土力学实验报告

10十月2023华北电力大学水利水电工程系1土力学试验第1页10十月2023华北电力大学水利水电工程系2实验目要测定不大于某粒径颗粒或粒组占土质量百分数，方便理解土粒径级配，并作为土分类根据及供应土工建筑物选料之用。基本原理筛析法测定砂土粒度成份，是利用一套孔径大小不一样标准土壤筛来分离一定量代表性砂土中与筛孔径对应粒组，通过天平称量，得其各粒组质量，方便计算各粒组相对含量，进而确定砂土粒度成份。本试验办法适用于粒径不大于或等于60mm，大于0.075mm土。试验一筛析法测定砂土粒度成份第2页10十月2023华北电力大学水利水电工程系3仪器设备1．标准土壤筛一套（见图）

粗筛：孔径为100，80，60，40，20，10，5，2mm

细筛：孔径为2，1，0.25，0.075mm

本次试验用筛孔径为10、5、2、1、0.5、0.25、0.075mm筛盘及底盘合计8层2．托盘天平：感量1g,称量1000g3．磁体橡皮头研棒

4．毛刷、镊子、白纸、钢直尺、糖果勺第3页10十月2023华北电力大学水利水电工程系4操作步骤1．制备土样（1）风干土样或烘干土样。若土样已干，可直接使用。（2）若试样中有结块时，应将试样倒入磁钵中，用橡皮头研棒研磨，使结块成为单独颗粒为止，但须注意不应把颗粒研碎。2．四分法选用代表样品300g办法是：将土样用糖果勺在白纸上拌匀呈圆锥形，然后用钢直尺以圆锥顶点为中心，向顺时针（或逆时针）方向旋转，使圆锥成为1～2cm圆饼，然后在圆饼上用尺分为四等份，取其对角线相同两份，将留下两份样拌匀，反复上述步骤，直至剩下土样满足需要量为止。3．称量四分法选用试样总质量（ms），精确至0.1g，并统计之。第4页10十月2023华北电力大学水利水电工程系5操作步骤4．检查标准土壤筛大小孔径次序，检查各层筛子是否洁净，若有土粒需刷净，然后将已称量试样300g倒入最顶层筛盘中，盖好盖，用手托住筛，一般粗粒上盘摇晃时间3～5min即可，经5～10min摇振，每只筛盘在对应时间摇振后取下，在白纸上用手轻扣，摇晃，直至筛净为止。把漏在白纸上砂粒倒入下一层筛盘内。如此往复操作，直至最末一层筛盘筛净为止。5．称量留在各筛盘上土粒（mi），精确至0.1g，并测量试样中最大颗粒直径，并统计之。

第5页10十月2023华北电力大学水利水电工程系6计算及误差分派1．计算各粒组百分含量，精确至小数点后一位

式中:xi——某粒组百分含量，%

mi——某粒组质量，g

ms——试样质量，g2．各筛盘及底盘上土粒质量之和与筛前所称试样之质量不得大于试样总质量1%，不然应重新试验。若二者差值不大于试样总质量1%，可视试验过程中误差产生原因，分派给某些粒组，最后各粒组百分含量之和应等于100%。

第6页10十月2023华北电力大学水利水电工程系7计算及误差分派3．若粒径<0.1mm含量大于10%，则将这一部分用沉降法继续分析。4．将试验成果填写在统计表格中，根据试样粒度成份定出土名称，绘制累积曲线，求不均匀系数（CU）和曲率系数(Cc)，并说明土均一性。

第7页10十月2023华北电力大学水利水电工程系8注意事项1．在筛析进行中，尤其是将试样由一器皿倒入另一器皿时，要避免或尽可能减少微小颗粒飞扬。2．过筛后，要检查筛孔中是否夹有颗粒，若夹有颗粒，应将颗粒轻轻刷下，放入该筛盘上土样，一并称量。3．颗粒粒径分派曲线应在对数坐标纸上绘制，并应取小段某粒径试样质量占试样总质量百分比为纵坐标，取粒径对数为横坐标。

第8页10十月2023华北电力大学水利水电工程系9土三相实测指标为土天然密度、土含水量、土粒密度。试验二土三项实测指标试验通过测定土天然密度，理解土疏密和干湿状态，供换算土其他物理性质指标和工程设计以及控制施工质量之用。通过测定土含水量，理解土含水情况，供计算土孔隙比、液性指数、饱和度和其他物理力学性质指标。通过测定土粒密度，为计算土孔隙比、饱和度以及为土其他物理力学试验提供必须数据。第9页10十月2023华北电力大学水利水电工程系10基本原理用已知质量及容积环刀切取原状土样，使之与其体积保持一致，定义单位体积土质量即为土密度，其计算公式如下式：式中：ρ——土天然密度（g/cm3）

