巖土力學實驗報告

實驗報告課程名稱：工程巖土實驗姓名：黃露學號：1008100150學院：資源與環(huán)境工程學院專業(yè)：勘查技術與工程班級：勘技101班2013年07月14日實驗一密度試驗（環(huán)刀法）土的密度是指土的單位體積的質量，若用天然狀態(tài)的土樣測得的密度，稱天然密度。一般常用環(huán)刀法或蠟封法測定土的密度，兩者的主要區(qū)別在于測得土的體積不同。環(huán)刀法適用于較均一,可塑的粘性土。蠟封法適用于土中含有粗粒，或者堅硬易碎難以用環(huán)刀切割的土，或者試樣量少，只有小塊形狀不規(guī)則的土樣使用。對于飽和松散土，淤泥，飽和軟土，不易取出原樣的土，可用放射性同位素在現(xiàn)場測定其天然密度。砂土，礫石，可在現(xiàn)場挖坑用灌砂法測定。實驗儀器環(huán)刀、切土刀、竹片、凡士林、玻璃板、電子天平實驗原理用已知質量及容積的環(huán)刀，切取土樣，使土體體積與環(huán)刀容積一致，這樣環(huán)刀容積即為土體體積，稱量后去掉環(huán)刀質量即得土的質量，通過計算得出土的密度。實驗目的測定原狀土的密度實驗步驟1測定環(huán)刀質量：將完好的環(huán)刀擦拭干凈，在電子天平上測出環(huán)刀的質量，記下讀數(shù)。（環(huán)刀容積已給出為60cm3）2切取土樣：在環(huán)刀內(nèi)壁上涂上薄層凡士林，環(huán)刀刃口向下放在土樣表面上，垂直向下輕壓環(huán)刀，至土樣高出環(huán)刀為止，用切土刀切掉環(huán)刀上端的高出環(huán)刀的土，使土面與環(huán)刀邊緣齊平，再置于玻璃板上，削掉刃口一端的余土，使之與環(huán)刀刃口齊平。若兩面的土有少許剝落，可用切下的碎土輕輕補上。3測定環(huán)刀和土樣的總質量4計算土的密度注意事項1用環(huán)刀取土樣時，必須嚴格按步驟操作2稱量前應注意把天平調(diào)零，稱環(huán)刀和土總質量時應把環(huán)刀外壁土擦干凈試驗記錄試驗一密度試驗記錄（環(huán)刀法）試驗者：班級勘技101組別姓名黃露日期2013年7月8日試驗日期土樣編號環(huán)刀號碼環(huán)刀＋土質量環(huán)刀質量土質量環(huán)刀容積密度（g）（cm3）（g/cm3）（1）（2）（3）（4）（5）（1）－（2）1202168.648.8118.8601.982211169.248.9120.3602.005平行差0.025g/cm3平均密度＝1.993g/cm3實驗二測定土的含水率基本原理含水率是指土中水分質量與干土質量之比值。濕土在溫度為100~150攝氏度的長時間烘烤x下，土中水分完全被蒸發(fā)，土樣減輕的質量與完全干燥后土樣的質量之比值，即為濕土的含水率，以百分數(shù)表示。測定含水率的方法很多，其區(qū)別是事土樣干燥的方法不同，常用的有下列幾種方法。烘干法：將土樣置于烘箱中烘烤去除水分。烘干法只能在實驗室中有烘箱設備的條件下進行，一般適用于有機質含量小于5%的土，若有機質含量為5%~~10%，仍允許用此法，但需注明有機質含量。酒精燃燒法：將酒精倒入土樣中，燃燒除去水分。此法適用于野外勘測及施工等大量測定含水率的情況。酒精燃燒方式的曉得速度較快，故又稱快速法。砂土炒干法：砂土中結合水少，可以將它放在鋁盒中置于電爐上炒干，直至完全干燥，測其含水率。儀器設備鋁盒兩個；天平：感量為0.01g；烘箱；干燥器。