土力学试验指导本.docx
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土力学试验指导本
实验项目一
土的物理性质试验
试验目的：
细粒土（粒径小于0.5mm，并且有机质含量不超过试样总质量5%的土）由于含水率不同，分别处于流动状态，可塑状态、半固体状态和固体状态。
液限是细粒土呈可塑状态的上限含水率，塑限是细粒土呈可塑状态的下限含水率。
本试验是测定细粒土的液限和塑限含水率，用于计算土的塑性指数和液性指数，为划分土的工程类别和确定土的状态提供依据。
试验方法：
1、含水率：
采用烘干法测定；
2、液、塑限：
采用液、塑限联合测定法测定。
试验指导书：
一、目的
细粒土由于含水率不同，分别处于流动状态，可塑状态、半固体状态和固体状态。
液限是细粒土呈可塑状态的上限含水率，塑限是细粒土呈可塑状态的下限含水率。
本试验是测定细粒土的液限和塑限含水率，用作计算土的塑性指标和液性指数，以划分土的工程类别和确定土的状态。
二、试验方法
1、含水率：
采用烘干法测定。
将土在105℃～110℃下烘至恒量，所失去的水质量与干土质量的比值，即为土的含水率，用百分比表示。
2、液、塑限：
采用液、塑限联合测定法测定。
用光电式液限、塑限联合测定仪（见图1-1）测定土在三种不同含水率时的圆锥入土深度，在双对数坐标纸上绘成圆锥入土深度与含水率的关系直线。
在直线上查得圆锥入土深度为17mm（水利规范、土工试验方法国标GB/T50123－1999）或10mm（建筑地基基础设计规范）处相应含水率为液限，入土深度为2mm处的相应含水率为塑限。
三、仪器设备
1、光电式液限、塑限联合测定仪（图1－1），由装有透明光学微分尺的圆锥仪、电磁铁、显示屏、控制开关和试样杯组成。
圆锥质量76克，锥角30度，光学微分尺精确分度为0.1mm。
试样杯：
内径不小于40mm，杯高不小于30mm。
2、天平，称量200g，最小分度值0.01g。
3、其它：
烘箱、铝盒、调土刀、刮土刀、蒸馏水滴瓶、凡士林等。
四、试验步骤
1、本次试验原则上应采用天然含水率的土样进行，也允许用风干土制备土样，土样过0.5mm筛后，喷洒配制一定含水率的土样，然后装入密闭玻璃广口瓶内，润湿一昼夜备用（土样制备工作实验室已预先做好）。
2、将已制备好的土样取出，放在搪瓷碗中加水或电吹风吹干并调匀后，密实地装入试样杯中（土中不能有孔洞），高出试样杯口的余土，用刮土刀刮平，随即将试样杯放在升降底座上。
3、接通电源，按下“开”按钮，把装有透明光学微分尺的圆锥仪，在锥体上抹以薄层凡士林，使电磁铁吸稳固锥仪。
并使光学微分尺垂直于光轴（可从屏幕上观察，刻度线清晰，并在屏幕居中位置）。
4、调节零点，使读数屏幕上的零线与光学微分尺影像零线重合，按下“手”（即手动）按钮，使仪器处于备用状态。
5、转动升降座，待试样杯上升到土面刚好与圆锥仪锥尖接触时，“接触”蓝灯亮，按“放”按钮，圆锥仪自由下落，历时5秒，当音响讯号自动发出声响时，立即从读数屏幕上读出圆锥仪下沉深度。
6、把升降座降下，细心取出试样杯，剔除锥尖处含有凡士林的土，取出锥体附近的试样不少于10g放入称量铝盒内，称量得质量m1，并记下盒号，测定含水率。
7、将称量过的铝盒，放入烘箱；在105℃～110℃的温度下烘至恒量，取出土样盒放入玻璃干燥皿内冷却，称干土的质量m2。
8、重复2～7条的步骤，测试另二种含水率土样的圆锥入土深度和含水率（圆锥入土深度宜为3～4mm，7～9mm，15～17mm）。
五、含水量试验方法
1、采用烘干法测定。
将土在105℃～110℃下烘至恒量，所失去的水质量与干土质量的比值，即为土的含水量，用百分比表示。
2、将称量盒称重，记录称量盒质量
和盒盖上编码。
