土力學(xué)實(shí)驗(yàn)報(bào)告封面

1、2013/2014學(xué)年第二學(xué)期土力學(xué)實(shí)驗(yàn)報(bào)告課程名稱土力學(xué)與地基基礎(chǔ) 適用專業(yè)土木工程（建筑工程方向）適用班級(jí) B110601/02/03 編制日期 2014.3. 學(xué) 號(hào) 學(xué)生姓名 編制教師 XXX 洛陽(yáng)理工學(xué)院實(shí)驗(yàn)一 土 的 含 水 率 實(shí) 驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康臏y(cè)定土的含水率，以了解土的含水情況，它是計(jì)算土的孔隙比、液性指數(shù)、飽和度和其他物理力學(xué)性質(zhì)不可缺少的一個(gè)基本指標(biāo)。該實(shí)驗(yàn)屬于基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)，是土工實(shí)驗(yàn)中必做項(xiàng)目。二、實(shí)驗(yàn)原理土的含水率是指土中含有水分的質(zhì)最.與該干土質(zhì)量的比值，實(shí)際是用土在100105下烘到恒重時(shí)所失去的水分質(zhì)量和達(dá)恒重后干.上重的百分比值來(lái)表示。土的含水率測(cè)定方法很多，目前

2、實(shí)驗(yàn)室最常用的方法是烘干法。烘干法是根據(jù)加熱后水分蒸發(fā)的原理，將已知質(zhì)量的土樣放入烘箱內(nèi)，在100l05下烘至恒垂，冷卻后稱干土的質(zhì)量，同時(shí)計(jì)算出失去水分的質(zhì)量，即可算出含水率。此方法一般只適用適用于有機(jī)質(zhì)含量不超過(guò)干土質(zhì)量的5%土，如果土中有機(jī)質(zhì)含量在5%10%之間，仍允許采用此法，但需注明有機(jī)質(zhì)含量。三、儀器設(shè)備(1)電熱烘箱。烘箱保持恒溫100 l05。(2)天平。最小分度值為0.01g。(3)其他設(shè)備包括于燥器、鋁盒。四、操作步驟(l)稱濕上重。取代表性土樣1530g(黏性土應(yīng)少些，砂土應(yīng)多些)，放入已知質(zhì)量m0的鋁盒內(nèi)，蓋上盒蓋(見(jiàn)圖2一4)，在天平上稱得鋁盒和濕土合重m1.(2)烘

3、干冷卻。打開(kāi)盒蓋放入烘箱內(nèi)，在100 l05恒溫下烘至恒重后，將試樣取出，放入于燥器內(nèi)冷卻，然后稱鋁盒和干土合重m2。(烘至恒重時(shí)間因土的性質(zhì)及土重不同而異，一般土重為1530g時(shí)，砂土不少于8h，粘土約10h).五、記錄與計(jì)算記錄格式見(jiàn)表2一1表2一l 土的含水率實(shí)驗(yàn)記錄表 實(shí)驗(yàn)小組編號(hào): 同組實(shí)驗(yàn)者: 計(jì)算者: 實(shí)驗(yàn)日期:土樣編號(hào)鋁盒水分質(zhì)量m1-m2(g)干土質(zhì)量m2-mo(g)土的含水率（%）鋁盒編號(hào)質(zhì)量mo(g)加濕土質(zhì)量m1（g）加干土質(zhì)量m2（g）平均含水率（%） 按式(2一1)計(jì)算土的含水率，計(jì)算至0.1%： (2一1)式中 m1-m2-土中水的質(zhì)量，g;m1-m2-干土質(zhì)量，

4、g;w一土的含水率，%。本實(shí)驗(yàn)需進(jìn)行兩次平行測(cè)定，取其算術(shù)平均值，允許平行差值如下。1)當(dāng)含水率小于10%時(shí)，允許平行差值0.5%2)當(dāng)含水率為10%40%時(shí)，允許平行差值1.0%3)當(dāng)含水率大于40%時(shí)，允許平行差值2.0%。六、注意事項(xiàng)(l)打開(kāi)土樣后，應(yīng)立即取樣稱濕土重，以免水分蒸發(fā)。(2)取樣應(yīng)注意取代表性土樣，避免取土樣外圍的土。(3)土樣在烘干時(shí)必須保持100 105恒溫下烘至恒重，否則會(huì)得出不同含水率的數(shù)值。稱重時(shí)精確至小數(shù)點(diǎn)后兩位。(4)烘干后試樣應(yīng)冷卻后再稱重，以避免天平受熱不均影響稱量精度，防止熱土吸收空氣中的水分。七、思考題1.土的含水率的測(cè)定方法有兒種?各自適用條件是什

5、么?2.如何使用烘箱和干燥器?該實(shí)驗(yàn)的溫度應(yīng)控制在多少度?為什么?3.實(shí)驗(yàn)室中，取樣盒為什么要在盒身和盒蓋上都要編號(hào)?4.土樣烘于后能否立即稱重?為什么？實(shí)驗(yàn)二 土的密度、重度實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康臏y(cè)定土的濕密度，以了解土的疏密和干濕狀態(tài)，供換算土的其他物理性質(zhì)指標(biāo)和工程設(shè)計(jì)以及控制施工質(zhì)量之用。該實(shí)驗(yàn)屬于基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)，是土工實(shí)驗(yàn)中細(xì)粒土的必做項(xiàng)目。二、實(shí)驗(yàn)原理土的密度是指單位體積內(nèi)土的質(zhì)量;土的重度是指單位體積土的重量，在天然狀態(tài)下的重度稱為天然重度。主要介紹環(huán)刀法測(cè)定一般黏性土的密度。環(huán)刀法是利用一定容積的環(huán)刀切取土樣，測(cè)定環(huán)刀容積，即為土樣的體積，然后再稱出土樣的質(zhì)量便可算出土樣的重度。環(huán)刀法簡(jiǎn)

