土木本土力学试验指导书及报告书铜陵.doc

土力学实验指导书编写：崔树琴 铜陵学院 罗传华 安徽地矿局三二一地质队铜 陵 学 院2010年10月实验一 密度试验和含水量试验一、密度试验（一）、概述土的密度是指土的单位体积质量，是土的基本物理性质指标之一，其单位为g/cm3。土的密度反映了土体结构的松紧程度，是计算土的自重应力、干密度、孔隙比、孔隙度等指标的重要依据，也是挡土墙压力计算、土坡稳定性验算、地基承载力和沉降量估算以及路基路面施工填土压实度控制的重要指标之一。（二）、试验方法及原理密度试验方法有环刀法、蜡封法、灌水法和灌砂法等。对于细粒土，宜采用环刀法；对于易碎裂、难以切削的土，可用蜡封法；对于现场粗粒土，可用灌水法或灌砂法。环刀法就是采用一定体积环刀切取土样并称土质量的方法，环刀内土的质量与环刀体积之比即为土的密度。环刀法操作简便且准确，在室内和野外均普遍采用，但环刀法只适用于测定不含砾石颗粒的细粒土的密度。1、仪器设备（1）恒质量环刀，内径6.18cm(面积30cm2)或内径7.98cm（面积50cm2），高20mm，壁厚1.5mm；（2）称量500g、最小分度值0.1g的天平；（3）切土刀、钢丝锯、毛玻璃和圆玻璃片等。2、操作步骤（1）按工程需要取原状土或人工制备所需要求的扰动土样，其直径和高度应大于环刀的尺寸，整平两端放在玻璃板上。（2）在环刀内壁涂一薄层凡士林，将环刀的刀刃向下放在土样上面，然后用手将环刀垂直下压，边压边削，至土样上端伸出环刀为止，根据试样的软硬程度，采用钢丝锯或修土刀将两端余土削去修平，并及时在两端盖上圆玻璃片，以免水分蒸发。（3）擦净环刀外壁，拿去圆玻璃片，然后称取环刀加土质量，准确至0.1g。3、成果整理按式下式分别计算湿密度和干密度： 式中 湿密度（g/cm3），精确至0.01g/cm3；湿土质量（g）；环刀加湿土质量（g）；环刀质量（g）；环刀容积（cm3）。环刀法试验应进行两次平行测定，两次测定的密度差值不得大于0.03 g/cm3 并取其两次测值的算术平均值。4、试验记录密度试验记录见试验报告中的土的侧限压缩试验（固结试验）中的表格。二、含水量试验(一）、概述土的含水量是指土在温度105110下烘干至恒量时所失去的水质量与达到恒量后干土质量的比值，以百分数表示。含水量是土的基本物理性质指标之一，它反映了土的干、湿状态。含水率的变化将使土物理力学性质发生一系列变化，它可使土变成半固态、可塑状态或流动状态，可使土变成稍湿状态、很湿状态或饱和状态，也可造成土在压缩性和稳定性上的差异。含水率还是计算土的干密度、孔隙比、饱和度、液性指数等不可缺少的依据，也是建筑物地基、路堤、土坝等施工质量控制的重要指标。二、试验方法及原理含水量试验方法有烘干法、酒精燃烧法、比重法、碳化钙气压法、炒干法等，其中以烘干法为室内试验的标准方法。再此仅介绍烘干法。烘干法是将试样放在温度能保持105110的烘箱中烘至恒量的方法，是室内测定含水率的标准方法。1、仪器设备（1）保持温度为105110的自动控制电热恒温烘箱；（2）称量200g、最小分度值0.01g的天平；（3）玻璃干燥缸；（4）铝制称量盒。2、操作步骤（1）从土样中选取具有代表性的试样1530g（有机质土、砂类土和整体状构造冻土为50g），放入称量盒内，立即盖上盒盖，称盒加湿土质量，准确至0.01g。（2）打开盒盖，将试样和盒一起放入烘箱内，在温度105110下烘至恒量。