土工试验报告.doc
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研究生课程论文
（2015-2016学年第二学期）
土工实验报告书
研究生：
提交日期：
2016年7月10日研究生签名：
刘小伟
学号
201521007206
学院
土木与交通学院
课程编号
课程名称
土工测试原理与技术
学位类别
硕士
任课教师
刘叔灼
教师评语：
成绩评定：
分任课教师签名：
年月日
目录
第一章颗粒分析试验 3
1.1试验目的 3
1.2试验原理 3
1.3试验方法（密度计法） 3
1.4数据分析及处理 8
1.5实验分工与体会 8
1.6试验注意事项 8
第二章击实试验 11
2.1试验目的 11
2.2试验原理 11
2.3试验适用范围 11
2.4仪器设备 11
2.5试样制备方法 12
2.6试验步骤 12
2.7计算制图及记录 12
2.8试验注意事项 12
第三章三轴压缩试验 17
3.1试验目的 17
3.2试验原理 17
3.3适用范围 17
3.4试验方法 17
3.5仪器设备 18
3.6试验步骤 18
3.6.1试样制备 18
3.6.2试样饱和 18
3.6.3固结不排水剪试验 19
3.7数据分析及处理 30
3.8实验相关问题的思考 30
3.9实验注意事项 30
第一章颗粒分析试验
1.1试验目的
颗粒分析试验是测定干土中各粒组含量占该土总质量的百分数。
测定土中各种粒组所占该土总质量的百分数，以便了解土的颗料大小、级配和粒组含量，并作为砂类土分类的依据以及供给土工建筑物选料之用。
1.2试验原理
颗粒分析就是利用试验的方法，求出小于某种颗粒粒径的颗粒质量占总质量的百分数，以便了解土中各粒组的组成情况。
1.3试验方法
土粒的粒径变化范围非常大（粒径由大于60mm到小于0.002mm），故对不同的粒组采用不同的试验方法：
粗粒组一般用筛析法，细粒组采用密度计法或移液管法。
1.3.1密度计法
（一）适用范围：
粒径小于0.075mm的试样。
（二）仪器设备
1）甲种密度计：
刻度单位以摄氏20℃时每1000mL悬液内所含土质量的克数表示，刻度—5℃~50℃，最小分度值为0.5℃.
2）量筒：
高约420mm，内径约60mm，容积1000mL。
刻度为0~1000mL，准确至10mL。
3）洗筛：
孔径0.075mm。
4）洗筛漏斗：
上口直径大于洗筛直径，下口直径略小于量筒内径。
5）天平：
称量1000g，最小分度值0.1g；称量200g，最小分度值0.01g。
6）搅拌器：
轮径50mm，孔径3mm，杆长约450mm，带螺旋叶。
7）煮沸设备：
电砂浴
8）温度计：
刻度0~50℃，最小分度值0.5℃。
9）其他：
秒表、锥形瓶（容积500mL）、研钵、木杵等。
（三）分散剂：
4%六偏磷酸钠溶液（溶解4g六偏磷酸钠于100mL水中）。
（四）操作步骤
1.称取2mm筛下干质量为30g的风干试样，其质量按下式计算：
................................（1-4）
式中：
——风干土质量（g）；
——风干土含水率（%）。
2.将风干试样倒入锥形瓶，注入纯水200mL，浸泡过夜，然后置于煮沸设备上煮沸，煮沸时间宜为40min。
3.将冷却后的悬液移入烧杯中，静置1min，通过细筛漏斗将上部悬液过0.075mm筛，倒入量筒，遗留杯底沉淀物用带橡皮头研杵研散，再加适量水搅拌，静置1min，再将上部悬液过0.075mm筛，如此反复倾洗直至杯底砂粒洗净。
当土中大于0.075mm的颗粒估计超过试样总质量的15%时，应将其全部倒至0.075mm筛上冲洗，直至筛上仅留大于0.075mm的颗粒为止。
注：
整个过程中悬液不得超过1000mL
4.将筛上和杯中砂粒合并洗入蒸发皿中，倾去上部清水，烘干称量，按筛析法进行细筛分析，并计算各级颗粒占试样总质量的百分比。
5.将过筛悬液倒入量筒，加入4%六偏磷酸钠10mL，再注入纯水至1000mL。
6.将搅拌器放入量筒中，沿悬液深度上下搅拌1min，取出搅拌器，立即开动秒表，将密度计放入悬液中，测记0.5、1、2、5、15、30、60、120和1440min时的密度计读数。
