土木工程实验作业答案

土木工程实验作业答案一、实验一：土工试验--颗粒分析试验（筛分法）（一）实验目的测定土颗粒的大小分布情况，为分析土的工程性质提供依据。

（二）实验仪器标准筛（孔径分别为2mm、1mm、0.5mm、0.25mm、0.1mm、0.075mm等）、天平、摇筛机、烘箱等。

（三）实验步骤1.取代表性土样200g，风干后备用。2.将标准筛按孔径大小从上到下依次套好，置于摇筛机上。3.将土样倒入最上层筛中，启动摇筛机，筛分15-20分钟。4.筛分结束后，依次取下各筛，用天平称取留在各筛上及底盘上土的质量。

（四）实验数据记录与计算1.记录表格|筛孔尺寸（mm）|2|1|0.5|0.25|0.1|0.075|底盘||:--:|:--:|:--:|:--:|:--:|:--:|:--:|:--:||土质量（g）|m1|m2|m3|m4|m5|m6|m7|

2.计算各级筛上的累计筛余百分数$P_i$$P_i=\frac{m_1+m_2+\cdots+m_i}{m}\times100\%$式中，$m$为土样总质量（$m=m_1+m_2+\cdots+m_7$）。

3.计算各粒组含量$x_i$$x_i=P_i-P_{i-1}$（$P_0=0$）

（五）实验结果分析根据计算结果绘制颗粒分析曲线（横坐标为粒径对数，纵坐标为累计筛余百分数）。从曲线上可以判断土的颗粒级配情况，如级配良好的土，曲线较平缓；级配不良的土，曲线较陡。

二、实验二：土工试验--液塑限联合测定试验（一）实验目的确定土的液限、塑限，计算塑性指数，为评价土的工程性质提供参数。

（二）实验仪器液塑限联合测定仪、天平、烘箱、环刀、凡士林等。

（三）实验步骤1.取代表性土样，风干后碾碎，过0.5mm筛备用。2.取3个盛土杯，分别加入不同含水量的土样，调制成均匀的糊状。3.将调好的土样填入试杯中，刮平表面。4.把试杯放在液塑限联合测定仪的圆锥仪上，使圆锥尖刚好接触土样表面。5.松开制动螺丝，使圆锥在自重作用下徐徐沉入土中，经过5秒钟后，测读圆锥入土深度$h$。6.重复上述步骤，测定不同含水量土样的圆锥入土深度。7.将测完的土样从试杯中取出，放入烘箱中烘干，测定其含水量$w$。

（四）实验数据记录与计算1.记录表格|含水量$w$（%）|圆锥入土深度$h$（mm）||:--:|:--:||$w_1$|$h_1$||$w_2$|$h_2$||$w_3$|$h_3$|

2.在双对数坐标纸上绘制$h-w$关系曲线，找出圆锥入土深度为17mm所对应的含水量为液限$w_L$，入土深度为10mm所对应的含水量为塑限$w_P$。3.计算塑性指数$I_P$$I_P=w_L-w_P$

（五）实验结果分析根据塑性指数的大小，可以判断土的可塑性强弱。塑性指数越大，土的可塑性越强，工程性质可能越复杂。

三、实验三：土木工程材料试验--水泥细度检验（筛析法）（一）实验目的测定水泥的细度，了解水泥颗粒的粗细程度，为评定水泥质量提供依据。

（二）实验仪器水泥细度筛析仪、天平、烘箱等。

（三）实验步骤1.筛析仪调试正常，称取水泥试样25g。2.将水泥试样倒入筛网中，盖上筛盖。3.启动筛析仪，筛析2分钟。4.筛析结束后，取下筛网，用天平称取筛余物质量。

（四）实验数据记录与计算1.记录表格|水泥试样质量（g）|筛余物质量（g）||:--:|:--:||25|m|

2.计算水泥细度筛余百分数$F$$F=\frac{m}{25}\times100\%$

（五）实验结果分析根据国家标准，不同品种水泥有相应的细度要求。若筛余百分数超过规定值，说明水泥颗粒较粗，可能影响水泥的水化速度和强度发展。

四、实验四：土木工程材料试验--水泥标准稠度用水量、凝结时间和安定性检验（一）实验目的测定水泥的标准稠度用水量，掌握水泥凝结时间和安定性的检验方法，评定水泥的质量。