3、取具有代表性土样，粘性土15～20g，砂性土、有机质土50g，放入称量盒内，盖上盒盖，称取质量，减去
得到湿土质量
，精确至0.01g。
4、打开盒盖，将盒至于烘干箱内，在105～110℃的恒温下烘干。
烘干时间对于粘性土不得少于8h，对于砂性土不得少于6h。
对有机质超过5％的土，应将温度控制在65～70℃的恒温下烘干。
5、将称量盒拿出盖上盒盖，放入干容器内冷却至室温，称量质量，减去
得到干土质量
，精确至0.01g。
6、含水量按公式
计算，精确到0.1％。
式中：
m0——湿土质量，g；
md——干土质量，g；
——湿土样的含水量，％。
六、成果整理
1、含水率计算
式中：
——圆锥入土任意深度下试样的含水率，%，计算至0.1%；
m1——湿土样及称量盒质量，g；
m2——烘干后土样及称量盒质量，g；
m0——称量盒质量，g；
2、塑限和液限确定
以含水率为横坐标，以圆锥入土深度为纵坐标在双对数坐标纸上绘制含水率与相应的圆锥入土深度关系曲线，如图1-2所示。
三点应在一根直线上，如图中A线。
如果三点不在同一直线上，通过高含水率的一点与其余两点连两根直线，在圆锥入土深工为2mm处查得相应的两个含水率，如果两个含水率的差值小于2%，用该两含水率的平均值的点与高含水率的测点作直线，如图1-2中的B线，若两个含水率差值等于、大于2%，则应补点或重做试验。
在含水率与圆锥下沉深度的关系图上查得下沉深度为17mm对应的含水率为液限，查得下沉深度为10mm对应的含水率为10mm液限，查得下沉深度为2mm对应的含水率为塑限。
3、塑性指数计算
式中：
——塑性指数，精确至0.1；
——液限（%）；图1－2含水率与圆锥入土深度关系曲线
——塑限（%）。
4、液性指数计算
式中：
——液性指数，精确至0.01；
——天然含水率（%）。
5、试验记录
试验记录格式见试验记录表。
七、注意事项
1、在接通电源，把装有光学微分尺的圆锥仪提起与电磁铁调试对中时，切勿先按“吸”按钮，因为电磁铁吸住圆锥仪后，在左右、前后移动圆锥仪对准电磁铁正中很困难，应该先按“放”按钮，使圆锥仪能自由移动，在对中后，再按“吸”按钮，把圆锥仪吸住。
2、当试样在三只搪瓷碗（或盘）内配制三种不同含水率的状态时，可分别将试样集中拨到碗边，利用不带光学微分尺的圆锥仪上的四条刻线初步估测入土深度，以便估计试样的湿度配制是否适当。
3、对于含水率接近塑限（即圆锥入土深度稍大于2mm）的试样，由于含水率较低，用调土刀不易调拌均匀，须用手反复将试样揉捏均匀，才能保证试验成果的正确性。
试验记录表：
液塑限联合试验记录表
试验者计算者
试验日期校核者
试样编号
圆锥下沉深度（mm）
盒号
盒质量（g）
盒＋湿土质量（g）
盒＋干土质量（g）
湿土质量（g）
干土质量（g）
水的质量（g）
含水率（%）
平均含水率（%）
液限WL（%）
塑限WP（%）
塑性指数IP
液性指数IL
土的分类
指导老师签名
实验项目二
固结试验
试验目的：
测定土的湿密度、含水率，计算土样干密度、初始孔隙比，并用此密度、含水率条件下的试样进行压缩试验，根据试验数据绘制孔隙比与压力的关系曲线（即压缩曲线），确定土的压缩系数、压缩模量，评价土体的压缩性。
试验方法：
1、密度试验——环刀法
2、含水率试验——烘干法
3、压缩试验——快速固结试验法
试验指导书：
一、目的
1、掌握以磅秤式（或杠杆式）加压设备测定土压缩系数的方法，并根据试验数据绘制孔隙比与压力的关系曲线（即压缩曲线）；
2、根据求得的压缩系数α1-2评定土的压缩性。
二、试验原理
土样在外力作用下便产生压缩，其压缩量的大小是与土样上所加的荷重大小以及土样的性质有关。
如在相同的荷重作用上，软土的压缩量就大，而坚密的土则压缩量小；又如在同一种土样的条件下，压缩量随着荷重的加大而增加。
