《土力學(xué)原理》實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書

1、土力學(xué)原理實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書前 言土力學(xué)原理是研究土的物理、力學(xué)性質(zhì)和土體及其相關(guān)結(jié)構(gòu)受力變形以及常見基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的一門科學(xué)，是土木工程專業(yè)的一門重要技術(shù)基礎(chǔ)課。土是巖石風(fēng)化而成的顆粒堆積物，廣泛覆蓋于地球表面，人類的生活和生產(chǎn)活動(dòng)與之息息相關(guān)，而土木工程更是與之有著密不可分的聯(lián)系：例如，橋梁及房屋建筑地基基礎(chǔ)的穩(wěn)定性和變形，山坡、土壩、路堤、路塹等各種自然或人工坡體的穩(wěn)定性，各類擋土結(jié)構(gòu)的受力和變形等都是土力學(xué)的研究內(nèi)容，土力學(xué)廣泛應(yīng)用于建筑、交通、水利、港口工程等領(lǐng)域。 土力學(xué)原理課的主要內(nèi)容包括土的物理性質(zhì)、地基中的應(yīng)力計(jì)算、土的壓縮性及地基沉降計(jì)算、土的滲透性和滲流問題、土的抗剪強(qiáng)度、天然地基承載

2、力、擋土結(jié)構(gòu)上的土壓力、土坡穩(wěn)定分析等。通過本課程的學(xué)習(xí)，學(xué)生應(yīng)牢固掌握土力學(xué)的基本原理、計(jì)算分析方法和基本實(shí)驗(yàn)技能，初步具備分析和解決有關(guān)工程問題的能力。同時(shí)，為進(jìn)一步學(xué)習(xí)基礎(chǔ)工程、地基處理、路基工程、深基坑工程和地下工程等有關(guān)專業(yè)課打好基礎(chǔ)。土力學(xué)原理是實(shí)踐性很強(qiáng)的一門課程，實(shí)驗(yàn)是本課程的重要實(shí)踐環(huán)節(jié)。本課程實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)有16學(xué)時(shí)，通過本書，可以有效指導(dǎo)學(xué)生從事各項(xiàng)實(shí)驗(yàn)操作，將有助于培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手操作能力。實(shí)驗(yàn)考核方案1、土力學(xué)原理實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目在建筑工程實(shí)驗(yàn)室土工實(shí)驗(yàn)分室完成，是土木工程專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，為大三的學(xué)生開設(shè)。2、學(xué)生進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室必須遵守學(xué)生實(shí)驗(yàn)守則等實(shí)驗(yàn)室的各項(xiàng)規(guī)章制度，自覺遵

3、守實(shí)驗(yàn)紀(jì)律。3、要愛護(hù)實(shí)驗(yàn)室的儀器設(shè)備，損壞儀器設(shè)備要賠償。4、學(xué)生進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室前必須進(jìn)行課前預(yù)習(xí)，要熟悉本次實(shí)驗(yàn)的目的，實(shí)驗(yàn)方法，試驗(yàn)步驟等實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。5、試驗(yàn)要積極主動(dòng)，人人動(dòng)手，積極參與并能熟練操作各種實(shí)驗(yàn)儀器，嚴(yán)格按試驗(yàn)規(guī)程進(jìn)行試驗(yàn)。6、實(shí)驗(yàn)報(bào)告格式為：簡介試驗(yàn)?zāi)康?、試?yàn)步驟、試驗(yàn)成果整理和試驗(yàn)成果分析。7、必須認(rèn)真地完成試驗(yàn)報(bào)告，試驗(yàn)報(bào)告字跡要清楚，必須按著要求自己編寫，不得抄襲他人實(shí)驗(yàn)資料；不符合要求的實(shí)驗(yàn)報(bào)告打回應(yīng)重做。8、實(shí)驗(yàn)成績?cè)u(píng)定等級(jí)為優(yōu)、良、合格、不合格記載，成績按20%計(jì)入本課程總評(píng)成績。目 錄實(shí)驗(yàn)一 土的基本物理指標(biāo)測定1實(shí)驗(yàn)二 顆粒分析試驗(yàn)4實(shí)驗(yàn)三 界限含水率試驗(yàn)5實(shí)驗(yàn)

4、四 擊實(shí)試驗(yàn)8實(shí)驗(yàn)五 固結(jié)試驗(yàn)10實(shí)驗(yàn)六 直接剪切試驗(yàn)13實(shí)驗(yàn)七 三軸壓縮試驗(yàn)(選做)1622土力學(xué)原實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)實(shí)驗(yàn)一 土的基本物理指標(biāo)測定一、試驗(yàn)?zāi)康模?.測定土的含水率，是指土在溫度105110下烘到恒量時(shí)所失去的水質(zhì)量與達(dá)到恒量后干土質(zhì)量的比值，以百分?jǐn)?shù)表示。2.測定土的密度，是指土的單位體積質(zhì)量，是土的基本物理性質(zhì)指標(biāo)之一，其單位為g/cm3。3.測定土粒的比重Gs，是土粒在溫度105110下烘至恒重時(shí)的質(zhì)量與土粒同體積4時(shí)純水質(zhì)量的比值。在數(shù)值上，土的比重與土粒密度相同，但前者是沒有單位的。二、試驗(yàn)方法1.含水率試驗(yàn)方法有烘干法、酒精燃燒法、比重法、碳化鈣氣壓法、炒干法等，其中以烘干法