6、易方便，是目前最常用的方法。三、儀器設(shè)備(l)環(huán)刀(見(jiàn)圖3一1)。內(nèi)徑61.8mm,高20mm，公路等行業(yè)采用直徑為79.8mm的環(huán)刀。 圖31 環(huán)刀圖 圖32 鋼絲鋸(2)天平。稱量為500g，最小分度值為0.1g.(3)其他設(shè)備和用品包括鋼絲鋸(見(jiàn)圖3一2)、修土刀、測(cè)徑器、凡士林等。四、操作步驟(1)準(zhǔn)備工作；用測(cè)徑器測(cè)得環(huán)刀的內(nèi)徑(J)和高度(h)，算出環(huán)刀的容積(Vdh/4)。將環(huán)刀在天平上稱得質(zhì)量m1。(2)切取土樣：在環(huán)刀內(nèi)壁上涂以薄層凡士林，將環(huán)刀的刀口向下放在土樣上面，用手將環(huán)刀垂直下壓，使土樣位于環(huán)刀內(nèi)。然后用削土刀或鋼絲鋸沿環(huán)刀外側(cè)削去兩側(cè)余土，邊壓邊削至與環(huán)刀口平齊，兩

7、端蓋上平滑的圓玻璃片，以免水分蒸發(fā)。(3)稱土樣重:擦凈環(huán)刀外壁，稱環(huán)刀和土樣的合重m2。五、記錄與計(jì)算記錄格式見(jiàn)表3一1、表3一2。表3一1 土的天然重度實(shí)驗(yàn)記錄表實(shí)驗(yàn)小組成員: 計(jì)算者: 實(shí)驗(yàn)日期：土樣編號(hào)環(huán) 刀土的質(zhì)量m2-m1（g）密度（g/cm）環(huán)刀號(hào)質(zhì)量m1（g）直徑d（cm）高度h（cm）體積V(cm)加土質(zhì)量m2（g）單值平均表3一2 土的干密度、重度記錄表土樣編號(hào)環(huán)刀號(hào)天然密度（g/cm）天然重度（kN/m）試樣含水率(%)干密度（g/cm）干重度（KN/m）平均密度（g/cm）平均重度（KN/m）1.計(jì)算密度按式(3一1)計(jì)算試樣的密度為: (3一1)式中 p濕土的密度，g

8、/cm;M1環(huán)刀質(zhì)量，g;M2環(huán)刀和土盒的質(zhì)量，g;V環(huán)刀容積，cm。2.計(jì)算試樣的干密度按式(32)計(jì)算試樣的干密度為: (3一2)式中 pd干土質(zhì)量密度，g/cm;P濕土密度，g/cm;w土的含水率。計(jì)算準(zhǔn)確至0.01g/cm。同一土樣需進(jìn)行兩次平行測(cè)定，取算術(shù)平均值，兩次結(jié)果差值應(yīng)小于0.03g/cm，否則要重新做實(shí)驗(yàn)。3.計(jì)算試樣的重度按式(3一3)計(jì)算試樣的重度為: (3一3)六、注意事項(xiàng)(1)用環(huán)刀取土?xí)r，為防止土樣擾動(dòng)，應(yīng)一邊削土柱，一邊垂直輕壓，一切不可用錘或其他工具將環(huán)刀打入土中。(2)在切平環(huán).刀兩端多余土樣時(shí)要迅速細(xì)心，盡量保持土樣體積與環(huán)刀容積一致。(3)稱重時(shí)必須擦凈

9、環(huán)刀外壁的土，否則影響土樣的質(zhì)量。七、思考題1.什么是土天然重度、飽和重度、干重度、浮重度，各項(xiàng)指標(biāo)具體有什么用途?2.開(kāi)土樣時(shí)怎樣準(zhǔn)確測(cè)定環(huán)刀內(nèi)的體積?削土刀是否能川力反復(fù)刮平土面?3.簡(jiǎn)述托盤(pán)天平和電子的使用規(guī)則。實(shí)驗(yàn)三 粘性土液限、塑限的測(cè)定一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康臏y(cè)定一的液限和塑限，并與液限實(shí)驗(yàn)和含水率實(shí)驗(yàn)結(jié)合，來(lái)計(jì)算土的塑性指數(shù)和液性指數(shù)，作為赫性.土的分類以及估算地基土承載力的一個(gè)依據(jù)。該實(shí)驗(yàn)屬于綜合性實(shí)驗(yàn)，涉及上的含水率和液限、塑限、塑性指數(shù)、液性指數(shù)等土的物理性質(zhì)指標(biāo)的測(cè)定和計(jì)算，是土工實(shí)驗(yàn)中大部分土樣的必做項(xiàng)目。二、實(shí)驗(yàn)原理黏性土隨著含水率變化，其物理狀態(tài)和力學(xué)性質(zhì)發(fā)生明顯的變化，可處于

10、流動(dòng)狀態(tài)、可朔狀杰、半固休壯杰和固體狀杰液限是區(qū)分薪性土的可塑狀態(tài)和流動(dòng)狀態(tài)的界限含水率;塑限是區(qū)分:可塑狀態(tài)一與半固體狀態(tài)的界限含水率。重塑土處于液態(tài)時(shí)，在自重作用下不能保持其形狀，發(fā)生類似于液體的流動(dòng);土體處于可塑狀態(tài)，在重力作用下能保持形狀，在外力作用下將發(fā)生塑性變形而不斷裂，外力消失后能保持外力消失前時(shí)刻的形狀而不變，有一定的抗剪強(qiáng)度。通過(guò)給予試樣一個(gè)小的外力，在一定時(shí)間內(nèi)變形達(dá)到規(guī)定值時(shí)的含水率。塑限實(shí)驗(yàn)利用土體處于可塑時(shí)，在外力下產(chǎn)生任意變形而不發(fā)生斷裂.土體處于半固態(tài)時(shí)，當(dāng)變形達(dá)到一定值(或受力較大)時(shí)發(fā)生斷裂的特點(diǎn)，實(shí)驗(yàn)時(shí)給予、一定外力，使試樣變形達(dá)到規(guī)定剛好出現(xiàn)裂縫時(shí)所對(duì)應(yīng)的

