第四章士的力學(xué)性質(zhì)

一擊實(shí)試驗(yàn)

擊實(shí)一一使土變密實(shí)，強(qiáng)度提高

原理：施加能量，使土重新排列。粗粒土：咬合力

（現(xiàn)場(chǎng)施工）：分層填土，分層夯壓。壓實(shí)區(qū)域重疊

細(xì)粒土：分子引力

最大干密度，最優(yōu)含水率H勺概念

原因：水（水少水多都不好，到達(dá)最優(yōu)含水率）

擊實(shí)功（在一定程度內(nèi)，擊實(shí)功大，最大干密度大，最優(yōu)含水率小）

壓實(shí)機(jī)械

土粒級(jí)配的影響

由實(shí)試驗(yàn)類(lèi)型

輕型擊實(shí)：W20mm

重型：W40

制樣

干法：

I）試樣風(fēng)干或在低于50°C溫度下烘干，將土碾碎，過(guò)篩。

2）按試樣H勺塑限估計(jì)最優(yōu)含水率，在最優(yōu)含水率附近相差約2%H勺含水率制

備至少5個(gè)，其中2個(gè)含水率不小于塑限、2個(gè)不不小于塑限、1個(gè)靠近塑限。

3）灑水拌和均勻，靜置備用。高塑性黏性土靜置時(shí)間不得不不小于24h,低

塑性黏性土不應(yīng)不不小于12h。

2濕法：過(guò)篩后風(fēng)干到至少五個(gè)含水率

擊實(shí)

分3次或5次倒入筒中，每次按規(guī)定次數(shù)擊實(shí)。算好擊實(shí)后試樣高，擊完后

余土局。

公式

5.1按下式計(jì)算擊實(shí)后各點(diǎn)的干密度：

P

Pd=-----------

1+O.Olw

含水率M%)

單向固結(jié)試驗(yàn)

原理

土體日勺壓縮由孔隙減少產(chǎn)生：飽和土日勺壓縮需要一定期間（滲流固結(jié)）

有效應(yīng)力原理：1.飽和土體內(nèi)總應(yīng)力等于有效應(yīng)力和孔隙水

壓力之和，其間關(guān)系總是滿(mǎn)足：。=。'+R

2.有效應(yīng)力決定土的變形（壓縮）與強(qiáng)度

先期固結(jié)壓力：土在地質(zhì)歷史上曾經(jīng)受過(guò)的最大固結(jié)壓力。

先期固結(jié)壓力與上覆土層自重H勺比較：超固結(jié)土，正常固結(jié)土，欠固結(jié)土

壓縮性指標(biāo)：/

壓縮系數(shù)：

壓縮模量：

壓縮指數(shù)：

試驗(yàn)環(huán)節(jié)：

/

（I）裝試樣：切好的環(huán)刀.外涂凡士林，刀口向下。

(2)在容器內(nèi)順次放上底板、濕潤(rùn)的濾紙和透水石，然后放入加壓導(dǎo)環(huán)和

傳壓活塞。調(diào)整杠桿使之水平。///

(3)施加預(yù)壓：為保證壓縮儀各部位接觸良好，施加IkPa的預(yù)壓荷重，裝好

百分表，然后調(diào)整量表讀數(shù)至零處。

(4)去掉預(yù)壓荷載，立即加第一級(jí)荷載并開(kāi)動(dòng)秒表，荷重等級(jí)一般為50、

100、200、300、400kPa,

(5)試驗(yàn)結(jié)束后迅速拆除儀器各部件，取出試樣，必要時(shí)測(cè)定試驗(yàn)后H勺含水

率。

注意：

1)如系飽和試樣，應(yīng)在施加第一級(jí)荷重后，立即向壓縮容器注滿(mǎn)水。如系非

飽和試樣，需用濕棉紗圍住加壓蓋板四面，防止水分蒸發(fā)。

2)

4.7如需測(cè)定沉降速率、固結(jié)系數(shù)等指標(biāo),一般按Os、15s、lmin、2min、4min、6min、9min、

12min、16min、20min、25min、35niin、45niin、60min、90min、2h、4h、1Oh、23h、24h，至穩(wěn)定為止°

固結(jié)穩(wěn)定的標(biāo)準(zhǔn)是最后lh變形量不超過(guò)0.01mm。

當(dāng)不需測(cè)定沉降速度時(shí)，則施加每級(jí)壓力后24h,測(cè)記試樣高度變化作為穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)。

