土工室內(nèi)實驗指導書 郭蔓麗 高金川 中國地質大學（武漢）工程學院 二零零 三 年三月 實驗一 密度試驗 一、 試驗目的及意義 土的密度是單位體積土的質量，測定土的密度，以了解土的疏密和干濕狀態(tài)，供其它物理性質指標換算和工程設計及施工質量控制之用。 二、 試驗方法及使用范圍 依測定土的體積方法的不同，可分為環(huán)刀法和蠟封法。在現(xiàn)場條件下，對于粗粒土，還可用灌砂法和灌水法等。環(huán)刀法適用于一般粘性土，使用很普遍，蠟封法只是當土樣易碎裂，形狀不規(guī)則，難以切削時才采用。在此，我們只要求 環(huán)刀法。 三、 試驗儀器設備 1. 環(huán)刀：內(nèi)徑 68 23 2. 天平：稱重 500g，感量 3. 其它：切土刀，鋼絲鋸，卡尺，凡士林等。 四、 試驗步驟 1. 用卡尺測出環(huán)刀的內(nèi)徑（ d）和高度（ h），算出環(huán)刀的容積。（ V= dh/4）。 2. 稱環(huán)刀的質量 確至 3. 取原狀土或制備所需狀態(tài)的擾動土樣，整平其兩端，將環(huán)刀內(nèi)壁涂一薄層凡士林，刃口向下放在土樣上。 4. 用切土刀（或鋼絲鋸）將土樣削成略大于環(huán)刀直徑的土柱，然后將環(huán)刀垂直下呀，邊壓邊削，至土樣伸出環(huán)刀為止，將兩端余土削去修平，取剩余的代表性土樣測定含水量。 5. 擦凈環(huán)刀外壁稱其質量 確至 五、 成果整理 1. 按下式計算土的天然密度（ ）、干密度（ d） =(V d= /(1+ 2. 本試驗必須進行二次平行測定，其平行差值不得大于 結果取平均值。 實驗二 含水量試驗 一、 試驗目的及意義 測定土的含水量，即土在 105110 溫度下烘干至恒重時所失去的水份質量與達到恒重后干土質量的比值。其值用以與其它試驗配合計算土的干密度、孔隙比、飽和度以及其它物理指標，它也是土工建筑施工質量控制的依據(jù)。 二、 試驗方法及使用范圍 含水量試 驗可采用如下幾種方法：烘干法、酒精燃燒法、燒干法、比重法、實容積法。 本次試驗采用烘干法。它適用于有機物（泥炭、腐植質等）含量不超過干土質量 5%的土，如果土的有機質含量在 510%之間，依然允許采用本規(guī)程進行試驗，但需注明有機質含量。 三、 試驗儀器設備 1. 烘箱： 紅外烘干箱，可調(diào)范圍 20200 ； 2. 電子天平： ，稱 量 200g，感量 3. 稱量盒、干燥器。 四、 試驗步驟 1. 取代表性的試樣 1530g 放在稱量盒里，立即蓋好，稱盒加濕土質量，準確至 2. 打開盒蓋，將盒蓋套在盒子底下，一 起放入烘箱中，在溫度達到 105110 的狀態(tài)下烘至恒重，烘干時間一般為：砂土約 12h，粘制粉土約 68h，粘土約 10h。 3. 將烘好后的試樣同稱量盒一并放入干燥器內(nèi)冷卻至室溫。 4. 從干燥器內(nèi)取出土樣，蓋好盒蓋，稱其盒加干土重，準確至 含水量（ %） 允許平行差值 40 2 5. 依照上述步驟，每一個土樣需做兩次平行測定，取其算術平均值，允許平行誤差如上表所示。計算準確至 五、 成果整理 0=(m0/100 式中 0 含水量， %； 濕土質量， g； 干土質量， g。 實驗三 液、塑限試驗 一、 試驗目的及意義 細粒土由于含水量的不同，分別處于流動狀態(tài)、可塑狀態(tài)、半固體狀態(tài)和固體狀態(tài)，液限是細粒土呈可塑狀態(tài)的上限含水量，塑限是細粒土呈可塑狀態(tài)的下限含水量。