11、含水率作為塑限含水率。液限實(shí)驗(yàn)?zāi)壳皣?guó)內(nèi)外主要采用圓錐儀法(見(jiàn)圖5一l)和碟式儀法(見(jiàn)圖5一2)兩種。圖51 圓錐式液限儀中國(guó)、俄羅斯，以及東歐的一些國(guó)家多采用圓錐儀法，美國(guó)、日本等國(guó)家多采用碟式儀法。當(dāng)私性土其有液限含水率時(shí)，若以一定重量的錐體放人土中，因土具有一定的杭剪強(qiáng)度，抵抗錐體的下沉，故錐體只能下沉一定距離h。當(dāng)h=10mm時(shí)，土的含水率即為液限。我國(guó)液限實(shí)驗(yàn)普遍使用的儀器是瓦氏圓錐儀(也稱為平衡錐法)，儀器簡(jiǎn)單，操作簡(jiǎn)便，標(biāo)準(zhǔn)易于統(tǒng)一。塑限測(cè)定目前國(guó)內(nèi)外均采用搓條法，就是取含水率接近于塑限的試樣，用于搓成橢圓形，然后用手掌在毛玻璃板上輕輕搓滾(可吸走部分水分)，當(dāng)土條搓至3mm粗細(xì)時(shí)

12、，產(chǎn)生裂縫并斷裂(見(jiàn)圖5一3)，此時(shí)土的含水率即為塑限。 圖52 碟式液限儀 圖52 搓成的土條 圖54 圓錐式液限儀示意圖 圖55 WX-2型光電塑液限聯(lián)合測(cè)定儀1-平衡椎體；2-手柄；3-平衡錐；4-試樣盒；5-底座三、儀器設(shè)備(l)圓錐式液限儀(見(jiàn)圖5一4)。(2)光電塑液限聯(lián)合測(cè)定儀(見(jiàn)圖5一5)。(3)毛玻璃板。尺寸宜為2OOmm300mm。(4)其他一設(shè)備和川品包括于燥器、天平(稱最200g，最小分度值0.01g)、恒溫烘箱、試樣鋁盒、調(diào)土刀、篩(孔徑(0.5mm)、研缽(附帶橡皮頭研棒)、土工刀、卡尺(分度值為0.02mm)或直徑為3mm的鐵絲(長(zhǎng)10mm左右)干燥器、小鐵筐、凡

13、士林或潤(rùn)滑油、蒸餾水等。四、操作步驟(一)(一)圓錐法測(cè)液限(l)土樣制備。原則上采用具天然含水率的土樣進(jìn)行測(cè)定，當(dāng)土樣含水率較小或因土樣中含較多大于0.5mm的顆?；蛴休^多的雜物時(shí)，可將土樣風(fēng)干研磨過(guò)0.5mm篩的上加蒸餾水調(diào)成均勻膏狀，用玻璃板覆蓋或放在盛水的干濕器中靜止一晝夜，使水分浸透土樣。(2)裝土入杯，將平衡錐擦凈，在錐體上涂以薄層凡士林或潤(rùn)滑油，兩指提住手柄，將平衡錐放在試樣表面中部至錐尖與試樣表面接觸時(shí)，松開(kāi)手指使錐體在其自重下沉入土中。放錐時(shí)要平穩(wěn)，避免沖擊(也可用電磁放錐)。(3)觀察平衡錐下沉。當(dāng)錐體約經(jīng)15s沉人試樣深度恰為10mm時(shí)，表示土的含水率適為液限。若錐體入土

14、深度大于或小于l0mm時(shí)，表示該試樣含水率高于或低于液限，這時(shí)將杯中.仁樣取出.(去掉沾凡士林的一部分)，放到調(diào)土皿中連續(xù)拌和，使之稍干或加少址水調(diào)勻，重做實(shí)驗(yàn)，直到錐體人土深度恰為10mm為止。(4)測(cè)含水率。將盛土杯間的土樣取出1015g（不要沾有凡士林的)，裝入質(zhì)量為mo的鋁盒中，稱濕土和鋁盒重m1，放在烘箱中烘干，再稱干土和鋁盒合重m2。由此計(jì)算出土的含水率即為液限。.(5)計(jì)算液限。按式(5一1)進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算至0.1%，即: (5一1)本實(shí)驗(yàn)需進(jìn)行兩次平行測(cè)定，取其算術(shù)平均值，所測(cè)平行差值不得大于2%。(二) 搓條法測(cè)塑限(1)制備上樣。將原狀土或取過(guò)0.5mm篩的風(fēng)干上，加少量水

15、捏成泥團(tuán)，用濕布敷蓋，靜置24h，使水分浸透，也可以從液限實(shí)驗(yàn)制備好的土樣中取出309左右吹干或風(fēng)干，調(diào)制成不黏手的泥團(tuán)。(2)捏揉土塊。將試樣在手中捏揉至不黏手，然后將試樣捏扁，如出現(xiàn)裂縫，表示含水率已接近塑限。(3)用手搓條。取接近于塑限試樣810g，先用手搓成橢圓形，然后再用手掌側(cè)部在毛玻璃板上輕輕搓滾，均勻施仄成條，其長(zhǎng)度不得超過(guò)手掌寬度。當(dāng)土條搓成直徑3mm時(shí)產(chǎn)生裂縫并開(kāi)始斷裂，表示土的含水率適為塑限。若土條搓至3mm仍未產(chǎn)生裂縫或斷裂，表示土的含水率高于塑限，則應(yīng)將土條重新捏成一團(tuán)，繼續(xù)搓滾，直至土條一直徑為3mm產(chǎn)生裂縫并開(kāi)始斷裂為止。若土條搓至大于3mm時(shí)就產(chǎn)生裂縫或斷裂，則表

