西南科技大学土力学实验报告.docx
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西南科技大学土力学实验报告
土力学
实
验
报
告
学院：
环境与资源学院
专业班级：
采矿1302
姓名：
张廷峰
学号：
20132371
指导老师：
魏勇
成绩：
实验目录
前言........................................2
实验一含水率试验..........................3
实验二密度试验............................7
实验三土颗粒分析试验....................10
附件原始数据..........................14
前言
土是矿物颗粒所组成的松散颗粒集合体，其物理力学性质与其他材料不同；土力学是利用力学的基本原理和土工试验技术来研究土的强度和变形及其规律性的一门应用学科。
土体是一种地质体。
这就决定了这一学科的研究工作必须采用在地质学研究基础上的实验研究和力学分析方法，土力学的研究内容分为基础理论和工程应用两个方面。
土力学的工程应用研究主要是通过现场试验和长期观测，研究解决土工建筑物、地基、地下隧道和防护抗震工程等的稳定性及其处理措施以及土体作用于挡土结构物上的侧压力；根据极限平衡原理用稳定性系数评价天然土坡的稳定性和进行人工土坡的设计﹔计算在自重和建筑物附加荷载作用下土体的侧向压力﹐为设计挡土结构物提供依据﹔改进和研制为进行上述研究所必需的技术﹑方法和仪器设备。
土的三相比例指标反映了土的干燥与潮湿、疏松与紧密程度，是评价土的工程性质的最基本物理性质指标，也是工程地质勘探报告中不可缺少的基本内容。
而土的物理性质指标是反映土的工程性质的特征指标，土的各组成部分的质量和体积之间的比例关系，用土的三项指标表示，对于评价土的物理、力学性质有重要意义。
土的天然含水率、密度、压缩性、抗剪强度等，在矿山建设中都具有重要意义，他们的好坏与否直接关系到采矿工程的经济效益与安全问题，因此在工程中作好土料的指标实验，确定出相应标对采矿工程具有十分重要的意义。
实验一含水率试验
一、概述
土的含水率是指土在温度105~110℃下烘干至恒量时所失去的水质量与达到恒量后干土质量的比值，以百分数表示。
含水率是土的基本物理性质指标之一，它反映了土的干、湿状态。
含水率的变化将使土物理力学性质发生一系列变化，它可使土变成半固态、可塑状态或流动状态，可使土变成稍湿状态、很湿状态或饱和状态，也可造成土在压缩性和稳定性上的差异。
含水率还是计算土的干密度、孔隙比、饱和度、液性指数等不可缺少的依据，也是建筑物地基、路堤、土坝等施工质量控制的重要指标。
二、实验原理
土样在在105℃～110℃温度下加热，土中自由水会变成气体挥发，土恒重后，即可认为是干土质量
，挥发掉的水分质量为
。
三、实验目的
测定土的含水率，在此之前我查阅很多资料，很多时候含水率与含水量的计算公式都是一样的，都等于湿重减去土粒质量再除以土粒质量，供计算土的孔隙比、液性指数、饱和度等不可缺少的一个基本指标。
并查表可确定地基土的允许承载力。
四、实验方法
含水率实验方法有烘干法、酒精燃烧法、比重法、碳化钙气压法、炒干法等。
虽然烘干法为室内实验的标准方法，但是由于时间、实验设备、安全等因素，在此仅用最简单的方法测定，即酒精燃烧法。
适用于快速简易测定细粒土（含有机质的土除外）的含水率。
五、仪器设备
（1）称量盒（铝盒：
用于称量和燃烧土样）；
（2）天平（感度为0.1g，用于称量土样前后质量）；
（3）酒精（纯度为95%，用于燃烧土样，挥发掉土中的水分）；
（4）火柴（本实验用打火机）；
（5）调土刀（尽量使土燃烧干）；
六、试验步骤