操作步驟測濕土的質量先稱的干凈鋁盒的質量m0后選取代表性的土樣15g，放入鋁盒內(nèi)，蓋緊盒蓋，稱鋁盒加濕土的質量m1。烘干土樣打開盒蓋，將盛有土樣的鋁盒放入烘箱，在溫度100~~150攝氏度下烘烤6小時以上至恒重。測干土的質量自烘箱中取出鋁盒蓋上盒蓋，立即放入干燥器中，冷卻后稱盒加干土的質量m2，減去鋁盒質量m0，既得干土質量。按下式計算含水率公式中：ω——土的含水率，%；m1——鋁盒質量加濕土的質量，g；m2——鋁盒質量加干土質量，g；m0——鋁盒質量，g；平行測定每一樣土樣必須做兩次平行測定，取其結果的算術平均值。允許平行誤差值如下：含水率允許平行誤差值<10%0.5%10~~40%1.0%>40%2.0%注意事項打開土樣后，應立即取樣稱濕土質量，以免水分蒸發(fā)。土樣必須按要求烘指恒重，否則影響測試精度。烘干的試樣應冷卻后稱量，防止熱土吸收空氣中的水分，并避免天平受熱不均影響稱量精度。實驗數(shù)據(jù)試驗二含水量試驗記錄（烘干法）試驗者：班級勘技101組別姓名黃露日期2013.07.08試驗日期土樣編號盒號盒＋濕土質量盒＋干土質量盒質量水質量干土質量含水量（1）（2）(3)(4)(5)(6)(1)－(2)(2)－(3)1F22031.726.916.24.810.744.86％2F22131.826.815.95.010.945.87％平行差1.01％平均含水量=43.37%實驗三、四測定土的液限和塑限實驗三錐式液限儀測液限儀器設備鋁盒、調(diào)土碗、竹片、試杯、錐式液限儀、電子天平實驗原理理論上講，液限時，土出現(xiàn)一定的流動阻力，即有最小可量度的抗剪強度。國內(nèi)外用不同的方法測定土的液限，錐式儀法是其中的一種，也是一種經(jīng)過多次驗證證實的當錐角為30o，重0.76N的圓錐體，沉入土體的深度為10mm時的含水率就是液限。實驗目的測定原狀土的液限實驗步驟（1）制備土樣：將天然土樣捏碎后加水調(diào)勻至糊狀，將土樣裝入試樣杯中，輕輕拍打試杯，使杯中空氣溢出，，待土樣填滿后，用調(diào)土刀抹平土面，使之與杯緣齊平。（2）放錐：在錐尖部分涂上一層薄薄的凡士林，用拇指和食指執(zhí)錐柄，使錐尖與試樣面接觸，保持錐體垂直，輕輕松開手指，使錐體在其自重作用下沉入土中。（3）放錐15s左右，觀察錐體沉入土中的深度，以土樣表面和錐接觸面為準，若恰到達標志線，則此時的含水率為液限；若錐體沉入深度高過或低與標志線，則應該挖去沾有凡士林的部分土，取出全部試樣放在調(diào)土碗里，使水分蒸發(fā)或加水重新調(diào)勻，直至錐體下沉深度剛好到達標志線處。（4）測液限含水率：將所測得的合格土樣，挖去中間沾有凡士林的部分后取錐體附近的土樣15克左右放入鋁盒中進行含水率的測定操作，求得液限含水率。注意事項（1）制備土樣含水率過大時不能加干土或烘烤，只能自然風干或重置（2）放錐時要平穩(wěn)，避免產(chǎn)生沖擊力（3）從試杯取出土樣時，必須將沾有凡士林的土去掉，方能重新調(diào)制或者取樣測含水率實驗四搓條法測塑限儀器設備鋁盒、調(diào)土刀、調(diào)土杯、滴瓶；磁缽及橡皮頭研棒；天平：感量為0.01g；烘箱、干燥器，電熱吹風器；篩：孔徑為0.5mm；毛玻璃板：約300mm×200mm；操作步驟制備土樣按液限試驗制備試樣，但加的水分要少，使土團不沾手。搓條取一小塊試樣在手中揉捏成橢圓形，用手掌輕輕搓滾；手掌用力要均勻，土條長度不能超過手掌寬度，土條不能出現(xiàn)空心現(xiàn)象；當土條被搓至直徑為3mm，且產(chǎn)生裂紋并開始斷裂時，此時的含水率恰為塑限。