每次读数均应在预定时间前10~20s，将密度计放入悬液中。
且接近读数的深度，保持密度计浮泡处在量筒中心，不得贴近量筒内壁。
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。
每次读数后，应取出密度计放入盛有纯水的量筒中，并应测定相应的悬液温度，准确至0.5℃，放入或取出密度计时，应小心轻放，不得扰动悬液。
（五）计算和制图
1.小于某粒径的试样质量占试样总质量的百分比应按下式计算：
................................（1-5）
式中：
——小于某粒径的试样质量百分比（%）；
——试样干质量（g）；
——土粒密度校正值，查表2-2；
——甲种密度计读数；
——悬液温度校正值，查表2-3；
——弯月面校正值；
——分散剂校正值。
2.试样颗粒粒径应按下式计算：
...............................（1-6）
式中：
——试样颗粒粒径（mm）；
——水的动力粘滞系数（kPa•s10-6）；
——土粒密度；
——温度为T℃时水的密度；
——4℃时纯水的密度（g/cm3）；
——重力加速度（cm/s2）；
——某一时间内的土粒沉降距离（cm）；
——沉降时间（s）。
土粒密度校正值表1-2
土粒密度
密度校正值
土粒密度
密度校正值
2.50
1.038
2.70
0.989
2.52
1.032
2.72
0.985
2.54
1.027
2.74
0.981
2.56
1.022
2.76
0.977
2.58
1.017
2.78
0.973
2.60
1.012
2.80
0.969
2.62
1.007
2.82
0.965
2.64
1.002
2.84
0.961
2.66
0.998
2.86
0.958
2.68
0.993
2.88
0.954
温度校正值表表1-3
悬液温度（℃）
温度校正值
悬液温度（℃）
温度校正值
10.0
－2.0
20.5
＋0.1
10.5
－1.9
21.0
＋0.3
11.0
－1.9
21.5
＋0.5
11.5
－1.8
22.0
＋0.6
12.0
－1.8
22.5
＋0.8
12.5
－1.7
23.0
＋0.9
13.0
－1.6
23.5
＋1.1
13.5
－1.5
24.0
＋1.3
14.0
－1.4
24.5
＋1.5
14.5
－1.3
25.0
＋1.7
15.0
－1.2
25.5
＋1.9
15.5
－1.1
26.0
＋2.1
16.0
－1.0
26.5
＋2.2
16.5
－0.9
27.0
＋2.5
17.0
－0.8
27.5
＋2.6
17.5
－0.7
28.0
＋2.9
18.0
－0.5
28.5
＋3.1
18.5
－0.4
29.0
＋3.3
19.0
－0.3
29.5
＋3.5
19.5
－0.1
30.0
＋3.7
20.0
0.0
3.为了简化计算，式（2-6）可写成：
................................（1-7）
式中：
——粒径计算系数，，与悬液温度和土粒密度有关。
其值查表1-4。
粒径计算系数表1-4
温度
（℃）
土粒比重
2.45
2.50
2.55
2.60
2.65
2.70
2.75
2.80
2.85
5
0.1385
0.1360
0.1339
0.1318
0.1298
0.1279
0.1261
0.1243
0.1226
6
0.1365
0.1342
0.1320
0.1299
0.1280
0.1261
0.1243
0.1225
0.1208
7
0.1344
0.1321
0.1300
0.1280
0.1260
0.1241
0.1224
0.1206
0.1189
8
0.1324
0.1302
0.1281
0.1260
0.1241
0.1223
0.1205
0.1188
0.1182
9
0.1305
0.1283
0.1262
0.1242
0.1224
0.1205
0.1187
0.1171
0.1164
10
0.1288
0.1267
0.1247
0.1227
0.1208
0.1189