本實驗目標就是測定細粒土的這兩個界限含水量，從而算出塑性指數(shù) 液性指數(shù) 據(jù)這些參數(shù)可以定出圖樣名稱，并確定其地基的允許承載力。 二、 試驗方法及使用范圍 本實驗采用光電式液、塑限儀聯(lián)合測定液、塑限，它適用于小于 粒組成的與有機質含量不 超過土顆粒干質量 5%的細粒土。 三、 試驗儀器設備 1. 光電式液、塑限聯(lián)合測定儀，其主要組成部分如下： 括錐體、微分尺、平衡裝置三部分?？傎|量為 76g 錐用不銹金屬材料加工而成，錐角為 30 2 ，微分尺量程為 22線距離為 頂端磨平，能被磁鐵平穩(wěn)吸住。 S 的顯示裝置。 2. 調(diào)土刀、篩（ 凡士林及其他的含水量試驗相同的儀器。 四、 試驗步驟 1. 將 天然含水量的土樣（也可用風干土制備）過 ，然后按下沉深度約為45910 1618圍制備不同稠度的土膏，靜置一段時間（視土吸收水分情況而定、一般 12 小時以上，課堂上時間有限，可即調(diào)即做）。 2. 將土膏用調(diào)土刀充分調(diào)拌均勻，密實地填入試樣杯中，應使空氣逸出。高出試樣杯的余土用刮土刀刮平，隨即將試樣杯放在儀器底座上。 3. 取圓錐儀，在錐體上涂以薄層凡士林，接通電源，使電磁鐵吸穩(wěn)圓錐儀。 4. 調(diào)節(jié)屏幕準線，使初始讀數(shù)于零位刻線處，調(diào)節(jié)升降座，使圓錐儀錐尖剛好接觸土面，圓錐儀就在自重作用下沉入土內(nèi) ，經(jīng) 5 秒測讀圓錐下沉深度。然后將試樣杯中的試樣取 10g 左右，測定其含水量。 5. 重復 2、 3、 4 步驟測試其余兩個試樣的圓錐下沉深度和相應含水量。 五、 成果整理 1. 1=(m0/100 式中： 1 含水量， %； 濕土質量， g； 干土質量， g。 計算到 2. 將三個含水量與相應的圓錐下沉深度繪于雙對數(shù)坐標紙上，三點連一直線。如果三點不在一直線上，通過高含水量的一點與其余兩點連兩根直線，在圓錐下沉深度為2查得相應的兩個含水量，如果差值不超過 2%，用平 均值的點與高含水量點作一直線。若含水量差值超過 2%應補作試驗。 3. 根據(jù)液限 L 和塑限 P 算出塑性指數(shù) P= )，然后根據(jù)有關規(guī)范定出土名。 實驗四 固結試驗 一、 試驗目的及意義 固結試驗是將天然狀態(tài)下原狀土樣或人工制備的擾動土樣置于金屬容器內(nèi)，在有側限和兩端面排水條件下加荷，測定土樣在外力作用下排水、排氣、氣泡壓縮性質的測試方法。根據(jù)單向變形與壓力（或孔隙比與壓力）的關系及變形與時間的關系可以計算出土的壓縮系數(shù)（ 壓縮指數(shù)（ 壓縮模量（ 體積壓縮系數(shù)（ 回彈指數(shù)（ 垂 直固結系數(shù)（ 及土的先期固結壓力（ 以評價地基土的壓縮性能，估算建筑物地基的最終沉降變形量，為工程設計提供依據(jù)。 二、 試驗方法及使用范圍 固結試驗分為常規(guī)固結試驗和快速固結試驗。均適用于一般粘性土。 常規(guī)固結試驗采用的變形結束標準是每級荷載作用時間為 24 小時； 快速固結試驗則規(guī)定每級荷載作用時間為一小時，僅要求最后一級荷載作用時間為 24小時，而根據(jù)最后一級荷載下的變形量校正前幾級荷載下的變形量。由于快速固結試驗節(jié)省時間，同時又能滿足一般精度要求，故常為生產(chǎn)單位采用。 本次試驗，我們只進行快速固結試驗 ，而且對回彈指數(shù)、固結系數(shù)、先期固結壓力不作要求，只測定土的一般壓縮性指標。 三、 試驗儀器設備 1. 三聯(lián)固結儀； 2. 百分表：精度 3. 天平：稱量 500g，感量 4. 