16、示含水率低于塑限，則應(yīng)將土樣略加水分，重新搓滾至3mm出現(xiàn)斷裂為至。(4)測(cè)含水率。取合格斷裂的土條35g，裝人已知質(zhì)量mo鋁盒內(nèi)，蓋緊眾蓋，稱得土條與盒的合重m1。烘干并稱重m2。(5)計(jì)算塑限。按式計(jì)算塑限，計(jì)算至0.1%，即: (5一2)本實(shí)驗(yàn)需進(jìn)行兩次平行測(cè)定，取其算術(shù)平均位，所測(cè)平行差值對(duì)粉質(zhì)黏土不大于2%，粉土不大于1%(三)土的塑液限聯(lián)合測(cè)定法目前，在很多實(shí)驗(yàn)室中液、塑限測(cè)定可以采用液、塑限聯(lián)合測(cè)定儀法，該方法原理清晰、步驟簡(jiǎn)單，能快速測(cè)定土的液、塑限。具體步驟如下:(1)本實(shí)驗(yàn)宜采用天然含水率試樣，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(guò)

17、0.5mm篩。(2)當(dāng)采用天然含水率土樣時(shí)，取代表性土樣250g.采用風(fēng)干試樣時(shí)，取0.5mm篩下的代表性土樣200g，將試樣放在橡皮板上用純水將土樣調(diào)成均勻膏狀，放人調(diào)土,浸潤(rùn)過(guò)夜。(3)將制備的試樣充分調(diào)拌均勻，填人試樣杯中，填樣時(shí)不應(yīng)留有空隙，較干的試樣應(yīng)充分搓揉，密實(shí)地填人.試樣杯中，填滿后刮平表面。(4)將試樣杯放在光電塑液限聯(lián)合測(cè)定儀(見(jiàn)圖5一5)的升降座一上，在圓錐一上抹一薄層凡士林，接通電源，使電磁鐵吸住圓錐。(5)調(diào)節(jié)零點(diǎn)，將屏幕上的標(biāo)尺調(diào)在零位。調(diào)整升降座、使圓錐尖接觸試樣表面，指示燈亮?xí)r圓錐在自重下沉入試樣，經(jīng)5s后測(cè)讀圓錐下沉深度(顯示在屏幕上)，取出試樣杯，挖去錐尖入

18、土處的凡十林，取錐休附近的試樣不少于530g，放人稱星盒內(nèi)，測(cè)定含水率。(6)將全部試樣再加水或吹干并調(diào)勻，重復(fù)步驟(3)至步驟(5)分別測(cè)定第二點(diǎn)、第三點(diǎn)一試樣的圓錐下沉深度及相應(yīng)的含水率。液塑限聯(lián)合測(cè)定應(yīng)不少于三點(diǎn)。(注:圓錐入上深度宜為34mm、79mm、1517mm。)圖5-6 圓錐下沉深度與含水率關(guān)系曲線 (7)以含水率為橫坐標(biāo)，圓錐人土深度為縱坐標(biāo)在雙對(duì)數(shù)坐標(biāo)紙卜繪制關(guān)系曲線5-6所示。三點(diǎn)應(yīng)在一直線上如圖中A線所示。當(dāng)三點(diǎn)不在一直線上時(shí)，在下沉為2mm處查得相應(yīng)的2個(gè)含水率，差值小于2%時(shí)，應(yīng)以兩點(diǎn)含水率的平均值與高含水.率的點(diǎn)連兩個(gè)含水率的差值不小于2%時(shí)，應(yīng)重做實(shí)驗(yàn)。(8)在

19、含水率與圓錐下沉深度的關(guān)系圖上查得下沉深度為10mm所對(duì)應(yīng)的含水率為10mm液限(有些圓錐還刻有17mm的標(biāo)志，此時(shí)的含水率即為17 mm液限，等效碟式液限)，查得下沉深度為2mm所對(duì)應(yīng)的含水率為塑限，取值以百分?jǐn)?shù)表示，準(zhǔn)確至0.1%。目前，國(guó)內(nèi)各個(gè)行業(yè)不同規(guī)范中錐體重量和下沉深度尚未統(tǒng)一，土工實(shí)驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)(GB/T 50123-99)采用錐體質(zhì)量76g,入土深度有10mm和17mm兩種夜限標(biāo)準(zhǔn)；公路土工實(shí)驗(yàn)規(guī)程（JTG E40-2007），中界限含水率實(shí)驗(yàn)中用的是100g錐，入上深度有20mm;公路橋涵地基與基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范(JTG D63一2007)中用76g錐;建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范(GB 5

20、0007-2002)確定載性土承載力標(biāo)準(zhǔn)值時(shí)按10mm液限計(jì)算，水利部門普遍采用76g錐、人土深度17mm液限和100g錐、入土深度20mm兩種液限計(jì)算。（9）按前而的步驟進(jìn)行兩次平行實(shí)驗(yàn)(本實(shí)驗(yàn)課由于時(shí)間限制，僅做一次，取4個(gè)點(diǎn))，當(dāng)兩次測(cè)定的含水率差值在含水率低于40%時(shí)不大于1%，在含水率高于40%時(shí)，不大于2%時(shí)，取兩次平行實(shí)驗(yàn)的平均值作為含水率。五、記錄與計(jì)算圓錐法和搓條法記錄格式見(jiàn)表5一1，塑液限聯(lián)合實(shí)驗(yàn)見(jiàn)表5一2。表5-2 塑限實(shí)驗(yàn)記錄表(圓錐法和搓條法)實(shí)驗(yàn)小組編號(hào): 實(shí)驗(yàn)小組成員： 計(jì)算者： 試驗(yàn)日期：土樣編號(hào)試驗(yàn)項(xiàng)目試驗(yàn)方法鋁盒水分質(zhì)量m1-m2(g)干土質(zhì)量m2-mo(g