m1——环刀质量（g）

m2——环刀与土样质量（g）

V——环刀体积（cm3）Ⅰ天然密度试验（环刀法）第10页10十月2023华北电力大学水利水电工程系11仪器设备1．环刀V=60cm32．天平感量0.1g，称量500g，或感量0.01，称量200g3．切土刀，钢丝锯，凡士林，玻璃等。第11页10十月2023华北电力大学水利水电工程系12操作步骤1．切取土样：环刀刃口朝下，放在土样表面上，用修土刀把土样削成略大于环刀土样，然后垂直向下轻压环刀，边压边削，至土样伸出环刀为止，先削平环刀上端之余土，使土面与环刀边缘齐平，再置于玻璃板上，然后削平环刀刃口一端余土，使与环刀刀口齐平。若两面土有少许剥落，可用切下碎土渣，补上。2．测定环刀与土样之质量：擦净环刀外壁，称量得m2，精确到0.1g。3．称量环刀质量m1，精确至0.1g，允许误差：±≤0.03g/cm3。4．本次试验需二次平行测定，允许误差≤0.03g/cm3。

第12页10十月2023华北电力大学水利水电工程系13注意事项1．用环刀法切取土样时，必须严格步骤操作不得急于求成，用力过猛，或图省事不削成土柱，这样就使土样开裂扰动，成果事倍功半。2．修平环刀两端余土时，不得在试样表面来回压抹。对于较软土宜先用钢丝锯将土样锯成几段然后用环刀切取。

第13页10十月2023华北电力大学水利水电工程系14基本原理土含水量（也称土含水率）指土在温度100℃～105℃下烘至恒重时失去水分质量与恒重后干土质量比值，以百分数表达。Ⅱ天然含水量（烘干法）第14页10十月2023华北电力大学水利水电工程系15仪器设备1．有盖称量盒数只；2．天平，感量为0.01g；3．烘箱（温度105—110℃）；4．酒精（纯度95%）。第15页10十月2023华北电力大学水利水电工程系16操作步骤1．选用具有代表性土样15～30g或自环刀中取样，放入称量盒内，盖好盒盖，称量湿土加盒重，精确至0.01g；2.打开盒盖，将盒放入烘箱（温度105～110℃），烘至恒重，对于粘性土、粉土，在烘箱内不得不大于8h；对于砂土，不得不大于6h；3.为加快试验，可不用烘箱，而将酒精倒人盛土盒内，使酒精出现自由液面．点燃酒精，烧至火焰灭，如烧不透，冉倒入酒精点燃，直至烧透，成为干土；4．称干土加盒重，精确至0.01g。5.按含水量定义，计算含水量，精确至0.1%。第16页10十月2023华北电力大学水利水电工程系17注意事项1．打开土样后，应立即取样称湿土质量，以免水分蒸发。2．土样必须按要求烘至恒重，不然影响测量精度。

第17页10十月2023华北电力大学水利水电工程系18试验三测定粘性土液、塑限含水量粘性土处于液态到塑态物理稠度状态时，平衡锥下沉10mm，并延时15sec不变，即为土液限含水率。基本原理I测定粘性土液限含水率（锥式仪法）第18页10十月2023华北电力大学水利水电工程系191．锥式液限一套（质量76g，角度30°）2.分析天平（1%或1‰）3．铝合，烘箱，调土刀，凡士林

仪器设备SYS系列数显液塑限测定仪/GYS型光电式液塑限测定仪第19页10十月2023华北电力大学水利水电工程系201．将试样（已备）调至成一定稠度状态（不宜太湿）用刀反复调制均匀。操作步骤2．在试样杯内，填入试样（先四周后中间）压密并刮平。3．手持平衡锥上端，自由落体（锥尖接触土体表面），放锥，下沉10mm。并延时15sec，即为土液限（锥尖涂抹薄层凡士林）。4．反复上述操作，测第二次，做平行测定。5．在100～105℃温度下，经6h以上温度恒温烘干，称量之（0.01或0.001g）。

第20页10十月2023华北电力大学水利水电工程系21计算及试验误差式中：WL--土液限含水率（%）

m1--湿土+盒质量（g）

m2--干土+盒质量（g）

ms--干土质量（g）本次试验需二次平行测定，允许误差≤±1%。

第21页10十月2023华北电力大学水利水电工程系22注意事项1．若调制土样含水量过大，只许在空气中晾干或用吹风机吹干，也可用调土刀搅拌或用手搓捏，切不能加干土或放在电炉上烘烤。2．放锥时要平稳，避免产生冲击力。3．从试杯中取出土样时，必须将沾有凡士林土弃掉，方能重新调制或者取样测含水量。第22页10十月2023华北电力大学水利水电工程系23粘性土处于塑态至半固态界限含水率，即土塑限。本试验用搓条法。1．毛玻璃板2．其他如用液限试验。

