1、第二章 室內(nèi)試驗,土體的室內(nèi)試驗（Laboratory Soil Test）也叫室內(nèi)土工試驗，包括土的物理性質(zhì)指標(biāo)的測定、土的力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)的測定、土的動力特性試驗、粘土礦物分析等等。 巖石的室內(nèi)試驗（Laboratory Rock Test）包括巖石水理性質(zhì)試驗、巖石強(qiáng)度和變形試驗、巖石結(jié)構(gòu)面抗剪強(qiáng)度試驗、巖石軟弱夾層剪切蠕變試驗、巖石點荷載強(qiáng)度試驗等等。,第一節(jié) 土的物理性質(zhì)試驗,一、顆粒分析試驗 d0.075mm的各粒組采用篩分法；d0.075mm的各粒組采用密度計法和移液管法。,篩分法,用一套孔徑不同的篩子，按從上至下篩孔逐漸減小放置。將事先稱過質(zhì)量的烘干土樣過篩，稱出留在各篩上的土質(zhì)量

2、，然后計算其占總土粒質(zhì)量的百分?jǐn)?shù),比重計法,利用不同大小的土粒在水中的沉降速度不同來確定小于某粒徑的土粒含量,表2-3 顆粒分析成果表,表2-2 顆粒分析成果表,顆粒分析成果整理,土的不均勻系數(shù)Cu Cu=d60/d10 Cu5的土稱為級配良好的非均粒土。 土的曲率系數(shù)Cc Cc=13時，為級配連續(xù)； Cc 3時，級配不連續(xù)。,二、三相實測指標(biāo)的試驗,土粒比重 土的密度 含水量 含義？工程應(yīng)用？如何測試？,測定土粒密度（比重）：比重瓶法,測定土的密度：環(huán)刀法,環(huán)刀的容積V=60cm3； 環(huán)刀的質(zhì)量m1； 環(huán)刀和土的質(zhì)量m2；,測定土的含水量：烘干法,稱量盒質(zhì)量m0； 稱量盒加濕土質(zhì)量m1； 稱

3、量盒加干土質(zhì)量m2；,三、液、塑限試驗,液限、塑限？ 工程應(yīng)用？如何測定？ 土工試驗方法標(biāo)準(zhǔn)（GB/T50123-1999）8 界限含水率試驗,1、液、塑限聯(lián)合測定法,適用于粒徑小于0.5mm，有機(jī)質(zhì)含量不大于試驗總質(zhì)量5%的土 圓錐76g、30錐角、試樣杯內(nèi)徑40mm，高度30mm。 放錐在自重作用下下沉，5s后測下沉深度，并取錐體附近土樣測含水率 再加水或吹干，調(diào)勻，重復(fù)測定，不少于3次（宜為34mm、79mm、1517mm）,測定粘性土的液塑（錐式液限儀）,0.75N，錐角30，錐體下沉深度為10mm，所對應(yīng)的含水量為粘性土的液限（放錐5秒）,液限試驗,水利部門,據(jù)工程地質(zhì)手冊第四版 圓

4、錐儀法聯(lián)合測定土的液限、塑限。 將土制備成不同含水量，分別控制圓錐儀下沉深度為45、910、1618范圍內(nèi)，記錄下沉量及其相應(yīng)含水量。繪制圓錐下沉深度與含水量的關(guān)系曲線。 圓錐儀（76g、30錐尖角）下沉深度為17mm處的相應(yīng)含水量為液限，下沉深度為2mm的相應(yīng)含水量為塑限。,圓錐下沉深度與含水率關(guān)系曲線,下沉深度為17mm所對應(yīng)的含水率為液限 下沉深度為10mm所對應(yīng)的含水率為10mm液限 下沉深度為2mm對應(yīng)的含水率為塑限,細(xì)粒土塑性圖（Cassagrand plasticity chart）,土的工程分類標(biāo)準(zhǔn)（ GBT 50145-2007 ）,圓錐儀（質(zhì)量為76g、錐尖角為30）下沉深

5、度為17mm處的相應(yīng)含水量為液限,2、蝶式儀液限試驗,適用于粒徑小于0.5mm的土 1 、 將制備好的樣調(diào)拌均勻，鋪于銅碟前半部，并刮成水平，使試樣中心厚度為10mm，用開槽器經(jīng)蝸形輪的中心沿銅碟直徑將試樣劃開，形成V形槽。,2、蝶式儀液限試驗,2、以2轉(zhuǎn)/s的速度轉(zhuǎn)動搖柄，使銅碟反復(fù)起落，墜擊于底座上，數(shù)記擊數(shù)，直至槽底兩邊試樣的合攏長度為13mm時，記錄擊數(shù)，并在槽的兩邊取試樣不應(yīng)少于10g，放入稱量盒內(nèi)，測定含水率。 3、對加不同水量的試樣（宜為45個），重復(fù)測試 注：槽底試樣合攏所需要的擊數(shù)宜控制在1535之間,擊次為25所對應(yīng)的整數(shù)含水率為試樣的液限,3、滾搓法塑限試驗,適用與粒徑小