21、)含水率（%）塑性指數(shù)IP按IP土的類型液性指數(shù)IL稠度狀態(tài)備注編號(hào)質(zhì)量mo(g)所加濕土的質(zhì)量m1(g)所加干土的質(zhì)量m2(g)單值平均液限圓錐法塑限搓條法表5一2 塑液限聯(lián)合實(shí)驗(yàn)記錄表實(shí)驗(yàn)小組編號(hào): 實(shí)驗(yàn)小組成員： 計(jì)算者: 實(shí)驗(yàn)日期:試樣編號(hào)1234溶錘入土深度（mm） 10 15 20 25 35 45 60 80 10030 40 50 70 90含水率（%）（建議用鉛筆繪圖）圓錐下沉深度（mm）盒號(hào)盒質(zhì)量(g)盒+濕土質(zhì)量（g）盒+干土質(zhì)量（g）濕土質(zhì)量（g）干土質(zhì)量（g）水的質(zhì)量（g）含水率（%）液限wl(%)塑限wp(%)塑性指數(shù)IP土的分類按式(5一3)、式(5一4)計(jì)算土的

22、塑性指數(shù)Ip和液性指數(shù)Il，評(píng)定土的類別及所處的狀態(tài): (5一3) (5一4)六、注意事項(xiàng)(1)在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，若使土變干些，只可在空氣中晾干或用吹風(fēng)機(jī)吹干，為加速水分蒸發(fā)，可以用調(diào)土刀攪拌或用手搓揉，絕不能加干土.或用烈火烘烤。(2)平衡錐表面所涂的凡士林應(yīng)極薄，放錐時(shí)應(yīng)由土面自由落下，避免沖擊。圓錐入土深度應(yīng)從實(shí)驗(yàn)后錐體表面凡士林被擦去的痕跡來(lái)辨認(rèn)，亦即為土面接觸線至錐尖的垂直距離。重復(fù)調(diào)土?xí)r，必須去掉沾凡士林的濕土。(3)搓滾土條時(shí)，以手掌側(cè)部輕壓土條，用力要均勻，不得進(jìn)行無(wú)壓滾動(dòng)，應(yīng)防止土條產(chǎn)生中空現(xiàn)象。土條在數(shù)處同時(shí)發(fā)生斷裂時(shí)始達(dá)塑限，如僅偶有一處斷裂一可能是由于用力不均之故，不能認(rèn)為

23、達(dá)到塑限。七、思考題1.什么是土的界限含水率?土有幾種界限含水率?其物理意義是什么?2.用平衡錐法測(cè)定土的液限時(shí)，如何將土上調(diào)拌均勻?試樣杯土樣的裝入過(guò)程有什么要求?3.用搓條法測(cè)定土的塑限時(shí)，為什么不能無(wú)壓滾動(dòng)?4.能否用電吹風(fēng)的熱風(fēng)將土中含水率降低?5.該實(shí)驗(yàn)為什么要取兩個(gè)以上的平行樣?6.為什么在光電塑液限聯(lián)合測(cè)定法中，圓錐的人土深度宜為34mm 、78mm、1517mm?實(shí)驗(yàn)四 土的壓縮實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康谋緦?shí)驗(yàn)的目的是測(cè)定試樣在側(cè)限與軸向排水條件下的變形和壓力，關(guān)系，以及變形和時(shí)間的關(guān)系，以便計(jì)算廠;的壓縮系數(shù)、壓縮指數(shù)、壓或孔隙比和壓力的縮模固結(jié)系數(shù)及原狀上的先期固結(jié)壓力等該實(shí)驗(yàn)屬于綜

24、合性實(shí)驗(yàn)，涉及土的天然含水率的測(cè)定，土的天然密度的測(cè)定.土的壓縮系數(shù)的測(cè)定以及土的壓縮模址的測(cè)定測(cè)定，是所有工程必做的工實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。二、實(shí)驗(yàn)原理土的壓縮指土在壓力作用下體積逐漸壓縮變小的過(guò)程，器內(nèi)，在有側(cè)限的條件下施加壓力，觀察在不同壓力一下的壓縮試驗(yàn)是將土試樣放在金屬容縮變形，以測(cè)定土的壓縮系數(shù)、壓縮模固結(jié)系數(shù)等有關(guān)壓縮勝指標(biāo)，了解土的壓縮性質(zhì)，作為設(shè)計(jì)計(jì)算的依據(jù)。一般壓縮儀有兩種:杠桿式和磅秤式。杠桿式壓縮儀(見(jiàn)圖8一l)是用法碼通過(guò)杠桿加壓，壓力只有0.40.6MPa，但基本上能滿足一般工程一要求，且數(shù)臺(tái)儀器可裝在同一實(shí)驗(yàn)臺(tái)架上，占面積小，便于管理，目前被廣泛采用。磅秤式壓縮儀是通過(guò)帶有加

25、壓框架的磅秤施加壓力，壓力可達(dá)1.55 MPa，適用于較重大的工程，且還可以測(cè)量土的壓縮指數(shù)和先期固結(jié)壓力。圖8-1 杠桿式壓縮儀壓縮實(shí)驗(yàn)中每級(jí)荷重的施加，是在前一級(jí)荷重下壓縮至穩(wěn)定后施加的，但所謂穩(wěn)定是相對(duì)的，通常按穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)的不同將壓縮試驗(yàn)分為三類。(l)穩(wěn)定壓縮。在每級(jí)荷重卜24h內(nèi)土樣厚度不再變化，才認(rèn)為穩(wěn)定，繼續(xù)加下一級(jí)荷重。這種方法花費(fèi)時(shí)間太長(zhǎng)，除科學(xué)研究外，一般不常采用。.(2)假定穩(wěn)定壓縮。lh內(nèi)土樣厚度變化不超過(guò)0.005mm即可認(rèn)為穩(wěn)定(對(duì)土樣高度為2cm的試樣)，或以滿24h為標(biāo)準(zhǔn)，繼之加下一級(jí)荷重。試驗(yàn)證明，按此規(guī)定所測(cè)的結(jié)果已滿足要求，是規(guī)程所規(guī)定的常規(guī)標(biāo)準(zhǔn)。(3)快速