因此，我们可以在同一种土样上，施加不同的荷重，一般情况下，荷重分级不宜过大。
视土的软硬程度及工程情况可取为0.125、0.25、0.5、1.0、2.0、3.0、4.0、6.0、8.0公斤/厘米2等。
最后一级荷重应大于土层计算压力的1～2公斤/厘米2。
这样，便可得不同的压缩量，从而可以算出相应荷重时土样的孔隙比。
如图6-1可见，当土样在荷重P1作用下，压缩量为Δh。
一般认为土样的压缩主要由于土的压密使孔隙减少产生的。
因此，与未加荷前相比，可得：
Δh＝e0-e1。
而土样在荷重P1作用下产生的应变为
，从图6-1可得
式中：
e1——在荷重P1作用下，土样变形稳定时的孔隙比；
e0、h0——分别为原始土样的孔隙比和高度；
Δh——在荷重P1作用下，土样变形稳定时的压缩量。
这样，施加不同荷重P，可得相应的孔隙比ei，Pi，根据ei，Pi值可绘制压缩曲线，并求得压缩系数α。
三、主要试验设备
固结仪（或称压缩仪、渗压仪）
加压设备——磅秤式、杠杆式
测微表（或称百分表，量程10mm，感量0.01mm）
秒表
物理天平（称重1000g、感量0.1g）
电热烘箱（温度能控制在105～110℃）
其他——如环刀、切土刀、大铝盒、滤纸、凡士林、方玻璃片等。
四、试验步聚
1、用环刀切取土样，环刀要边削土边压入，不要一下压入土样过多，以防土样压碎（如在切取原状土样时，应使土样的受荷方向与天然土层受荷方向一致），当整个环刀压入土样后，用刀将上下面削平，将外壁擦净后称重（准确至0.1克），测定土样的湿密度。
取修下的土样（不沾有凡士林的土）测定土样试验前的含水量。
并测定土粒比重ds（本次试验不做）。
2、将渗压环套上透水石后放入固结仪中（图6-2），面上放湿润纸一张，而后将带有土样的环刀压入渗压环中，并在土样表面放湿润滤纸一张后再依次加上透水石，加压活塞和传压块。
3、当使用杠杆式加压设备时，先要检查各部连接（如吊钩）处是否转动灵活（图6-3）。
然后将固结仪放入框架内，使横梁压帽的圆弧中心与传压块稍有接触。
插入活塞杆，装上测微表，使测微表的测杆与活塞杆顶面接触，并使测杆缩入7～8mm，以免土样压缩时测杆脱空。
而后目测杠杆是否水平，如不水平时，可转动平衡锤，使上杠杆达水平位置。
4、加压
当用杠杆式加压设备时，直接加第一级荷载，使土样承受0.5公斤/厘米2的压力（这时挂上托盘，托盘自重0.75公斤，再在托盘上加0.75公斤法码一个），在加上压力的同时，开动秒表分别在1、2、3、5、10、15、20分钟……记录测微表读数，直致稳定。
再依次逐缓加荷达1.0公斤/厘米2（在托盘上再加0.75公斤的法码2个）、2公斤/厘米2（在托盘上再加1.5公斤的砝码2个）和4公斤/厘米2（在托盘上再加1.5公斤法码4个），同样测定变形量至稳定为止。
考虑到试验时间，只读到15分钟就假定一级变形已稳定。
5、在最后一级荷重达稳定并读得变形读数后，即可松开测微表，卸除全部荷重，拆开固结仪，清除土样。
五、计算及绘图
1、计算试样的原始孔隙比e0
2、土颗粒高度计算
hs＝h0/（1+e0）
3、计算各级荷重下变形稳定后的孔隙比
4、按一定比例绘制压缩曲线，并求得压缩系数α1-2。
试验记录表：
固结试验记录表
试验者计算者
试验日期校核者
试验前含水量试验
次数
盒号
湿土质量m0（g）
干土质量md（g）
含水量w（%）
平均值（%）
1
2
备注
两次差值不超过2％
试验前密度试验
次数
环刀质量
（g）
环刀＋湿土质量（g）
土样质量
m0（g）
湿密度ρ0
（g/cm3）
平均值（g/cm3）
固结试验
压力
读数
时间（min）
50（kPa）
0.5公斤/厘米2
100（kPa）
1公斤/厘米2
200（kPa）