试样烘至恒量的时间，对于粘土和粉土宜烘810h，对于砂土宜烘68h。对于有机质超过干土质量5%的土，应将温度控制在6570的恒温下进行烘干。（3）将烘干后试样和盒从烘箱中取出，盖上盒盖，放入干燥器内冷却到室温。（4）将试样和盒从干燥器内取出，称盒加干土质量，准确至0.01g。3、成果整理计算含水量： 式中 含水量（%），精确至0.1%；称量盒加湿土质量（g）；称量盒加干土质量（g）；称量盒质量（g）。含水量试验须进行二次平均测定，每组学生取两次土样测定含水量，取其算术平均值作为最后成果。但两次试验的平均差值不得大于下列规定： 含水量测定的平行差值含水率（%）允许平行差值（%）100.54014024、试验记录含水量的试验记录见土的液、塑限试验中的表格及侧限压缩试验中的表格。实验二 土的液、塑限试验（一）、试验目的 细粒土由于含水量不同，分别处于流动状态、可塑状态、半固体状态和固体状态。液限是细粒土呈可塑状态的上限含水量；塑限是细粒土呈可塑状态的下限含水量。 本试验的目的是测定细粒土的液限、塑限，计算塑性指数、给土分类定名，共设计、施工使用。 （二）、试验方法和适用范围 1、试验方法 土的液、塑限试验：采用液塑限联合测定法； 土的塑限试验：采用搓滚法； 土的液限试验：采用碟式仪法。2、适用范围适用于粒径小于0.5mm颗粒组成及有机质含量不大于干土质量5%的土。 （三）、液塑限联合测定法试验 1、仪器设备 液塑限联合测定仪：圆锥仪、读数显示；试样杯：直径4050mm，高3040mm；天平：称量200g，分度值0.01g；其他：烘箱、干燥器、铝盒、调土刀、孔径0.5mm的筛、凡士林等。 2、操作步骤 液限、塑限联合试验，原则上采用天然含水量的土样制备试样，但也允许采用风干土制备试样。 （1）、本次试验原则上应采用天然含水率的土样进行，也允许用风干土制备土样，土样过0.5mm筛后，喷洒配制一定含水率的土样，然后装入密闭玻璃广口瓶内，润湿一昼夜备用（土样制备工作实验室已预先做好）。 (2)、将已制备好的土样取出，放在搪瓷碗中加水或电吹风吹干并调匀后，密实地装入试样杯中（土中不能有孔洞），高出试样杯口的余土，用刮土刀刮平，随即将试样杯放在升降底座上。把空铝盒的质量m0称出，并记录盒盖号（盒盖和盒身应同号）。 (3)、接通电源，按下“开”按钮，把装有透明光学微分尺的圆锥仪，在锥体上抹以薄层凡士林，使电磁铁吸稳固锥仪。并使光学微分尺垂直于光轴（可从屏幕上观察，刻度线清晰，并在屏幕居中位置）。 （4）、调节零点，使读数屏幕上的零线与光学微分尺影像零线重合，按下“手”（即手动）按钮，使仪器处于备用状态。 （5）、转动升降座，待试样杯上升到土面刚好与圆锥仪锥尖接触时，“接触”灯亮，按“手动复位”按钮，圆锥仪自由下落，历时5秒，当读数绿灯亮时，立即从读数屏幕上读出圆锥仪下沉深度。 （6）、把升降座降下，细心取出试样杯，剔除锥尖处含有凡士林的土，取出锥体附近的试样不少于10g放入称量铝盒内，称量得质量m1，并记下盒号，测定含水率。 （7）、将称量过的铝盒，放入烘箱；在105110的温度下烘至恒量，取出土样盒放入玻璃干燥皿内冷却，称干土的质量m2。 （8）、重复27条的步骤，测试三种含水率土样的圆锥入土深度和含水率（圆锥入土深度宜为34mm，79mm，1517mm）。 3、计算与制图（1） 计算含水量： （2）绘制圆锥下沉深度h与含水量w的关系曲线 以含水量为横坐标，圆锥下沉深度为纵坐标，在双对数纸上绘制hw的关系曲线。