5、為室內(nèi)試驗(yàn)的標(biāo)準(zhǔn)方法。2.密度試驗(yàn):試驗(yàn)方法有環(huán)刀法、蠟封法、灌水法和灌砂法等。對(duì)于細(xì)粒土，宜采用環(huán)刀法；對(duì)于易碎裂、難以切削的土，可用蠟封法；對(duì)于現(xiàn)場粗粒土，可用灌水法或灌砂法。3.比重試驗(yàn): 根據(jù)土粒粒徑的不同，土的比重試驗(yàn)可分別采用比重瓶法、浮稱法或虹吸筒法。對(duì)于粒徑小于5 mm的土，采用比重瓶法進(jìn)行，其中對(duì)于排除土中空氣可用煮沸法和真空抽氣法；對(duì)于粒徑大于等于5mm的土，且其中粒徑大于20mm顆粒小于10時(shí)，采用浮稱法進(jìn)行；對(duì)于粒徑大于等于5mm的土，但其中粒徑大于20mm顆粒大于10時(shí)，采用虹吸筒法進(jìn)行；當(dāng)土中同時(shí)含有粒徑小于5mm和粒徑大于等于5mm的土粒時(shí)，粒徑小于5mm的部分用

6、比重瓶法測定，粒徑大于等于5mm的部分則用浮稱法或虹吸筒法測定，并取其加權(quán)平均值作為土的比重。三、試驗(yàn)步驟含水率試驗(yàn)（烘箱烘干法）1儀器設(shè)備電熱鼓風(fēng)恒溫干燥箱；電子天平：稱量210g，感量0.001g；鋁盒等。2試驗(yàn)步驟（1）稱量鋁盒重量m0，并記錄下盒的編號(hào)。（2）取代表性土樣1530g，放入鋁盒內(nèi)，立即蓋好盒蓋，放天平上稱量濕土與盒重m0+m，準(zhǔn)確至0.001g。（3）揭開盒蓋，套在盒底，放入烘箱，在溫度105110下烘至質(zhì)量恒定。烘干時(shí)間對(duì)粘性土不得少于8小時(shí)，對(duì)砂性土不得少于6小時(shí)，對(duì)含有機(jī)質(zhì)超過干土質(zhì)量5土，應(yīng)將溫度控制在6570的恒溫下烘至恒重。然后將鋁盒取出放在干燥器內(nèi)冷卻至室溫

7、。（4）從干燥器內(nèi)取出土樣，蓋好蓋后。稱盒加干土重m0+ms，準(zhǔn)確至0.01g。3試驗(yàn)數(shù)據(jù)及成果整理（1）按下式計(jì)算含水率式中，m0+m是濕土與盒重；m0+ms是干土與盒重；m0是鋁盒重；（2）本試驗(yàn)需進(jìn)行2次平行測定，取其算術(shù)平均值。密度試驗(yàn)（環(huán)刀法）1儀器設(shè)備環(huán)刀（如下圖所示，其內(nèi)徑61.8mm或79.8mm，高度20mm，本試驗(yàn)采用內(nèi)徑61.8mm）；電子天平：稱量210 g，感量0.001g；修土刀，刮刀，凡士林油等。圖11 環(huán)刀示意圖2操作步驟（1）用電子天平稱量出環(huán)刀的質(zhì)量m0；（2）按工程需要取原狀土或制備所需狀態(tài)的擾動(dòng)土樣。土樣的直徑和高度應(yīng)大于環(huán)刀，整平其兩端放在玻璃板光面上

8、。（3）將環(huán)刀內(nèi)壁擦凈，并涂抹一薄層凡士林，刃口向下放在土樣上，將環(huán)刀垂直下壓，并用切土刀沿環(huán)刀外側(cè)切削土樣，邊壓邊削至土樣高出環(huán)刀，根據(jù)試樣的軟硬采用鋼絲鋸或切土刀整平環(huán)刀兩端土樣。（4）擦凈環(huán)刀外壁，稱環(huán)刀和土的總質(zhì)量m0+m，精度達(dá)0.01g。本試驗(yàn)需進(jìn)行二次平行試驗(yàn)，取二次結(jié)果的平均值。平行試驗(yàn)結(jié)果之差不得大于0.03g/cm3。（5）按下式計(jì)算土的密度：式中，m0是環(huán)刀的質(zhì)量；m0+m是環(huán)刀加土的質(zhì)量；V是環(huán)刀的體積。3試驗(yàn)數(shù)據(jù)及成果整理比重試驗(yàn)*（比重瓶法）比重瓶法，其基本原理就是由稱好質(zhì)量的干土放人盛滿水的比重瓶的前后質(zhì)量差異，來計(jì)算出土粒的體積，從而進(jìn)一步計(jì)算出土粒比重。1儀器

9、設(shè)備101A-2電熱鼓風(fēng)恒溫干燥箱，比重瓶：50mL,電子天平：稱量210g、感量0.001g；恒溫水槽，砂浴；表；溫度計(jì)；孔徑2mm及5mm的篩；其它：匙、蒸發(fā)皿、玻璃漏斗、滴管、洗瓶、純水、中性液體等。2. 操作步驟（1）將烘干土過5mm篩，然后取12g，用玻璃漏斗裝人預(yù)先洗凈和烘干的比重瓶內(nèi)，稱試樣和瓶的總質(zhì)量，準(zhǔn)確至0.001g。（2）將純水注入已裝有干土的比重瓶中至一半處，搖動(dòng)比重瓶，將瓶放在砂浴上煮沸，煮沸時(shí)間自懸液沸騰時(shí)算起，砂及砂質(zhì)粉土不應(yīng)少于30min，粘土及粘質(zhì)粉土不應(yīng)少于lh，避免瓶中懸液溢出瓶外。（3）將純水煮沸，冷卻至室溫后注入比重瓶內(nèi)，將純水注滿，塞緊瓶塞，多余的水

