實驗指導(dǎo)書：地質(zhì)工程專業(yè)《土力學(xué)與基礎(chǔ)工程》土工實驗指導(dǎo)書20151028.doc

土力學(xué)與基礎(chǔ)工程土工實驗教學(xué)指導(dǎo)書姓名_學(xué)號_組號_班級_西南科技大學(xué)環(huán)資學(xué)院中心實驗室2015.1012目 錄實驗一 側(cè)限壓縮實驗31實驗?zāi)康?2實驗原理33儀器設(shè)備34操作步驟35實驗數(shù)據(jù)整理4實驗二 直接剪切實驗61土的抗剪強度及實驗方法61.1 土的抗剪強度61.2實驗?zāi)康?1.3實驗原理62 直接剪切實驗步驟62.1 儀器設(shè)備62.2 操作步驟62.2.1 快剪實驗62.2.2 固結(jié)快剪實驗72.2.3 慢剪實驗72.3 實驗數(shù)據(jù)整理8三、三軸壓縮實驗101實驗?zāi)康?02實驗原理103實驗設(shè)備104實驗步驟105計算與繪圖106實驗記錄12四、綜合實驗12實驗一 側(cè)限壓縮實驗1實驗?zāi)康膶嶒灥哪康脑谟谕ㄟ^測定變形和壓力的關(guān)系或者孔隙比與壓力的關(guān)系、變形和時間的關(guān)系，進而計算單位沉降量、壓縮系數(shù)、壓縮指數(shù)、回彈指數(shù)、壓縮模量、固結(jié)系數(shù)及原狀土的先期固結(jié)壓力等。測定項目根據(jù)工程而定。2實驗原理實驗基于構(gòu)成土骨架的礦物顆粒在土體變形過程中保持剛性且豎向變形是連續(xù)的假設(shè)前提。3儀器設(shè)備（1）固結(jié)儀：試樣面積30或50，高為2cm；（2）加壓設(shè)備：稱量500kg1000kg。感量為0.2kg0.5kg的磅秤或杠桿式加壓設(shè)備；（3）百分表：量程10mm，分度值為0.01mm；（4）其它：鋼絲鋸、天平、刮土刀等。4操作步驟（1）制備式樣：取原狀土或按規(guī)定的密度及含水量制備式樣；（2）將帶有環(huán)刀的試樣小心裝入護環(huán)，在裝入固結(jié)儀容器內(nèi)，然后放上透水石和加壓蓋板，至于加壓框下，對準(zhǔn)加壓框架的正中，安裝量表。（透水石的濕度應(yīng)盡量與試樣保持一致）；（3）為保證試樣與儀器上下各部件之間接觸良好，應(yīng)施加1預(yù)壓荷載，然后調(diào)整量表歸零；（4）對試樣施加壓力，加壓等級一般為12.5、25.0、50.0、100、200、400、800、1600、3200，最后一級壓力應(yīng)大于上覆土層的100200；（5）需要確定原狀土的先期固結(jié)壓力時，加壓率應(yīng)小于1，可采用0.5或0.25倍。最后一級壓力應(yīng)大于1000；（6）第一級壓力的大小取決于土的軟硬程度，可用12.5、25、50等，注意要減去預(yù)壓壓力；（7）如果是飽和試樣，則在施加第一級壓力后，立即向水槽中注水至滿。如果是非飽和試樣，需用濕棉紗圍住加壓蓋板四周，避免水分蒸發(fā)；（8）如果需要測定沉降速率，加荷后按下列時間順序計量表讀數(shù)：6”、15”、1、215”、4、615”、9、1215”、16、2015”、25、3015”、36、4215”、49、64、100、200、400、23h和24h，至穩(wěn)定為止。如果不需要測定沉降速率，可按下列時間順序計量表讀數(shù)；10、20、60、120、23h和24h，至穩(wěn)定為止；（9）固結(jié)穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定為每級壓力下壓縮24h；（10）如果做回彈實驗，可在某級壓力下固結(jié)穩(wěn)定后卸荷，直至卸完為止；（11）整理設(shè)備。