/推導(dǎo)這個(gè),看需要哪些指標(biāo)。

按下式計(jì)算單位沉降量:

加二個(gè)

x1000

5.3按下式計(jì)算各級(jí)荷載下變形穩(wěn)定后的孔隙比6工

Si

ei=-(1+6)x〔

按下式計(jì)算某一荷載范圍的壓縮系數(shù)d：

ee

i~~i+1(Sj+|—Sj)(l+CQ)/1000

a=------------="

vPi+i-PiPi+i-Pi

2

c=0.848h(T0137-8)

,90

式中：Cv—固結(jié)系數(shù)(cnf/s),計(jì)算至三位有效數(shù)字；

%??；尼(T0137-9)

h―計(jì)算至0.01,即等于某一荷載下試樣初始與終了高度的平均值之半。

固結(jié)度達(dá)90%所需的時(shí)間應(yīng)

推導(dǎo)公式

假設(shè)固體體積不變并且為1,有。，也就是說(shuō)，，

由，可以推出

可以推出規(guī)范公式。壓縮模量H勺推導(dǎo)類(lèi)似

直接剪切試驗(yàn):

土常常由于受剪而產(chǎn)生破壞，強(qiáng)度問(wèn)題一般是指抗剪強(qiáng)度問(wèn)題

與強(qiáng)度有關(guān)H勺三類(lèi)工程問(wèn)題：邊坡穩(wěn)定，地基承載力，擋土構(gòu)造的土壓力

/強(qiáng)度指標(biāo)：C,

C：水膜與相鄰?fù)亮Ｈ丈追肿右Γz結(jié)物膠結(jié)

:砂粒間摩擦阻力和鎖固作月

試驗(yàn)環(huán)節(jié)：

制樣：

1.將環(huán)刀內(nèi)側(cè)涂上一層凡士林，刀刃相下放在土樣上。

2.用刮土刀將環(huán)刀均勻壓入土樣，高出環(huán)刀上沿l-2mm為宜，然后用鋼絲鋸

和刮土刀將土樣兩端刮平。

開(kāi)始試驗(yàn)

1.對(duì)準(zhǔn)上下剪切盒，插上銷(xiāo)釘，下放濾紙，透水石，將土樣放入盒內(nèi)。

2.試樣裝好后，轉(zhuǎn)動(dòng)手輪，使上盒前端與測(cè)力計(jì)接觸。順次加上加壓蓋、鋼

珠、加壓架。記下初始讀數(shù)

3.根據(jù)試驗(yàn)設(shè)計(jì)施加垂直壓力，注水，假如非飽和，包上濕棉花。

4.施加垂直荷載后，立即拔去銷(xiāo)釘開(kāi)動(dòng)秒表，以0.8mm/min的速率剪切土樣

5.當(dāng)百分表讀數(shù)不變或后退，繼續(xù)剪切至4mm。假如測(cè)力計(jì)百分表無(wú)峰值,

剪切至6mm

6.試驗(yàn)結(jié)束后，測(cè)定含水率。

5.1剪切位移按下式計(jì)算:

△Z=20n一R

式中:△/——剪切位移(0.01mm),計(jì)算至0.1;

"一一手輪轉(zhuǎn)數(shù)；

R——百分表讀數(shù)。

5.2剪應(yīng)力按下式計(jì)算：

r=CR

式中：下——剪應(yīng)力(kPa),計(jì)算至0.1;

C——測(cè)力計(jì)校正系數(shù)(kPa/0.01mm)。

5.3以剪應(yīng)力T為縱坐標(biāo)，剪切位移△/為橫坐標(biāo)，繪制T一△/的關(guān)系曲線(xiàn)，如圖T

0142-2o

5.4以垂直壓力p為橫坐標(biāo)，抗剪強(qiáng)度S為縱坐標(biāo)，將每一試樣的抗剪強(qiáng)度點(diǎn)繪在坐

標(biāo)紙上，并連成一直線(xiàn)。此直線(xiàn)的傾角為摩擦角夕，縱坐標(biāo)上的截距為凝聚力c,如圖

T01S3所示。

弱切變形A/(0.01mm)