6、于0.5mm的土 所用設(shè)備： 毛玻璃板：尺寸宜為200mm300mm。 卡尺：分度值為0.02mm。,3、滾搓法塑限試驗,1 取0.5mm篩下的代表性試樣100g，放在盛土皿中加純水拌勻，濕潤過夜。 2 將制備好的試樣在手中揉捏至不粘手，捏扁，當(dāng)出現(xiàn)裂縫時，表示其含水率接近塑限。 3 取接近塑限含水率的試樣810g，用手搓成橢圓形，放在毛玻璃板上用手掌滾搓，滾搓時手掌的壓力要均勻地施加在土條上，不得使土條在毛玻璃板上無力滾動，土條不得有空心現(xiàn)象，土條長度不宜大于手掌寬度。 4 當(dāng)土條直徑搓成3mm時產(chǎn)生裂縫，并開始斷裂，表示試樣的含水率達(dá)到塑限含水率。當(dāng)土條直徑搓成3mm時不產(chǎn)生裂縫或土條直徑

7、大于3mm時開始斷裂，表示試樣的含水率高于塑限或低于塑限，都應(yīng)重新取樣進(jìn)行試驗。 5 取直徑3mm有裂縫的土條35g，測定土條的含水率。,第二節(jié) 土的變形性質(zhì)的試驗,最常用的是：固結(jié)與壓縮試驗 固結(jié)？壓縮？ 試驗原理-太沙基一維固結(jié)理論試驗過程中無側(cè)向變形，在k0條件下壓縮 固結(jié)試驗適用與飽和黏性土壓縮性指標(biāo)的測定 壓縮試驗適用于非飽和土壓縮性指標(biāo)的測定（不能測固結(jié)系數(shù)）,常規(guī)壓縮試驗,高壓固結(jié)試驗,按加荷方式不同可分為標(biāo)準(zhǔn)固結(jié)試驗和連續(xù)加荷固結(jié)試驗,（一）標(biāo)準(zhǔn)固結(jié)試驗,1、試驗儀器步驟 儀器：標(biāo)準(zhǔn)固結(jié)試驗分級加荷式固結(jié)儀 分級加壓0.01、0.025、0.05、0.1、0.2、0.4、0.8

8、、1.6、3.2、6.4MPa 變形穩(wěn)定國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定為24h 在固結(jié)試驗中，每級荷載下應(yīng)在下列時刻讀變形量 在非飽和土壓縮試驗中，只需讀每級荷載下24h的讀數(shù),2、標(biāo)準(zhǔn)固結(jié)壓縮試驗資料整理,繪制壓縮曲線、固結(jié)曲線，求解變形指標(biāo)和先期固結(jié)壓力 1）壓縮曲線,壓縮系數(shù)：e-p曲線上，一定壓力范圍內(nèi)，孔隙比差值與相應(yīng)壓力差值之比的絕對值，即 體積壓縮系數(shù)： e-p曲線上，一定壓力范圍內(nèi)，孔隙率差值與相應(yīng)壓力差值之比的絕對值，即 壓縮模量：壓縮條件下（側(cè)限壓縮）試樣豎向應(yīng)力與應(yīng)變的比值,壓縮指數(shù)：e-lgp曲線上，在壓力超過一定數(shù)值后，曲線段將漸變?yōu)橹本€，該直線的斜率為壓縮指數(shù)，有 回彈指數(shù)： e-l

9、gp曲線上，在加荷到一定壓力后再卸荷將產(chǎn)生回彈，回彈曲線一般近似為直線，回彈直線段的斜率即為回彈指數(shù),先期固結(jié)壓力 超固結(jié)比,2）固結(jié)曲線,固結(jié)系數(shù)Cv：估算固結(jié)快慢的指標(biāo) 常用時間對數(shù)法和時間平方根法 時間對數(shù)法理論零點d0、理論終點d100d50 T50=0.196,時間平方根法,2）固結(jié)曲線,次固結(jié)系數(shù)Ca 時間對數(shù)曲線,（二）連續(xù)加荷固結(jié)試驗（自學(xué)）,儀器：應(yīng)變控制（CRS）連續(xù)加荷固結(jié)試驗儀 應(yīng)變速率的選取標(biāo)準(zhǔn)：在任何時間內(nèi)孔隙水壓力為同時施加的軸向壓力的3%20% 連續(xù)加荷至預(yù)定壓力，定時采集數(shù)據(jù) 如需要測定回彈，在同樣應(yīng)變速率下卸荷,連續(xù)加荷固結(jié)試驗資料整理,1）計算任意時刻試樣