2公斤/厘米2
400（kPa）
4公斤/厘米2
0
0.25
1
2.25
4
6.25
9
12.25
总变形（0.01mm）
指导老师签名
试验项目三
直剪试验
试验目的：
测定土样在不同正压力下的抗剪强度指标——内摩擦角和粘聚力，为估算地基承载力、评价地基及土坡的稳定性、计算挡土墙土压力等提供必需的资料。
试验方法：
通常采用4个试样，分别在不同的垂直压力p下，施加水平剪切力进行剪切，测得剪切破坏时的剪应力τ。
然后根据库仑定律确定土的抗剪强度指标：
内摩擦角φ和粘聚力c。
根据试验时的剪切速率和排水条件不同，直接剪切试验可分为：
快剪、固结快剪和慢剪三种方法。
试验方法的选择，原则上应该尽量模拟工程的实际情况，如施工情况，土层排水条件等（学生试验一般采用快剪方法）。
试验指导书：
一、目的
1、掌握应变控制式直剪仪快剪的操作方法；
2、测定土样在不同正压力下的抗剪强度并确定土的内摩擦角和内聚力；
3、巩固抗剪强度的理论概念。
二、试验原理
当地基上施加外荷载后，如取出一单元体来分析时，在单元体任意角度a的平面上（主应力面除外），如图7-1上m－n平面，作用着法向应力σn和剪应力τn,而剪应力有使m-n面以上土体向左滑动的趋势。
因此，土颗粒之间的阻力便要阻止它滑动，这阻力称为抗剪强度τf。
因此，剪应力τn和抗剪强度τf在不同的荷载作用下有可能出现下列三种情况：
⑴当荷载较小时，τn<τf，土体尚处于弹性压缩阶段，土体内尚未形成剪切滑动面；
⑵当荷载继续增加，使τn＝τf，这时土体内已开始形成剪切滑动面；但尚未滑动而是处于极限平衡状态。
从理论上说只要外载稍有增加，土体内某面m-n上便开始剪切滑动。
⑶如荷载继续加大，使τn>τf，这时剪应力超过土的抗剪强度（实际这是不可能的，因当τn>τf时土中应力将重分配），直至在土体内某一面上的剪应力大于抗剪强度时，便形成了剪切滑动面，使土体沿滑动面滑动。
而在工程上所关心的是土体在什么情况下处于极限平衡状态，如何求得土的抗剪强度。
剪切试验便是解决这个问题，可在同一种土样上施加不同的法向力，进行剪切，将剪切破坏时的剪应力作为土的抗剪强度。
按照库伦定律，剪应力与法向应力近似成线性关系。
因此可根据不同的法向应力和相应的抗剪强度得τf～σn曲线。
同时该曲线可用直线来代替，在直线上任意一点的纵坐标表示在土体内某一个平面处于极限平衡状态时土的抗剪强度。
三、主要仪器设备
应变控制式直剪仪
加压设备——磅秤式、杠杆式
推土塞
测微表（或称百分表，量程10mm，感量0.01mm）
秒表
物理天平（称重1000g、感量0.1g）
电热烘箱（温度能控制在105～110℃）
其他——如环刀、切土刀、大铝盒、滤纸、凡士林、方玻璃片等。
四、试验步骤：
1、制备试样，用环刀取土样，每组试样4个。
2、对准剪切仪的上下盒，插入固定插销，在下盒内依次放透水石、滤纸（透水石、滤纸应先湿润接近试样的湿度），将试样环刀刃口向上，对准盒口，在试样上放滤纸、透水石，将试样小心推入剪切盒。
3、移动传动装置，使上盒前端钢珠刚好与量力环接触，依次放上传压板、加压框架，安装水平位移百分表，并调零。
4、调整垂直压力加压系统，它由加压框架、加压杠杆（杠杆比为1：
10）和砝码组成（有时为了知道垂直压力下的压缩和剪切时的垂直变形，在框架顶上装有测微表，本次实验不要求）。
试验前检查一下框架上下螺丝帽是否上紧、加压杠杆滑动是否正常。
而后将加压框架上横梁的中间圆孔对准钢珠放下（装加压框架时，需先将杠杆抬高），这时杠杆尾端必须挂在钩上。
5、首先施加垂直压力100kPa（将杠杆尾从钩子上放下），拔去固定销，立即以0.8mm/min的剪切速度进行剪切，试样每产生剪切位移0.2～0.4mm时记录量力环和水平位移百分表读数，直到测力计出现峰值，继续剪切至剪切位移为4mm时停机，记下量力环的破坏值；剪切过程无峰值时，剪切至剪切位移为6mm时停机。