0.1173
0.1156
0.1141
11
0.1270
0.1249
0.1229
0.1209
0.1190
0.1173
0.1156
0.1140
0.1124
12
0.1253
0.1232
0.1212
0.1193
0.1175
0.1157
0.1140
0.1124
0.1109
13
0.1235
0.1214
0.1195
0.1175
0.1158
0.1141
0.1124
0.1109
0.1004
14
0.1221
0.1200
0.1180
0.1162
0.1149
0.1127
0.1111
0.1095
0.1000
15
0.1205
0.1184
0.1165
0.1148
0.1130
0.1113
0.1096
0.1081
0.1067
16
0.1189
0.1169
0.1150
0.1132
0.1115
0.1098
0.1083
0.1067
0.1053
17
0.1173
0.1154
0.1135
0.1118
0.1100
0.1085
0.1069
0.1047
0.1039
18
0.1159
0.1140
0.1121
0.1103
0.1086
0.1071
0.1055
0.1040
0.1026
19
0.1145
0.1125
0.1108
0.1090
0.1073
0.1058
0.1031
0.1088
0.1014
20
0.1130
0.1111
0.1093
0.1075
0.1059
0.1043
0.1029
0.1014
0.1000
21
0.1118
0.1099
0.1081
0.1064
0.1043
0.1033
0.1018
0.1003
0.0990
22
0.1103
0.1085
0.1067
0.1050
0.1035
0.1019
0.1004
0.0990
0.09767
23
0.1091
0.1072
0.1055
0.1038
0.1023
0.1007
0.09930
0.09793
0.09659
24
0.1078
0.1061
0.1044
0.1028
0.1012
0.09970
0.09823
0.09600
0.09555
25
0.1065
0.1047
0.1031
0.1014
0.09990
0.09839
0.09701
0.09566
0.09434
26
0.1054
0.1035
0.1019
0.1003
0.09897
0.09731
0.09592
0.09455
0.09327
27
0.1041
0.1024
0.1007
0.09915
0.09767
0.09623
0.09482
0.09349
0.09225
28
0.1032
0.1014
0.09975
0.09818
0.09670
0.09529
0.09391
0.09257
0.09132
29
0.1019
0.1002
0.09859
0.09706
0.09555
0.09413
0.09279
0.09144
0.09028
30
0.1008
0.0991
0.09752
0.09597
0.09450
0.09311
0.09176
0.09050
0.08927
4.颗粒大小分布曲线，应按筛分法的步骤绘制，当密度计和筛分法联合分析时，鹰将试样总质量折算后绘制颗粒大小分布曲线；并应将两段曲线连成一条平滑的曲线。
（六）记录
本试验记录表格如表1-5所示
表1-5颗粒大小分析试验记录表（密度计法）
小于0.075mm颗粒土质量百分数__100%___
密度计号___甲_
湿土质量__________
量筒号____5______
含水率__________
烧瓶号____48_____
干土质量15.6g
土粒比重___2.78_____
试样处理说明_煮沸后加六偏磷酸钠10ml_
比重校正值___0.973___
试验时间
下沉时间t
（min）
悬液温度T
（ºC）
密度计读数
土粒
落距
L
（cm）
粒径d
（mm）
小于某粒径的土质量百分数（%）
小于某粒径总土质量百分数（%）
密度计读数
R
温度校正值
mT
弯液面校正值
n
分散剂校正值CD