如图所示。三点连一条直线。当三点不在一直线上，通过高含水量的一点分别与其余两点连成两条直线，在圆锥下沉深度为2mm处查得相应的含水量，当两个含水量的差值小于2%，应以该两点含水量的平均值与高含水量的点连成一线。当两个含水量的差值大于或等于2%时，应补做试验。 （3）确定液限、塑限在圆锥下沉深度h与含水量w关系图上，查得下沉深度为10mm所对应的含水量为液限wL；查得下沉深度为2mm所对应的含水量为塑限wP，以百分数表示，取整数。（4）计算塑性指数和液性指数 塑性指数： 液性指数： （5）按规范规定确定土的名称4、本试验记录格式详见实验报告。实验三 土的侧限压缩试验（固结试验） （一）、试验目的本试验的目的是测定试样在侧限与轴向排水条件下的变形和压力，或孔隙比和压力的关系，变形和时间的关系，以便计算土的压缩系数、压缩指数、压缩模量、固结系数及原状土的先期固结压力等。（二）、标准固结试验 1、仪器设备 固结容器；加压设备；变形测量设备；其他：刮土刀、天平、秒表等。 2、试验步骤 （1）根据工程需要，切取原状土试样或制备给定密度与含水量的扰动土样。 （2）按试验一、二的方法，测定试样的密度及含水量。 （3）在固结容器内放置护环、透水板和薄滤纸，将带有环刀的试样，小心装入护环内，然后在试样上放薄滤纸、透水板和加压盖板，置于加压框架下，对准加压框架的正中，安装量表。 （4）施加1kPa的预压压力，使试样与仪器上下各部分之间接触良好，然后调整量表，使指针读数为零。 （5）确定需要施加的各级压力。根据教学要求，本次加压等级为50、100、200kpa三级。 （6）每级荷载经30分钟记下测微表读数，读数精确到0.01mm。 记录测微表读数R1、R2、R3（测微表的一小格是0.01mm）。（可在三联固结仪上同时操作三组试样，三组试样的物理性质指标相同，加荷大小不同，可以分别是50、100、200kpa） （7）试验结束后，迅速拆除仪器部件，取出带环刀的试样。 3、计算与制图 （1）按下式计算试样的初始孔隙比e0式中：0试样初始密度（做两组试验取平均值） g/cm3； 其中环刀的容积V=302=60cm2；环刀质量m1 （g）；环刀与湿土的总质量m2 （g）。 w0试样的初始含水量（烘干法，与塑限含水量测定方法同，做两组试验取平均值）%。 （2）按下式计算各级压力下固结稳定后的孔隙比ei 式中：Si某级压力下试样的变形量，mm； h0试样初始高度，mm。 （3）按下式计算某一级压力范围内的压缩系数 （4）绘制ep的关系曲线 以孔隙比e为纵坐标，压力p为横坐标，将试验成果点在图上，连成一条光滑曲线。 （5）要求：用压缩系数（工程上常用P1=0.1Mpa，P2=0.2Mpa）判断土的压缩性。4、本试验记录格式详见实验报告 注意事项：1、 测微表的转动是倒转，读数是表内圈小字的数。如外圈是70，读数是内圈30。2、 加荷载时砝码质量值是累加的。如50kpa是吊盘+0.319kg。3、 节约滤纸，可重复使用，不可扔掉。4、 请各组长严格监督本组实验过程及打扫好卫生。实验四 土的剪切试验 （一）、试验目的 直接剪切试验是测定土的抗剪强度的一种常用方法。通常采用4个试样，分别在不同的垂直压力p下，施加水平剪切力进行剪切，测得剪切破坏时的剪应力。然后根据库仑定律确定土的抗剪强度指标：内摩擦角和粘聚力c。 （二）、试验方法与适用范围 1、试验方法 快剪试验：在试样上施加垂直压力后立即快速施加水平剪应力。 