烘箱、鋁盒、干燥器； 5. 秒表； 6. 切刀土、鋼絲鋸、毛玻璃、凡士林、濾紙、透水石等。 四、 試驗步驟 1. 按工程需要選擇 50或 30 切土環(huán)刀。環(huán)刀內(nèi)測涂一薄層凡士林，刃口向下放在原狀土或人工制備擾動土上（注意切取原狀土時，應使土樣受壓方向與天然土層方向一致）。 2. 先將土樣削成略大于環(huán)刀直徑的土柱，然后邊壓邊削，直到土樣露出環(huán)刀為止。再用鋼絲 鋸（對于軟土）或切土刀（對較硬或硬土）將環(huán)刀兩端余土削去并修平，擦凈環(huán)刀外壁。修平時，不得來回壓抹，以防擾動土樣。 3. 測定土樣密度，并在余土中去代表性土樣測定其含水量，用圓玻璃蓋住環(huán)刀兩端，以防水分蒸發(fā)。 4. 將帶環(huán)刀試樣，小心裝入護環(huán)，并在試樣兩端面放上濕濾紙，再裝入放有透水石（下）的固結容器內(nèi)，然后放上透水石（上）和加壓上蓋，置于加壓框架下，對準加壓框架正中，安裝百分表。 5. 為保證試樣與儀器上下各部件間接觸良好，應施加 1預壓荷重（將兩個掛鉤置于砝碼盤上），然后調(diào)整百分表，使指針讀數(shù)為零。 6. 一般工程加荷等級采用： 25， 50， 100， 200， 400， 800， 1600， 3200后一級荷載應大于土層的自重壓力與附加壓力之和的 200300于一些特殊要求的試驗，如高層建筑、重型廠房、海洋工程等，加荷等級可采用： 25， 50， 100，200， 300， 400， 600， 800， 1600， 3200， 要時增加到 6400 10000次試驗，受時間限制，加荷等級?。?50， 100， 200， 300， 400 7. 施加第一級 50載時，應減去預壓荷載。 試驗過程中應始終保持加荷杠桿的水平，隨時觀察水平氣泡是否居中，否則，逆時針調(diào)節(jié)手輪。 8. 如系飽水試樣，則在施加第一級荷載后，立即向水槽注水至滿。如系非飽水試樣，須用濕棉紗或海綿圍住加壓蓋板四周，避免水分蒸發(fā)。 9. 每級荷載作用時間為一小時，僅最后一級荷載作用時間為 24 小時。 10. 試驗結束后，迅速卸荷并拆除儀器各部件，取出帶環(huán)刀試樣。如系飽水試樣，則用干濾紙吸去兩端表面水分，測定其含水量。 11. 儀器變形校正。以與式樣相同大小的金屬塊代替試樣放入容器中，象對土的固結試驗一樣加載進行試驗，即可測得不同荷載下儀器的變形量。（由試 驗室直接提供） 五、 成果整理 1. 按下式計算各級荷載下的校正后總變形量： hi)t(hn)t=K(hi)t 式中： 某級荷載下校正后的總變形量， (hi)t 某級荷載下壓縮一小時的總變形量減去該荷載下儀器的變形量， (hn)t 最后一級荷載下壓縮一小時的總變形量減去該荷載下的儀器變形量， ( 最后一級荷載下變形結束后的總變形量減去該荷載下的儀器變形量， K 校正系數(shù)（ K=(hn)t）。 2. 計算下列指標 1） 初始空隙 )00 各級荷載下的單位沉降量 010 h hS ii mm/m 3） 各級荷載下壓縮穩(wěn)定后土的孔隙比 00 )1( 或： 1000)1( 00 4） 某荷載范圍內(nèi)的壓縮系數(shù) 11 10P 1()( 某一荷載范圍內(nèi)的壓縮模量 Es S 11或 eE 1 以上各計算式中的符號意義 土粒比重； w 實驗溫度下水的密度（ g/； 0 初始含水量（ %）； 0 初始密度（ g/； 初始孔隙度比； 試樣初始高度（ 某一荷載下的孔隙比； 某一荷載值（ 某一荷載下單位沉降量（ mm/m）； 壓縮系數(shù)（ 1/ 壓縮模量（ 3. 