10、的孔隙比 2）確定任意時刻施加于試樣的有效壓力 3）計算某一壓力范圍內(nèi)的壓縮系數(shù) 4）計算某一壓力范圍內(nèi)的壓縮指數(shù)、回彈指數(shù),連續(xù)加荷固結(jié)試驗資料整理,5）計算任意時刻的固結(jié)系數(shù) 6）計算某一壓力范圍內(nèi)的體積壓縮系數(shù) 7）繪制孔隙比有效壓力曲線 、固結(jié)系數(shù)有效壓力曲線,第三節(jié) 土的強(qiáng)度試驗,土的強(qiáng)度試驗（剪切試驗）的主要目的：測定土在不同排水條件和應(yīng)力狀態(tài)下，土的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)c、。 室內(nèi)土的強(qiáng)度試驗主要有直接剪切試驗、三軸壓縮試驗和無側(cè)限抗壓試驗。,一、直剪試驗,直接剪切試驗是利用盒式剪切儀，在試樣上施加豎向壓力，直接測定總抗剪強(qiáng)度指標(biāo)的一種試驗方法。 適用于砂土及滲透系數(shù)k10-6cm/s的

11、黏土。 直剪儀可分為應(yīng)變控制式和應(yīng)力控制式兩種，目前常用的是應(yīng)變控制式直剪儀。,直剪儀設(shè)備,剪切容器與應(yīng)力環(huán),直剪試驗的類型,分為快剪（Q）、固結(jié)快剪（CQ）、慢剪（S）三種 慢剪試驗：土樣在某一級垂直壓力作用下，排水固結(jié)變形穩(wěn)定后，再緩慢施加水平剪應(yīng)力剪切 固結(jié)快剪試驗：先使土樣在某荷重下固結(jié)至排水變形穩(wěn)定，再以較快速度施加剪力剪切 快剪試驗：在試樣上施加垂直壓力后，立即施加水平剪切力剪切，試驗過程不發(fā)生固結(jié)排水情況。,試驗結(jié)果整理,殘余強(qiáng)度與峰值強(qiáng)度,殘余強(qiáng)度r是土在某豎向荷載下強(qiáng)度達(dá)到峰值后，當(dāng)位移繼續(xù)增大，強(qiáng)度隨位移增加而逐漸減小，最終達(dá)到穩(wěn)定值時的強(qiáng)度。（殘余強(qiáng)度試驗需要較大的位移）

12、 在土壩、路堤和超固結(jié)土開挖邊坡的長期穩(wěn)定問題的分析中，都要求用殘余強(qiáng)度參數(shù)cr、r。,對于某一黏土，在一定的有效豎向壓力作用下，殘余強(qiáng)度為一常數(shù)，與其應(yīng)力歷史無關(guān)，只取決于土的顆粒性質(zhì)。,直剪試驗的強(qiáng)度指標(biāo),二、三軸試驗,三軸壓縮試驗是根據(jù)莫爾庫侖強(qiáng)度理論，用 3 4 個試樣，分別在不同的恒定周圍壓力下施加軸向壓力，進(jìn)行剪切直至破壞，從而確定土的抗剪強(qiáng)度參數(shù)。 適用于黏性土、砂土各類土的總強(qiáng)度參數(shù)和有效強(qiáng)度參數(shù)。,土靜三軸試驗儀器,飽和器,承膜筒與橡皮膜,切土盤,試驗原理,三軸壓縮試驗的應(yīng)力圓及強(qiáng)度包絡(luò)線,三種試驗方法,三種試驗方法,三、無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗,試驗時圍壓3=0（無側(cè)限），試樣在

13、軸向壓力下產(chǎn)生剪切破壞。 破壞時的軸向壓力稱為無側(cè)限抗壓強(qiáng)度，以 qu 表示。,三、無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗,第四節(jié) 巖塊物理性質(zhì)試驗,工程巖體試驗方法標(biāo)準(zhǔn)（GB/T 50266-2013） 公路工程巖石試驗標(biāo)準(zhǔn),一、巖石含水率試驗,巖石在天然狀態(tài)下的含水率可以間接反映巖石中空隙的多少、巖石的致密程度等特性。 巖石含水率：指試件在105110 溫度下烘至恒量時失去的水分質(zhì)量與達(dá)到恒量時試件干質(zhì)量的比值，以百分?jǐn)?shù)表示。 含結(jié)晶水礦物的巖石，烘干溫度應(yīng)控制在（405） 。 一般用于測定黏土質(zhì)巖石在地質(zhì)環(huán)境中的自然含水狀態(tài)。 試件必須保持天然含水率，取樣不得采用爆破或濕鉆，在取樣、運輸、存儲和試件制備過程