26、壓縮。在各級(jí)荷重下，壓縮時(shí)間規(guī)定為lh，僅在最后一級(jí)荷重下，除測(cè)讀1的變形量外，還應(yīng)測(cè)讀達(dá)穩(wěn)定時(shí)的變形量。根據(jù)最后一級(jí)變形量校正前幾級(jí)荷重下的變形量。當(dāng)要求精度不高或教學(xué)時(shí)，可采用快速壓縮法。三、儀器設(shè)備(1)壓縮儀。杠桿式壓縮儀(見(jiàn)圖8-2) 包括: 加壓及傳壓裝置、壓縮容器和測(cè)微表。圖8-2 杠桿式壓縮儀裝置示意圖1- 測(cè)微表；2-上部橫架；3-壓縮容器；4-水平臺(tái)；5-上部固定螺絲；6-下部固定螺絲；7-平衡錘；8-杠桿；9-砝碼盤(pán)(2)測(cè)含水率和重度所用儀器一設(shè)備。(3)其他用品包括濾紙、秒表等。四、操作步驟1，切取土樣按工程需要取原狀上或制備所需狀態(tài)的擾動(dòng):土樣。仔細(xì)切取土樣并按下列

27、步驟將其放置到圖8一3所示的壓縮容器中(同時(shí)測(cè)土的重度和含水率)。圖8-3 壓縮容器示意圖1- 測(cè)微表；2-加壓蓋；3-固定環(huán)；4-環(huán)刀；5-透水臺(tái)；6-透水底板；7-容器外殼將已切土樣的環(huán)刀外壁涂以薄層凡士林(見(jiàn)圖8一4)，然后刃日向下放入護(hù)環(huán)內(nèi)，按圖8一2將容器安裝好;將底板放在容器內(nèi)，底板上順次放潔凈潤(rùn)濕的透水石和濾紙各一。再借提環(huán)螺絲將護(hù)環(huán)(內(nèi)有環(huán)刀及試樣)放到容器內(nèi)，然后再在試樣頂上順次放人潔凈潤(rùn)濕的濾紙和透水石，最后放上加壓導(dǎo)環(huán)和傳壓活塞。圖8-4 未裝樣的壓縮容器2.檢查設(shè)備檢查加壓設(shè)備是否靈敏，調(diào)整平衡錘使杠桿水平，然后用下部支撐螺絲頂位。3.安置容器將裝好試樣的壓縮容器放到水

28、平臺(tái)固定位置，再將上部加壓框架放上，微表。4.施加預(yù)壓為保證試樣與儀器上下各部件之間接觸良好，應(yīng)施加1kPa的預(yù)壓荷重調(diào)整測(cè)微胡讀數(shù)至零點(diǎn)。5.加壓觀測(cè)(1)加第一級(jí)荷重，其大小視.土的軟硬程度分別采用12.5kpa/25kpa或50kpa(一級(jí)實(shí)加荷重應(yīng)減去預(yù)壓荷重)，同時(shí)記錄加荷時(shí)間，在一試驗(yàn)過(guò)程中，應(yīng)始終保持加荷桿桿水平。加壓時(shí)將碼輕.輕放在祛碼盤(pán)上。(2)如系飽和試樣，則在施加第一級(jí)荷重后，立即向容器中注水至滿。如系非飽和樣，須圍住上下透水石四周，避免水分蒸發(fā)。(3) 加荷后每隔1h讀測(cè)微表一次，至每小時(shí)變形量不大于0.005mm，即認(rèn)為變形穩(wěn)定?；蛞詽M24h為標(biāo)準(zhǔn)，測(cè)記讀數(shù)后，施加下

29、一級(jí)荷重。依此逐級(jí)加荷.至實(shí)驗(yàn)終止。(4)荷重級(jí)不宜過(guò)大，大小視土的軟硬程度及工程情況而定，一般順序?yàn)?5kPa、50kpa、100kpa、200kpa、300kpa,或按設(shè)計(jì)要求，模擬實(shí)際加荷情況、適當(dāng)調(diào)整。最后一級(jí)荷重應(yīng)大于土層計(jì)算壓力100200kpa（重大工程荷重較大則需用磅秤式儀器繼續(xù)加荷，如400kpa、600kpa、800kpa、1200、1550kpa）。(5)快速法則每小時(shí)觀察測(cè)微表數(shù)后即加下一級(jí)荷重，但最后一級(jí)應(yīng)觀察到壓縮穩(wěn)定為止。(6)如需求固結(jié)系數(shù)Cv,則于加荷后，按下列時(shí)間記錄測(cè)微表讀數(shù)：6s、15s、1min、2min15s、4min、6min15s、9min、12

30、min15s、25min、30min15s、36min、42min15s、49min、64min、100min、23h、24h，以后每隔一定時(shí)間測(cè)記讀數(shù)一次至壓縮穩(wěn)定為止。每次卸荷后的膨脹變形穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)與加荷相同，并測(cè)記甸級(jí)荷重及最后無(wú)荷時(shí)的膨脹穩(wěn)定變形量。6.拆除儀器退去荷重后，拆去測(cè)微表，排除儀器中水分，按與安裝相反的順序拆除各部件，取出帶環(huán)刀的一試樣。必要時(shí)測(cè)定試樣的實(shí)驗(yàn)后含水率。將儀器擦凈，涂油歸位。7.校正儀器變形(1)考慮壓縮儀器本身及濾紙變形所產(chǎn)生的變形，應(yīng)做壓縮量的校正。校正方法按前述步驟進(jìn)行，以與試樣相同大小的金屬塊代替土樣放入容器中，然后與試驗(yàn)步驟一樣，分別在金屬塊上加同等壓