以孔隙比 載壓力 制 縮曲線。 實驗五 直接剪切試驗 一、 試驗目的及意義 在外部荷載作用下土體內(nèi)部發(fā)生土粒間相對滑動，而引起土的一部分對另一部分的相對滑動。我們將土體抵抗這種破壞時所承受的最大剪應力稱為抗剪強度。 本試驗的目的就是通過應變式直剪儀模擬土受剪破壞時應力和工作條件測定土的抗剪強度，再根據(jù) 線來確定抗剪強度參數(shù)：內(nèi)摩擦角和內(nèi)聚力 C，它們之間的關系近似地服從庫侖定律： S=C（式中 S 即 土的抗剪強度參數(shù)是研究土體穩(wěn)定性的一個重要力學性質指標，是合理地確定地基土的允許承載力，預測及驗算邊坡、擋土結構物的穩(wěn)定性所必需的力學指標。 二、 試 驗方法及使用范圍 直接剪切試驗按受力情況分三種方法：快剪（ q），固結快剪（ 慢剪（ S）。 快剪試驗是在試樣上施加垂直壓力后，立即施加水平剪切力，即不固結、不排水剪。它用于在土體上施加荷重和剪切過程中都不發(fā)生固結和排水作用的情況。 固結快剪與快剪不同之處僅在于施加了規(guī)定的垂直壓力后，不是立即剪，而是先固結穩(wěn)定，再施加水平剪切力。它適用于土體在施加垂直荷重下達到完全固結，但剪切過程中不產(chǎn)生排水固結作用的情況。 慢剪試驗是在試樣上施加垂直壓力的過程中均應使試樣排水固結。它適用于土體在荷重作用下，完全固結穩(wěn)定 ，而剪切過程中孔隙水壓力和含水量的變化與剪應力的變化相適應的條件。 本試驗采用快剪法。 三、 試驗儀器設備 1. 應變式電動、手搖直剪儀，型號為 2. 其他：環(huán)刀（內(nèi)徑 2削土刀、鋼絲鋸、秒表、蠟紙（或塑料膜）。 四、 試驗步驟 1. 按工程需要，取原狀土樣或制備給定狀態(tài)的擾動土樣四個。 2. 對準上下盒，插入固定銷。在下盒內(nèi)放入透水石，上覆蠟紙或塑料膜一張。將裝有試樣的環(huán)刀平口向下，對準剪切盒口，在試樣上放塑料膜、透水石，然后將試樣徐徐推入剪切盒內(nèi)，移去環(huán)刀，依次加上蓋板、鋼珠，將剪力盒置于儀器上。 3. 轉動 手輪，使上盒前端鋼珠剛好與量力環(huán)接觸。調(diào)整量力環(huán)中的量表讀數(shù)為零。加上壓力框架，測記起始讀數(shù)。 4. 施加垂直荷載：四個試樣分別在四級不同的垂直壓力下進行剪切試驗。四級垂直壓力由現(xiàn)場預期的最大壓力決定，一般可采用 100、 200、 300、 400一級荷載都配有相應的砝碼，見下表： 垂直荷載所加砝碼對應表 垂直荷載（ 砝碼重量（ 砝碼數(shù)量 備注 50 框架杠桿自重加掛盤 加砝碼需累計。例：加垂直荷載 200。 架、桿、盤重 +2+2=200載 。 100 200 300 400 5. 施加壓力后，立即拔去固定銷，開動秒表，以每分鐘 4均勻速率旋轉手輪，使試樣在 3剪損，如量力環(huán)中量表指針不再前進，或有顯著后退，表示試樣已剪損。但一般宜剪至剪切變形達到 4量表指針繼續(xù)前進，則剪切變形應達到 6止，手輪每轉一轉，同時測記量力環(huán)量表讀數(shù)，直到剪損為止。 6. 剪切結束后，倒轉手輪，盡快卸去垂直壓力，用搭鉤將加壓杠桿鉤上，并依次移去加壓框架、鋼珠、加壓蓋板及剪切盒等。取出試樣 ，擦凈剪切盒內(nèi)外。更換新試樣，按上述步驟分別完成各級垂直壓力下的剪切試驗。 五、 成果整理 1. 剪切力及剪切位移的計算 = L=20中： 剪應力， C 量力環(huán)率定系數(shù)； R 量力環(huán)量表讀數(shù)， L 剪切位移，