10、會(huì)從瓶塞毛細(xì)管中溢出使瓶內(nèi)無氣泡。（4）將比重瓶置于恒溫水槽內(nèi)，待瓶內(nèi)水溫穩(wěn)定，且瓶內(nèi)上部懸液澄清，然后取出比重瓶，擦干瓶外壁，稱比重瓶、水、試樣總質(zhì)量，準(zhǔn)確至0.001g。稱量后應(yīng)立刻測出瓶內(nèi)水的溫度，準(zhǔn)確至0.5。（7）根據(jù)測得的溫度，從已繪制的溫度與瓶、水總質(zhì)量的關(guān)系曲線中查得瓶、水總質(zhì)量。（8）按下式計(jì)算比重：式中，Gs是土的比重；mbs是比重瓶、試樣總質(zhì)量（g）；mbw是比重瓶、水總質(zhì)量（g）；mbws是比重瓶、水、試樣總質(zhì)量（g）；mb是比重瓶質(zhì)量（g）；GwT是T時(shí)純水的比重（可查物理手冊(cè)），準(zhǔn)確至0.001。比重瓶法試驗(yàn)應(yīng)進(jìn)行兩次平行測定，兩次測定的平行差值不得大于0.02，并

11、取其兩次測值的算術(shù)平均值。3試驗(yàn)數(shù)據(jù)及成果整理*注：比重試驗(yàn)屬于選做實(shí)驗(yàn)！實(shí)驗(yàn)二 顆粒分析試驗(yàn)一、試驗(yàn)?zāi)康模侯w粒分析試驗(yàn)就是測定土中各種粒組所占該土總質(zhì)量的百分?jǐn)?shù)的試驗(yàn)方法。二、試驗(yàn)方法：顆粒分析試驗(yàn)可分為篩析法和密度計(jì)法和移液管法等。對(duì)于粒徑大于0.075mm的土粒可用篩分析的方法來測定，而對(duì)于粒徑小于0.075mm的土粒則用密度計(jì)法或移液管法來測定。三、試驗(yàn)步驟：（篩分法）（一）儀器設(shè)備（1）標(biāo)準(zhǔn)篩兩套：粗篩：孔徑為60,40,20,10,5,2mm；細(xì)篩，孔徑為2,1,0.5,0.25,0.075mm。（2）搖篩機(jī)；（3）分析天平：稱量5000g，最小分度值1g，稱量l000g,最小分度

12、值0.lg，稱量200g，最小分度值0. 01g.；（4）研體、碾桿、烘箱、毛刷等。（二）操作步驟（1）取具有代表性試樣，取樣數(shù)量按顆粒尺寸不同可分為5種情況，見表21。表21 取樣數(shù)量表顆粒尺寸（mm）< 2< 10< 20< 40< 60取樣數(shù)量100300300100010002000200040004000以上（2）將試樣過2mm篩，稱篩上和篩下的試樣質(zhì)量。當(dāng)篩下的試樣質(zhì)量小于試樣總質(zhì)量的10%時(shí)，不作細(xì)篩分析；篩上的試樣質(zhì)量小于試樣總質(zhì)量的10時(shí)，不作粗篩分析。（3）把標(biāo)準(zhǔn)篩依孔徑大小順序排好，最下面為底盤。取篩上的試樣倒入依次排好的粗篩中篩下的試樣置于

13、細(xì)篩最上面的篩內(nèi)加好蓋放在搖篩機(jī)上搖震。(在搖篩機(jī)上開動(dòng)機(jī)器015分鐘)。（4）由最大孔徑篩開始將各篩取下在白紙上手輕叩搖晃，如有砂粒漏下應(yīng)繼續(xù)輕叩搖晃至無砂粒漏下為止，漏下的砂粒全部放入下一級(jí)篩內(nèi)。（5）將留在各篩上的土粒分別倒在紙上，并用毛刷將篩網(wǎng)中的土粒輕輕刷下，然后再分別倒入鋁盒中稱量。（6）各篩底盤內(nèi)的土重之總和與總試樣之重量不得相差1。（7）計(jì)算與制圖1）按下式計(jì)算小于某孔土重占總重的百分?jǐn)?shù)式中，mi是小于某級(jí)粒徑的試樣質(zhì)量；M是試樣總質(zhì)量；Pi是小于某粒徑的試樣質(zhì)量占試樣總質(zhì)量的百分比（）。2）制圖以小于某粒徑的試樣質(zhì)量占試樣總質(zhì)量的百分比為縱坐標(biāo)，顆粒粒徑為橫坐標(biāo)，在單對(duì)數(shù)坐標(biāo)

14、上繪制顆粒大小分布曲線。（8）試驗(yàn)數(shù)據(jù)及成果整理，可根據(jù)上述曲線得出d10, d50, d60, Cc, Cu等相關(guān)參數(shù)。實(shí)驗(yàn)三 界限含水率試驗(yàn)一、試驗(yàn)?zāi)康模簻y定細(xì)粒土的界限含水率，是指土從一種狀態(tài)轉(zhuǎn)到另一種狀態(tài)的分界含水率稱為界限含水率。二、試驗(yàn)方法：液限是區(qū)分粘性土可塑狀態(tài)和流動(dòng)狀態(tài)的界限含水率，測定土的液限主要有圓錐儀法、碟式儀法等試驗(yàn)方法，也可采用液塑限聯(lián)合測定法測定土的液限。三、試驗(yàn)步驟：（液塑限聯(lián)合測定法）（一）儀器設(shè)備（1）光電式液塑限聯(lián)合測定儀。(見圖31)其主要組成部分如下：圓錐儀：錐體總質(zhì)量為76g±0.2g，圓錐用不銹金屬材料精加工而成，錐角為30°&

15、#177;0.2°，微分尺量程為22mm 刻線距離為0.1mm。電磁鐵部分：要求磁鐵吸力大于100g(1牛頓)。 光學(xué)投影放大部分：要求放大10倍，成像清晰。升降座：落錐后5秒的顯示、試樣杯等。圖31光電式液塑限聯(lián)合測定儀（2）天平：電子天平，感量0.001克。（3）其它：烘箱、鋁盒、調(diào)土刀、調(diào)土碗等。（二）操作步驟（1）液限、塑限試驗(yàn)原則上采用天然含水量的土樣進(jìn)行制備試樣，但也允許風(fēng)干土樣制備試樣，當(dāng)土樣不均勻時(shí)，采用風(fēng)干試樣，當(dāng)試樣中含有粒徑大于0.5mm的土粒和雜物時(shí)，應(yīng)過0.5mm篩。（2） 取代表性天然含水量的土樣250g；采用風(fēng)干試樣時(shí)，取0.5mm篩下的代表性土樣200