若土條被搓至3mm仍未產(chǎn)生裂紋，表示其含水率高于塑限，應將土條重新揉捏，再搓滾之。若土條直徑大于3mm就斷裂，表示其含水率低于塑限，應棄去，重新取土揉捏搓滾，直至達到標準為止。每搓好一合格的土條后，應立即將它放在鋁盒中，蓋上盒蓋，避免水分蒸發(fā)，直至土體重達3~~5g為止。3.測塑限含水率將放在鋁盒中的土條稱重，烘干后在稱量干土的質量，計算含水率.平行測定本試驗必須做兩次平行測定，取其結果的算術平均值，計算標準確至0.1%；兩次結果的差值，粘土。亞粘土不得大于2%；亞砂土不得大于1%。成果用測得之液限與塑限計算塑性指數(shù)，并按塑性指數(shù)分類定出土命。應用測得之液限。塑限、天然含水率計算液性指數(shù)，并評價土所處的稠度狀態(tài)。注意事項搓滾土條時，必須用力均勻，一手掌輕壓，不得作無壓滾動；應防止土條產(chǎn)生中空現(xiàn)象，搓滾前土條必須經(jīng)過充分的揉捏。土條必須在數(shù)處同時產(chǎn)生裂紋始達塑限；如僅有一條裂紋，可能是用力不均勻所致，產(chǎn)生的裂紋必須呈螺紋狀。試驗三、四界限含水量試驗記錄（液塑限測定）試驗者：班級勘技101組別姓名黃露日期2013.07.09試樣編號1234圓錐下沉深度(mm)10101010盒號P1P2P13P14盒質量(g)16.315.114.114.6盒＋濕土質量(g)27.224.829.229.6盒＋干土質量(g)24.422.423.323.8濕土質量(g)10.99.715.115.0水質量(g)2.82.45.95.8干土質量(g)8.17.39.29.2含水率(%)34.632.964.163.0液限(%)63.6塑限(%)33.75塑性指數(shù)29.85液性指數(shù)0.3土樣分類可塑性粘土實驗五側定砂土的粒度成分（篩選法）一．實驗原理篩選法是利用一套孔徑不同的標準篩來分離一定量的砂土中與篩孔徑相應的粒組，而后稱量，計算各粒組的相對含量，確定砂土的粒度成分。此法只適用于分離粒徑大于0.075mm的粒組。二．儀器設備（1）標準篩一套；（2）電子天平一臺；（3）磁缽及木頭研棒；（3）毛刷、白紙、尺等。三．操作步驟1.制備和選取土樣干土樣，可直接使用；稱量干凈空錫缽，記錄數(shù)據(jù)（3）用四分法選取試樣放于錫缽中；2.過篩和稱量（1）用電子天平稱量一定量（200g左右）的土樣，并記錄數(shù)據(jù)；（2）清理標準篩，并將標準篩按大孔徑在上，小孔徑在下的次序疊好，然后將已稱量試樣倒入頂層篩盤中，蓋好篩蓋。然后用手托起標準篩并護住篩蓋左右前后進行篩析約15分鐘。然后從上到下的順序去下每只篩盤，并將篩盤中的土粒分別倒到不同的白紙上，直至干凈；（3）依次對每一層篩盤及底盤取下的土粒進行稱量，并記錄數(shù)據(jù)。3.計算及誤差分配(1)計算各粒組的百分含量，準確到小數(shù)后一位。Xi=(mi/ms)*100%式中：Xi——粒組百分含量；mi——某粒組質量；ms——試樣質量。(2)各篩盤及底盤上的土粒質量之和與篩前所稱試樣總質量之差不得大于1%；否則，重新試驗。小于1%則可考慮試驗中產(chǎn)生誤差的原因，分配給某些粒組，使各粒組的百分含量之和為100%。(3)試驗完將不用的土樣倒回指定裝置。