6、剪切结束，吸取盒内积水，退去剪切力和垂直压力，移动加压框架，取出试样，测定试样含水率。
7、重复以上步骤，分别施加垂直压力200、300、400kPa。
五、计算与绘图
⑴剪应力计算
式中
——试样所受剪应力（kPa）
——量力环读数（0.01mm）
——量力环系数（kPa/0.01mm）
——试样横截面面积
⑵绘制剪应力－剪切位移关系曲线，取剪应力峰值为抗剪强度，若无取4mm剪切位移对应剪应力为抗剪强度。
⑶绘制抗剪强度－垂直压力关系曲线，量取直线的倾角为摩擦角，直线在纵坐标上的截距为粘聚力。
六、实验时注意事项：
1、在剪切开始前，一定要检查一下，上、下盒的固定插销是否拔掉。
2、读数可直接读测微表的小格数（每格相当于0.01mm），而后以格数最多的一次乘以量力环校正系数C，便是抗剪强度。
试验记录表：
直剪试验记录
试验者计算者
试验日期校核者
试样编号：
剪切前固结时间：
min
仪器编号：
剪切前压缩量：
min
垂直压力：
kPa剪切历时：
min
量力环系数（kPa/0.01mm）：
剪切位移（0.01mm）
量力环读数（0.01mm）
剪应力（kPa）
指导老师签名
试验项目四
击实试验
试验目的：
测定土样的最优含水率，为填土碾压等提供必需的数据。
由于土质、含水量以及压实方法的不同，土的压实效果也很不一样。
所以，在实际工程中，需要知道在什么样的含水量下，或什么样的压实度下，才能将土的工程性质改善到满足设计要求。
同时对制定施工计划，提高工作效率也很必要。
试验方法：
通常采用至少5个不同含水率试样，分别进行击实试验，并测定击实试样的干密度和含水率，在直角坐标系中绘制干密度和含水率的关系曲线，取峰值对应的含水率即为最优含水率。
试验指导书：
一、目的
1、掌握击实仪的操作方法；
2、测定土样的最优含水率；
二、试验原理
随着含水率的增加，土的干密度先增大后减小。
试验时通常采用至少5个不同含水率试样，分别进行击实试验，并测定击实试样的干密度和含水率，在直角坐标系中绘制干密度和含水率的关系曲线，取最大干密度峰值点对应的含水率即为最优含水率，一般土的最优含水率接近塑限。
三、主要仪器设备.
击实仪（电动多功能）包括：
击实筒、击锤；推土器；天平；台秤；标准筛等。
四、试验步骤
①制备试样，可以按干法和湿法两种进行（工程实际常选用干法），测定含水量。
②将击实筒固定在刚性底板上，装好护筒，在击实筒内壁涂一薄层凡士林，称量试样2～5kg，倒入击实筒内。
③轻型击实分三层，每层击25击；重型击实分5层，每层56击。
每层试样高度宜相等，两层交界处土面应刮毛，击实后超出击实筒顶的试样应小于6mm；
④拆去护筒，用刀修平击实筒顶部的试样，拆除底板，试样底部若超出筒外也应修平。
擦净筒外壁，称量筒和试样的总质量，精确到1g，并计算试样的湿密度；
⑤用推土器将土样从筒中推出，取两块代表性试样测定含水量，两个含水率的差值不大于1％；
⑥对不同含水率的试样依次进行击实试验；
⑦计算试样的干密度：
；
⑧将5组试样的试验结果在直角坐标系中绘制成干密度与含水率的关系曲线，取曲线峰值点的纵坐标为最大干密度，向对应的含水率为最优含水率。
五、计算与绘图
⑴计算试样的干密度：
；
式中：
——试样的湿密度；
——试样的含水率。
试验记录表：
击实试验记录
试验者计算者
试验日期校核者
预估最优含水率%风干含水率%
序号
筒质量（g）
筒加试样质量（g）
试样质量（g）
筒体积（cm3）
湿密度（g/cm3）
干密度（g/cm3）
盒号
盒重（g）
湿土质量（g）
干土质量（g）
含水率（%）
平均含水率（%）
1
2
3
4
5
升级会员 