5實驗數(shù)據(jù)整理按下式計算各級荷載下對應(yīng)的孔隙比：按下式計算壓縮系數(shù)：按下式計算壓縮模量：按下式計算壓縮指數(shù)：在此處粘貼繪圖紙側(cè)限壓縮實驗記錄表工程名稱 試 驗 者 土樣編號 計 算 者 實驗日期 校 核 者 試樣原始高度實驗前孔隙比加壓歷時壓力試樣總變形量壓縮后試樣高度孔隙比壓縮系數(shù)壓縮模量壓縮指數(shù)01h2h3h4h5h6h24h實驗二 直接剪切實驗1土的抗剪強度及實驗方法1.1 土的抗剪強度土的抗剪強度是指土體對于外荷載所產(chǎn)生的剪應(yīng)力的極限抵抗能力。直接剪切實驗是測定土的抗剪強度的一種常用的方法。通常采用四個試樣，分別在不同的垂直壓力下，施加水平剪切力進行剪切，求得破壞時的剪應(yīng)力，然后根據(jù)庫侖定律確定土的抗剪強度參數(shù)：內(nèi)摩擦角和凝聚力。直接剪切實驗分為快剪、固結(jié)快剪和慢剪三種。快剪是在試樣上施加垂直壓力后，立即施加水平剪切力進行剪切；固結(jié)快剪是在試樣上施加垂直壓力后，待排水固結(jié)穩(wěn)定后，施加水平剪切力進行剪切；慢剪是在試樣上施加垂直壓力及水平剪切力的過程中均需排水固結(jié)。1.2實驗?zāi)康臏y定土體的內(nèi)摩擦角和凝聚力。1.3實驗原理庫侖定律。四個試樣要在四種不同的垂直壓力下進行剪切實驗：一個要相當(dāng)于現(xiàn)場壓力、一個要大于現(xiàn)場壓力、另外兩個要小于現(xiàn)場壓力2 直接剪切實驗步驟2.1 儀器設(shè)備（1）應(yīng)變控制直接剪切儀：試樣面積30或50，高為2cm；（2）加壓設(shè)備：稱量500kg1000kg。感量為0.2kg0.5kg的磅秤或杠桿式加壓設(shè)備；（3）百分表：量程10mm，分度值為0.01mm；（4）天平：稱量200g。感量0.01g；（5）其它：環(huán)刀、直尺、刮土刀、秒表等。2.2 操作步驟2.2.1 快剪實驗（1）制備式樣：取原狀土或按規(guī)定的密度及含水量制備式樣；（2）對準(zhǔn)上下盒，插入固定銷。在下盒內(nèi)放與透水石厚度相等的不透水板。將裝有試樣的環(huán)刀平口向下，對準(zhǔn)剪切盒口，在試樣上放不透水板，然后將試樣徐徐推入剪切盒內(nèi)，移去環(huán)刀（透水石的濕度應(yīng)盡量與試樣保持一致）；（3）轉(zhuǎn)動手輪，使上盒前端鋼珠剛好與量力環(huán)接觸，調(diào)整量力環(huán)中量表歸零。順次加上加壓蓋板、鋼珠、壓力框架、垂直量表并記錄起始讀數(shù)；（4）對試樣施加垂直壓力后，立即拔去固定銷，開動秒表，以每分鐘412轉(zhuǎn)的均勻速率旋轉(zhuǎn)手輪，使試樣在35min內(nèi)剪壞。如果量力環(huán)中量表指針不再前進或有顯著后退，表示試樣已剪壞。但一般宜剪至剪切變形達到4mm。如果量力環(huán)中量表指針繼續(xù)前進，則剪切變形應(yīng)達到6mm為止；（5）剪切結(jié)束后，吸去剪切盒中的積水，倒轉(zhuǎn)手輪，盡快移去垂直壓力，框架，鋼珠和加壓板等。取出試樣，測定剪切面附近土的含水量。2.2.2 固結(jié)快剪實驗（1）制備式樣：取原狀土或按規(guī)定的密度及含水量制備式樣；（2）對準(zhǔn)上下盒，插入固定銷。在下盒內(nèi)放透水石。