（二）标准稠度用水量试验1.实验仪器维卡仪、水泥净浆搅拌机、天平、量筒等。2.实验步骤-调整维卡仪，使试杆接触玻璃板时指针对准零点。-称取水泥试样500g，放入搅拌机中。-用量筒量取一定量的水，加入搅拌机中，搅拌制成水泥净浆。-将拌好的净浆装入试模，刮平表面，放入湿气养护箱中养护。-养护至规定时间后，取出试模，调整维卡仪，使试杆与净浆表面接触，拧紧螺丝，1-2秒钟后记录试杆下沉深度$S$。-根据试杆下沉深度，通过经验公式计算标准稠度用水量$P$。3.实验数据记录与计算-记录表格|试杆下沉深度$S$（mm）|标准稠度用水量$P$（%）||:--:|:--:||$S_1$|$P_1$||$S_2$|$P_2$|（多次试验取平均值）

（三）凝结时间试验1.实验仪器凝结时间测定仪、水泥净浆搅拌机、天平、量筒等。2.实验步骤-以标准稠度用水量制成水泥净浆，装入试模，刮平表面，立即放入湿气养护箱中。-养护至初凝时间前15分钟左右，取出试模，放在凝结时间测定仪上，使试针与净浆表面接触，开始计时。-观察试针下沉情况，当试针沉至距底板4mm±1mm时，为水泥达到初凝状态，记录初凝时间$t_1$。-继续观察，当试针沉入试体0.5mm时，即环形附件开始不能在试体上留下痕迹时，为水泥达到终凝状态，记录终凝时间$t_2$。3.实验数据记录与计算-记录表格|初凝时间$t_1$（min）|终凝时间$t_2$（min）||:--:|:--:|

（四）安定性试验（雷氏夹法）1.实验仪器雷氏夹、沸煮箱、水泥净浆搅拌机、天平、量筒等。2.实验步骤-以标准稠度用水量制成水泥净浆，将净浆装满雷氏夹试模，刮平表面。-将试模放入湿气养护箱中养护24h±2h。-取出试模，测量雷氏夹指针尖端间的距离$A$。-将试模放入沸煮箱中，在30min内加热至沸腾，并恒沸3h±5min。-沸煮结束后，取出试模，冷却至室温，测量雷氏夹指针尖端间的距离$C$。3.实验数据记录与计算-记录表格|养护前距离$A$（mm）|沸煮后距离$C$（mm）||:--:|:--:||$A_1$|$C_1$||$A_2$|$C_2$|（多次试验取平均值）4.计算雷氏夹膨胀值$\DeltaL$$\DeltaL=C-A$当$\DeltaL\leq5.0mm$时，水泥安定性合格；当$\DeltaL>5.0mm$时，水泥安定性不合格。

（五）实验结果分析标准稠度用水量影响水泥的施工性能；凝结时间过长或过短都不利于工程施工；安定性不合格的水泥会导致混凝土构件产生膨胀开裂等严重质量问题，因此这些指标对于评定水泥质量至关重要。

五、实验五：土木工程材料试验--混凝土配合比设计（一）实验目的通过设计混凝土配合比，确定满足强度和工作性要求的水泥、砂、石和水的用量比例。

（二）实验步骤1.确定混凝土配制强度$f_{cu,0}$根据设计要求的混凝土强度等级和标准差，按下式计算：$f_{cu,0}=f_{cu,k}+1.645\sigma$式中，$f_{cu,k}$为混凝土立方体抗压强度标准值，$\sigma$为混凝土强度标准差。

