土工实验报告.doc

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实验一土的三项基本物理指标测试

土的基本物理指标是指土的含水率、密度和土颗粒比重三项，它既是表示土的三个物理特性，又是计算土的孔隙比、孔隙率、饱和度和干容重指标的基本依据。

其中，含水率、容重二项指标又是控制施工质量的指标。

一、密度试验：

土的密度是指土的单位体积质量。

（一）试验目的

测定土的密度，以了解土的疏密和干湿状态，供换算土的其它物理性质指标和工程设计以及控制施工质量之用。

（二）试验方法

常用的测定方法有环刀法、蜡封法、灌砂法等。

环刀法操作简便而准确，在室内和野外普遍应用。

对易碎裂或含有粗颗粒、难以切削的土样可用蜡封法——取一块试样称其质量后浸入融化的石腊中，使试样表面包上一层腊膜，分别称腊加土在空气中及水中的质量，已知腊的比重，通过计算便可求得土的密度。

对难取原状试样的砂土、砂砾石和砾质土在现场可用灌砂法或灌水法求土的密度。

以下仅介绍环刀法。

（三）仪器及工具

1．环刀：

内径6.18厘米，高2厘米，体积为60立方厘米。

2．天平：

感量0.1克。

3．其它工具：

钢丝锯、刮土刀、玻璃片、凡士林油等。

（四）试验步骤（环刀法）

1．将环刀内壁涂一薄层凡士林油，并将其刃口向下放在土样上；

2．切土时用钢丝锯（硬土用刮土刀），沿环刀外壁将土样削成略大于环刀外径的土柱，然后将环刀垂直下压，边压边削，直至试样凸出环刀为止；

3．用钢丝锯将环刀两端余土削去，再用刮土刀刮平两端，将试样两端余土留作含水率试验用；

4．擦净环刀外壁，称环刀和试样合质量，准确至0.1克。

5．按下式计算土的湿度及干密度；

式中：

——试样湿度密度（g/cm3）

m0——湿土质量（g）

V——环刀体积（cm3）

——试样干密度（g/cm3）

w0——含水率（％）

计算至0.01g/cm3。

（五）操作注意事项

用环刀切取试样，应尽量防止扰动，为避免环刀下压时挤压四周土样，要边压边削，直至土样伸出环刀，然后用刮土刀一次校平，严禁用刮土刀在土面上来回抹平，如遇石子等其它杂物空洞要尽量避开，如无法避开视情况酌情补土。