3.0

(

W

t

O

2.0

一

)

S

盟

軍

留1.0

記

1

1.02.03.04.0

垂直壓力p(l^kPa)

試驗(yàn)措施

快剪：還沒(méi)有來(lái)得及同結(jié)就被迅速剪壞剪壞

固結(jié)快剪：充足排水之后迅速剪壞

慢剪：充足排水后慢速剪壞

三個(gè)試驗(yàn)得出口勺強(qiáng)度指標(biāo)不一樣

怎樣選擇：土的滲透性，現(xiàn)場(chǎng)的排水條件，施工的快慢進(jìn)度,

三軸試驗(yàn)：

直剪試驗(yàn)H勺缺陷，三軸試驗(yàn)?zāi)M實(shí)際H勺受力狀態(tài)

試驗(yàn)措施：

兩個(gè)階段：加圍壓，加軸壓

不固結(jié)不排水：施加同壓和施加軸壓的時(shí)候都不排水

固結(jié)不排水：施加圍壓排水，施加軸壓不排水

固結(jié)排水：從始至終排水/

無(wú)側(cè)限抗壓試驗(yàn)

制樣:

試件直徑和高度應(yīng)與重塑筒直徑和高度相似，?股直徑為40?50nun,高為

100?120mm.試件高度與直徑之比應(yīng)不小于2,按軟土的軟硬程度采用2.0?

2.5。

開(kāi)始試驗(yàn)

1.將切削好的試件立即稱(chēng)量，精確至0.1g。同步取切削下口勺余土測(cè)定含水

率。用卡尺測(cè)量其高度及上、中、下各部位直徑，計(jì)算其平均直徑D。。

5+2。2+。3

Do=4

式中：Do—試件平均亙徑(cm);

DI、D?、D3——試件上、中、下各部位的直徑(cm)。

2.在試樣兩端抹一薄層凡士林，如為防止水分蒸發(fā)，試件側(cè)面也可抹一層薄

凡士林。

3.將制備好的試件放在應(yīng)變控制式無(wú)側(cè)眼抗壓強(qiáng)度儀下加壓板上，轉(zhuǎn)動(dòng)手輪,

使其與上加壓板剛好接觸，調(diào)測(cè)力計(jì)百分表讀數(shù)為零點(diǎn)。

4.以軸向應(yīng)變1%/min?3%/min的速度轉(zhuǎn)動(dòng)手輪(0.06~0.12mm/min)，使

試驗(yàn)在8?2()min內(nèi)完畢。

5.應(yīng)變?cè)?%發(fā)前，每0.5%應(yīng)變記讀百分表讀數(shù)一次；應(yīng)變達(dá)3%后來(lái)，每

1%應(yīng)變記讀百分讀數(shù)一次。

6.當(dāng)白分體現(xiàn)到峰值或讀數(shù)到達(dá)穩(wěn)定，再繼續(xù)剪3%?5%應(yīng)變值即可停止試

驗(yàn)。如讀數(shù)無(wú)穩(wěn)定值，則軸向應(yīng)變達(dá)20%時(shí)即可停止試驗(yàn)。

7.試驗(yàn)結(jié)束后,迅速反轉(zhuǎn)手輪，取下試件，描述破壞狀況。

8.若需測(cè)定敏捷度，則將破壞后的試件去掉表面凡士林，再加少許土，破壞其

構(gòu)造，放入重塑筒內(nèi)，與重塑前尺寸相等，然后立即反復(fù)試驗(yàn)環(huán)節(jié)進(jìn)行試驗(yàn)。

△h=?△￡一R

式中：J——軸向應(yīng)變(％)；

九o試件起始高度(cm);

△A——軸向變形(cm);

n——手輪轉(zhuǎn)數(shù)；

△L——手輪每轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)，下加壓板上升高度(cm);

R——百分表讀數(shù)(cm)。

5.2按下式計(jì)算試件平均斷面積：

44

兒=口：

式中:Aa——校正后試件的斷面積(cir?)；

心——試件起始面積(err?)。

5.3應(yīng)變控制式無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度儀上試件所受軸向

應(yīng)力按下式計(jì)算：

(T0148-5)