RM=R+mT+n-CD
RH=
RM×CG
0.5
27
19.5
2.5
1.2
1.5
21.7
21.1141
15.736
0.068
97.886
70.380
1
27
19
2.5
1.2
1.5
21.2
20.6276
15.869
0.048
95.631
68.759
2
27
18.5
2.5
1.2
1.5
20.7
20.1411
16.001
0.034
93.376
67.137
5
26.5
17
2.2
1.2
1.5
18.9
18.3897
16.480
0.022
85.256
61.299
15
26.5
16.5
2.2
1.2
1.5
18.4
17.9032
16.612
0.013
83.000
59.677
30
26.5
15
2.2
1.2
1.5
16.9
16.4437
17.011
0.009
76.234
54.812
60
26
14.5
2.1
1.2
1.5
16.3
15.8599
17.170
0.007
73.528
52.866
120
25.5
14
1.9
1.2
1.5
15.6
15.1788
17.356
0.005
70.370
50.596
1440
27.5
11
2.6
1.2
1.5
13.3
12.9409
17.967
0.001
59.995
43.136
注：
密度计土粒落距见附表1。
密度计法试验注意事项：
密度计法主要运用斯托克定律，由于假定条件是球体表面光滑和液面无限伸展，都可能对土粒沉降产生影响；此外由于密度计的制造不一定规范，浮泡体积及刻度也不一定准确，当悬液中加入分散剂后密度增大，故需在使用前应对刻度及弯液面、土粒沉降距离、温度、分散剂等因素的影响进行校正。
1.4数据分析及处理
1.根据试验筛分析法和密度计法得出的结果，可列出表1-6各粒径百分比含量。
总实验表格记录表1-6
孔径（mm）
小于该孔径的总土质量百分数（%）
2.0000
100.00
1.0000
96.91
0.5000
87.18
0.2500
79.67
0.0750
71.90
0.0681
70.38
0.0484
68.76
0.0343
67.14
0.0222
61.30
0.0128
59.68
0.0092
54.81
0.0066
52.87
0.0047
50.60
0.0013
43.14
2.颗粒大小分布曲线
由表1-6中数据可以绘制该土样颗粒分布曲线，即下图：
图1-2颗粒分布曲线图
1.5试验分工与体会
实验分工：
在实验过程中，最重要的部分就是筛分。
由于需要手动操作，且操作时间较长（10分钟左右），为防止在筛分过程中出现土样蹦出的现象，所以我们组的五位成员互相轮换进行操作。
另外，在筛分前及筛分后对土样的称重操作中，小组成员分工明确，一人负责称重，一人负责读数，一人负责记录数据。
实验体会：
在颗粒分析实验中，我学会了用筛分发来分离不同粒径的土样，在使用筛子的过程中，明白了小组分工合作的重要性。
如果只是一个人在进行筛分操作的话，不仅会让实验人非常地累，而且会降低实验效率；三个人轮换合作不仅让每一个小组成员都会有休息的时间，而且提高了实验效率。
实验前和实验后需要测量的数据较多，所以在记录数据前需要简单地画一个表格，以便于记录数据。
同时，在称重时要细心，待示数稳定后再进行读数。
实验结束后，需要对所得数据进行分析处理，需绘制颗粒大小分布曲线。
在绘图过程中要细致，在图中描出每一个实验数据所对应的点，然后用平滑的曲线连接。
1.6试验注意事项
1）每次测得悬液密度后，均应将密度计轻轻放在盛水的量筒中。
2）读数要迅速准确，不宜将密度计在悬液中放置时间过久。
在正式试验前，必须多次练习密度计的准确读数方法。
3）试验前，应将量筒放在固定平稳的地方，试验中不得移动，并保持悬液温度稳定。
第二章击实试验
2.1试验目的
在标准击实方法下测定土的最大干密度和最优含水率，是控制路堤、土坝或填土地基等密实度的重要指标。
2.2试验原理
土的压实程度与含水率、压实功能和压实方法有密切的关系。