31、力，每隔幾分鐘加荷一次，測(cè)記各級(jí)荷重下覺(jué)表讀數(shù)，加至鼓大荷重，記下測(cè)微表讀數(shù)后，按與加荷相反的次序，每幾分鐘退荷一次，測(cè)記量表讀數(shù)，至荷重完全卸除位置。按壓縮實(shí)驗(yàn)步驟拆除儀器，重新安排，重復(fù)以上步驟再進(jìn)行校正，取平均值作為各級(jí)荷重下儀器的變形量，其平行差值不得超過(guò)0.01mm。(2)在生產(chǎn)中，每個(gè)儀器都事先作好變形校正曲線。初學(xué)者為練習(xí)儀器的使用，此步驟可在正式實(shí)驗(yàn)前做好。五、記錄與計(jì)算記錄格式見(jiàn)表8一1、表8一2、圖8一5。表8一l 壓縮實(shí)驗(yàn)試樣記錄表實(shí)驗(yàn)小組編號(hào): 實(shí)驗(yàn)方法： 實(shí)驗(yàn)日期: 實(shí)驗(yàn)者:試樣情況密度試驗(yàn)記錄環(huán)刀+土質(zhì)量（g）環(huán)刀質(zhì)量（g）土質(zhì)量（g）試樣體積（cm）密度（g/cm

32、）含水率實(shí)驗(yàn)記錄鋁盒號(hào)盒+濕土重（g）盒+干土重（g）盒重（g）水重（g）干土重（g）含水率（%）單值平均值表8一2 壓縮實(shí)驗(yàn)記錄表試樣原始高度hocm初始含水率wo%試樣比重Gs試樣密度POg/cm初始孔隙比eo骨架凈高h(yuǎn)s=ho/（1+eo）mm壓力（kpa）加荷時(shí)間（min）壓力（kpa）測(cè)微表讀數(shù)（mm）試樣壓縮后總變形量h（min）壓縮后試樣高度（mm）hi=ho-h孔隙比ei=hi/hs-150100200300圖8-5 壓縮實(shí)驗(yàn)成果圖 (1)如果采用快速法與標(biāo)準(zhǔn)方法的區(qū)別是在各級(jí)壓力下的壓縮時(shí)間為lh，在最后一級(jí)壓力下，除測(cè)記lh的量表讀數(shù)外，量表一讀數(shù)每小時(shí)變化不大0.005m

33、m各級(jí)壓力下試樣校正后的總變形量按式(8-1)計(jì)算為： (8一1)式中 一某荷重下校正后的變形量，mm；K一校正系數(shù);一某荷重下壓縮一小時(shí)的總變形量減去該荷重下的儀器變形量，mm;一最后一級(jí)荷重下壓縮一小時(shí)的總變形量減去該荷重下的儀器變形量，mm;一最后一級(jí)荷重下達(dá)到穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)的總變形量減去該荷重下的儀器變形量，mm;(2)按式(8一2)計(jì)一算試樣的初始孔隙比e。為： (8一2)(3)各級(jí)荷重下變形穩(wěn)定后的孔隙比ei為： (8一3)(4)某一荷重范圍內(nèi)的壓縮模量a為; (8一4)(5)某一荷重范圍內(nèi)的壓縮模量Es 為: (8一5)式中 wo試樣初始含水率，%;在某一荷重下試樣變形穩(wěn)定后的總變形量

34、減去儀器變形量，mm；試樣初始高度，mm;某一級(jí)荷重值，kPa;某一級(jí)荷重下壓縮系數(shù)，MPa;-某一級(jí)荷重下壓縮模量，Mpa。(6)作孔隙比e與荷重p關(guān)系曲線。作e一P關(guān)系曲線見(jiàn)圖8一6(a)或孔隙比e-lgp見(jiàn)圖8一6(b)。(7)必要時(shí)可按式(8一6)計(jì)算滲透系數(shù)k為: (8一6)式中 k在某一荷中范圍下的滲透系數(shù)，cm/s;Cv該荷重范圍下的固結(jié)系數(shù)，cm/s;a該荷重范圍下的壓縮系數(shù)，kpa;e該荷重范圍下試樣的平均孔隙比;rw水的重度，N/cm.圖8-6 孔隙比e與荷重p關(guān)系比重（a）e-p曲線；（b）e-lgp曲線六、注意事項(xiàng)(l)切削試樣時(shí)，應(yīng)十分耐心操作，盡一避免破壞土的結(jié)構(gòu)。

35、不允許直接將環(huán)刀壓入土樣中。(2) 在削去環(huán)刀兩端余土?xí)r，不允許用刀來(lái)回涂抹土面，避免孔隙堵塞。(3) 不要振碰壓縮臺(tái)及周圍地面，加荷或卸荷時(shí)均應(yīng)輕放祛碼。七、思考題1.固結(jié)實(shí)驗(yàn)按穩(wěn)定條件分為兒種?如何保證快速壓縮實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)確性?2.在調(diào)試儀器時(shí)，如何保證“兩平一密”?3.總變形量包括幾部分?如何測(cè)定?如何用百分表進(jìn)行計(jì)量?4.為什么最后一級(jí)荷重應(yīng)大于土層的自重壓力0.10.2mpa?5.能否用低壓下的壓縮性指標(biāo)去推求高壓情況下的壓縮性指標(biāo)?6.在測(cè)定沉降速率時(shí)，為什么f1.要在多級(jí)加荷后校驗(yàn)時(shí)問(wèn)記錄測(cè)微表一讀數(shù)?實(shí)驗(yàn)五 土的直剪實(shí)驗(yàn)一、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康闹苯蛹羟性囼?yàn)是測(cè)定土的抗剪強(qiáng)度的一種常用方法。通

36、常采用在同樣深度取得的同一試樣桶中的理個(gè)試樣為一組，分別在不同的垂直壓力P下，施加水平剪力T進(jìn)行剪切，求得破壞時(shí)的剪應(yīng)力二，然后根據(jù)庫(kù)侖定律確定土的抗剪強(qiáng)度參數(shù)內(nèi)摩擦角和黏聚力。直剪試驗(yàn)分為快剪(Q)、固結(jié)快剪(CQ)和慢剪(S)三種試驗(yàn)方法。該實(shí)驗(yàn)屬于綜合性實(shí)驗(yàn)，涉及庫(kù)侖定律的驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)、土的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)的測(cè)定等內(nèi)容，是所有工程的必做項(xiàng)目。二、實(shí)驗(yàn)原理直接剪切試驗(yàn)是目前工程實(shí)踐中最廣泛采用的一種。它的試驗(yàn)原理是根據(jù)庫(kù)侖定律，土的內(nèi)摩擦力與剪切面.上的法向壓力成正比。這樣，將同一土制備的4個(gè)土樣分別在不同方法向壓力下，沿固定的剪切面直接施加水平剪力，得其被剪壞時(shí)剪應(yīng)力即為土的抗剪強(qiáng)度。然后根據(jù)庫(kù)