16、g，將試樣放在橡皮板上用純水將土樣調(diào)成均勻膏狀，放入調(diào)土皿，浸潤過夜。 （3）用調(diào)土刀將碗內(nèi)制備好的土樣充分?jǐn)嚢杈鶆?，密?shí)地填入試樣杯中，勿使土樣內(nèi)留有空隙，然后用調(diào)土刀齊杯口刮去多余的土膏，置于儀器杯上。刮去余土?xí)r，不得用刀在土面反復(fù)涂抹。（4）取圓錐儀，在錐體上抹一薄層凡士林，接通電源，使電磁鐵吸穩(wěn)圓錐儀。（5）調(diào)節(jié)屏幕準(zhǔn)線，使初始讀數(shù)于零位刻線處，調(diào)節(jié)升降座螺母，當(dāng)錐尖剛與土面接觸，計(jì)時(shí)指示燈亮。圓錐儀即自由落下，延時(shí) 5s，度數(shù)指示燈亮，立即讀數(shù)。如果手動(dòng)操作，可把開關(guān)搬向“手動(dòng)”一側(cè)。當(dāng)錐尖與土面接觸時(shí)，接觸指示燈亮，而圓錐不下落，需按手動(dòng)按鈕，圓錐儀才自由落下。讀數(shù)后，儀器要按復(fù)位

17、按鈕，以便下次再用。（6）從試杯中取不少于10g試樣，測定其含水率。（7）再將全部試樣加水或吹干并調(diào)勻，重復(fù)3、4、5、6步驟，分別測定第二點(diǎn)、第三點(diǎn)試樣的圓錐下沉深度及相應(yīng)的含水率。液塑限聯(lián)合測定應(yīng)不少于三點(diǎn)。注意：圓錐入土深度宜為34mm,79mm,1517mm。（8）計(jì)算與制圖將三個(gè)含水量與相應(yīng)的圓錐下沉深度繪于雙對(duì)數(shù)坐標(biāo)紙上，三點(diǎn)連一直線，如圖32中A線。如果三點(diǎn)不在一直線上，通過高含水量的一點(diǎn)與其余二點(diǎn)連兩根直線，在圓錐下沉深度為2mm處查得相應(yīng)的兩個(gè)含水量。如果差值不超過2，用平均值的點(diǎn)與高含水量點(diǎn)作一直線，如圖中的B線作為試驗(yàn)曲線。若兩個(gè)含水量差值超過2，應(yīng)補(bǔ)做試驗(yàn)。圖32 圓錐

18、下沉深度與含水率關(guān)系曲線從試驗(yàn)曲線中查得圓錐下沉深度17mm 處的含水量為液限wL，查得圓錐下沉深度 2mm 處的含水量為塑限wP。(9) 試驗(yàn)數(shù)據(jù)及成果整理, 根據(jù)上述結(jié)果，可以計(jì)算得出塑性指數(shù)和液性指數(shù)，根據(jù)塑性指數(shù)可對(duì)細(xì)粒土進(jìn)行分類，定出土的名稱。根據(jù)液性指數(shù)可對(duì)天然含水量的原狀土定出土所在的狀態(tài)。實(shí)驗(yàn)四 擊實(shí)試驗(yàn)一、試驗(yàn)?zāi)康模簱魧?shí)試驗(yàn)的目的就是測定試樣在一定擊實(shí)次數(shù)下或某種壓實(shí)功能下的含水率與干密度之間的關(guān)系，從而確定土的最大干密度和最優(yōu)含水率，為施工控制填土密度提供設(shè)計(jì)依據(jù)。二、試驗(yàn)方法：1）輕型擊實(shí)試驗(yàn)：適用于粒徑小于 5mm 的粘性土。2）重型擊實(shí)試驗(yàn)：適用于粒徑不大于 20mm

19、 的土。本試驗(yàn)介紹輕型擊實(shí)試驗(yàn)。三、試驗(yàn)步驟：（一）、儀器設(shè)備（1）輕型擊實(shí)儀（見圖41）：錘底直徑 51mm；錘重 2.5kg；落距 305mm；內(nèi)徑為 102mm，筒高為 116mm，容積為 947.4cm3。（1套筒；2 擊實(shí)筒；3底板）圖41 輕型擊實(shí)儀（2) 分折天平：稱量 200g，最小分度值 0.01g； （3）臺(tái)稱：稱量 10kg，最小分度值 5g； （4）篩：孔徑5mm； （5）其它：噴霧器、盛土容器、修土刀及碎土設(shè)備等。（二）、操作步驟（1）干法制備試樣：取重約 20kg 的代表性風(fēng)干土樣通過 5mm 的篩，并測定土樣的風(fēng)干含水率。（2）由土的塑限預(yù)估最優(yōu)含水率。將風(fēng)干土樣

20、分為5份平鋪于搪瓷盤內(nèi)，用噴霧器灑預(yù)定的水量，并充分拌和，制備 5 個(gè)不同含水率的一組試樣，依次相差 2，且其中最少有兩個(gè)大于和二個(gè)小于塑限。然后分別裝入盛土容器內(nèi)蓋緊，潤濕一晝夜，砂土的潤濕時(shí)間可酌減。測定潤濕土樣不同位置處的含水率，不應(yīng)少于兩點(diǎn)，含水率差值不得大于±1%?？砂聪率接?jì)算所需的加水量：式中，mw是制備試樣所需的加水量；m0濕土（或風(fēng)干土）的質(zhì)量；w0濕土（或風(fēng)干土）含水率；w1是制樣要求達(dá)到的含水率。（3）在擊實(shí)筒內(nèi)壁均勻涂一薄層潤滑油，將擊實(shí)儀平穩(wěn)置于剛性基礎(chǔ)上，擊實(shí)筒與底座聯(lián)接好。（4）將拌和均勻后的土樣分三層裝入輕型擊實(shí)儀中擊實(shí)。每層 25 擊。第一層松土厚約為