試驗五顆粒分析試驗顆粒大小分析試驗記錄（篩析法）試驗者：班級勘技101組別姓名黃露日期2013.07.09孔徑（mm）留篩土質量（g）累積留篩土質量（g）小于該孔徑的土質量（g）小于該孔徑的土質量百分數(shù)（％）99.62+0.05229.629.6182.485.71+0.07137.767.3144.768.0+0.080.546.7114.09846.5+0.040.2520.3134.377.736.51+0.070.07541.3175.636.417.11+0.07底盤總計36.4212d10＝0.04mm；d30＝0.2mm；d60＝0.8mm；CU＝d60/d10＝20；CC＝/d10d60＝1.25；說明土的級配情況良好土的級配曲線試驗六測定土粒密度（比重瓶法）一、實驗原理土粒密度是指土的固體部分的單位體積的質量。相應土粒的體積，通常用比重瓶法測定土粒的體積。土的比重是指土粒的質量與同體積4℃蒸餾水的質量之比。土的固體質量可以用電子天平測得，用比重法測定土的體積。原理是是：將土顆粒放入有一定水位的虹吸筒中，排開水的水量即為試樣的體積。二、儀器設備比重瓶：容量為100cm3;分析天平；烘干的沙土；烘箱；純凈水；燒杯；滴管；孔徑為0.5mm的篩三、實驗目的測定土粒比重Gs四、實驗步驟1測定比重瓶的質量:將干燥潔凈的比重瓶置于電子天平上測定質量2測定砂土的質量：取已烘干的砂土15克左右，加入已知質量的干燥比重瓶中，在天平上稱得土加比重瓶質量，減去瓶的質量即得砂土的質量ms。3煮沸排氣：在裝有土樣的比重瓶中加入適量純凈水，輕搖比重瓶，使土粒分散；靜置后放于沙浴上煮沸，由開始沸騰算起，煮沸時間不得少于30分鐘，以排出氣體。4測定比重瓶加水的質量煮沸完畢后，取出比重瓶冷卻至室溫，注蒸餾水于比重瓶中（注至近滿加蓋），然后在天平上稱得質量m1。5測定瓶加水的質量倒掉瓶中懸濁液，洗凈比重瓶，注蒸餾水到剛滿加蓋，擦干瓶外水分稱重，得瓶加水的質量m2。6計算按下式計算土粒的比重，計算時精確到0.01GS=ms/(m1+ms-m2)注意事項1煮沸排氣時，必須防止懸液濺出瓶外，火力要小，并防止煮干，必須將土中氣體排凈，否則影響實驗結果2稱量必須精準，稱量時比重瓶外必須擦干試驗六比重試驗記錄（比重瓶法）試驗者：班級勘技101組別姓名黃露日期32013.07.09試驗日期試樣編號比重瓶號溫度（℃）液體比重（g/cm3）比重瓶質量干土質量瓶加液體質量瓶＋液體＋干土總質量與干土同體積的液體質量比重平均比重（g）（g/cm3）(1)(2)(3)(4)(5)(6)(7)=(4)+(5)－（6）81556.815155.8165.15.72.63實驗7測定土的抗剪強度指標之一(直接剪切試驗法）一．基本原理直接剪切試驗是測定讀的抗剪強度的一種常用方法。直接剪切試驗的原理是根據(jù)庫倫定律，土的內(nèi)摩擦力與剪切面與的法向壓力成正比。將同一種土制備幾個土樣，分別在不同的法向壓力下，沿固定的剪切面直接施加水平剪力，得其剪壞時剪應力，即為抗剪強度，，。然后根據(jù)剪切定律確定土的抗剪強度指標。直接剪切儀按施加剪力的方式不同，分為應變控制式和應力控制式兩種。應變控制式是通過彈性鋼環(huán)變形控制剪切位移的速率，應力控制式是通過杠桿用砝碼控制施加剪應力的速率，測相應的剪切位移?！つ壳岸嘁詰兛刂剖綖橹?，應力控制式施加砝碼時易引起沖擊力，使用不多，只適宜作慢剪或長期強度試驗。按其在荷重作用下壓縮及受剪時土樣的排水情況不同，試驗方法可分三種快剪法(或稱不排水剪)即在試樣上施加垂直壓力后，立即加水平剪切力。在整個試驗中，不允許試樣的原始含水率有所改變(試樣兩端用隔水紙)，即在試驗過程中孔隙水壓力保持不變(3—5分鐘內(nèi)剪壞)。