学生实验报告 《土力学》实验指导书.docx

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学生实验报告《土力学》实验指导书

学生实验报告

《土力学》实验指导书

学年第学期

姓名（组长）：

年级/专业：

学号：

指导教师：

同组成员姓名/学号：

实验日期：

实验总评成绩：

建筑工程学院制

一、液塑限测定试验

一、实验目的：

学会用光电式液塑限测定仪测定土的液限、塑限。

二、实验步骤：

（使用与操作）

1、调节仪器底脚螺母，使工作面水平。

2、接通电源，放上测试土样，再使电磁头吸住圆锥仪，使微分尺垂直于光轴。

3、调节投影物镜，使微分尺影像清晰，再调零线调节旋钮，使屏幕上的零线与微分尺零线的影像重合。

（出厂前已调好）。

4、转动平台升降螺母，当锥尖刚与土面接触，计时指示管亮，圆锥仪即自由落下，延时5秒，读数指示管亮，即可读数。

如果手动操作，可以把开关扳向“手动”一侧，当锥尖与土面接触时，接触指示管亮，而锥仪不下落，需按手动钮，圆锥仪才自由落下。

5、读数后，要按复位按钮，以便下次进行试验。

6、调试土样含水量，多次试验，试验方法标准规定沉入深度17mm所对应的含水量为17mm液限，10mm所对应的含水量为10mm液限，沉入深度2mm所对应的含水量为塑限。

7、含水量测定，首先取三个铝盒测其质量，分别取部分17mm液限，10mm液限，2mm塑限土样至铝盒，先测得铝盒+湿土质量，烘干后，再测得铝盒+干土质量，由此可得相应的土中水质量。

用式样：

W=mw/ms×100%计算相应的含水量。

三、工作条件与注意事项：

1、环境周围不应有风吹，震动及强磁场，以免影响园锥仪自由落下。

相对湿度不大于85%。

2、仪器使用后应放入箱内或盖好，置于阴凉、干燥、无腐蚀的地方。

3、光学元件严禁用手和不干净、不柔软的物品擦抹，镜面和微分尺如有污秽、尘土，可用脱脂棉稍沾无水乙醇擦拭。

4、检验圆锥磨损时，把圆锥仪倒插在检验座上，整个座放上平台，适当调节高度，及检验座的前后、左右和角度，使圆锥影像与屏幕上的角度重合，这时，角度的两平衡线距离相应于圆锥的0.3mm.。

5、如屏幕零线与微分尺零线影像不重合，可旋动调节旋钮，使其重合，如发现不平行，则旋动反射调节螺杆，使仪器内反射镜转动，即可平行，再转动调节旋钮使其重合。

6、如圆锥仪落入土中后，微分尺象不清晰，或影象不在原来位置，这时可左右或前后移动园锥与平衡杆的位置。

7、如光源灯泡坏了，可逆时针旋动灯座调节螺母把灯座旋出，换上新灯泡再回原位置。

四、含水量试验数据

圆锥下沉次数

1

2

圆锥下沉深度h

铝盒号

铝盒质量（g）

铝盒+湿土质量（g）

铝盒+干土质量（g）

土中水的质量mw（g）

土粒的质量ms（g）

含水量W=mw/ms×100%

备注：

土中水的质量mw=（铝盒+湿土质量）—（铝盒+干土质量）（g）

土粒的质量ms=（铝盒+干土质量）—铝盒质量（g）

二、直接剪切试验

一、概述

1、试验时使土样在不同垂直荷载下，受到水平剪切力进行剪切，测得土样剪破时的剪应力，据以绘制σ—τf线，其目的是确定土的抗剪强度指标φ及c值。

2、每组试验至少取四个试样，各级垂直荷载的大小，按估计荷载的大小而定，学生可用100、200、300、400Kpa四级。

同一组试样。

对于原状土，其密度差值不宜大于0.03克/厘米3,含水量差值不宜大于2%;对于扰动土,其密度和含水量与制备标准之差值应分别要求在±0.02克/厘米3和±1%范围以内,且各试样之间差值分别要求在0.02克/厘米3和±1%以内。