14、中，試件含水率的損失不宜超過1%。,一、巖石含水率試驗,采用烘干法。 按下式計算巖石含水率，精確至0.1%。 以5個試件的算術(shù)平均值作為測定值。,二、巖石顆粒相對密度試驗,巖石顆粒密度：試件干質(zhì)量與同體積4 時蒸餾水質(zhì)量的比值。 有比重瓶法和水中稱量法兩種 比重瓶法見下頁表 水中稱量法,三、巖石塊體密度試驗,塊體密度：試件質(zhì)量與試件體積的比值。 根據(jù)其含水率狀態(tài)，塊體密度可分為烘干密度、飽和密度和天然密度。 塊體密度試驗可分為量積法、水中稱量法和蠟封法。 量積法適用于能制備成規(guī)則試件的各類巖石； 水中稱量法適用于除遇水崩解、溶解和干縮濕脹外的其它各類巖石； 蠟封法適用于不能用量積法和水中稱量法

15、進(jìn)行試驗的巖石。,三種方法的試驗步驟：,第五節(jié) 巖石的水理性質(zhì)試驗,地大巖體力學(xué)上，巖石水理性質(zhì)包括吸水性、軟化性、抗凍性、巖石的透水性。 成都理工大學(xué)教材：巖石水理性質(zhì)吸水性、滲透性以及在水作用下某些巖石出現(xiàn)的膨脹和崩解現(xiàn)象。 一、巖石吸水性試驗 二、巖石滲透性試驗 三、膨脹性試驗 四、耐崩解性試驗,一、吸水性試驗,包括巖石吸水率試驗和巖石飽和吸水率試驗。 巖石吸水試驗，適用于不崩解、不溶解和不干縮濕脹的巖石。 巖石（自然）吸水率：試樣在大氣壓力和室溫條件下所吸收水的質(zhì)量與試樣固體質(zhì)量的比值，采用自由浸水法測定。 巖石飽和吸水率：試樣在強(qiáng)制條件下最大吸水量與試樣固體質(zhì)量的比值，采用真空抽氣法

16、測定。,吸水率試驗,先將試樣烘干冷卻后稱量，再將試樣放入容器中，注水至試樣高度的1/4處，以后每隔2h分別注水至試樣高度的1/2和3/4處，后將水加入高出試樣頂面20mm。試樣全部浸水后自由吸水48h，取出試樣，用濕布擦去其表面水分，稱其質(zhì)量。,飽和吸水率試驗,a.煮沸法飽和試件：將稱量后的試件放入水槽，注水至試件高度1/2，靜置2h，再加水使試件淹沒，煮沸6h以上，并保持水的深度不變，冷卻至室溫，取出并沾去表面水分稱量 b.真空抽氣法飽和試件：將稱量后的試件置于干燥器中，加水至水面高出試樣頂面20mm，打開抽氣機(jī)，抽氣時真空壓力要達(dá)到100kPa，保持此狀態(tài)直至無氣泡發(fā)出時為止（不少于4h）

17、。取出抽氣后的試件置于原容器中，在大氣壓力下靜置4h，取出并沾去表面水分稱量。,飽和吸水率試驗,按公式計算吸水率、飽和吸水率及飽水系數(shù)。吸水率和飽和吸水率結(jié)果精確至0.01%；飽水系數(shù)精確至0.01. 對于組織均勻的試件，取3個試件的平均值作為測定值； 對于組織不均勻的試件，取5個試件的平均值作為測定值，并同時列出每個試件的試驗結(jié)果。,結(jié)果計算及整理要求：,二、巖石滲透試驗,測定巖石在水壓力作用下，水穿透空隙介質(zhì)的能力，即滲透系數(shù)。 k 巖石滲透系數(shù)（cm/s）；Q滲透流量（ cm3/s ）；L 試樣高度（cm）；A 試樣截面積（cm2）；H滲透水頭（cm）；,自學(xué)內(nèi)容,膨脹性試驗 耐崩解性試驗,第六節(jié) 巖石力學(xué)性質(zhì)試驗,一、單軸抗壓強(qiáng)度試驗 二、單軸壓縮變形試驗 三、三軸壓縮強(qiáng)度試驗 四、抗拉強(qiáng)度試驗 五、直剪試驗 六、點荷載強(qiáng)度試驗,一、單軸抗壓強(qiáng)度試驗,測定形狀規(guī)則的巖石試件的單軸抗壓強(qiáng)度，用于巖石的強(qiáng)度分級和巖性描述。 采用飽和狀態(tài)下的巖石立方體（或圓柱體）試件（不少于3個）的抗壓強(qiáng)度來評定巖石強(qiáng)度。 試驗儀器設(shè)備：（1）切石機(jī)、鉆石機(jī)、磨石機(jī)等，（2）測量平臺，（3）材料試驗機(jī),巖石壓力機(jī),一、單軸抗壓強(qiáng)度試驗,