简易土工实验讲课稿

GuizhouBuildingMaterialQualitySupervisionTestingCenter实验内容

1、压缩试验

2、液限、塑限的测定

3、直剪试验

4、击实实验

5、颗粒分析试验

实验一压缩试验

土的压缩是土体在荷载作用下产生变形的过程。压缩试验的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（e-p曲线）计算出压缩系数和压缩模量，以便判断土的压缩性和用于计算基础沉降。对于饱和粘性土的压缩试验，由于可以得到土某一压力下变形与时间的关系曲线，从而估算土固结系数和渗透系数。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压缩试验。试验室的压缩试验通常只用于粘性土。

在压缩试验进行前，必须

先测定土样的湿密度、含水量和相对密度（控制压实质量）。

A、实验方法

（1）根据工程需要提供原状土样或制备所需湿度密度的扰动土样。

（2）用环刀法测土样的湿密度。

（3）用烘干法测土样的含水量。

（4）用比重瓶法测定土的相对密度。（5）利用单杠杆固结仪测定土的压缩系数a和压缩模量Es。

一、密度的测定（环刀法）

单位体积土的质量称为土的密度。

密度的测定，对一般粘性土采用环刀法，如试样易碎或难以切削成有规则的形状时可以采用蜡封法。本试验采用环刀法。

环刀:底面积30平方厘米,高2厘米削土刀电子天平（二）试验步骤：1、取原状土或取按工程需要制备的重塑土，用切土刀整平其上下两端，将环刀向内壁涂一薄层凡士林，刀口向下放在土样整平的面上。2、用切土刀将土样上部修削成略大于环刀口径的土柱，然后将环刀垂直均匀下压，边压边削，至土样伸出环刀上口为止，削去环刀两端余土并修平土面使与环刀口平齐。

3、擦净环刀外壁，称环刀加土的质量（m1），准确到0.1克。4、记录m1、环刀号码以及环刀质量（m2）和环刀体积（V）。

（三）计算：

-土的密度又称湿密度，克/立方厘米；

式中：m1-环刀加土的质量，克；

m2-环刀的质量，克；

V-环刀体积，立方厘米。

二、含水率的测定（烘干法）

土的含水率是土在100

～105℃下烘至恒重时所失去的水份质量与土颗粒质量的比值,用百分数表示。

本试验采用烘干法，此法为室内试验的标准方法。电烘箱干燥器烘干盒（二）试验步骤：

1、选取有代表性的试样不少于15克（砂土或不均匀的土应不少于50克），放入烘土盒内立即盖紧，称烘土盒和湿土质量（m1），准确至0.01克，记录、烘干盒号码、烘干盒质量（由试验室提供）（m3）。

2、打开烘土盒盖，放入电烘箱中在100

～105℃温度下烘至恒重。（烘干时间一般自温度达到100

～105℃算起不少于6小时）。然后取出烘干盒，加盖后放进干燥器中，使冷却至室温。

3、从干燥器中取出烘土盒，称烘土盒加烘干土的质量（m2），准确至0.01克，并将此质量记入表格内。

4、本试验须进行二次平行测定。

（三）计算

按下式计算含水率

计算至0.1%

式中：-试样中所含水的含量；

-试样土颗粒的质量；三、相对密度的测定（比重瓶法）

土粒的相对密度是土在100°～105℃下烘至恒重时土粒的密度与水的密度之比值。比重瓶:容量100毫升

(m2)恒温水槽电热砂浴

（二）试验步骤：

1、试样制备

将风干或烘干之试样约100克放在研钵中研碎，使全部通过孔径为5mm的筛，如试样中不含大于5mm的土粒，则不需过筛。将已筛过的试样在100°～105℃下烘至恒重后放入干燥器内冷却至室温备用。

2、将烘干土约15克，用漏斗装入烘干了的相对密度瓶内并称其质量，得瓶加土的质量m1，准确至0.001克。

3、将已装有干土的相对密度瓶，注纯水至瓶的一半处。4、摇动相对密度瓶，使土粒初步分散，然后将相对密度瓶放在电热砂浴上煮沸（注意将瓶塞取下）。煮沸时要注意调节砂浴温度，避免瓶内悬液溅出。煮沸时间从开始沸腾时算起，砂土和粉土不少于30分钟，粉质粘土和粘土不少于1个小时。

5、将相对密度瓶从砂浴上取下，注入纯水至近满，然后放相对密度瓶于恒温水槽内，待瓶内悬液温度稳定后（与水槽内的水温相同），测记水温（T），准确至0.5℃（注：本实验室槽内水温控制在20℃）。

6、轻轻插上瓶塞，使多余水分从瓶塞的毛细管上溢出（溢出的水必须是不含土粒的清水）。取出相对密度瓶，擦干相对密度瓶外部水分，称瓶加水加土的总质量（mbws），准确至0.001克。（三）计算