將裝有試樣的環(huán)刀平口向下，對準(zhǔn)剪切盒口，在試樣上放濕濾紙，然后將試樣徐徐推入剪切盒內(nèi)，移去環(huán)刀（透水石的濕度應(yīng)盡量與試樣保持一致）；（3）轉(zhuǎn)動手輪，使上盒前端鋼珠剛好與量力環(huán)接觸，調(diào)整量力環(huán)中量表歸零。順次加上加壓蓋板、鋼珠、壓力框架、垂直量表并記錄起始讀數(shù)；（4）對試樣施加垂直壓力后，待試樣達到固結(jié)穩(wěn)定。（如果是飽和試樣，則在施加垂直壓力5min后，向剪切盒內(nèi)注水；如果是非飽和試樣，只要在加壓板周圍包以濕棉花，以防水分蒸發(fā)）；（5）然后拔去固定銷，開動秒表，以每分鐘412轉(zhuǎn)的均勻速率旋轉(zhuǎn)手輪，使試樣在35min內(nèi)剪壞。如果量力環(huán)中量表指針不再前進或有顯著后退，表示試樣已剪壞。但一般宜剪至剪切變形達到4mm。如果量力環(huán)中量表指針繼續(xù)前進，則剪切變形應(yīng)達到6mm為止；（6）剪切結(jié)束后，吸去剪切盒中的積水，倒轉(zhuǎn)手輪，盡快移去垂直壓力，框架，鋼珠和加壓板等。取出試樣，測定剪切面附近土的含水量。2.2.3 慢剪實驗（1）制備式樣：取原狀土或按規(guī)定的密度及含水量制備式樣；（2）對準(zhǔn)上下盒，插入固定銷。在下盒內(nèi)放透水石。將裝有試樣的環(huán)刀平口向下，對準(zhǔn)剪切盒口，在試樣上放濕濾紙，然后將試樣徐徐推入剪切盒內(nèi)，移去環(huán)刀（透水石的濕度應(yīng)盡量與試樣保持一致）；（3）轉(zhuǎn)動手輪，使上盒前端鋼珠剛好與量力環(huán)接觸，調(diào)整量力環(huán)中量表歸零。順次加上加壓蓋板、鋼珠、壓力框架、垂直量表并記錄起始讀數(shù)；（4）對試樣施加垂直壓力后，待試樣達到固結(jié)穩(wěn)定。（如果是飽和試樣，則在施加垂直壓力5min后，向剪切盒內(nèi)注水；如果是非飽和試樣，只要在加壓板周圍包以濕棉花，以防水分蒸發(fā)）；（5）然后拔去固定銷，開動秒表，剪切速率應(yīng)小于0.02mm/min，直至試樣被剪壞；（6）剪切結(jié)束后，吸去剪切盒中的積水，倒轉(zhuǎn)手輪，盡快移去垂直壓力，框架，鋼珠和加壓板等。取出試樣，測定剪切面附近土的含水量。2.3 實驗數(shù)據(jù)整理2.3.1計算、制圖按下式計算所測試樣的剪應(yīng)力及剪切位移：式中：量力環(huán)定率系數(shù)，；量力環(huán)量表讀數(shù)，0.01mm剪切位移，0.01mm；手輪轉(zhuǎn)數(shù)。以剪應(yīng)力為縱坐標(biāo)，剪切位移為橫坐標(biāo)繪剪應(yīng)力與剪切位移關(guān)系曲線； 選取剪應(yīng)力與剪切位移關(guān)系曲線上的峰值點或穩(wěn)定值作為抗剪強度。以抗剪強度為縱坐標(biāo)，垂直壓力為橫坐標(biāo)繪制圖象，直線的傾角為土的內(nèi)摩擦角，直線與縱坐標(biāo)軸上的截距為凝聚力在此處粘貼繪圖紙2.3.2 記錄直 接 剪 切 試 驗工程名稱 試 驗 者 試驗方法 計 算 者 試驗日期 校 核 者 剪切速率量力環(huán)量表讀數(shù)剪應(yīng)力正應(yīng)力實驗三、三軸壓縮實驗1實驗?zāi)康娜S壓縮實驗是測定土的抗剪強度的一種方法。對堤壩填方、路塹、岸坡等是否穩(wěn)定，擋土墻和建筑物地基是否能承受一定的荷載，都與土的抗剪強度有密切的關(guān)系。2實驗原理土的抗剪強度是土體抵抗破壞的極限能力，即土體在各向主應(yīng)力的作用下，在某一應(yīng)力面上的剪應(yīng)力（）與法向應(yīng)力（）之比達到某一比值，土體就將沿該面發(fā)生剪切破壞。