《土力學(xué)》試驗(yàn)指導(dǎo)書

1、土力學(xué)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書（本科班）姓名：學(xué)號(hào)：班級(jí)：三明學(xué)院土木建筑工程系2013年 9 月實(shí)驗(yàn)一 液限和塑限聯(lián)合試驗(yàn)一、概述粘性土的狀態(tài)隨著含水率的變化而變化，當(dāng)含水率不同時(shí)，粘性土可分別處于固態(tài)、半固 態(tài)、可塑狀態(tài)及流動(dòng)狀態(tài)，粘性土從一種狀態(tài)轉(zhuǎn)到另一種狀態(tài)的分界含水率稱為界限含水率。 土從流動(dòng)狀態(tài)轉(zhuǎn)到可塑狀態(tài)的界限含水率稱為液限wL ；土從可塑狀態(tài)轉(zhuǎn)到半固體狀態(tài)的界限含水率稱為塑限 wp ；土由半固體狀態(tài)不斷蒸發(fā)水分， 則體積逐漸縮小， 直到體積不再縮小時(shí)的界 限含水率稱為縮限 ws 。土的塑性指數(shù)Ip是指液限與塑限的差值， 由于塑性指數(shù)在一定程度上綜合反映了影響粘性 土特征的各種重要因素，因此，

2、粘性土常按塑性指數(shù)進(jìn)行分類。界限含水率試驗(yàn)要求土的顆粒粒徑小于0.5mm，且有機(jī)質(zhì)含量不超過(guò) 5%,且宜采用天然含水率二、液、塑限聯(lián)合測(cè)定法液、塑限聯(lián)合測(cè)定法是根據(jù)圓錐儀的圓錐入土深度與其相應(yīng)的含水率在雙對(duì)數(shù)坐標(biāo)上具有線性關(guān)系的特性來(lái)進(jìn)行的。利用圓錐質(zhì)量為 76g 的液塑限聯(lián)合測(cè)定儀測(cè)得土在不同含水率時(shí)的 圓錐入土深度，并繪制其關(guān)系直線圖，在圖上查得圓錐下沉深度為10mm (或17mm)所對(duì)應(yīng)的含水率即為液限,查得圓錐下沉深度為 2mm 所對(duì)應(yīng)的含水率即塑限。1 、儀器設(shè)備( 1 )電腦液塑限聯(lián)合測(cè)定儀(2) 分度值 0.02mm 的卡尺；(3) 稱量200g、最小分度值0.01g的天平；(

3、4 )烘箱；(5)鋁制稱量盒、調(diào)土刀、孔徑為 0.5mm 的篩、滴管、吹風(fēng)機(jī)、凡士林等。2、操作步驟(1 )取有代表性的天然含水率或風(fēng)干土樣進(jìn)行試驗(yàn)。如土中含大于0.5mm 的顆?；驃A雜物較多時(shí),可采用風(fēng)干土樣,用帶橡皮頭的研杵研碎或用木棒在橡皮板上壓碎土塊。試樣必須 反復(fù)研碎,過(guò)篩,直至將可的土塊全部通過(guò) 0.5mm 的篩為止。取篩下土樣進(jìn)行制樣。(2)將制備好的土樣充分?jǐn)嚢杈鶆?分層裝入土樣試杯,用力壓密,使空氣逸出。對(duì)于較 干的土樣,應(yīng)先充分搓揉,用調(diào)土刀反復(fù)壓實(shí)。試杯裝滿后,刮成與杯邊齊平。( 3)接通電源,調(diào)平機(jī)身,打開開關(guān),裝上錐體。(4) 將裝好的土樣的試杯放在升降座上,手推升降

4、座上的撥桿,使試杯徐徐上升,土樣表 面和錐體剛好接觸,蜂鳴器報(bào)警,停止轉(zhuǎn)動(dòng)撥桿,按檢測(cè)鍵,傳感器清零,同時(shí)錐體立刻自行下沉，5S時(shí)液晶顯示器上顯示錐入深度，數(shù)據(jù)顯示停留時(shí)間至少5S，試驗(yàn)完畢，手拿錐錐體向上,錐體復(fù)位(錐體上端有螺紋,可與測(cè)桿上螺紋相配) 。(5) 改變錐尖與土體接觸位置(錐尖兩次錐入位置距離不小于1cm)，重復(fù)4條步驟，測(cè)得錐深入試樣深度值，允許誤差為0.5m m，否則，應(yīng)重做。（6）去掉錐尖入土處的凡士林，取10g以上的土樣兩個(gè)，分別放入稱量盒內(nèi)，稱重（準(zhǔn)確 至O.OIg）,測(cè)定其含水量 Wi、W2 （計(jì)算到o.i%）。計(jì)算含水量平均值 w。（7）重復(fù)（2）至（4）步驟，對(duì)