按下式计算相对密度：

（式中：－干土质量（克）

－瓶加土质量（克）

－瓶质量（克）

－瓶加水质量（克）

－瓶加水加土质量（克）

－水在t℃的密度，等于1克/厘米3。

－水在4℃的密度，等于1克/厘米3

B、实验要求

（1）要求在侧限压缩仪中测定土的压缩性，绘制该土的压缩曲线（e-p曲线）。

（2）求出a1-2和Es1-2，并判断该土样的压缩性。

（3）仔细观察土的变形与时间关系这一重要特征。

（可以绘制出每一级荷载作用下的s～t曲线）。仪器设备

1、小型固结仪；

2、百分表：量程10mm，精度0.01mm;

3、秒表和仪器变形量校正表等。单杠杆固结仪（二）试验步骤

1、在压缩仪器底座内，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（刀口向下）放在透水石上，再在试样上放上护环以及透水石、传压活塞和钢珠，安装好后待用；

2、将安装好的压缩仪容器放在框架内横梁上，使横梁与球柱接触后，插入活塞杆再装上百分表使其接触活塞杆顶面，并调节其伸长距离不小于8mm（注意检查百分表是否灵活和垂直）。读百分表读数（为初数R0）后即可进行试验；3、轻轻施加第一级荷载50千帕,并开动秒表，开始计时；

4、可按下列时间测记读数：15′、1′、2′、10′、20′、60′、120′、24小时直至试样沉降稳定为止。当不需要测定沉降速率时，则施加每级压力后24小时，认为土样已稳定，因时间关系可按教师指定的时间读数。读数精确到0.01mm；

5、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、400千帕），记录各级压力下试样变形稳定的百分表读数（R1~R5）；

6、试验结果后，必须先卸除百分表，然后卸掉砝码，升起加压框，移出压缩仪器，取出试样并测定其含水量，最后将仪器擦洗干净

.（三）成果整理

1、假设仪器变形量为零。

2、以P为横坐标，e为纵坐标，绘制压缩曲线（e-p曲线）。

3、计算压缩系数：

实验二液限和塑限的测定

粘性土由于含水量不同，分别处于流动状态、可塑状态、半固体状态或固体状态。液限是粘性土的可塑状态与流动状态的界限含水量。塑限是粘性土的可塑状态与半固体状态的界限含水量。

联合测定法

液塑限联合测定仪（二）实验方法

仪器采用电磁平衡圆锥仪，其他仪器设备和土样制备方法均与常规液限试验相同。实验时将试样调成三种不同含水量，分别装入试杯内用电磁式圆锥仪测得三个不同锥体沉入深度。

为了提高试验精度。上述三个不同深度，最好控制在5～12mm之间，其间隔以2～3mm为宜。

将测定的三个含水量及相应的三个深度点绘在双对数坐标纸上，联三点绘一直线。当三点不在一直线上时，通过高含水量的点与其余两点连成两条直线，

在下沉深度为2mm处查得相应的二个含水量，当两个含水量的差值小于2%，应以该两点含水量的平均值与高含水量的点连一直线。当两个含水量的差值大于或等于2%时，应重做试验。

在直线上取沉入深度为10mm和2mm的两点，此两点对应的含水量即分别为液限（wL）和塑限（wp）实验三抗剪强度试验剪切试验的目的是测定土的抗剪强度指标，即土的内摩擦角φ和粘聚力。

A、实验要求

由实验室提供制备土样，要求用快剪法在直接剪切仪中测定该土的抗剪强度指标φ和c的数值。

B、实验方法

应变控制式直接剪切仪快剪法

（一）仪器设备

1、应变控制式直剪仪；（见图）

2、百分表：量程10mm；精度0.01mm；（二）试验步骤要点

1、在试样上施加垂直荷载。按第一个试样上应加的垂直压力（100千

帕）计算出应加荷载，扣除加压设备本身质量，即得应加砝码数。（试样面积及加压设备质量可查实验室的资料表）。

2、拔出固定插销。开动秒表，同时以每分钟0.8mm的剪切速度均匀地转动手轮，进行剪切。当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1/15—1/10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，估读至0.001mm。（即以百分表上大度盘的“格”作单位，估读至0.1格）。

3、反转手轮，卸除垂直荷载和加压设备，取出已剪损的试样，刷净剪切盒，装入第二个试样。

4、第二、三、四个试样分别施加200、300、400千帕垂直压力后按同样步骤进行试验。

（三）成果整理

以垂直压力P（kPa）为横坐标，抗剪强度为纵坐标，将四个实测点绘在图上，画一视测的平均直线，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。