（1）取代表性土试样，为了使湿土干的更快、更均匀，所以少取一点湿土，放入称量盒内，称湿土质量m，准确至0.1g。
（2）用滴管将酒精注入放有试样的称量盒中，直至盒中出现自由液面为止。
为使酒精在试样中充分混合均匀，可将盒底在桌面轻轻敲击。
（3）用打火机点燃盒中酒精，燃至火焰熄灭。
在此过程中要特别注意安全，盖好酒精盖。
（4）将试样冷却数分钟，按本试验（3）、（4）方法再重新燃烧两次。
（5）待第三次火焰熄灭后，盖好盒盖，立即称干土质量
，准确至0.1g。
七、数据记录
名称
质量（单位：
g）
带盒湿重
37.9
带盒烘干土粒
33.2
称量盒
10.4
八、数据处理
按下式计算含水率
ω=
×100%
式中：
ω——含水率（%），计算至0.1；
m——湿土质量（g）；
——干土质量（g）。
带盒湿重
37.9g
带盒烘干土粒质量
33.2g
称量盒质量
10.4g
湿重m
27.5g
烘干土粒
22.8g
含水质量
4.7g
含水量
20.6%
含水率
20.6%
计算过程如下：
含水量：
ω=
×100%=
×100%=20.6%
九、实验分析
该实验为最基础的土力学实验之一，在实验时应谨慎操作，不可马虎，燃烧次数在三次以上，燃烧挥发一定要彻底，盒子与盒盖不可弄混，否则将影响实验成果。
在本次实验中，由于时间有限，我们小组燃烧次数并没有三次，只燃烧了一次，燃烧过程不是很彻底；取土样的时候取得有一点偏多，加上空气湿度有点大，不利水分蒸发，这些在一定程度上都影响了实验结果。
实验二密度试验
一、概述
土的密度是指单位体积土的质量，它是土的基本的物理指标之一，也是计算土体自重应力和土体抗力的基本参数。
二、实验目的
测定土在天然状态下单位体积的质量。
三、试验方法与适用范围
一般粘性土，宜采用环刀法
已破碎，难以切削的土，可采用蜡封法
对于砂土与砂砾土，可采用现场的灌砂法或灌水法。
本实验采用环刀法来测量土的密度。
四、仪器设备
（1）符合规定要求的环刀；
（2）精确度0.1g的天平；
（3）精度为0.02mm的游标卡尺
（4）其它土刀，钢丝锯，凡士林等。
五、实验步骤
（1）、测出环刀的内径d和高度h（测三次取平均值），在天平上称环刀质量
。
（2）、取直径和高度略大于环刀的原状土样或制备土样。
（3）、环刀取土：
取原壮土或制备的扰动土样，整平两端，将环刀内壁涂一薄层凡士林，刃口向下放在土样上，将环刀垂直向下压至约刃口深处，用切土刀（或钢丝锯）将土样切成略大于环刀直径的土柱后，边压边削，直至土样伸出环刀顶部，将两端余土削平；
（4）、将取好土样的环刀放在天平上称量，记下环刀与湿土的总质量
。
六、数据记录
项目
第一次
第二次
第三次
平均值
环刀内径d
61.50mm
61.60mm
61.90mm
61.67mm
环刀高度h
20.50mm
20.50mm
20.50mm
20.50mm
环刀质量
26.0g
26.0g
26.0g
26.0g
总重量
151.0g
151.0g
151.0g
151.0g
七、数据处理
按下式计算试样土的密度：
ρ=
=
式中：
ρ——试样密度，单位g/cm3；
m2——环刀加试样质量，单位g；
m1——环刀质量，单位g；
V——环刀容积，单位cm3
项目
第一次
第二次
第三次
平均值
环刀内径d
61.50mm
61.60mm
61.90mm
61.67mm
环刀高度h
20.50mm
20.50mm
20.50mm
20.50mm
环刀质量
26.0g
26.0g
26.0g
26.0g
总重量
151.0g
151.0g
151.0g
151.0g
环刀容积v
61233.9
=61.2
试样密度ρ
2.04g/
计算过程如下：
土样的密度：
ρ=
=
=
=2.04g/
八、实验分析