Aa

式中:。——軸向壓力(kPa);

C---測(cè)力計(jì)校正系數(shù)(N/0.01mm);

R----百分表讀數(shù)(0.01mm);

兒—校正后試件的斷面積(cn?)。

5.5按下式計(jì)算靈敏度尉：

c

t-q：

式中Hu——原狀試件的無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度(kPa);

q\——重塑試件的無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度(kPa)o

CBR試驗(yàn)

按擊實(shí)所得最佳含水量制備CBR試件;

1）稱(chēng)量試筒自身質(zhì)量（ml）,將試筒固定在底板上，放入墊塊、濾紙，安上

套環(huán)。

2）將試料按規(guī)定H勺層數(shù)和每層擊數(shù)擊實(shí)，求試料H勺最大干密度和最佳含水

量。

3）將其他3份試料按最佳含水量制備三個(gè)試件。試料加水浸潤(rùn)時(shí)間，重粘

土不少于24h,輕粘土12h,砂土lh,天然砂礫2h,取料測(cè)定每個(gè)試件的含水/

量。

4）取備好H勺試料分3-5次倒入筒內(nèi)（視最大粒徑而定），五層法時(shí)每層試

樣約900g（細(xì)粒土）-1100g（粗粒土）；按三層法，每層試樣1700g左右。

（其量應(yīng)使擊實(shí)后試件高出1/3筒高。擊實(shí)時(shí)錘應(yīng)自由垂直落下，錘跡

均g分布士試樣表面上。擊實(shí)時(shí)每層表面應(yīng)“拉毛”。大試筒擊實(shí)后，試樣不適

宜高出筒高5mm。

5）修平擊實(shí)試件，稱(chēng)取試筒和試樣日勺質(zhì)量（m2）。

試件頂面加承載板浸水四晝夜；試件加了承載板后來(lái)試筒口勺頂面，離水面的

高度應(yīng)保持在大概25mm以上。泡水測(cè)膨脹量環(huán)節(jié)：

1）在試件表面放一張好濾紙，安裝多孔板和荷載板，試件放入干水槽中，用

拉桿將模具拉緊，安裝百分表，讀取初讀數(shù)。

2）向槽內(nèi)放水，浸沒(méi)試件頂部，保持水面在試件頂上約25mm,泡水4晝

夜。/

3）泡水終了，讀取百分表終讀數(shù)，計(jì)算膨脹量

4）取出試件，靜置15min排水，卸去附加荷載、多孔板、底板、濾紙，并稱(chēng)

量（m3）o

做貫入試驗(yàn)：

1）試件放在路強(qiáng)儀升降臺(tái)上，使貫入桿與試件頂面全面接觸，放上荷載

2）先在貫入桿上施加45N荷載，然后將測(cè)力和測(cè)變形的百分表的指針調(diào)至

零點(diǎn)。

3)加荷使貫入桿以1-1.25mm/min的J速度壓力試件，記錄測(cè)力計(jì)內(nèi)百分表某

些整讀數(shù)(如20,40,60)時(shí)的貫入量，使貫入量為250X10-2mm時(shí)有5個(gè)以上

讀數(shù)?？傌炄肓繎?yīng)超過(guò)7mm;

O單位壓力(kPa)

e

E

)

Y涮

te

圖T0134>6單位壓力與貫入量的關(guān)系曲線(xiàn)

CBR=^,xl00(T0134-3)

式中:CBR——承載比(%)，計(jì)算至0.1;

p---單位壓力(kPa)o

同時(shí)計(jì)算貫入量為5mBi時(shí)的承載比：

CBR;溫^xlOO(T0134-4)

如貫入量為5mm時(shí)的承載比大于2.5mm時(shí)的承載比，則試驗(yàn)應(yīng)重做。如結(jié)果仍然如

此,則采用5mm時(shí)的承載比。

5.3試件的濕密度用下式計(jì)算：

瓶2-fTl\

P二下方

式中；p—試件的濕密度(g/crr?),計(jì)算至opi；

利——試筒和試件的合質(zhì)量(g)；

四----試筒的質(zhì)量(g)；

2177——試筒的容積(cn?)。

概述

土口勺形成：物理風(fēng)化，化學(xué)風(fēng)化，生物風(fēng)化

三相構(gòu)成：固液氣

固態(tài)：無(wú)機(jī)礦物（原生礦物一一巖漿冷凝形成，次生礦物），有機(jī)質(zhì)