3、本试验用应变控制式直剪仪。

可视工程需要选用快剪、固结快剪、慢剪三种方法，以下介绍应变控制式直剪仪快剪法。

二、仪器设备

1、应变控制式直剪仪（其装置见书）：

试样装在上盒及下盒之间，垂直荷载是用砝码通过杠杆、加压框架、钢珠、传压板施加于试样。

剪切力借转动手轮推动下盒而施加给试样，手轮每转动一圈，下盒向前推移0.2毫米。

通过量雕测上盒连接的量力环的变形值，便可据之以算出剪力的大小。

2、测微表：

精度0.01毫米。

3、天平：

感量0.1克和0.01克各一架。

4、秒表。

5、其他：

土盒、蜡纸、削土刀、钢丝锯等。

三、操作步骤

1、工程需要用渗透试验的备样方法制备试样。

2、检查下盒底下两滑道内的钢珠是否分布均匀。

在上下盒接触面上涂抹少许润滑油。

对准上下盒，插入固定销。

在下盒内顺次放入洁净透水石及蜡纸（或塑料片）各一。

3、盛有试样的环刀平口朝下对准剪力盒口，在试样上顺次放洁净蜡纸（或塑料片）及透水石，然后平稳推压透水石，将试样慢慢送到盒底，取走空环刀。

4、在量力环内安装水平测微表。

装好后应检查测微表是否装反，表脚是否灵活和水平。

然后按顺时针方向徐徐转动手轮，使上盒前端的钢珠恰好与量力环接触（即量力环中测微表指针刚被触动）。

再调整测微表读数为零。

5、心地加上传压板、钢珠、加压框架和1kg/cm2的砝（避免撞击和摇幌）。

6、施加垂直压力后立即拔去固定销（此项工作切勿忘记），开动秒表同时以每分种4-12转的均匀速率转动手轮（学生可用6转/分），转动过程不应中途停顿或时快时慢，使试样在3-5分钟内剪破。

手轮每转一圈应测记测微表读数一次，直至量力环中的测微表指针不再前进或后退，即说明试样已经剪破。

如测微表指针一直缓慢前进，说明不出现峰值和终值，则试验应进行至剪切变形达到4毫米（手轮转20转）为止。

7、剪切结束后，吸去剪力盒中积水，倒转手轮，尽快移去砝码、加压框架、传压板等。

取出试样，测定剪切面附近的剪后含水量。

8、装试样，重复以上步骤，测定其它三种荷载下的抗剪强度。

四、计算及记录。

1、抗剪强度计算：

τf=C0×R

式中R—量力环中测微表最大读数，或位移为4毫米时的读数，精确至0.01毫米；

C0—量力环校正系数，kg/cm2×0。

01mm；C0值由试验室给出。

在校正试验时，C0=T/AR=τf/R（T、A分别为环所加荷载和试样受剪面积）。

2、以抗剪强度为纵横坐标，垂直压力为横坐标，绘出坐标点（注意：

纵坐标比例尺应一致），根据这些点绘一视测的直线，即为强度包线，该线的倾角即为土的内摩擦角，该线在纵坐标轴上的截距即为土的粘聚力C。

五、试验说明

1、关于试验方法由于教学时间所限，故本试验仅进行快剪试验，但慢剪、固结快剪更为工程所常用的试验方法，快剪与固结慢剪试验方法上的区别是：

快剪试验是在加上垂直荷载后，立即快速剪切。

而对于固结快剪和慢剪，都应在施加垂直荷载后，通过垂直方向的测微表，观测垂直压缩量变化情况，至每小时压缩量不超过0.005毫米时，才可以认为试样固结稳定，方能进行剪切。

固结快剪与慢剪的剪切速率有较大差异：

固结快剪所用剪切速率与快剪相同，而慢剪切速率每分钟小于0.02毫米，使土样在剪切过程是不产生孔隙水压力。

快剪试验为孔隙水尽量不排出的条件，试样上下面均应铺的金属片、塑料片或蜡纸与透水石隔开，而固结快剪和慢剪则用滤纸。

当用饱和试样进行慢剪或固结快剪时，应在施加垂直荷载5分钟后，在剪切盒的边槽内注水，并在承压板周围包以湿棉花，如系非饱和土，仅在承压板周围包经湿棉花，以防止水分蒸发。

2、直接剪切仪鉴定问题新的直剪仪或用久了的直剪仪，由于制造时的缺点，运送过程的振动，以及使用过程的磨损等原因，致使各台直剪仪虽然试验条件相同，而其结果往往相差较大，故对新的或用久的直剪仪应进行鉴定和校正工作，鉴定和校正的方法见《土工试验规程》。