5、其它兩含水率土樣進(jìn)行試驗(yàn)，測(cè)其錐入深度和含水率。3、成果整理（1）按式（4-3）計(jì)算含水率：mi -m2 w -100%m2 -m0(4-3)式中w 含水率（%），精確至o.i%；mi 稱量盒加濕土質(zhì)量（g ）；m2 稱量盒加干土質(zhì)量（g）；mo 稱量盒質(zhì)量（g）。（2）按式（4-4）計(jì)算塑性指數(shù)Ip = Wl -Wp式中1 p 塑性指數(shù)，精確至 0.1；Wl 液限（%）；Wp 塑限（%）。（3）按式（4-5）計(jì)算液性指數(shù)1Wo _WpI LIp式中1L 液性指數(shù)，精確至 0.01 ；(4-4)(4-5)w 天然含水率（% ）。4、注意事項(xiàng)（1 ）在試驗(yàn)中，錐連桿下落后，需要重新提起時(shí)，只須將

6、測(cè)桿輕輕上推到位，便可自動(dòng)鎖 住。（2）試樣杯放置到儀器工作平臺(tái)上時(shí)，需輕輕平放，不與臺(tái)面相互碰撞，更應(yīng)避免其他金屬等硬物與工作平臺(tái)碰撞，有助于保持平臺(tái)的平度。（3 ）每次試驗(yàn)結(jié)束后，都應(yīng)取下標(biāo)準(zhǔn)錐，用棉花或布擦干，存放干燥處。（4）配生塊要在標(biāo)準(zhǔn)錐上面螺紋上擰緊到位，盡可能間隙小。（5）做試驗(yàn)前后，都應(yīng)該保證測(cè)桿清潔。（6）如果電源電壓不穩(wěn)，出現(xiàn)“死機(jī)”現(xiàn)象，各功能鍵失去作用，請(qǐng)將電源關(guān)掉，過(guò)了 3S后，再重新啟動(dòng)即可。5、試驗(yàn)記錄表1-3液塑限聯(lián)合測(cè)定法試驗(yàn)記錄表工程名稱 試驗(yàn)者工程編號(hào) 計(jì)算者試驗(yàn)日期 校核者試樣編號(hào)圓錐下沉深度(mm)盒號(hào)盒加濕土質(zhì)量(g)盒加干土質(zhì)量(g)盒 質(zhì)量(g

7、)水質(zhì)量(g)干土質(zhì)量(g)含水 率(%)液限(%)塑限(%)塑性指數(shù)液性指數(shù)實(shí)驗(yàn)二固結(jié)試驗(yàn)一、概述土的壓縮性是指土在壓力作用下體積縮小的性能。在工程中所遇到的壓力（通常在16kg/cm2以內(nèi)）作用下，土的壓縮可以認(rèn)為只是由于土中孔隙體積的縮小所致（此時(shí)孔隙中的水或氣體 將被部分排出），至于土粒與水兩者本身的壓縮性則極微小，可不考慮。壓縮試驗(yàn)是為了測(cè)定土的壓縮性，根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果繪制出孔隙比與壓力的關(guān)系曲線（壓縮曲 線），由曲線確定土在指定荷載變化范圍內(nèi)的壓縮系數(shù)和壓縮模量。二、儀器設(shè)備1、小型固結(jié)儀：包括壓縮容器和加壓設(shè)備兩部分，環(huán)刀（內(nèi)徑61.8mm，高20mm，面積30cm2）,單位面積最大