液相：氣態(tài)，液態(tài)水（礦物顆?？谏姿V物表面的水），固態(tài)水

結(jié)合水：強(qiáng)弱

自由水：毛細(xì)水，重力水

物理性質(zhì)指標(biāo)：

三大試驗(yàn)指標(biāo)：密度，比重，含水率

含水率試驗(yàn)：

原理：

烘干法：各類(lèi)土質(zhì)

酒精法：不適合有機(jī)質(zhì)，含鹽量較多的土，重黏土（粘粒占比很大）

比重法：只適合砂土

密度試驗(yàn)

環(huán)刀法，蠟封法，灌砂法，灌水法

比重試驗(yàn)

比重公式：。

可以理解為阿基米德原理,拌水體積等于物體所占的體積，也就是物體所受到的浮力。

比重瓶法:

1、將比重瓶烘干，將15g烘干土裝入100mL比重瓶?jī)?nèi)（若用50mL比重瓶,

裝烘干土約12g）,稱(chēng)量。

2.為排出土中空氣，將已裝有干土的比重瓶，注蒸鏘水至瓶的二分之一處，搖

動(dòng)比重瓶，土樣浸泡20h以上，再將瓶在砂浴中煮沸，煮沸時(shí)間自懸沸騰時(shí)算起，

砂及低液限黏土應(yīng)不少于30min,高液限黏土應(yīng)不少于lh,使土粒分散。注意沸

騰后調(diào)整砂浴溫度，不使土液溢出瓶外。

3.如系長(zhǎng)頸比重瓶，用滴管調(diào)整液面恰至刻度處（以彎月面下緣為準(zhǔn)），擦

干瓶外及瓶?jī)?nèi)壁刻度以上部分口勺水，稱(chēng)瓶、水、土總質(zhì)量。如系短頸比重瓶，將

純水注滿(mǎn)，使多出水分自瓶塞毛細(xì)管中溢出，將瓶外水分擦干后，稱(chēng)瓶、水、土總

質(zhì)量，稱(chēng)量后立即測(cè)出瓶?jī)?nèi)水日勺溫度，精確至0.5℃。

4.根據(jù)測(cè)得的溫度，從已繪制的I溫度與瓶、水總質(zhì)量關(guān)系曲線(xiàn)中查得瓶水總

質(zhì)量。

5.如系砂土，煮沸時(shí)砂粒易跳出，容許用真空抽氣法替代煮沸法排出土中空

氣。

6、對(duì)具有某一定量口勺可溶鹽、不親性膠體或有機(jī)質(zhì)的土，必須用中性液體

(如煤油)測(cè)定，并用真空抽氣法排出土中氣體。真空壓力表讀數(shù)宜為lOOkPa,

抽氣時(shí)間l-2h(直至懸液內(nèi)無(wú)氣泡為止)

式中：Gs—土的比重,計(jì)算至0.001;

乙——干土質(zhì)量(g);

m\----瓶、水總質(zhì)量(g)；

m2-一瓶、水、土總質(zhì)量(g)；

Gwt——，七時(shí)蒸謠水的比重(水的比重可查物理手冊(cè))，準(zhǔn)確至。

，6-〃4等于與土同等體積口勺水口勺質(zhì)量減去同體積土的質(zhì)量（也就是干土的質(zhì)

量）

浮稱(chēng)法分母，/指試樣被稱(chēng)出來(lái)口勺質(zhì)量，根據(jù)受力平衡，實(shí)際重量=浮力+被稱(chēng)

出來(lái)的質(zhì)量。因此浮力等于/。

浮力法：為在水里的金屬網(wǎng)籃和試樣的總質(zhì)量，是金屬網(wǎng)籃的浮力質(zhì)量，根

據(jù)受力平衡，分母相減只剩余試樣口勺浮力。注意這個(gè)措施能直接稱(chēng)出浮力，和浮

稱(chēng)法不一樣樣。

虹吸法：指H勺是量筒中的水，指晾干后殘留H勺水，分母指H勺是土中固體排水

日勺質(zhì)量，也就是浮力。

顆粒分析試驗(yàn)