六、记录：

手轮=转/分量力环校正系数C0=0.0833kg/cm2

垂直压力p（kPa）

量力环内测微表读数R（0.01mm）

抗剪强度

（Kpa）

100

200

300

400

四、成果整理

1、按式（3-1）计算抗剪强度：

（3-1）

式中R—量力环中测微表最大读数，或位移4mm时的读数。

精确至0.01mm。

C—量力环校正系数，（N/mm2/0.01mm）。

2、按式（3-2）计算剪切位移：

（3-2）

式中0.2—手轮每转一周，剪切盒位移0.2mm；

n—手轮转数。

三、压缩试验

一、概述

1、试验是在侧限与轴向排水条件下测定试样受荷时的最终压缩量及其在某一荷载下的过程，绘制压缩曲线和固结曲线。

其目的在于确定土的压缩系数a、压缩指数C0、固结系数CV以及原状土的先期固结压力P0。

2、目前常用的压缩试验仪器，有磅称式和杠杆式两种。

下面主要介绍杠杆式（1：

12）压缩仪的试验方法。

试验测定的项目视工程需要而定。

学生使用止前常用的杠杆式压缩仪进行试验时，因受所能施加的最大垂直压力所限，只要求测定各级试验荷载下的最终压缩量，绘制孔隙比与压力关系曲线（压缩曲线），由于曲线确定土在指定荷载变化范围内的压缩系数a；测定某一荷载下的固结过程，绘制相应的固结曲线，以求得固结系数CV。

如使用磅称式压缩仪可考虑求压缩指数C0及先期固结压力P0。

对于天然在基采用原状土样进行试验；对于填土则按要求的密度与含水量，用规定方法制备试样进行试验。

试验应根据土的实际工作条件，在饱和的情况下进行。

如试样不饱和，则不必测定固结过程。

二、仪器设备

1、压缩仪：

压缩仪包括压缩容器及加压设备两部分。

切取试样用的环刀内径一般为6.4cm（S=32.17cm2）或6.18cm（S=30cm2）环刀高度为2cm。

环壁应经常保持较高的光洁度，以减小磨擦的影响。

磅称式加压设备的最大称量为500公斤，感量为0.2kg。

2、天平：

感量0.01g及0.1g各一架。

3、测微表：

精度0.01mm。

4、其他：

秒表、烘箱、钢丝锯、削土刀、土盒等。

三、操作步骤

1、按工程需要同于渗透试验中的备样方法制备试样。

切取原状试样时，应使试样受荷方向与天然土层受荷方向一致，并描述试样的层次、颜色、有无杂质等。

2、取备样修下的土样，用液限试验中的含水量测定其含水量。

测定含水量的工作应尽快进行。

以防止水份蒸发。

3、擦净环刀外壁，称环刀加试样重，称重至0.1g。

如试样需要饱和时，按规定方法进行饱和。

4、将带有环刀的试样，刀口向下小心地装入压缩空器的护环内。

5、在压缩容器内，顺次放上底板、洁净而润湿的透水石和滤水纸各一，再用提环螺丝将带有试样和环刀的护环放入容器内，上覆直径略小于试样的洁净而润湿的滤纸和透水石各一，然后放入加压导环和传压板。

6、检查加压设备是否稳固、灵敏和位置是否正确。

松开杠杆上、下固定螺丝，利用平衡铊将横梁调整至水平位置。

7、轻轻抬起杠杆，将装好试样的压缩容器放在压台的正中，使传压的钢珠与加压横梁的凹穴刚相密合。

然后装上测微表，凋节表脚使用权其可伸长的长度不小于8毫米，并检查测微表是否灵活和垂直（学生应先熟悉测微表如何读数）。

8、在砝码吊盘上加相当于试样受压约为0.01kg/cm2的预压荷载，使压缩仪的各部份紧密接触。

然后调整测微表的读数使其大小指针对准零点或某一整数起始读数，并记录之。

9、施加第一级荷载，其大小可视土的软硬程度分别采用0.125、0.25、或0.5kg/cm2（学生一般可采用0.5kg/cm2；第一级实加荷载应减去预压荷载）。

在加荷的同时开动秒表。

加荷时将砝码轻轻地放在砝码上，避免因冲击、摇幌而而样产生意外变形和砝码掉落伤人。

10、如系饱和试样，应在施加第一级荷载后，立即向压缩容器中注满水。

如系非饱和试样，则须以湿棉花围护在传压板上面以防水份蒸发。

11、加荷后可按下列时间测记测微表读数：

10＇、20＇、60＇、120＇、23小时、24小时至压缩稳定为止。

压缩稳定标准规定为每级荷载下压缩24小时（对于某些高塑性土，２４小时后没有较大的压缩变形，以每小时压缩量不大于0.00５mm为标准）。

测记读数后，施加第二级荷载。

依次逐级加荷至试验终止。

荷载级不宜过大，视土的软硬程度及工程情况而定，最后一级荷载应大于土层计算压力１－２kg／cm２。

12、如需测定某一荷载下沉降速率，以求固结系数Cv，则需于加荷后下列时间顺序测记测微表读数：

６″、15″、１′、２′15″、4′、6′15″、9′、12′15″、16′、20′15″、25′、30′15″、36′、42′15″、49′、64′、100′…２４小时直至稳定为止。