基本原理仪器设备Ⅱ测定粘性土塑限含水率（搓条法）第23页10十月2023华北电力大学水利水电工程系241．将不粘手试样（已备）放在毛玻璃板上来回轻轻反复捏，压，搓滚，至3mm断裂垂直裂纹土条。操作步骤2．将搓好土条约8-10条装入铝盒内（半满即可）并称量之（0.01或0.001g）。3．在100～105℃温度下，经6h以上恒温温度烘干，并称量之（0.01或0.001g）。第24页10十月2023华北电力大学水利水电工程系25计算及试验误差式中：Wp——土塑限含水率（%）

m1——湿土+盒之质量（g）

m2——干土+盒之质量（g）

ms——干土之质量（g）本次试验需二次平行测定，允许误差≤±1%。

第25页10十月2023华北电力大学水利水电工程系26注意事项1．搓滚土条时必须用力均匀，以手掌轻压，不得作无压滚动，应避免土条产生中空现象，因此搓滚前土团必须通过充足揉捏。2．土条在数处同步产生裂纹始达塑限，如仅有一条断裂也许由于用力不均而产生裂纹必须呈螺纹状。第26页10十月2023华北电力大学水利水电工程系27试验四土常规压缩试验（杠杆式压缩法）土压缩就是土在压力作用下体积逐渐缩小过程，压缩试验是将土样放在金属容器内，在有侧限条件下施加压力，观测在不一样压力下压缩与变形量关系，以测定土压缩系数、压缩模量等有关压缩指标，理解土压缩特性，作为设计计算根据。基本原理第27页10十月2023华北电力大学水利水电工程系281．三联杠杆固结仪仪器设备GDG-4S型三联高压固结仪

2.百分表，滤纸，秒表等

第28页10十月2023华北电力大学水利水电工程系291．首先检查压缩容器及设备是否齐全，然后将大护环、大透水石、下护环按次序放好，将滤纸放上，把切好土样连同环刀放入压缩盒内（环刀刃口朝下）在套上小护环放滤纸及透水石加压缩盒盖。操作步骤2．检查仪器是否敏捷，然后将装好土样压缩盒放入仪器内，调整杠杆水平，装上百分表。3．施加予压，以确保试样与仪器上下之间各个部位接触良好（施加1kPa预压或手指轻点击），然后调整百分表至零位。4．加压。一般按照0.05、0.1、0.2、0.3、0.4MPa次序加压，每级按15min读数一次，在每次加压后应立即调整杠杆之水平。5．当试验结束后来，先退去荷载，后拆除百分表，再取出土样，并将仪器擦净。第29页10十月2023华北电力大学水利水电工程系30计算及试验误差式中：ρw——水密度，g/cm3dS——土比重；

ρ0——试样初始密度，g/cm3W0——试样初始含水量。各级荷载下孔隙比

计算试样初始孔隙比

式中：h0试样高度为20mm。第30页10十月2023华北电力大学水利水电工程系31计算及试验误差压缩模量Es压缩系数a:第31页10十月2023华北电力大学水利水电工程系32注意事项1．切削试样时，应十分耐心操作，尽可能避免破坏土构造，边削边压环刀，不允许直接将环刀压入土中。2．在削去环刀两端余土时，不允许用刀来回涂抹土面，避免孔隙被堵塞。3．不要振碰压缩台及周围地面，加荷或卸荷时均应轻放或轻取砝码，以避免冲击力。第32页10十月2023华北电力大学水利水电工程系33试验五土直接剪切试验直接剪切试验原理是根据库伦定律，土内摩擦力与剪切面上法向压力成正比，将同一种土制备成几个土样，分别在不一样法向压力下，沿固定剪切面直接施加水平剪力，得其剪坏时剪应力，即为抗剪强度τf，然后根据剪切定律确定土抗剪强度指标内摩擦角φ和内粘聚力c。基本原理第33页10十月2023华北电力大学水利水电工程系34目前广泛使用杠杆式应变式直剪仪，示意图如下仪器设备试样盒（分上、下两部分，上盒固定，下盒放在钢珠上，能够在水平方向滑动）、百分表（用以量测竖直变形）、加荷框架（采取杠杆传动加荷办法，杠杆比为1:10）、推进座、剪切容器、测力计（亦称应力环）、环刀（内径6.18cm、高20cm）、切土工具、滤纸（蜡纸）、毛玻璃板、秒表及润滑油等。

第34页10十月2023华北电力大学水利水电工程系35仪器设备应变式直剪仪第35页10十月2023华北电力大学水利水电工程系36仪器设备剪切容器与应力环第36页10十月2023华北电力大学水利水电工程系371．切取土样，按照要求切取3-4个原状土样。操作步骤2．仪器检查。上下盒间接触及盒内应涂抹凡士林，以减少阻力，百分表是否敏捷，插销是否失灵，钢珠是否脱落。3．安装试样对准上下盒，插入固定销，在下盒内放入透水石一块，放入蜡纸一张，将带有土样环刀、刃口朝上、对准盒口，将试样推入盒内，然后在试验样上放上蜡纸、透水石及盒盖，装入仪器内，加上压力，转动手轮，让其接触，拨掉插销，开始试验。4．垂直加压。一般垂直压力分别为0.1、0.2、0.3、0.4MPa，若土质松软，可调整加压荷载，以免挤出。第37页10十月2023华北电力大学水利水