21、擊實(shí)容積的2/3，擊實(shí)后土樣約為擊實(shí)容積1/3，第二層松土最裝至與擊實(shí)筒平，擊實(shí)后土樣約為擊實(shí)容積的23，然后按上護(hù)筒，再裝松土至護(hù)筒平(因護(hù)筒高約為擊實(shí)筒的 1/3)這樣擊實(shí)后的土樣可略高于擊實(shí)筒。各層交界處的土面應(yīng)刨毛。擊實(shí)后，超出擊實(shí)筒頂?shù)脑嚇痈叨葢?yīng)小于6rnm。 （5）取下護(hù)筒，注意勿使筒內(nèi)試樣帶出，齊筒頂將試樣面小心削平，再拆去底板，試樣底面若有突出或孔洞，則需小心消平或填補(bǔ)，然后擦凈筒面的外壁，稱其重量，準(zhǔn)確至lg，并計(jì)算試樣的濕密度。（6) 拆開土樣筒推出筒內(nèi)試樣，從試樣中心處取出二個(gè)試樣(各約 30g)測定其含水率，2 個(gè)含水率的差值應(yīng)不大于1。 （7) 對(duì)不同含水率的試樣依次

22、擊實(shí)。（8）計(jì)算與制圖1）計(jì)算試樣的干密度式中，是干土密度；在含水率w1時(shí)試樣的密度；w1是某點(diǎn)試樣的含水率。2）以干密度為縱坐標(biāo)，含水量為橫坐標(biāo)，繪制干密度與含水量的關(guān)系曲線。曲線上峰點(diǎn)的坐標(biāo)分別為土的最大干密度與最優(yōu)含水量，如不能連成完整的曲線時(shí)，應(yīng)進(jìn)行補(bǔ)點(diǎn)試驗(yàn)。土樣不宜重復(fù)使用。圖42 擊實(shí)曲線3）計(jì)算飽和含水率：式中；wsat是飽和含水率（）；是土顆粒的比重；4）計(jì)算數(shù)個(gè)干密度下土的飽和含水量，以干密度為縱坐標(biāo)，飽和含水量為橫坐標(biāo)，繪制飽和曲線。實(shí)驗(yàn)五 固結(jié)試驗(yàn)一、試驗(yàn)?zāi)康模罕驹囼?yàn)的目的是測定試樣在側(cè)限與軸向排水條件下，變形和壓力或孔隙比和壓力的關(guān)系，繪制壓縮曲線和固結(jié)曲線，以便計(jì)算土

23、的壓縮系數(shù)a、壓縮模量Es和固結(jié)系數(shù)Cv，估算滲透和控制建筑物沉降量。二、試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)固結(jié)（壓縮）試驗(yàn)和應(yīng)變控制連續(xù)加荷固結(jié)試驗(yàn)三、試驗(yàn)步驟：（一）、.儀器設(shè)備（1）WG型單杠桿固結(jié)儀，如圖51（a）所示。 (a) (b)圖51 WG型單杠桿固結(jié)儀單杠桿固結(jié)儀包括壓縮容器及加壓設(shè)備兩部分，如圖51(b)所示。切取試樣用環(huán)刀30cm2× 2cm(高度)，壁應(yīng)經(jīng)常保持較高的光潔度，以減小摩擦的影響。該儀器的固結(jié)壓力滿足12.5kPa、25kPa、50kPa、100kPa、200kPa、400kPa等各級(jí)荷載加壓的要求，其杠桿比為1：12。儀器上的測微表最大量程10mm，精度達(dá)0.01mm

24、。（2）電子天平：210g,感量0.001g。（3）其它：秒表、電熱鼓風(fēng)恒溫干燥箱、修土刀等。（二）、操作步驟（1）根據(jù)前述實(shí)驗(yàn)一方法，測定出土樣的含水量w0及環(huán)刀的質(zhì)量。（2）在環(huán)刀內(nèi)壁抹一薄層凡士林，刀口向下，放在土樣上。如系原狀土樣，切土的方向應(yīng)使試樣在試驗(yàn)時(shí)的受力情況與土的天然狀態(tài)一致。用修土刀或鋼絲將土樣上部修成略大于環(huán)刀直徑的土柱、然后垂直壓下環(huán)刀，邊壓邊修至土樣略由環(huán)刀口凸出為止，將一端余土修平，整平時(shí)不得用刀往復(fù)涂抹土面，以免土面孔隙充填堵塞影響試驗(yàn)成果。（3）擦凈環(huán)刀外壁，稱環(huán)土合質(zhì)量，采用前述實(shí)驗(yàn)一的方法，可以計(jì)算得出土樣的密度。（4）在單杠桿固結(jié)儀底板上放潔凈而潤濕的透水

25、石一塊(大于環(huán)刀內(nèi)徑)并將帶環(huán)刀的土樣和護(hù)環(huán)放在容器內(nèi)。然后在土樣上置潔凈而潤濕的透水石一塊(略小于環(huán)刀內(nèi)徑)。加小導(dǎo)環(huán)，使小壓土板對(duì)準(zhǔn)小透水石，將小壓土板放于透水石上。(環(huán)刀和土，即樣圈放人容器前應(yīng)上下各貼一塊潤濕的薄型濾紙)。（5）檢查加壓設(shè)備是否靈敏，利用平衡、調(diào)整杠桿橫梁至水平位置。然后裝上位移傳感器，并調(diào)節(jié)其伸長距離不小于8mm并檢查位移傳感器是否靈活和垂直。（6）施加1kPa的預(yù)壓壓力，使試樣與儀器上下各部分之間接觸良好，然后調(diào)整測微表的讀數(shù)，使其大小指針均對(duì)準(zhǔn)零點(diǎn)或以某正數(shù)作為起初讀數(shù)，并記錄。（7）卸去預(yù)壓荷載，施加第一級(jí)荷載，其大小可視土的軟硬程度或工程情況一般采用25、50