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排出(武樣兩端用濾紙)，在土樣達到完全固結時，再加水平剪力，每加一次水平剪力后，均需經(jīng)過一段時間，待土樣因剪切引起的孔隙水乓力完全消失后，再繼續(xù)加水平剪力。試驗過程中，附加壓力全部成為有效壓力。固結快剪法在垂直壓力下土樣完全排水固結穩(wěn)定后，以很快速度施加水平剪力。在剪切過程中不允許排水(規(guī)完在3—5分鐘內(nèi)剪壞)。上述三種方法的試驗結果由于受力條件不同，導致所得抗剪強度不同，因此，必須根據(jù)土所處的實際應力情況來選擇試驗方法。直接剪切試驗不能嚴格控制排水條件，以土樣所受的總應力為計算標準，故所得強度為總應力強度。施加某一垂直壓力δ后，逐漸施加水平剪應力τ，同時測得相應的剪切位移L，直至土樣剪壞為止。通常以剪應力的最大值(峰值)或穩(wěn)定值作為抗剪強度τf，如無明顯變化，以剪切位移等于4mm(土樣直徑64mm)的剪應力值作為土的抗剪強度。二。儀器設備直接剪切儀應變控制式直剪儀(圖工一33)或應力控制式直剪儀(圖工一34)。其它天平、修土刀，環(huán)刀，推土器、凡土林，濾紙或蠟紙。秒表、直尺、測角器等。應變控制式直切儀示意圖l一輪軸'2一底座13一透水石，4一測微表，5一活塞，6一上盒'7一土樣，8一下盒：9一測微表'10一雖／兒G208圖工一34應力控制式直剪儀示意圖]—側微表，2一透水石，3一帶孔壓板，4一銷釘，5一剪切面，6一剪切系統(tǒng)，?一壓力系統(tǒng)三，操作步驟．切取土樣按工程需要，用已知質量，高度和面積的環(huán)刀，取相同試樣4—5個，并測其密度，密度差不大于0．03g／c／11。，取余土測含水率。檢查儀器；檢查豎向和橫向傳力杠桿是否水平，如不平衡時調(diào)節(jié)平衡錘使之水下；上卜銷釘和升降螺絲是否失靈；檢查測微表靈敏性；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，對應變控制式直剪儀尚需檢查彈性鋼環(huán)兩端是否能與剪切容器和端承支點接緊；將手輪逆時針方向旋轉使推進器與容器離開，然后將推進器的保險銷釘擰開，檢查螺·母輪或渦桿與螺絲槽有無脫離現(xiàn)象。安裝試樣對準上下盒，插入固定銷。在盒內(nèi)放人透水石一塊，其上覆隔水蠟紙(快剪)或濕濾紙(固快、慢剪)一張；順次加上活塞，鋼球及加壓框架。垂直加荷每組試驗至少取四個試樣，在四種不同垂直壓力下作剪切試驗，垂直壓力是由現(xiàn)場預期的最大壓力決定，一般垂直壓力分別為0．1、0．2、0，3、0．4MPa)。對第一個試樣施加100KPa的垂向壓力，打開電源，讀出剪切破壞時的表格數(shù)并記錄下來，再對第二個試樣施加200KPa的垂向壓力，記錄剪切破壞時相應的表格數(shù)，再對第三個施加300KPa的垂向壓力，記錄剪切破壞時相應表格數(shù)，再對第四個施加400KPa的垂向壓力，讀出剪切破壞時相應的表格數(shù)。5．拆除儀器剪切結束后，測記垂直測微表讀數(shù)，吸去盒中積水，盡快地依次卸除測微表、荷載、上盒等，必要時沿剪切面取試樣測定剪切后含水率。成果整理計算各級垂直荷重下土的抗剪強度τf及剪切位移L，(以峰值抗剪強度為準，必要時繪制剪應力與剪切位移關系曲線,選擇抗剪強度)應變控制式直剪儀τf=CR式中：C——量力環(huán)校正系數(shù)，MPa／0，01mm；R——量力環(huán)測微表讀數(shù)，0．