当压实功能和压实方法不变时，土的干密度随含水率增加而增加，当干密度达到某一最大值后，含水率继续增加反而使干密度减小，能使土达到最大密度的含水率，称为最优含水率，与其相应的干密度称为最大干密度。
2.3试验适用范围
本试验分为轻型击实和重型击实。
轻型击实试验适用于粒径小于5mm的粘性土，重型击实试验适用于粒径不大于20mm的土。
采用三层击实时，最大粒径不大于40mm。
2.4仪器设备
（1）标准击实仪。
由击实筒、击锤和护筒等组成，主要参数应符合表4-1的规定。
击实仪主要部件规格表表2-1
试验方法
锤底直径（cm）
锤质量
（kg）
落高（cm）
击实筒
护筒高度
（mm）
内径（mm）
筒高（mm）
容积（cm3）
轻型
51
2.5
305
102
116
947.4
50
重型
51
4.5
457
152
116
2103.9
50
（2）天平：
称量200g，最小分度值0.01g。
（3）台秤：
称量10kg，最小分度值5g。
（4）圆孔筛：
孔径为40mm、20mm和5mm。
（5）其他：
烘箱、喷水设备、碾土设备、盛土盘、修土刀、推土器、铝盒和保湿设备等。
2.5试样制备方法
（1）干法：
用四分法取代表性土样20kg（重型为50kg），风干碾碎，过5mm（重型过20mm或40mm）筛，将筛下土样拌匀，并测定土样的风干含水率。
根据土的塑限预估最优含水率，并按本指导书第1.5条的步骤制备5个不同含水率的一组试样，相邻2各含水率的差值宜为2％～3％。
注：
轻型击实中5个含水率中应有2个大于塑限，2个小于塑限，1个接近塑限。
（2）湿法：
取天然含水率的代表性土样20kg（重型为50kg），碾碎，过5mm筛（重型过20mm或40mm），将筛下土样拌匀，并测定土样的天然含水率。
根据土样的塑限预估最优含水率，按
（1）条的原则选择至少5个含水率的土样，分别将天然含水率的土样风干或加水进行制备，应使制备好的土样水分均匀分布。
2.6试验步骤
（1）将击实仪平稳置于刚性基础上，击实筒与底座连接好，安装好护筒，在击实筒内壁均匀涂一薄层润滑油。
称取一定量试样，倒入击实筒内，分层击实，轻型击实试样为2～5kg，分3层，每层25击；重型击实试验为4～10kg，分5层，每层56击，若分3层，每层94击。
每层试样高度宜相等，两层交界处的土面应刨毛。
击实完成时，超出击实筒顶的试样高度应小于6mm。
（2）卸下护筒，用直刮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，称筒和试样的总质量，准确至1g，并计算试样的湿密度。
（3）用推土器将试样从击实筒中推出，取2个代表性试样测定含水率，2个含水率的差值应不大于1％。
（4）对不同含水率的试样依次击实。
2.7计算制图及记录
（1）按下式计算击实后各点的干密度：
................................（2-1）
式中：
——干密度（g/cm3）；
——湿密度（g/cm3）；
——某点试样的含水率（%）。
（2）以干密度为纵坐标，含水率为横坐标，绘制干密度和含水率的关系曲线（图2-1），曲线上峰值点的纵、横坐标分别为最大干密度和最优含水率。
如曲线不能绘出明显的峰值点，应进行补点或重做。
（3）气体体积等于零（即饱和度100％）的等直线应按下式计算，并应将计算值绘于图4-1的关系曲线上。
..........................（2-2）
式中：
——试样的饱和含水率（%）；
——温度4℃时水的密度（g/cm3）；
——试样的干密度（g/cm3）；
——土颗粒比重。
图2-1含水率和干密度的关系曲线
（4）轻型击实试验中，当试样中粒径大于5mm的土质量小于或等于试样总质量的30％时，应对最大干密度和最优含水率进行校正。
a.最大干密度按下式校正：
........................（2-3）
式中：
——校正后试样的最大干密度（g/cm3）；
——粒径大于5mm土的质量百分率（%）；
——粒径大于5mm土粒的饱和面干比重。
b.最优含水率应按下式进行校正：
........................（2-4）
式中：
——校正后
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