常規(guī)的三軸壓縮實驗是取4個圓柱體試樣，分別在其四周施加不同的周圍壓力（即小主應(yīng)力）3，隨后逐漸增加軸向壓力（即大主應(yīng)力）1直至破壞為止。根據(jù)破壞時的大主應(yīng)力與小主應(yīng)力分別繪制莫爾圓，莫爾圓的切線就是剪應(yīng)力與法向應(yīng)力的關(guān)系曲線。三軸壓縮實驗適用于測定粘性土和砂性土的總抗剪強度參數(shù)和有效抗剪強度參數(shù)，可分為不固結(jié)不排水實驗（uu）；固結(jié)不排水實驗（）和固結(jié)排水實驗（CD）。3實驗設(shè)備（1）三軸儀：包括軸向加壓系統(tǒng)、壓力室、周圍壓力系統(tǒng)、孔隙壓力測量系統(tǒng)和試樣變形量測系統(tǒng)等。（2）其它：擊樣器、飽和器、切土盤、分樣器、承膜筒等。4實驗步驟（1）切取土樣：先用鋼絲鋸或切土刀切取一稍大于規(guī)定尺寸的土柱，放在切土架上，用鋼絲鋸或切土刀緊靠側(cè)板，由上往下細心切削，邊切削邊轉(zhuǎn)動圓盤，按規(guī)定的高度將兩端削平、稱量；并取余土測定試樣的含水率。（2）試樣飽和：試樣有抽氣飽和、水頭飽和及反壓力飽和三種方法，最常用的是抽氣飽和。即將試樣裝入飽和器內(nèi)，放入真空缸內(nèi)，與抽氣機接通，開動抽氣機，連續(xù)真空抽氣24h，然后停止抽氣，靜止12h左右即可。（3）試樣安裝：將壓力室底座的透水石與管路系統(tǒng)以及孔隙水測定裝置充水并放上一張濾紙，然后再將套上乳膠膜的試樣放在壓力室的底座上，最后裝上壓力筒，并擰緊密封螺帽，同時使傳壓活塞與土樣帽接觸。（4）施加周圍壓力：分別按100、200、300、400Kpa施加周圍壓力。（5）測孔隙水壓力：在不排水條件下測定試樣的孔隙水壓力。（6）調(diào)整測力計：移動量測軸向變形的位移計和軸向壓力測力計的初始“零點”讀數(shù)。（7）施加軸向壓力：啟動電動機，合上離合器，開始剪切。剪切應(yīng)變速率取每分鐘0.51.0，當(dāng)試樣每產(chǎn)生軸向應(yīng)變?yōu)?.30.4時，測記一次測力計，孔隙水壓力和軸向變形讀數(shù)，直至軸向應(yīng)變?yōu)?0時為止。（8）實驗結(jié)束：停機并卸除周圍壓力，然后拆除試樣，描述試樣破壞時形狀。5計算與繪圖（1）試樣面積剪切時校正值：式中：1軸向應(yīng)變，（不固結(jié)不排水實驗1hi/ho；固結(jié)不排水和固結(jié)排水實驗1hi/hc）。（2）固結(jié)后實測固結(jié)下沉量：（3）主應(yīng)力差的計算：式中：1大主應(yīng)力，kPa；3小主應(yīng)力，kPa；C 測力計率定系數(shù)（N/0.01mm或N/mV）；R 測力計讀數(shù)（0.01mm或mV）；Aa試樣剪切時的校正面積，cm2；10 單位換算系數(shù)。（4）孔隙水壓力系數(shù)的計算：式中：B初始孔隙水壓力系數(shù)；uo施加周圍壓力后產(chǎn)生的孔隙水壓力，kPa；Af 破壞時的孔隙水壓力系數(shù)；ui試樣破壞時，主應(yīng)力差產(chǎn)生的孔隙水壓力，kPa； 附圖71 固結(jié)不排水剪強度包線（5）繪制應(yīng)力圓及強度包線對不固結(jié)不排水實驗及固結(jié)不排水實驗，以法向應(yīng)力為橫坐標(biāo)，剪應(yīng)力為縱坐標(biāo)。在橫坐標(biāo)上以（1f +3f）/2為圓心，（1f 3f）/2為半徑，繪制破壞總應(yīng)力圓，該包線的傾角為內(nèi)摩擦角u或cu，包線上縱軸上的截距為粘