26、、100、200、300、400 kPa，或按設(shè)計(jì)要求，模擬實(shí)際加荷情況進(jìn)行調(diào)整。由于試驗(yàn)教學(xué)時(shí)間的關(guān)系，本試驗(yàn)加荷順序?yàn)?0kPa（吊盤0.319kg+0.319kg砝碼+0.637kg砝碼）、100kPa（在上一級(jí)荷載基礎(chǔ)上+1.275 kg砝碼）、200kPa（在上一級(jí)荷載基礎(chǔ)上+2.55kg砝碼）、300 kPa（在上一級(jí)荷載基礎(chǔ)上+2.55kg砝碼）、400kPa（在上一級(jí)荷載基礎(chǔ)上+2.55kg砝碼）。（8）在加荷同時(shí)開動(dòng)秒表計(jì)時(shí)，按規(guī)定的時(shí)間讀數(shù)，做完一級(jí)，再加下一級(jí)荷載，直至全部荷載完成。在試驗(yàn)過程中，應(yīng)始終保持加壓杠桿的平衡。宜按下列時(shí)間順序測記讀取試樣的高度變化。時(shí)間分別為

27、6", 15", 1, 2l5", 4, 6l5", 9, 12l5", 16, 2015", 25, 30l5", 36, 42l5", 49, 64, 100,200,400, 23h, 24h，至穩(wěn)定為止。（9）試驗(yàn)結(jié)束后，迅速順次拆去測微表，卸除砝碼，取下容器，拿出護(hù)環(huán)，小心地取出帶環(huán)刀的試樣。（10）計(jì)算與制圖1）以下式計(jì)算土體的初始孔隙比式中，e0是試樣初始孔隙比；是土顆粒的比重；w0是試樣初始含水量；是試樣的初始密度。2）按下式計(jì)算各級(jí)壓力下固結(jié)穩(wěn)定后的孔隙比ei式中，是某壓力下試樣的變形值，等于初讀

28、數(shù)減去該壓力下沉降穩(wěn)定時(shí)的測微計(jì)讀數(shù)，再減去儀器本身在該壓力下的變形量；h0是試樣初始高度。3）繪制壓縮曲線，即孔隙比對(duì)壓力的曲線、橫坐標(biāo)為壓力，縱坐標(biāo)為孔隙比。4）由試驗(yàn)所得壓縮曲線，按下式計(jì)算壓力為100kpa200kpa段的壓縮系數(shù)a1-2及壓縮模量Es1-2。式中，p1代表100kPa；p2代表200kPa；e1 、e2分別對(duì)應(yīng)p1、p2的孔隙比。實(shí)驗(yàn)六 直接剪切試驗(yàn)一、試驗(yàn)?zāi)康模簻y定土的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)和c，土的抗剪強(qiáng)度是指土體對(duì)于外荷載所產(chǎn)生的剪應(yīng)力的極限抵抗能力。二、試驗(yàn)方法：根據(jù)實(shí)際情況選用快剪、固結(jié)快剪、慢剪三種方法?？旒粼囼?yàn)是指在試樣上施加垂直壓力后立即快速施加水平剪應(yīng)力。固結(jié)

29、快剪試驗(yàn)指在試樣上施加垂直壓力，待試樣排水固結(jié)穩(wěn)定后，快速施加水平剪應(yīng)力。慢剪試驗(yàn)指在試樣上施加垂直壓力及水平剪應(yīng)力的過程中，均使試樣排水固結(jié)。三、試驗(yàn)步驟：（一）、試驗(yàn)儀器（1）ZJ應(yīng)變控制直剪儀，如圖61所示。它的主要特點(diǎn)是用轉(zhuǎn)動(dòng)手輪使傳力桿向前移動(dòng)而推動(dòng)底座施力給下盒剪切力(水平力)，剪力的數(shù)值是利用量力環(huán)測出(測力環(huán)是一個(gè)鋼環(huán)事先已知每單位變形值所表示的應(yīng)力數(shù)值故在試驗(yàn)時(shí)用測微計(jì)量得測力環(huán)徑向變形數(shù)值即可算出所受的應(yīng)力值)。本儀器對(duì)粘性土和砂性土均適用。其主要構(gòu)件包括a.剪切盒剪切盒分上下兩盒（附一個(gè)傳壓蓋及兩個(gè)透水石人上盒一端頂在量力環(huán)的一端，下盒與底座連接，底座放在兩條軌道滾珠上，

30、可以移動(dòng)。b.加力及量測設(shè)備垂直荷重：通過杠桿比（1:12）放砝碼來施加。水平荷重：通過旋轉(zhuǎn)手輪推進(jìn)螺桿頂壓下盒來施加，荷重大小，從量力環(huán)的變形間接求出。圖61 應(yīng)變式直剪儀（2）環(huán)刀（截面積為30cm2）；（3）其它：百分表、秒表、電子天平（感量0.001g）、電熱鼓風(fēng)恒溫干燥箱、修土刀、推土器等。（二）、操作步驟（1）試樣制備：從原狀土樣中切取原狀土試樣或制備給定干密度和含水量的擾動(dòng)土試樣。按規(guī)范規(guī)定，測定試樣的密度及含水量。對(duì)于擾動(dòng)土樣需要飽和時(shí)，按規(guī)范規(guī)定的方法進(jìn)行抽氣飽和。（2）試樣安裝。對(duì)準(zhǔn)上下盒，插入固定銷。在下盒內(nèi)放濕濾紙和透水板。將裝有試樣的環(huán)刀平口向下，對(duì)準(zhǔn)剪切盒口，在試樣