37、侖公式確定土的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)滬和豁聚力。直接剪切儀按施加剪力的方式不同，分應(yīng)力控制式(見(jiàn)圖9一1)和應(yīng)變控制式(見(jiàn)圖9一2)兩種。應(yīng)變控制式是通過(guò)彈性鋼環(huán)變形控制剪切位移的速率。應(yīng)力控制式是通過(guò)杠桿用祛碼控制施加剪應(yīng)力的速率，測(cè)相應(yīng)的剪切位移。目前多以應(yīng)變控制式為主，應(yīng)力式施加祛碼時(shí)易引起沖擊力，已被逐漸淘汰，只適用于作慢剪及長(zhǎng)期強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)。圖9-1 應(yīng)力控制式直剪儀示意圖1-百分表；2-透水臺(tái)；3-帶孔壓板；4-銷釘；5-剪切面；6-剪切系數(shù)；7-壓力系數(shù)圖9-2 應(yīng)變控制式直剪儀示意圖1- 剪切傳動(dòng)機(jī)構(gòu)；2-推動(dòng)座；3-下盒；4-垂直加荷框架；5-垂直位移表；6-承壓板；7-透水板；8-上盒；

38、9-儲(chǔ)水盒；10-剪切力計(jì)量?jī)x表；11-水平位移量表；12-液珠；13-試樣按其在荷重作用下壓縮及受剪時(shí)土樣的排水情況不同試驗(yàn)方法可分三種。(1)快剪法(或稱不排水剪)口即在試樣上施加垂直壓力后，立即加水平剪切力。在整個(gè)實(shí)驗(yàn)中，不允許試樣的原始含水率有所改變(試樣兩端用隔水紙)，即在試驗(yàn)過(guò)程中孔隙水壓力保持不變（規(guī)定在35min內(nèi)剪斷）。測(cè)得指標(biāo)用cq和W表示。(2)慢剪法(或稱排水剪)。即在加垂直荷重后，使土樣中能排出的水分全邵排出(試樣兩端用濾紙)需經(jīng)過(guò)一段時(shí)間，在土樣達(dá)到完全固結(jié)時(shí)，再施加水平剪力。每加一次水平剪力后，均待土樣因剪切引起的動(dòng)水壓力(孔隙水壓力)完全消失后，再繼續(xù)加水平剪力

39、。試驗(yàn)過(guò)程中孔隙水壓力全部消失，外加壓力全部成為有效壓力。測(cè)得指標(biāo)用cs和s表示。(3)固結(jié)快剪法。在垂直壓力下土樣完全排水固結(jié)穩(wěn)定后，以很快速度施加水平剪力。在剪切過(guò)程中不允許水排除(規(guī)定在35min內(nèi)剪損)。測(cè)得指標(biāo)用C cq和pcq表示。上述三種方法的實(shí)驗(yàn)結(jié)果由于受力條件不同，導(dǎo)致所得抗剪強(qiáng)度不同，因此，必須根據(jù)土所處的實(shí)際應(yīng)力情況來(lái)選擇試驗(yàn)方法。黏性土的抗剪強(qiáng)度比較復(fù)雜，性土為例。直接剪切試驗(yàn)不能嚴(yán)格控制排水條件，以土樣所受的總應(yīng)力為計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)，故所得強(qiáng)度為總應(yīng)力強(qiáng)度。施加某一垂直壓力后，逐漸施加水平剪應(yīng)力r，同時(shí)測(cè)得相應(yīng)的剪切位移L，直至土樣剪壞為止。通常以剪應(yīng)力的最大值(峰值)或穩(wěn)定

40、值作為土的抗剪強(qiáng)度，如無(wú)明顯變化，以剪切位移等于4mm(一樣直徑64mm)的抗剪強(qiáng)度。三、儀器設(shè)備(l)應(yīng)變控制式.直剪儀(見(jiàn)圖9一3)。主要部件包括盒式剪切容器、彈性鋼環(huán)、豎問(wèn)加荷設(shè)備、測(cè)微表等。圖9-3 應(yīng)變控制式直剪儀(2)其他設(shè)備及用品包括天平、修土刀、環(huán)刀、推土器、凡士林、濾紙或蠟紙、秒表、直尺和測(cè)角器等。四、操作步驟(1)試樣制備從原狀上樣中切取原狀土試樣或制備給定干密度和含水率的擾動(dòng)土試樣。按土工實(shí)驗(yàn)規(guī)程(sI一237一1999)規(guī)定，測(cè)定試樣的密度及含水率。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.切取土樣按工程需要，用已知重量、高度和面積的環(huán)刀，取相同試樣45個(gè)，并測(cè)其重度。重度差不大于0.03g/cm。取部分有代表性的余十測(cè)含水率。3.檢查儀器(1)檢查豎向和橫向傳力杠桿是否水平，如不平衡時(shí)調(diào)節(jié)平衡錘使之水平。(2)檢查上下銷釘和升降螺絲是否靈敏。(3)檢查測(cè)微表靈敏性。(4)上下盒間接觸面及盒內(nèi)表面涂薄層凡士林，以減少摩阻力。(5)檢查彈性鋼環(huán)兩端是否能與剪切容器和端承支點(diǎn)接緊;將手輪逆時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)使推進(jìn)器與容器離開(kāi)，然后將推進(jìn)器的保險(xiǎn)銷釘擰開(kāi)，檢查螺母輪或蝸桿與螺絲槽有無(wú)脫離現(xiàn)象。4.安裝試樣(1)對(duì)準(zhǔn)上下盒，插人固定銷。在盒內(nèi)放人透水石一塊，其上覆隔水蠟紙一張(快剪)或濕濾紙(固快、慢剪)。(2)將盛有試樣