抗剪强度曲线在轴上的截距即为粘聚力点c，精确至10千帕，其倾角为内磨擦角，精确至0.1度。实验四击实试验

土的人工压实可以提高土的抗剪强度，降低其压缩性与透水性，从而大大改善其工程性质。

土的压实效果与压实方法或压实功能以及含水量有关。压实功能愈大，土愈易压实。

如压实方法一定，则土的密度又与土的含水量有密切关系。土的密实程度常以土的干密度这个指标表示，在一定的压实方法与压实功能下能使土达到最大干密度的含水量称为最佳含水量。本次实验的目的，是将实验室提供的土料在不同的含水量下采用规定的标准方法进行击实，从而测定其最大干密度及其相应的最佳含水量，借以了解土的压实性能。击实试验所用仪器为轻重两用标准手提击实仪，分轻型击实和重型击实。按交通部标准，轻、重型试验方法和设备的主要参数如下表。试验方法类别锤底直径(cm)锤质量(Kg)落高(cm)试筒尺寸层数每层击数击实功(KJ/m3)内径(cm)高(cm)容积(cm3)轻型Ⅰ法Ⅰ.1Ⅰ.2552.52.530301015.212.7129972177332759598.2598.2重型Ⅱ法Ⅱ.1Ⅱ.2554.54.545451015.212.71299721775327982687.02677.2

A．实验要求

由实验室提供通过5mm筛或20mm筛的有代表性风干土样一种，在标准击实方法下测定土的最大干密度和最佳含水量。

B．实验方法（一）仪器设备

1、击实仪：（见图）

2、台称：称量10kg，感量5g

3、推土器：（见图13）

4、盛土盘、量筒、喷水壶、小刀等

5、测含水量所需仪器轻重两用电动击实仪轻、重型击实筒

（二）试验步验

1、试样制备

a．轻型击实取过5mm筛的土样3kg；重型击实取过20mm筛的土样6.5kg。

b．将土样加水润湿，拌匀后用湿布盖上，静置12小时至一昼夜（因时间所限，静置时间从略）。一般最少做5个含水量，依次相差约2%，且其中有两个大于最优含水量及两个小于最优含水量。2、试样击实

a．将击实仪放在坚实的地面上，击实筒内壁和底板涂一薄层润滑油，联接好击实筒与底板。

b．从制备好的一份试样中称取一定量土料，分3层或5层倒入击实筒内。对于分3层击实的轻型击实法，每层土料的质量为600～800g（其量应使击实后试样的高度略高于击实筒的1/3）；对于分5层击实的重型击实法，每层土料的质量宜为900～1100g（其量应使击实后的试样高度略高于击实筒的1/5）；对于分3层的重型击实法，每层需试样1700g左右。整平表面，并稍加压紧，然后按规定的击数进行第一层的击实，击实时击锤应自由垂直落下，锤迹必须均匀分布于土样面。c.第一层击实完后，将试样层面“拉毛”，然后再装入护筒，重复上述方法进行其余各层土的击实。小试筒击实后，试样不应高出筒顶面5mm；大试筒击实后，试样不应高出筒顶面6mm。

d．用修土刀沿护筒内壁削刮，使试样与护筒脱离后，扭动并取下护筒，齐筒顶细心削平试样，拆除底板，擦净筒外壁，称量，

准确至1g。

e．用推土器推出试样，取中心部分试样测定其含水量（取两个含水量试样），测定的含水量应在允许的平行差值以内。

f．按上述的步骤进行其它含水量试样的击实试验。（三）成果整理

计算不同含水量下击实后试样的密度；

式中：——击实后试样湿密度；

wi——击实后试样含水量。

绘制干密度与含水量关系曲线（如下图）；

在曲线上取峰点的坐标即为最大干密度和最佳含水量。实验五颗粒分析试验颗粒分析是测定干土中各种粒组所占该土总重的百分数的方法。其目的是借以了解土的粒径组成情况，供土的分类和概略判断土的工程性质及土工建筑物选料之用，试验方法较多，通常以下述几种方法使用较多。

1、筛分法：适用于粒径大于0.075mm的土；

2、比重计法和移液管法，适用于颗粒小于0.075mm的土；

3、若土中粗细颗粒兼有，要联合使用各种方法，即联合分析法。

本次试验只采用筛分法和甲种比重计法。A、实验要求（1）由实验室提供过筛（0.5mm）并浸润一昼夜的土样用比重计法进行粒径分析，求出该土的粒度成分。

（2）要求了解比重计法的试验步骤。

（3）筛分法要求根据给出的数据得出该土的粒径级配曲线，不均匀系数和曲率系数。

B、实验方法

比重计法

（一）仪器设备

1、比重计：乙种比重计，刻度单位以20℃时悬液的比重表示，自0.995～1.05最小刻度单位是0.001；TM85型甲种比重计，刻度中含土的质量表示单位以20℃时1000cm3水土混合液（克），以度为单位，最小分度值0.5°，测量范围为5°～50℃；

2、量筒：容积1000cm3和500cm3各一个；

3、天平：感量0.01克；4、三角烧瓶：容量500cm3；

5、附有循环冷凝管的煮沸装置；6、冲洗瓶；7、搅拌器；

8、温度计；9、秒表；

10、25%浓度的氨水或1%浓度的六偏磷酸钠溶液；

11、仪器