二、含水率试验

土的含水率是指土在温度100~105℃下烘至恒重时失去水分的质量与达到恒重后干土质量的比值，以百分数表示。

（一）试验目的

测定土的含水率，以了解土的含水情况并提供计算土的干密度土的孔隙比、饱和度及土的其它物理力学指标的基本参数。

（二）试验方法

室内试验的标准方法为烘干法。

在野外如无烘箱设备或要求快速测定含水率，可以依据土的性质和工程情况分别采用下列方法：

1．酒精燃烧法：

取3～5克试样，用无水酒精浸湿燃烧至恒重，求其含水率

2．比重法：

适用于砂性土。

3．炒干法：

适用于含砾石较多的土。

4．实容积法：

适用于粘性土。

以下仅介绍烘干法。

（三）仪器及工具

1．温度能保持在100~105℃的电热烘箱；

2．天平：

感量0.01克；

3．其它工具：

称量盒及干燥器等。

（四）试验步骤

1．取代表性试验，粘性土约15~20克，砂性土，约50g，放入称量盒内，盖好盒盖，立即称盒加湿土质量，准确至0.01克。

2．打开盒盖，将盒置于烘箱内，在105~110℃的恒温下烘干。

（烘干时间对于粘性土不得少于8h，对砂性土不得少于6h）。

3．将称量盒从烘箱中取出，盖上盒盖，放入干燥容器内冷却至室温，称盒加干土质量，精确至0.01g。

4．按下式计算含水率

式中：

w0——含水率（％）

m0——湿土质量（g）

ms——干土质量（g）

计算至0.1％。

5．本试验需进行两次平行测定，取两次测值的平均值。

允许平行差值：

含水率<40％时，允许平行差值不得大于1％；

含水率³40％时，允许平行差值不得大于2％。

否则需重新测试。

（五）操作注意事项

含水率试验的结果是否准确，关键在于取土的代表性，一般从取密度试验环刀两端余土测试，这样有助于了解土层的真实情况和对实验成果的分析。

取样的数量、温度及烘焙时间等均会影响试验精度，但可以人力避免。

实验二土的颗粒筛分试验

为了研究土中不同颗粒含最对其性质的影响，通过颗粒分析以确定土的级配，并借以确定土的种类及评价土的工程性质。

土的颗粒分析试验分筛分法、比重计法、移液管法。

这三种方法分属二类：

筛分法、沉降分析法。

筛分法适用于粒径大于0.074mm的土，沉降分析法（比重计法、移液管法）适用于粒径小于0.074mm的土。

一、筛析法：

（一）试验目的

颗粒分析试验一般甩筛分接、密度计法和移液管法测定。

筛分法是利用一套孔径不同的标准筛，来分离一定量的砂性土中与筛孔相应的粒组，而后称重，计算各粒组的重量百分比，确定砂性土的粒度成份。

（二）仪器及工具

 1分析筛：

        1）粗筛，孔径为10、5、2mm。

        2）细筛，孔径为1、05、0.25、0.075mm。

      2天平：

称量5000g，最小分度值1g；称量1000g，最小分度值0.1g；称量200g，最小分度值0.01g

      3振筛机；筛析过程中应能上下震动。

      4其他：

烘箱、研钵、瓷盘、毛刷等。

（三）试验步骤

1按规定称取试样质量，应准确至0.1g，试样数量超过500g时，应准确至1g。

      2将试样过2mm筛，称筛上和筛下的试样质量。

当筛下的试样质量小于试样总质量的10%时，不作细筛分析，筛上的试样质量小于试样总质量的10%时，不作粗筛分析。

      3取筛上的试样倒入依次叠好的粗筛中，筛下的试样倒人依次叠好的细筛中，进行筛析。

再按由上而下的顺序将各筛取下，称各级筛上及底盘内试样的质量，应准确至0.1g。

      4筛后各级筛上和筛底上试样质量的总和与筛前试样总质量的差值，不得大于试样总质量的1%。

      （四）操作注意事项

当粒径小于0.075mm的试样质量大于试样总质量的10％时，应按本标准密度计法或移液管法测定小于O.075mm的颗粒组成。

二、密度计法

密度计法是将定量的土样与水混合倾注量筒中，使悬液体积达到1000mm，悬液经过搅拌大小颗粒均匀地分布于水中，因此悬液的浓度上下一致。

然而颗粒相同的土粒依照司笃克定律将以等速下降，经过一定时间后量得某一深度悬液的比重与原来的悬液的比重相比较，即可求出小于某批径的百分数。

（一）试验目的

密度计法适用于分析粒径小于0.075mm的土样，若试样中含有大于0.075mm的粒径时，应联合使用密度计法和筛析法。

（一）试验原理

1.斯笃克定律

斯笃克研究了球体颗粒在悬液中下沉问题，认为不同球体颗粒在悬液中的下沉速度与它们直径大小d有关，这种反映悬液中颗粒下沉速度和粒径关系的规律，称为斯笃克定律。

按照这一定律，土颗粒在溶液中下沉时，较大的土粒首先下沉，经过某一时段t，只有比某一粒径d小的土粒仍然浮在悬液中，这些土粒在悬液中通过铅直距离L，在时间t内下沉速度为

或 （1–1）

式中 η——纯水的动力粘滞系数，Pa·s（10-3）；

d——土颗粒粒径，mm；

——土粒的密度，g/cm3；

Gs——土粒的比重；

——水的密度，g/cm3；

——温度4℃时水的密度，g/cm3；

——温度T℃时水之比重；

L——某一时间t内土粒的沉降距离，cm；

t——沉降时间，s。

为了简化计算，用图1–1的斯氏列线图，便可求得粒径d值。

此时，悬液中在L范围内所有土粒的直径都比算得的d值小，而大于d的土粒都下沉到比L大的深度处。

．悬液中土粒质量的百分数

设V为悬液的体积，Ws为该悬液内所含土颗粒总质量。

故开始时悬液单位体积内的土粒质量为，土粒的体积为。

单位体积的悬液是由土粒和水组成，则水之体积应为，水之质量为，式中为试验开始时温度为T℃的水的密度。

那么开始时土粒均匀分布的悬液密度为：

或 （1–2）

式中其他符号的意义同前。

现从量筒中液面下深度L处，取一微小体积的悬液进行研究。

自开始下沉至t时间，悬液内大于粒径d之土粒，都通过此微小体积而下沉，小于粒径d之土粒一部分已通过此微小体积之底部，另一部分同时进入该体积之顶部，故该微小体积内小于粒径d的数量保持不变。