31、頂面放濕濾紙和透水板，然后將試樣徐徐推入剪切盒內(nèi)，移去環(huán)刀。（3）順次放上傳壓板、鋼珠和加壓板，按規(guī)定加垂直荷重，按規(guī)定加垂直荷重，一般一組四次試驗(yàn)，建議采用100 kPa（吊盤+1.275kg砝碼），200 kPa（吊盤+1.275kg砝碼+2.55 kg砝碼），300 kPa（吊盤+1.275kg砝碼+2.55 kg砝碼+2.55 kg砝碼），400kPa（吊盤+1.275kg砝碼+2.55 kg砝碼+2.55 kg砝碼+2.55 kg砝碼）。（4）按順時(shí)針方向徐徐轉(zhuǎn)動(dòng)手輪至上盒前端的鋼珠剛好與量力環(huán)接觸（即量力環(huán)內(nèi)的測微計(jì)指針剛好開始移動(dòng)），調(diào)整測微計(jì)讀數(shù)為零。（5）拔去固定銷，開動(dòng)秒表

32、，以每分鐘412轉(zhuǎn)的均勻速率轉(zhuǎn)動(dòng)手輪（本試驗(yàn)以每分鐘6轉(zhuǎn)為宜），轉(zhuǎn)動(dòng)過程中不應(yīng)中途停頓或時(shí)快時(shí)慢。使試樣在35分鐘內(nèi)剪損，手輪每轉(zhuǎn)一圈應(yīng)測記測微表讀數(shù)一次，直至量力環(huán)的測微表指針不再前進(jìn)或有后退，即說明試樣已剪損。如測微表指針一直緩慢前進(jìn)，說明不出現(xiàn)峰值，則破壞以變形控制進(jìn)行到剪切變形達(dá)4mm時(shí)為止。（注：手輪每轉(zhuǎn)一圈推進(jìn)下盒0.2mm。）（6）拆卸荷重、加壓架、鋼珠、傳壓板與上盒、取出土樣。（7）重復(fù)上述步驟，做其他各垂直壓力下的剪切試驗(yàn)。（8）計(jì)算與制圖1）抗剪強(qiáng)度的計(jì)算：式中，是土的抗剪強(qiáng)度（kPa）；R是量力環(huán)中測微表讀數(shù)，以0.0lmm計(jì)；K是量力環(huán)率定系數(shù)，以kPa/0.01mm計(jì)

33、。2）剪切位移計(jì)算：式中，是剪切位移量，以0.01mm計(jì)；n是手輪轉(zhuǎn)數(shù)。3）以剪應(yīng)力為縱坐標(biāo)，剪切位移為橫坐標(biāo)，繪制剪應(yīng)力與剪切位移關(guān)系曲線，見圖6-2（a），取曲線上剪應(yīng)力的峰值為抗剪強(qiáng)度，無峰值時(shí)，取剪切位移4mm所對(duì)應(yīng)的剪應(yīng)力為抗剪強(qiáng)度。4）抗剪強(qiáng)度為縱坐標(biāo)，垂直應(yīng)力為橫坐標(biāo)（二坐標(biāo)的比例尺應(yīng)取一致），將試驗(yàn)所得相應(yīng)于垂直壓應(yīng)力50、100、200、300kPa時(shí)相應(yīng)的值標(biāo)于坐標(biāo)圖上并取成直線，此直線即為土的抗剪強(qiáng)度線。其直線的傾角為摩擦角，縱坐標(biāo)截距即為內(nèi)聚力，見圖62（b）。 （a）l關(guān)系曲線(kPa)l(mm)P4P3P2P1p（kpa） (b) p關(guān)系曲線圖6-2 直剪試驗(yàn)結(jié)果圖

34、實(shí)驗(yàn)七 三軸壓縮試驗(yàn)（選做）一、試驗(yàn)?zāi)康娜S試驗(yàn)可以測定土的抗剪強(qiáng)度，提供計(jì)算地基強(qiáng)度和穩(wěn)定使用的強(qiáng)度指標(biāo)：內(nèi)摩擦角和內(nèi)聚力c。本試驗(yàn)的主要目地是了解三軸剪切試驗(yàn)的基本原理，掌握三軸剪切試驗(yàn)的基本操作方法，了解三軸剪切試驗(yàn)不同排水條件的控制方法和孔隙壓力的測量原理，進(jìn)一步鞏固抗剪強(qiáng)度的基本理論。二、試驗(yàn)方法三軸剪切試驗(yàn)是用來測定試件在某一固定周圍壓力下的抗剪強(qiáng)度，然后根據(jù)三個(gè)以上試件，在不同周圍壓力下測得的抗剪強(qiáng)度，利用莫爾-庫侖破壞準(zhǔn)則確定土的抗剪強(qiáng)度參數(shù)。三軸試驗(yàn)一般有不固結(jié)不排水試驗(yàn)（UU）、固結(jié)不排水試驗(yàn)（CU）和固結(jié)排水試驗(yàn)（CD）三種。1、不固結(jié)不排水試驗(yàn)：試件在周圍壓力和軸向壓力

35、下直至破壞的全過程中均不允許排水，土樣從開始加載至試樣剪壞，土中的含水率始終保持不變，可測得總抗剪強(qiáng)度指標(biāo) 和。2、固結(jié)不排水試驗(yàn)：試樣先在周圍壓力下讓土體排水固結(jié)，待固結(jié)穩(wěn)定后，再在不排水條件下施加軸向壓力直至破壞，可同時(shí)測定總抗剪強(qiáng)度指標(biāo)和或有效抗剪強(qiáng)度指標(biāo)和及孔隙水壓力系數(shù)。3、固結(jié)排水剪試驗(yàn)：試樣先在周圍壓力下排水固結(jié)，然后允許在充分排水的條件下增加軸向壓力直至破壞，可測得總抗剪強(qiáng)度指標(biāo)和。三、試驗(yàn)步驟：(一)、儀器設(shè)備（1）TSZ30-2.0型應(yīng)變控制式三軸儀。由周圍壓力系統(tǒng)、反壓力系統(tǒng)、孔隙水壓力量測系統(tǒng)和主機(jī)組成，見圖71。（a）三軸壓力室 壓力室是三軸儀的主要組成部分，它是由一

