂一薄层凡士林，以减少试样与环刀 壁的摩擦及对试样的扰动。将土样修成略大于环刀直径的土样，（3）切取试样时，先将环刀刃口向下压入土样少许， 边修边压，直至试样突出环刀为止，然后修去上下两端余土，修平试样表面（注意不要来 回涂抹）。测定试样密度：按照前两个试验的方法测定试样的密度及含水量。安装试样：将带有环刀的试样，小心装入护环，再装入固结容器内，然后放上透水石和 加压盖板。将装好的固结容器放在加压框架下，对准加压框架正中，装上量表，并调节其可伸长距 离不小于8mm，然后检查量表是否灵敏和垂直。在砝码盘上加预压荷载50g （试样所受压力约1kPa）使试样与仪器上下各部分之间接触 良好

13、，然后转动量表表盘，使指针对准零点。本次加压等级为50，100，200kpa。每三十分钟记下测微表读数，精确到0.01mm，并记录。式中3h:一某一压力下，试样压缩稳定后的总变形量（等于该荷载下压缩稳定后的量 I表读数减去仪器变形量。仪器变形量由实验室给出），mm； h0试样的初始高度（等于环刀高度），mm。（3）计算各级荷载下压缩稳定后的孔隙比e.I匕=e-（1 + e*计算压缩系数a = 4rvl-2 p - p（5）计算压缩模量1 + e0 av（4-7） 压缩模量，MPa。式中其余符号含义同上。绘图:（1）土的变形与时间关系曲线。（2）压缩曲线，即ep曲线。实验四直接剪切试验（手动）一

14、、基本概念及原理土的抗剪强度是指土体抵抗剪切破坏的极限能力，是土的重要力学性质指标之一。工程 中的地基承载力，挡土墙的土压力，土坡稳定等问题都与土的抗剪强度直接相关。根据库仑 定律，土的抗剪强度与剪切面上的法向应力成正比。其本质是由于土粒之间的滑动摩擦以及 凹凸面间的镶嵌作用产生的摩阻力，其大小决定于土粒表面的粗糙度、密实度、土颗粒的大 小以及颗粒级配等因素。粘性土的抗剪强度由两部分组成，一部分是摩擦力，另一部分是土 粒之间的粘结力。用库仑定律公式表达为T =c+。tgu。二、试验目的直接剪切试验是测定土抗剪强度指标的一种常用方法。通常将同一土样切取不少于四 个试样；分别在不同的垂直压力下施加

15、水平剪切力，测得破坏时的切应力，以确定土的内摩 擦角和内聚力，为工程实践提供依据。三、试验方法及适应范围由于土体在固结过程中孔隙水压力的消散，荷载在土中产生的附加应力最后全部转化 为有效应力。其实质是土体强度不断增长的过程。因此，剪切试验条件决定了同一种土在不 同试验条件下的抗剪强度不同。为了模拟现场土体的剪切条件，根据土的固结程度，剪切时 的排水条件以及加荷速率，把剪切试验分为三种：1、快剪试验（或不排水剪）：土样施加法向应力后，立即施加水平剪切力，在3-5分钟 内将试样剪切破坏。在整个试验过程中不允许土样含水量有所变化，即孔隙水压力保持不变。 这种方法只适用于模拟现场土体较厚，透水性较差，

16、施工速度较快，基本上来不及固结就被 剪切破坏的情况（土的渗透系数小于10-6cm/s）。2、固结快剪（或固结不排水剪）先将土样在法向应力作用下达到完全固结，然后施加 水平剪切力，与快剪方法一样使土样剪切破坏。此方法只适用于模拟现场土体在自重或正常 荷载条件下已达到完全固结状态，随后，又遇到突然增加荷载或因土层较薄，透水性较差， 施工速度快的情况。适用于土的渗透系数小于10-6cm/s的土类，对渗透系数大于10-6cm/s的 土，应采用三轴仪进行试验。3、慢剪试验（或固结排水剪先将土样在法向应力作用下，达到完全固结。随后施加慢速 剪切（剪切速度应小于0.02mm/min）剪切过程中使土中水能充分

17、排出，使孔隙水压力消散， 直至土样剪切破坏。本次试验采用快剪试验。四、仪器设备1、应变控制式直接剪切仪，如图6.1所示。2、百分表：量程1-10mm，最小分度为0.01mm3、其它：切土刀、环刀、秒表、蜡纸、钢丝锯等。五、操作步骤!哑变控制式直敦仗I一卵町（专动机构：，一推劫格T 3F食：4T互加压框架*5 -垂直位移甘；压板；7一透水板；S一上盆;水朗L0一测力汁；11水平倚移il;珠；13一试样1、切取土样：用标准环刀，切取原状土或制备的扰动试样，方法同密度试验，每组试验不 少于四个试样，并分别测定其密度及含水量。密度差值不得超过0.03g/cm3。2、仪器检查：将调整平衡的白色手轮逆时针

18、旋转，使中心轴上升至顶端，以便加荷过程中调整杠杆水平；调整平衡锤使水平杠杆水平；检查仪器各部分接触是否紧密转动是否灵敏；安装百分表于量力环中，并检查百分表是否接触良好。3、安装试样：对准上、下剪切盒并插入固定销钉。在下盒内放入透水石一块，其上放不透 水蜡纸一张。将切取土样的环刀刀口向上对准上剪切盒口，在土样上面放上蜡纸一张，用推 土器堆入剪切盒中，移去环刀，并在蜡纸上放块透水石，然后依次加上传压盖板，钢珠及加 压框架，并调整加压框，使钢珠与框架之间的缝隙为1-3mm。4、垂直加荷：每组试验需要剪切不少于4个试样，分别在不同的垂直压力下剪切，垂直压 力由现场情况估计出的最大压力决定，对一般的粘性

19、土、砂土，宜采用50、100、200、300KPa 或100、200、300、400KPa的垂直应力。对高含水量，低密度的土样可选用20、50、100、 200KPa的应力。5、水平剪切：先转动手轮，使上盒前端钢铰与量力环接触，调整百分表计数为零；拨出固定销钉、开动秒表，以1转/10S的速率旋转手轮，使试样在3-5分钟内剪切破坏；剪切过程中，手轮应匀速不间断地旋转，并保持杠杆水平；剪切过程中，百分表指针不再上升，或有明显后退时，表示试样已剪切破坏。若变形继续 增加，而剪切变形(上下盖错开)4mm时，也认为试样已剪切破坏；记录手轮转数n以及量力环中百分表的读为R。6、拆除容器：剪切结束，依次卸除百分表，垂直荷载，上盒等。重新装上另一试样进行下 一级剪切试验，直至全部结束。六、计算及绘图1、根据百分表读数，计算土样