设时间为t，该微小体积内小于粒径d之土粒质量为，则与总体积V内土粒质量之比为X（%），即：

则单位体积内小于粒径d之土粒质量为。

故经过时间t后在深度L处该微小体积悬液的密度，可由式（1–2）求得：

或 （1–3）

图1–2密度计

用密度计测得任何时间t，任何深度L处1000mL悬液内的密度，即可按上式算得小于某粒径d的土粒质量的百分数。

3．密度计读数的校正

目前通常采用的密度计（图1–2）有甲、乙两种，其制造原理和使用方法基本相同。

甲种密度计读数系表示1000mL悬液中所含土质量的克数，乙种密度计的读数表示悬液比重。

两种密度计通常是在温度为20℃时刻划的，而且土粒比重都以2.65为基准。

在使用密度计时，由于使用条件的变化等原因，产生了系统误差，需要进行如下校正。

（A）刻度及弯液面校正

由于密度计在制造时刻度的可能误差，使用前必须经过检验校正。

此外，密度计的刻度是以弯液面底为准，而在使用时，由于悬液混浊，其读数以弯液面顶部为准。

如图1–2。

应校正后才能用于计算（校正值由实验室给出）。

图1–3弯液面校正

（B）温度校正

密度计的刻度一般是在20℃时进行的，使用时悬液温度不等于20℃，则水的密度及密度计浮泡体积发生变化，须加以校正，可以从表1–2查得温度校正值。

（C）分散剂校正

密度计刻度是以纯水为标准的，当悬液中加入分散剂时，则密度增大，亦需加以校正，校正值由实验室给出。

（D）土粒沉降距离校正

密度计读数除用以求得悬液中土粒的含量以外，还用以确定土粒的实际下沉距离（有效沉降距离），借以计算粒径d。

当密度计放入悬液内，液面因而升高，此时液面至密度计浮泡中心的距离，并不代表土粒的实际沉降距离。

因此，必须加以校正。

校正值由实验室给出。

一般进行校正时，温度对水的影响已在斯笃克公式中考虑，只需对密度计读数进行弯液面校正。

做沉降距离校正曲线时，将密度计的每一分度加上弯液面校正值，就可供直接计算使用，从而求得土粒的有效沉降距离。

将以上校正代入式（1–3）并经过换算，则可按下式得出小于某粒径土粒质量的百分数为：

甲种密度计 （1–4）

乙种密度计 （1–5）

以上两式中 、——甲、乙种密度计读数；

、——甲、乙种比重度计土粒比重校正值，查表1–1；

、——甲、乙种密度计温度校正值，查表1–2；

、——甲、乙种密度计分散剂校正值（由实验室给出）；

、——甲、乙种密度计刻度及弯液面校正值，查实验室给出的图表；

其他符号意义同前。

（三）仪器及工具

1．密度计（图1–2）；

2．量筒两个，容积各为1000mL；

3．天平：

称量1000g，感量0.1g；称量200g，感量0.01g；

4．搅拌器：

如图1–4。

底板直径50mm，孔径3mm；

5．温度计、秒表、三角烧瓶（容积500mL）、电热器等。

（四）试验步骤

1.密度计法应采用天然含水率的土样。

若土样在分析前无法保持其天然含水率，则允许用风干或烘干土样进行分析。

2.试验前，由试验室准备好<0.075mm的烘干试样，称取烘干试样30g，称量准确至0.01g，装入三角烧瓶中（装瓶时切勿使土粒散失）。

3.在盛有试样的三角烘瓶中注入约200mL纯水，进行浸泡，时间不少于18h（对于砂性较大、易于分散的土，可适当减少浸泡时间）。

稍加摇荡后，放在电热器上，用连接冷凝管下端的橡皮塞塞紧瓶口，进行煮沸。

煮沸时间从水沸腾开始，粘土和不易分散的土，一般煮沸1.0h左右，其他土可酌量减少，但不得少于0.5h。

4.待悬液冷却后，将其倒入标明号码的量筒内，并应将烧瓶中剩留的悬液，分次用少量纯水洗净倒入量筒内。

加4%浓度的六偏磷酸钠约10mL于悬液中，使筒内悬液恰达1000mL。

5.将盛有悬液的量筒，置于平稳且便于测读的平台上（试验过程中不得挪动或碰撞）。

准备好密度计、秒表、记录纸等，并先熟悉密度计刻度的读法。

然后将搅拌器放入量筒内，沿整个悬液深度上下搅抖约1min，往复各30次，使悬液彻底拌匀（注意搅拌时勿使悬液溅出筒外）。

6.搅拌完毕，立即取出搅拌器，同时开动秒表。

测定经过1、5、30、120、1440min时的密度计读数。

根据试样情况或实际需要，可增加密度计读数或缩短最后一次读数的时间。

每次读数均应在预定时间前10～20s，将密度计小心地放入悬液中接近读数的深度，以免密度计上下跳动。

注意密度计浮泡应保持在量筒中心位置，不得偏近筒壁。

提放密度计时，应使密度计的中轴垂直液面。

要轻拿轻放，尽量减少对悬液的扰动，并应防止从手中滑落，或碰到量筒。

7.密度计读数均以弯液面上缘为准。

甲种密度计应准确至0.5，乙种密度计应准确至0.0002。

每次读数完毕，立即取出密度计，将其放入盛纯水的量筒中。

同时测定相应的悬液温度，准确至0.5℃。

（五）实验结果及记录

1.密度计每一读数作刻度及弯液面校正、温度校正、分散剂校正及密度校正后，按式（1–4）或式（1–5）计算小于某粒径土粒含量占干土总质量的百分数X。

2.密度计每一读数仅作弯液面校正后，按式（1–1）计算粒径d（mm）。

3.用小于某粒径的土粒质量百分数X（%）为纵坐标，颗粒粒径d（mm）为横坐标，在半对数纸上绘制颗粒大小分配曲线。

4.记录