36、個(gè)金屬上蓋、底座以及透明有機(jī)玻璃圓筒組成的密閉容器，壓力室底座通常有3個(gè)小孔分別與圍壓系統(tǒng)以及體積變形和孔隙水壓力量測系統(tǒng)相連。 （b）軸向加荷傳動(dòng)系統(tǒng) 采用電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)多級(jí)變速的齒輪箱，或者采用可控硅無級(jí)調(diào)速，根據(jù)土樣性質(zhì)及試驗(yàn)方法確定加荷速率，通過傳動(dòng)系統(tǒng)使土樣壓力室自下而上的移動(dòng)，使試件承受軸向壓力。 （c）軸向壓力測量系統(tǒng) 通常的試驗(yàn)中，軸向壓力由測力計(jì)（測力環(huán)或稱應(yīng)變?nèi)Φ鹊龋﹣矸从惩馏w的軸向荷重，測力計(jì)為線性和重復(fù)性較好的金屬彈性體組成，測力計(jì)的受壓變形由百分表測讀。軸向壓力系統(tǒng)也可由荷重傳感器來代替。 （d）周圍壓力穩(wěn)壓系統(tǒng) 采用調(diào)壓閥控制，調(diào)壓閥當(dāng)控制到某一固定壓力后，它將壓力室的

37、壓力進(jìn)行自動(dòng)補(bǔ)償而達(dá)到周圍壓力的穩(wěn)定。 （e）孔隙水壓力測量系統(tǒng) 孔隙水壓力由孔隙水壓力傳感器測得。 （f）軸向應(yīng)變（位移）測量裝置 軸向距離采用大量程百分表（030mm百分表）或位移傳感器測得。 （g）反壓力體變系統(tǒng) 由體變管和反壓力穩(wěn)定控制系統(tǒng)組成，以模擬土體的實(shí)際應(yīng)力狀態(tài)或提高試件的飽和度以及測量試件的體積變化。（1調(diào)壓桶；2周圍壓力表；3周圍壓力閥；4排水閥；5體變管；6排水管；7變形量表；8測力環(huán)；9排氣孔；10軸向加壓設(shè)備；11壓力室；12量管閥；13零位指標(biāo)器；14孔隙壓力表；15量管；16孔隙壓力閥；17離合器；18手輪；19馬達(dá)；20變速箱。）圖71 三軸試驗(yàn)儀（2）附屬設(shè)備

38、：包括擊實(shí)器、飽和器、切土器、分樣器、切土盤、承膜筒和對(duì)開圓模。 （3）電子天平：稱量210 g，感量0.001 g。 （4）橡皮膜：應(yīng)具有彈性，厚度應(yīng)小于橡皮膜直徑的1100，不得有漏氣孔。(二)、操作步驟：（1）將制備成大于試樣直徑和高度的毛坯，放在切土器內(nèi)用鋼絲鋸和修土刀，制備成所要求規(guī)格的試樣，最后量其直徑、高度、稱其重量，并選擇代表性的土樣測定含水量。（2）安裝試樣前，事先應(yīng)全面檢查三軸儀的各部分是否完好。打開試樣底座的開關(guān)（孔隙水壓力閥和量管閥），使量管里的水緩緩地流向底座，并依次放上透水石和濾紙，待氣泡排除后，再放上試樣，試樣周圍貼上濾紙條，關(guān)閉底座開關(guān)。把已檢查過的橡皮薄膜套在

39、承膜筒上，兩端翻起，用吸球從氣嘴中不斷吸氣，使橡皮膜緊貼于筒壁，小心將它套在土樣外面，然后讓氣嘴放氣，使橡皮膜緊貼試樣周圍，翻起橡皮兩端，用橡皮緊圈將橡皮膜下端扎緊在底座上。打開試樣底座開關(guān)，讓量管中水（有時(shí)采取高量管所產(chǎn)生的水頭差）從底座流入試樣與橡皮膜之間，排除試樣周圍的氣泡，關(guān)閉開關(guān)。打開與試樣帽連通的排水閥，讓量水管中的水流入試樣帽，并連同透水石，濾紙放在試樣的上端，排盡試樣上端及量管系統(tǒng)的氣泡后關(guān)閉開關(guān)，用橡皮圈將橡皮膜上端與試樣帽扎緊。裝上壓力筒擰緊密封螺帽，并使傳壓活塞與土樣帽接觸。（3）試樣排水固結(jié)按下列步驟進(jìn)行：向壓力室施加試樣的周圍壓力（水壓力或氣壓力），周圍壓力的大小根據(jù)土樣的覆蓋壓力而定，一般應(yīng)等于和大于覆蓋壓力，但由于儀器本身限定，目前最大壓力不宜超過0.6MPa（低壓三軸儀）和2.0MPa（高壓三軸儀）。同時(shí)測定土體內(nèi)與周圍壓力相應(yīng)的起始孔隙水壓力，施加周圍壓力后，在不排水條件下靜止1530分鐘后，記下起始孔隙水壓力讀數(shù)。打開排水閥，固結(jié)完成后，并排水閥，測計(jì)孔隙水壓力和排水管讀數(shù)。轉(zhuǎn)動(dòng)細(xì)檔手輪，微調(diào)壓力機(jī)升降臺(tái)，使活塞與試樣接觸，此時(shí)軸向變形指示計(jì)的變化值為試樣固結(jié)時(shí)的高度變化。（4）試樣剪切按下列步驟進(jìn)行：剪切速率：粘土宜為0.050.1%/每分鐘，粉質(zhì)土或輕亞粘土為0.10.5%/每分鐘。將軸向變形