0lmm。應力控制式直剪儀τf=式中：F——水平剪切力，F(xiàn)=QL,N；f——剪切盒間的摩擦力，N，其值小于垂直荷重1％時，可忽略不計；A——試樣面積，cm2：Q——施加的砝碼重力，N;L——杠桿比例。繪制，τf—δ關系曲線：以抗剪強度，τf為縱坐標，垂直壓力δ為橫坐標，繪制τf一δ關系曲線,根據(jù)圖上各點連成直線，直線的傾角為土的內(nèi)摩擦角α，直線在縱坐標上的截距為土的內(nèi)聚力c。當τf—δ曲線中三點不能連成一條直線，且相差不大時(不超過相應抗剪強度的5％)，可用三角形法求得近似直線代替。作法是：連接三點組成一個三角形，通過此三角形三中線交點(三角形重心)作平行于最長邊的平行線，則此線為所求的近似直線。注意事項儀器應定期校正檢查，保證加荷準確；每組幾個試樣應是同一層土，密度值不應超過允許誤差；同一組試驗應在同一臺儀器中進行，以消除儀器誤差；（4）應力式直剪儀加砝碼時應穩(wěn)妥，避免振動。試驗七直接剪切試驗記錄試驗者：班級勘技101組別姓名黃露日期2013.07.10儀器編號測力計系數(shù)K(kPa/0.01mm)100200300400垂直壓力（kPa）1.2752.553.8255.1測力計初讀數(shù)R0(0.01mm)0.000.000.000.00測力計終讀數(shù)Rt（0.01mm）33.5042.0052.0068.50測力計讀數(shù)差（Rt－R0）(0.01mm)33.5042.0052.0068.50抗剪強度（kPa）56.5870.9487.83115.70備注粘聚力c＝33.6（kPa）內(nèi)摩擦角Φ＝17（°）(kPa)抗剪強度垂直壓力p(kPa)實驗八測定土的壓縮性指標基本原理土的壓縮性是指土在壓應力作用下發(fā)生壓縮變形，體積被壓縮變小的性能。飽水土在壓應力的作用下，由于孔隙水的不斷排出而引起的壓縮過程成為滲透固結。因此，飽水土的壓縮試驗亦稱固結試驗。固結試驗是將土樣放在金屬器內(nèi)，在有側限的條件下施加壓力，觀察土在不同壓力下的壓縮變形量，以測定土的壓縮系數(shù)等指標，作為工程設計計算的依據(jù)。儀器設備（1）杠桿式固結儀：包括加壓及測壓裝置、壓縮容器和測微表；（2）測土的含水率和密度所用的設備；（3）其他：濾紙、鐘表等。操作步驟（1）試樣制備：按工程要求取原狀土或制備所需狀態(tài)的擾動土樣，按測定土的密度的方法用環(huán)刀切取土樣。（2）安裝環(huán)刀：將裝有土樣的環(huán)刀外壁涂上凡士林后，刀口向下套上護環(huán)，首先將底板放在容器內(nèi)，底板上順次放潔凈濕潤的透水石和濾紙各一，再借提環(huán)螺絲將護環(huán)放到容器內(nèi)，然后再在試樣上順次放入潔凈濕潤的濾紙和透水石最后放上加壓導環(huán)和傳壓活塞。（3）檢查設備：檢查加壓設備是否靈敏，調(diào)整平衡錘使杠桿水平，然后用下部支撐螺絲頂?。?）安置容器：將裝好式樣的容器放到水平臺固定位置再將上部加壓框架放上，安裝測微表。（5）施加預壓：為保證式樣與儀器上下各部之間接觸良好，應施加1kPa的預壓荷重。調(diào)整測微表讀數(shù)為零。（6）加壓觀測：①加第一級荷重，其大小為0.625kPa,同時記錄加荷時間；在實驗過程中應始終保持加荷杠桿水平，加壓時將砝碼輕放在砝碼盤上。②加荷后每隔1小時讀測微表一次，以壓縮滿24小時為標準，或變形量每小時不大于0.005mm時即認定變形穩(wěn)定。測記讀數(shù)后，施加下一級