该实验为最基础的土力学实验之一，在实验时应谨慎操作，不可马虎，环刀事先要清理干净，环刀内土样上下表面与环刀要平整，否则将影响实验成果。
我们小组在实验的过程中，由于事先没有测量环刀的质量，而是在做完试验之后才补测的环刀质量，环刀上面有土粒，不能完全清理干净，所以导致称量的环刀质量不准确，导致有一定的误差。
最后实验数据满足平行误差要求。
实验三土颗粒分析试验
一、概述
土颗粒的大小分析试验是测定干土中各种颗粒组所占该土总质量的百分比。
二、实验目的
借以明确颗粒大小分布情况，供土的分类与概略判断土的工程性质及选材之用。
三、试验方法及使用范围
土的颗粒组成在一定程度上反映了土的性质，工程上常依据颗粒组成对土进行分类，粗粒土主要是依据颗粒组成进行分类的，细粒土由于矿物成分、颗粒形状及胶体含量等因素，则不能单以颗粒组成进行分类，而要借助于塑性图或塑性指数进行分类。
颗粒分析试验可分为筛析法和密度计法，对于粒径大于0.075mm的土粒可用筛析法测定，而对于粒径小于0.075mm的土粒则用密度计法来测定。
本实验选用筛分法试验，以砂代替土实验。
筛析法是将土样通过各种不同孔径的筛子，并按筛子孔径的大小将颗粒加以分组，然后再称量并计算出各个粒组占总量的百分数。
适用于粒径大于0.075mm小于60mm的土。
四、仪器设备
（1）标准筛：
孔径10、5、2、1.0、0.5、0.25、0.075mm；
（2）天平：
称量1000g，分度值0.1g；
（3）其它：
毛刷、木碾等。
五、操作步骤
（1）备土：
从大于粒径0.075mm的风干松散的无粘性土中，用四分对角法取出代表性的试样，为使实验方便，本实验取砂为实验试样。
（2）取土：
在砂盘中取少量的砂，大约200g，实际称量为184.3g。
（3）摇筛：
将称好的试样倒入依次叠好的筛，然后按照顺时针或逆时针进行筛析。
振摇 时间一般为10～15分钟。
（4）称量：
逐级称取留在各筛上的质量，记录下来。
六、数据记录
筛孔径mm
筛砂总质量g
筛质量g
5
379.8
370.5
2
446.0
391.3
1.0
362.4
332.0
0.5
365.2
338.4
0.25
380.9
321.2
0.075
258.3
254.9
七、数据处理
（1）、按下列计算小于某颗粒直径的砂质量百分数：
X=
×100%
式中：
X—小于某颗粒直径的砂质量百分数，％；
—小于某颗粒直径的砂质量，g；
—所取砂的总质量（184.3g）。
砂的总质量
=184.3g
筛孔径mm
筛砂总质量g
筛质量g
留砂质量g
累积留砂质量g
小于该孔径的砂质量
X
%
5
---
---
0
0
184.3
100
2
379.8
370.5
9.3
9.3
175.0
95.0
1.0
446.0
391.3
54.7
64.0
120.3
65.3
0.5
362.4
332.0
30.4
94.4
89.9
48.8
0.25
365.2
338.4
26.8
121.0
63.1
34.2
0.075
380.9
321.2
59.7
180.9
3.4
1.8
底盘
总计
258.3
254.9
3.4
184.3
---
---
（2）、用小于某粒径的砂质量百分数为纵坐标，颗粒直径（mm）的对数值为横坐标，绘制颗粒大小分配曲线如下：
八、实验分析
本实验为了使实验方便，选取干砂作为实验试样，来分析土颗粒的分布情况，一定程度上是存在很大的偏差的，而且在实验过程中筛砂时间不够，使每一层筛子过滤不彻底，这也使实验误差。
但是从实验结果中看，还是能一定程度上反映土颗粒的分布情况的，这也使我们掌握了实验方法，加深本课程的印象，巩固知识，也为今后的课程学习打下基础。
附：
实验原始数据记录原件
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