8、壓力 4kg/cm2;杠桿比1 : 10。2、測(cè)微表：量程 10mm，精度0.01mm。圖3-1固結(jié)儀示意圖1-水槽2-護(hù)環(huán) 3-環(huán)刀 4-導(dǎo)環(huán)5-透水石6-加壓上蓋7-位移計(jì)導(dǎo)桿8-位移計(jì)架9-試樣3、天平，最小分度值 0.01g及0.1g各一架。4、毛玻璃板、濾紙、鋼絲鋸、秒表、烘箱、削土刀、凡士林、透水石等。三、操作步驟1、 按工程需要選擇面積為 30cm2的切土環(huán)刀，環(huán)刀內(nèi)壁涂上一薄層凡士林，刀口應(yīng)向下放 在原狀土或人工制備的擾動(dòng)土上，切取原狀土樣時(shí)應(yīng)與天然狀態(tài)時(shí)垂直方向一致。2、 小心邊壓邊削，注意避免環(huán)刀偏心入土，應(yīng)使整個(gè)土樣進(jìn)入環(huán)刀并凸出環(huán)刀為止，然后用鋼絲鋸或修土刀將兩端余土削

9、去修平，擦凈環(huán)刀外壁。然后用圓玻璃片將環(huán)刀兩端蓋3、測(cè)定土樣密度，并在余土中取代表性土樣測(cè)定其含水率,上，防止水分蒸發(fā)。4、 在固結(jié)儀的固結(jié)容器內(nèi)裝上帶有試樣的切土環(huán)刀（刀口向下），在土樣兩端應(yīng)貼上潔凈 而潤(rùn)濕的濾紙，放上透水石，然后放入加壓導(dǎo)環(huán)和加壓板以及定向鋼球。5、 檢查各部分連接處是否轉(zhuǎn)動(dòng)靈活；然后平衡加壓部分（此項(xiàng)工作由實(shí)驗(yàn)室代做）。即轉(zhuǎn) 動(dòng)平衡錘，目測(cè)上杠桿水平時(shí)，將裝有土樣的壓縮部件放到框架內(nèi)上橫梁下，直至壓縮部件之球柱與上橫梁壓帽之圓弧中心微接觸。6、橫梁與球柱接觸后，插入活塞桿，裝上測(cè)微表，使測(cè)微表表腳接觸活塞桿頂面，并調(diào)節(jié)表腳，使其上的短針正好對(duì)準(zhǔn)6字，再將測(cè)微表上的長(zhǎng)針調(diào)

10、整到零，讀測(cè)微表初讀數(shù)R0。7、 加載等級(jí)：按教學(xué)需要本次試驗(yàn)定為 0.5、1.0、2.0、3.0、4.0kg/cm2五級(jí)；即50、100、 200、300、400Kpa （ 1Kpa=0.001N/mm2 ）五級(jí)荷重系累計(jì)數(shù)值），如第一級(jí)荷載 0.5kg/cm2需加 砝碼1.5kg以后三級(jí)依次計(jì)算準(zhǔn)確后加入砝碼，加砝碼時(shí)要注意安全，防止砝碼放置不穩(wěn)定而受傷。8、 每級(jí)荷載經(jīng)10分鐘記下測(cè)微表讀數(shù)，讀數(shù)精確到0.01mm。然后再施加下一級(jí)荷載，以此類推直到第五級(jí)荷載施加完畢，記錄測(cè)微表讀數(shù)R1、R2、R3、R4、R5。9、試驗(yàn)結(jié)束后，必須先卸下測(cè)微表，然后卸掉砝碼，升起加壓框架，移出壓縮儀器，

11、取出 試樣后將儀器擦洗干凈。四、成果整理1、按下式（2-1 ）計(jì)算試樣的初始孔隙比氏ds w 1 Wo0-1(2-1)式中 ds 土粒比重；p w 水的密度，一般可取 1g/cm3 ；W。一試樣初始含水率；p0 試樣初始密度（g/cm3 ）。2、按下式（2-2）計(jì)算試樣中顆粒凈高h(yuǎn)s:h。1 e(2-2)式中h0 試樣的起始高度，即環(huán)刀高度（ mm ）。3、計(jì)算試樣在任一級(jí)壓力Pi （千帕）作用下變形穩(wěn)定后的試樣總變形量SiOSi = R0- Ri - Sie式中Ro 試驗(yàn)前測(cè)微表初讀數(shù)（mm）；(2-3)Ri 試樣在任一級(jí)荷載 Pi作用下變形穩(wěn)定后的測(cè)微表讀數(shù)（mm）;Sie 各級(jí)荷載下儀器