13、如需做回弹试验，可于某一级荷载下压缩稳定后，逐级卸荷，直至卸完为止。

每次卸荷后的回弹稳定标准与加荷压缩相同，并测记每次荷载及最后无荷时的回弹稳定读数。

14、试验结束迅速顺次拆去测微表，卸除砝码，取下容器，拿出护环，小心地取出带环刀的试样，如系饱和试样，应用干滤约吸去试样两端表面貌的水，用烘箱测定试验后试样的含水量。

15、如用磅称式压缩仪，试验操作步骤与上述基本相同，仅仪器使用方法有些区别。

加荷时，首先将压缩仪器对准加压框架的正中，在支架上装好测微表，扭松支架上固定螺丝，使测策表穿过加压框架的中心小孔与钢珠顶点接触（不要与框图架孔壁相接触），再扭紧支架上固定螺丝，加预压荷载使仪器各部份紧密接触。

加荷方法：

加砝码及移动磅称游码至所加荷载，用右手顺时针方向转动手轮使磅称杆升起至水平位置，随即用左手开动秒表。

在试验过程中必须经常调节手轮使加荷臂杆始终保持水平。

四、计算及记录

1、按下式计算试样的初始孔隙比e0

e0=ds（1+W0）/p0-1

式中：

W0――试验开始时试样的含水量，％；

p0――土样的初始密度，g／cm３

ds――土粒相对密度，g／cm３

取ds=2.72W0=（m0-ms）/ms×100%p0=m0/V

2、根据e=e0—S/H0（1+e0）计算各级荷载下孔隙比。

3、绘出e—φ曲线。

4、根据e—φ曲线，求出P1=100KPa，P2=200Kpa所对应的a1-2。

a1-2=（e1-e2）/p1-p2，并由此判定土的压缩属性。

5、记录：

（1）、土样的初始含水量W0和初始密度p0试验：

环刀号（试验者用铅笔直编）

环刀质量（g）

环刀+湿土质量（g）

湿土质量m0（g）

土样初始密度p0=m0/V

土盒质量（g）

土盒+湿土质量（g）

土盒+干土质量（g）

干土重（g）

含水量（g）

（2）、压缩试验

试样初始高度Ｈ0＝20mm

试样初始孔隙比ｅ０＝0.984

各个历时时间：

10分钟

荷载值（KPa）

测微表读数

孔隙比（e）

25

50

100

200

400

6、附详细成果计算方法：

1、按下式（2-1）计算试样的初始孔隙比

：

（2-1）

式中

—土粒相对密度，取2.72；

—水的密度，一般可取1g/cm3；

—试样初始含水率；

—试样初始密度（g/cm3）。

2、按下式（2-2）计算试样中颗粒净高

：

（2-2）

式中

—试样的起始高度，即环刀高度（mm）。

3、计算试样在任一级压力Pi（千帕）作用下变形稳定后的试样总变形量

。

（2-3）

式中

—试验前测微表初读数（mm）；

—试样在任一级荷载Pi作用下变形稳定后的测微表读数（mm）；

—各级荷载下仪器变形量（mm）。

（由实验室提供资料）

4、计算各级荷载下的孔隙比

。

（2-4）

式中

—试样初始孔隙比；

—试样的起始高度（即环刀高度）（mm）；

—第

级荷载作用下变形稳定后的试样总变形量（mm）。

5、绘制

压缩曲线（见图2-2）

以孔隙比

为纵坐标，压力

为横坐标，

可以绘出

关系曲线，此曲线称为压缩曲线。

6、按式（2-5）计算某一压力范围内压缩系数

（Mpa-1）（2-5）

式中

。

采用

=100～200kpa压力区间相对应的压缩系数

来评价土的压缩性。

值是判断土的压缩性高低的一个重要指标。

的大小将地基土的压缩性分为以下三类：

当

时，为高压缩性土；

当

时，为中压缩性土；

当

时，为低压缩性土。

7、计算某一荷载范围的压缩模量

：

（2-6）

式中

—孔隙比；

—压缩系数。