不小于0.075mm的土粒采用篩分法，反之用沉降分析法（密度計(jì)法，移液管

法）。

斯篤克斯定律：土靠自重下沉，越重下沉速度越快

劃分粒組：任意劃分和性質(zhì)變化劃分

粒度成分表達(dá)措施：表格法，合計(jì)曲線(xiàn)法，三角坐標(biāo)法。

"=J(1-3)

?10

C一四

(1-4)

式中，及4。分別相當(dāng)于小于某粒徑土重累計(jì)百分含量為60%、30%及：0%

對(duì)應(yīng)的粒徑，分別稱(chēng)為限制粒徑、中值粒徑和有效粒徑，對(duì)一種土顯然有

的關(guān)系存在。

效判定土的級(jí)配好壞。當(dāng)?shù)[類(lèi)土或砂類(lèi)土同時(shí)滿(mǎn)足最25和C=1?3兩個(gè)條件

時(shí)，則為良好級(jí)配礫或良好級(jí)配砂；如不能同時(shí)滿(mǎn)足，則為級(jí)配不良。

黏土

粉質(zhì)黏土

砂質(zhì)黏土

相對(duì)密度試驗(yàn)

最大孔隙比測(cè)定：

（1）取代表性試樣1.5kg,充足風(fēng)干（或烘干），用手搓揉或用木棒在橡皮

板上碾散，并拌和均勻。

（2）將錐形塞桿自漏斗下口穿入，并向上提起，逆錐體堵住漏斗口一并放入

體積1000mLH勺量筒中，使其下端與量筒底相接。

（3）稱(chēng)取試樣700克，精確至1克，均勻倒入漏斗，將漏斗與塞桿同步提高,

移動(dòng)塞桿使錐略離開(kāi)管口，管口應(yīng)常常保持高出砂面約1-2厘米，使試樣緩緩均

勻分布地落入量筒中。

（4）試樣所有落入量筒后，取出漏斗與錐形塞，用砂面修平，勿使量筒振動(dòng),

然后測(cè)讀砂樣體積，估讀至5立方厘米。

（5）以手掌或橡皮塞堵住筒口，將量筒倒轉(zhuǎn)，然后迅速轉(zhuǎn)回原

來(lái)位置，如此反復(fù)幾次，記下體積H勺最大值，估計(jì)至立方厘米。

（6）取上述兩種措施測(cè)得H勺較大體積值，計(jì)算最大孔隙比。

最小孔隙比試驗(yàn)：

（1）取代表性試樣4公斤，充足風(fēng)干（或烘干），用手搓揉或用木棒在橡

皮板上碾散，并拌和均勻。

（2）分三次倒入容器進(jìn)行振擊，先取上述試樣600-800克（其數(shù)量應(yīng)使振

擊后的體積略不小于容器容積的1/3,倒入1000立方厘米容器內(nèi)，用振動(dòng)儀以每

分鐘個(gè)各150-200次口勺速度拍打容器兩側(cè)，并在同一時(shí)間內(nèi)，用擊錘于試樣表面

每分鐘擊20-60次，直至砂樣體積不變?yōu)橹梗ㄒ话憔€(xiàn)5-10分鐘），拍打時(shí)要有

足夠的力量使試樣處在振動(dòng)狀態(tài)，振擊實(shí)，粗砂可用少擊數(shù)，細(xì)砂應(yīng)用較多擊

數(shù)。

（3）按上述環(huán)節(jié)進(jìn)行第二次振動(dòng)和錘擊，第三次加土?xí)r應(yīng)加套環(huán)。

（4）最終一振畢，取下環(huán)套，用修土刀齊平容器頂面削去多出試樣，稱(chēng)重，精

確至1克，計(jì)算其孔隙比。

m

Pdmin=y

〃ma

Pdmax=17

-min

^max—八L

Pdmin

PwG§1

Cnun二八-1

，dmax

nCmax—60

u=一

T^niax-^min

按相對(duì)［密］實(shí)度〃劃分砂

土密實(shí)度表1-5

密實(shí)度「密實(shí)中密松散