12、變形量（mm ）。（由實(shí)驗(yàn)室提供資料）圖62壓縮曲線4、計(jì)算各級(jí)荷載下的孔隙比eie = e （1 + e）h。式中 試樣初始孔隙比;(2-4)ho 試樣的起始高度（即環(huán)刀高度）（mm）；Si 第i級(jí)荷載作用下變形穩(wěn)定后的試樣總變形量（mm）。5、繪制e p壓縮曲線（見圖2-2）以孔隙比e為縱坐標(biāo)，壓力p為橫坐標(biāo),可以繪出e p關(guān)系曲線，此曲線稱為壓縮曲線。6、按式（2-5）計(jì)算某一壓力范圍內(nèi)壓縮系數(shù)：-& 一 e2P2 - Pl（ Mpa-1）式中 Pi =100kpa P2 = 200kpa。(2-5)采用p =100200kpa壓力區(qū)間相對(duì)應(yīng)的壓縮系數(shù)12來(lái)評(píng)價(jià)土的壓縮性。值是判斷土的壓

13、縮性高低的一個(gè)重要指標(biāo)。?12的大小將地基土的壓縮性分為以下三類:當(dāng):12 _0.5Mpa時(shí)，為高壓縮性土；1 1當(dāng)0.5Mpa a1_2 XO/Mpa時(shí)，為中壓縮性土；4當(dāng)：0.1Mpa時(shí)，為低壓縮性土。7、計(jì)算某一荷載范圍的壓縮模量Es:Es1 +ea(2-6)式中 e 孔隙比； a 壓縮系數(shù)。8、試驗(yàn)記錄與計(jì)算:含水率試驗(yàn)記錄試樣編號(hào)土樣說(shuō)明盒號(hào)盒質(zhì)量（g）盒加濕土質(zhì)量（g）盒加干土質(zhì)量（g）濕土質(zhì)量（g）干土質(zhì)量（g）含水率（%）平均含水率 （%）備注密度試驗(yàn)記錄試 樣 編 號(hào)土 樣 類 別環(huán) 刀 號(hào)環(huán)刀加濕 土質(zhì) 量（g）環(huán)刀質(zhì)量（g）濕土質(zhì)量（g）環(huán)刀容積（cm3）濕密度(g/cm

14、3)平均 濕密度（g/cm3）含水率（%）干密度（g/cm3）平均 干密度（g/cm3）壓縮曲線固結(jié)試驗(yàn)記錄工程編號(hào)：試樣面積：試驗(yàn)者:試樣編號(hào)：土粒相對(duì)密度ds:g/cm3計(jì)算者儀器編號(hào)：試驗(yàn)前試樣高度h。:20 mm校核者:試驗(yàn)日期：試驗(yàn)前孔隙比 e:試樣密度。及含水量w的測(cè)定記錄見下面表格。 試驗(yàn)前p =g/cm3試驗(yàn)前3 =%壓力(kg/cm2)0.51.02.03.04.0初讀數(shù)Ro6.0006.0006.0006.0006.0001 2，8，10總變形量R。 Ri(mm)儀器總變形量Sie(mm)試樣總變形量(mm)Si = Ro-Ri-Sie各級(jí)荷載作用下壓縮穩(wěn)定后試樣的孔隙比e

15、i =e -(S /h)(1 +eo)8 e2ai-2 一p2pi(Mpa-1)該土為壓縮性土實(shí)驗(yàn)三直接剪切試驗(yàn)概述直接剪切試驗(yàn)就是直接對(duì)試樣進(jìn)行剪切的試驗(yàn)，簡(jiǎn)稱直剪試驗(yàn)，是測(cè)定土的抗剪強(qiáng)度的一種常用方法，通常采用 4個(gè)試樣，分別在不同的垂直壓力p下，施加水平剪切力，測(cè)得試樣破壞時(shí)的剪應(yīng)力，然后根據(jù)庫(kù)侖定律確定土的抗剪強(qiáng)度參數(shù)內(nèi)摩擦角和粘聚力c。、儀器設(shè)備1、直剪儀。采用應(yīng)變控制式直接剪切儀，如圖所示，由剪切盒、垂直加壓設(shè)備、剪切傳動(dòng) 裝置、測(cè)力計(jì)以及位移量測(cè)系統(tǒng)等組成。加壓設(shè)備采用杠桿傳動(dòng)。實(shí)驗(yàn)室為電動(dòng)應(yīng)變直剪儀（SDJ-1型），杠桿比為1： 12。圖3-1應(yīng)變控制式直剪儀1輪軸；2 底座；