固结快剪试验：在试样上施加垂直压力，待试样排水固结稳定后，快速施加水平剪应力。 慢剪试验：在试样上施加垂直压力及水平剪应力的过程中，均使试样排水固结。 2、适用范围：适用于测定细粒土的抗剪强度指标c和及土颗粒的粒径小于2mm的砂土的抗剪强度指标。渗透系数k大于10-6cm/s的土不宜作快剪试验。 （三）快剪试验 1、仪器设备 应变控制式直剪仪：剪切盒、垂直加压框架、测力计、推动机构等； 位移计（百分表）：量程510mm,分度值0.01mm； 天平、环刀、削土刀、饱和器、秒表、滤纸、直尺等。 2、操作步骤 （1）试样制备（a、粘性土）：从原状土样中切取原状土试样或制备给定干密度和含水量的扰动土试样。按规范规定，测定试样的密度及含水量。对于扰动土样需要饱和时，按规范规定的方法进行抽气饱和。 试样制备（b、砂土）：取过2mm的风干砂样（需风干、碾碎后过筛）进行试验。（2） 试样安装： 对准上下盒，插入固定销。在下盒内放湿滤纸和透水板。将装有试样的环刀平口向下，对准剪切盒口，在试样顶面放湿滤纸和透水板，然后将粘土试样徐徐推入剪切盒内，移去环刀，放入传压板。（是砂土则放干滤纸，将砂装入剪切容器内，拂平表面，用硬木块或压样器轻轻敲打，达到预定干密度，依次放上干滤纸和透水板和传压板）转动手轮，使上盒前端钢珠刚好与测力计接触。调整测力计读数为零。依次加上加压盖板、加压框架，安装垂直位移计，测记起始读数。 （3）施加垂直压力：一个垂直压力相当于现场预期的最大压力p，一个垂直压力要大于p，其他垂直压力均小于p。但垂直压力的各级差值要大致相等。也可以取垂直压力分别为100、200、300、400kPa，各级垂直压力可一次轻轻施加，若土质软弱，也可以分级施加以防试样挤出。 （4）（此处注意）拔去固定销，开动秒表，以0.81.2mm/min的速率剪切（手轮调节档中的慢速档），使试样在35min剪损。 剪损的标准：当测力计的读数达到稳定，或有明显后退表示试样剪损；一般宜剪切至剪切变形达到4mm；若测力计的读数继续增加，则剪切变形达到6mm为止。 （5）剪切结束后，吸去剪切盒中积水，倒转手轮（手轮调节档中的快速档），尽快移去垂直压力、框架、加压盖板等。取出试样，测定剪切面附近的含水量。 3、计算与制图 （1）计算： 按下式计算试样的剪应力 式中：C测力计率定系数，kpa/0.01mm；（查操作台上的仪器说明，按本组量力环编号查询） R测力计读数，0.01mm； （2）制图：以抗剪强度f为纵坐标，垂直压力p为横坐标（纵横坐标比例相同），绘制抗剪强度f与垂直压力p的关系曲线。4、本试验记录格式详见实验报告。 土力学实验报告日 期_专 业_班 级_实 验 人_组 长_成 员 铜 陵 学 院15试验一 密度试验和含水量试验密度试验的记录填在试验三中表格中。含水量试验的记录填在试验二、三中表格中。试验二 粘性土的液限、塑限的测定一、实验目的二、仪器设备三、操作步骤四、记录格式 试 样 编 号圆锥下沉深度铝盒号铝盒质量g （1）（铝盒+湿土）质量g （2）（铝盒+干土）质量g （3）含水量 (%) （2）-（3）/ （3）-（1）平均含水量 (%)塑 限 (%) wp （纵坐标2mm对应的横坐标） 液 限 (%) wL （纵坐标10mm对应的横坐标）塑 性 指 数Ip= wL- wp=液 性 指 数（w0=18%）I L= (w0- wp ) / (wL- wp)=土的名称试验日期 计算者： 校核者