2.计算水灰比$W/C$根据混凝土强度与水灰比的关系公式（如鲍罗米公式），结合水泥强度等级，计算水灰比。

3.确定单位用水量$m_w$根据混凝土的坍落度要求，参考经验图表确定单位用水量。

4.计算单位水泥用量$m_c$$m_c=\frac{m_w}{W/C}$

5.确定砂率$\beta_s$根据石子的最大粒径和混凝土的工作性要求，参考经验图表确定砂率。

6.计算砂、石用量$m_s$和$m_g$采用体积法或质量法计算砂、石用量。-体积法$\left\{\begin{array}{l}\frac{m_c}{\rho_c}+\frac{m_s}{\rho_s}+\frac{m_g}{\rho_g}+\frac{m_w}{\rho_w}=1000+\alpha\\\frac{m_s}{m_s+m_g}=\beta_s\end{array}\right.$式中，$\rho_c$、$\rho_s$、$\rho_g$、$\rho_w$分别为水泥、砂、石、水的密度，$\alpha$为混凝土含气量百分数，一般取1。-质量法$\left\{\begin{array}{l}m_c+m_s+m_g+m_w=m_{cp}\\\frac{m_s}{m_s+m_g}=\beta_s\end{array}\right.$式中，$m_{cp}$为每立方米混凝土拌合物的假定质量，可取2400-2450kg。

（三）实验数据记录与计算1.记录表格|参数|数值||:--:|:--:||混凝土配制强度$f_{cu,0}$（MPa）||水灰比$W/C$||单位用水量$m_w$（kg/m³）||单位水泥用量$m_c$（kg/m³）||砂率$\beta_s$（%）||砂用量$m_s$（kg/m³）||石用量$m_g$（kg/m³）|

（四）实验结果分析设计出的混凝土配合比应通过试配和调整，使其满足强度、工作性和耐久性等要求。根据实验结果，可以对配合比进行优化，以达到最佳的工程性能和经济效益。

六、实验六：土木工程材料试验--钢材拉伸试验（一）实验目的测定钢材的屈服强度、抗拉强度和伸长率等力学性能指标，评定钢材的质量。

（二）实验仪器万能材料试验机、游标卡尺等。

（三）实验步骤1.对钢材进行取样，制成标准拉伸试件。2.测量试件的原始标距长度$L_0$和直径$d_0$。3.将试件安装在万能材料试验机上，缓慢施加轴向拉力，记录拉力和相应的伸长量。4.观察试件的变形情况，直至试件拉断。5.拉断后，测量试件断后的标距长度$L_1$和断口处直径$d_1$。

（四）实验数据记录与计算1.记录表格|拉力$F$（kN）|伸长量$\DeltaL$（mm）|原始标距$L_0$（mm）|原始直径$d_0$（mm）|断后标距$L_1$（mm）|断口处直径$d_1$（mm）||:--:|:--:|:--:|:--:|:--:|:--:||$F_1$|$\DeltaL_1$|$L_{01}$|$d_{01}$|$L_{11}$|$d_{11}$||$F_2$|$\DeltaL_2$|$L_{02}$|$d_{02}$|$L_{12}$|$d_{12}$||...|...|...|...|...|...|

2.计算屈服强度$\sigma_s$$\sigma_s=\frac{F_s}{A_0}$式中，$F_s$为屈服点拉力，$A_0=\frac{\pid_0^2}{4}$为试件原始截面积。

3.计算抗拉强度$\sigma_b$$\sigma_b=\frac{F_b}{A_0}$式中，$F_b$为试件拉断时的最大拉力。

4.计算伸长率$\delta$$\delta=\frac{L_1-L_0}{L_0}\times100\%$

（五）实验结果分析屈服强度和抗拉强度是钢材的重要力学性能指标，反映了钢材抵抗破坏的能力。伸长率则体现了钢材的塑性变形能力。根据实验结果，可以判断钢材是否符合相关标准要求，为工程选材提供依据。

七、实验七：土木工程结构试验--简支梁试验（一）实验目的通过对简支梁进行加载试验，测定梁的应变、挠度等力学性能，验证结构设计的合理性。

（二）实验仪器应变片、位移传感器、加载装置、数据采集系统等。

（三）实验步骤1.在简支梁上布置应变片和位移传感器，测量梁在不同位置的应变和挠度。2.对简支梁进行分级加载，记录各级荷载下梁的应变和挠度数据。3.观察梁在加载过程中的裂缝发展情况，并做好记录。

（四）实验数据记录与计算1.记录表格|荷载$P$（kN）|应变值$\varepsilon$（με）|挠度值$f$（mm）|