16、3 透水石；4測(cè)微表；5 活塞；6上盒；7 土樣；8 測(cè)微表；9量力環(huán)；10下盒2、測(cè)力計(jì)。采用應(yīng)變?nèi)Γ勘頌榘俜直怼?、環(huán)刀。內(nèi)徑 6.18cm，高 2.0cm。4、其他。切土刀、鋼絲鋸、濾紙、毛玻璃板、凡士林等。三、操作步驟1、將試樣表面削平，用環(huán)刀切取試件，測(cè)密度，每組試驗(yàn)至少取四個(gè)試樣，各級(jí)垂直荷載的大小根據(jù)工程實(shí)際和土的軟硬程度而定，一般可按100kPa，200kPa, 300kPa, 400kPa （即卩1.0kg/cm2， 2.0 kg/cm2， 3.0 kg/cm2，4.0 kg/cm2 ）施加。注意杠桿比為1:12。2、 檢查下盒底下兩滑槽內(nèi)鋼珠是否分布均勻，在上下盒接觸面上

17、涂抹少許潤(rùn)滑油，對(duì)準(zhǔn)剪切盒的上下盒，插入固定銷釘，在下盒內(nèi)順次放潔凈透水石一塊及濕潤(rùn)濾紙一張。3、 將盛有試樣的環(huán)刀平口朝下，刀口朝上，在試樣面放濕潤(rùn)濾紙一張及透水石一塊，對(duì)準(zhǔn)剪切盒的上盒，然后將試樣通過(guò)透水石徐徐壓入剪切盒底，移去環(huán)刀，并順次加上傳壓板及加壓框架。4、 在量力環(huán)的安裝水平測(cè)微表，裝好后應(yīng)檢查測(cè)微表是否裝反，表腳是否靈活和水平，然 后按順時(shí)針?lè)较蛐煨燹D(zhuǎn)動(dòng)手輪，使上盒兩端的鋼珠恰好與量力環(huán)按觸（即量力環(huán)中測(cè)微表指針被觸動(dòng)）。5、 順次小心地加上傳壓板、鋼珠，加壓框架和相應(yīng)質(zhì)量的砝碼（避免撞擊和搖動(dòng)）。6、 施加垂直壓力后應(yīng)立即拔去固定銷 （此項(xiàng)工作切勿忘記）。開動(dòng)秒表，同時(shí)以每分

18、鐘412 轉(zhuǎn)的均勻速度轉(zhuǎn)動(dòng)手輪（學(xué)生可用6轉(zhuǎn)/分），轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程不應(yīng)中途停頓或時(shí)快時(shí)慢， 使試樣在35 分鐘內(nèi)剪破，手輪每轉(zhuǎn)一圈應(yīng)測(cè)記測(cè)微表讀數(shù)一次，直至量力環(huán)中的測(cè)微表指針不再前進(jìn)或有后退，即說(shuō)明試樣已經(jīng)剪破，如測(cè)微表指針一直緩慢前進(jìn)，說(shuō)明不出現(xiàn)峰值和終值，則試驗(yàn)應(yīng) 進(jìn)行至剪切變形達(dá)到 4mm （手輪轉(zhuǎn)20轉(zhuǎn)）為止。7、剪切結(jié)束后，吸去剪切盒中積水，倒轉(zhuǎn)手輪，盡快移去砝碼，加壓框架，傳壓板等，取 出試樣，測(cè)定剪切面附近土的剪后含水率。200kPa, 300kPa，400kPa)下的抗8、另裝試樣，重復(fù)以上步驟，測(cè)定其它三種垂直荷載（ 剪強(qiáng)度。四、成果整理1、按式（3-1 ）計(jì)算抗剪強(qiáng)度：(3-1)二 CR時(shí)的讀數(shù)。精確至 0.01mm。式中 R量力環(huán)中測(cè)微表最大讀數(shù)，或位移 4mmC量力環(huán)校正系數(shù)， （N/mm2/0.01mm）。2、按式（3-2 ）計(jì)算剪切位移：(3-2)AL=0.2 n-R式中 0.2 手輪每轉(zhuǎn)一周，剪切盒位移 0.2mm ；n手輪轉(zhuǎn)數(shù)。3、制圖（1）以剪應(yīng)力為縱坐標(biāo)，剪切位移為橫坐標(biāo)，繪制剪應(yīng)力與剪切位移 L的關(guān)系曲線，如試驗(yàn)圖3-2所示。取曲線上剪應(yīng)力的峰值