【精品實用】土工實驗指導(dǎo)書及實驗報告

土 工 實驗指導(dǎo)書 及 實 驗報告 編 寫 畢守一 安徽水利水電職業(yè)技術(shù)學(xué)院 二 五 月 2 目 錄 實驗一 試樣制備 實驗二 含水率試驗 實驗三 密度試驗 實驗四 液限和塑限試驗 實驗五 顆粒分析試驗 實驗六 固結(jié)試驗 實驗七 直接剪切試驗 實驗八 擊實試驗 土工試驗復(fù)習(xí)題 3 實驗一 試樣制備 一、概述 試樣的制備是獲得正確的試驗成果的前提 ，為保證試驗成果的可靠性以及試驗數(shù)據(jù)的可比性，應(yīng)具備一個統(tǒng)一的試樣制備方法和程序。 試樣的制備可分為原狀土的試樣制備和擾動土的試樣制備。對于原狀土的試樣制備主要包括土樣的開啟、描述、切取等程序；而擾動土的制備程序則主要包括風(fēng)干、碾散、過篩、分樣和貯存等預(yù)備程序以及擊實等制備程序，這些程序步驟的正確與否，都會直接影響到試驗成果的可靠性，因此，試樣的制備是土工試驗工作的首要質(zhì)量要素。 二、儀器設(shè)備 試樣制備所需的主要儀器設(shè)備，包括： （ 1）孔徑 2 （ 2）孔徑 洗篩； （ 3）稱量 10小分度值 5 （ 4）稱量 5000g、最小分度值 100g、 （ 5）不銹鋼環(huán)刀（內(nèi)徑 20徑 20 40 （ 6）擊樣器：包括活塞、導(dǎo)筒和環(huán)刀； （ 7）其他：切土刀、鋼絲鋸、碎土工具、烘箱、保濕器、噴水設(shè)備、凡士林等。 三、試樣制備 （一）原狀土試樣的制備步驟 1、將土樣筒按標(biāo)明的上下方向放置，剝?nèi)ハ灧夂湍z帶，開啟土樣筒取土樣。 4 2、檢查土樣結(jié)構(gòu)，若土樣已擾動，則不應(yīng)作為制備力 學(xué)性質(zhì)試驗的試樣。 3、根據(jù)試驗要求確定環(huán)刀尺寸，并在環(huán)刀內(nèi)壁涂一薄層凡士林，然后刃口向下放在土樣上，將環(huán)刀垂直下壓，同時用切土刀沿環(huán)刀外側(cè)切削土樣，邊壓邊削直至土樣高出環(huán)刀，制樣時不得擾動土樣。 4、采用鋼絲鋸或切土刀平整環(huán)刀兩端土樣，然后擦凈環(huán)刀外壁，稱環(huán)刀和土的總質(zhì)量。 5、切削試樣時，應(yīng)對土樣的層次、氣味、顏色、夾雜物、裂縫和均勻性進行描述。 6、從切削的余土中取代表性試樣，供測定含水率以及顆粒分析、界限含水率等試驗之用。 7、水率差值不 宜大于 2%。 （二）擾動土試樣的制備步驟 1、擾動土試樣的備樣步驟 （ 1）將土樣從土樣筒或包裝袋中取出，對土樣的顏色、氣味、夾雜物和土類及均勻程度進行描述，并將土樣切成碎塊，拌和均勻，取代表性土樣測定含水率。 （ 2）先將土樣風(fēng)干或烘干，然后將風(fēng)干或烘干土樣放在橡皮板上用木碾碾散，對不含砂和礫的土樣，可用碎土器碾散，但在使用碎土器時應(yīng)注意不得將土粒破碎。 （ 3）將分散后的土樣根據(jù)試驗要求過篩。對于物理性試驗土樣，如液限、塑限等試驗，過 ；對于力學(xué)性試驗土樣，過 2于擊實試驗土樣，過 5。 對于含細(xì)粒土的礫質(zhì)土，應(yīng)先用水浸泡并充分?jǐn)嚢瑁勾旨?xì)顆粒分離后，再按不同試驗項目的要求進行過篩。 5 2、擾動土試樣的制樣步驟 （ 1）試樣制備的數(shù)量視試驗需要而定，一般應(yīng)多制備 12個試樣以備用。 （ 2）將碾散的風(fēng)干土樣通過孔徑 2 5篩，取篩下足夠試驗用的土樣，充分拌勻，并測定風(fēng)干含水率，然后裝入保濕缸或塑料袋內(nèi)備用。 （ 3）根據(jù)環(huán)刀容積及所要求的干密度，按式（ 1算試樣制備所需的風(fēng)干土質(zhì)量： d)00 （ 1 式中 0m 制備 試樣所需的風(fēng)干含水率時的土樣質(zhì)量（ g）； 0w 風(fēng)干含水率（ %）； d 試樣所要求的干密度（ g/ V 試樣體積（ （ 4）根據(jù)試樣所要求的含水率，按式（ 1算制備試樣所需的加水量： )(100 w （ 1 式中 制備試樣所需要的加水量（ g）； 1w 試樣所要求的含水率（ %）； （ 5）稱取過篩的風(fēng)干土樣平鋪于搪瓷盤內(nèi)，根據(jù)式（ 1算得到的加水量，用量筒量取，并將水均勻噴灑于土樣上，充分拌勻后裝入盛土容器內(nèi)蓋緊，潤濕一晝夜。 （ 6）測定潤濕土樣不同 位置處的含水率，不應(yīng)少于兩點，一組試樣的含水量與要求的含水量之差不得大于 1%。 （ 7）擾動土試樣的制備，可采用擊樣法、壓樣法和擊實法。 擊樣法 6 將根據(jù)環(huán)刀容積和要求干密度所需質(zhì)量的濕土，倒入裝有環(huán)刀的擊樣器內(nèi)，擊實到所需密度，然后取出環(huán)刀。 壓樣法 將根據(jù)環(huán)刀容積和要求干密度所需質(zhì)量的濕土，倒入裝有環(huán)刀的壓樣器內(nèi)，采用靜壓力通過活塞將土樣壓緊到的所需密度，然后取出環(huán)刀。 擊實法 采用擊實儀，將土樣擊實到所需的密度，用推土器推出，然后將環(huán)刀內(nèi)壁涂一薄層凡士 林，刃口向下放在土樣上，將環(huán)刀垂直向下壓，邊壓邊削，直至土樣伸出環(huán)刀為止，削去兩端余土并修平。 （ 8）擦凈環(huán)刀外壁，稱環(huán)刀和試樣總質(zhì)量，準(zhǔn)確至 一組試樣的密度與要求的密度之差不得大于 （ 9）對不需要飽和，且不立即進行試驗的試樣，應(yīng)存放在保濕器內(nèi)備用。 四、試樣飽和 土的孔隙逐漸被水填充的過程稱為飽和，當(dāng)土中孔隙全部被水充滿時，該土則稱為飽和土。 根據(jù)土樣的透水性能，試樣的飽和可分別采用浸水飽和法、毛細(xì)管飽和法和真空抽氣飽和法三種方法。 （ 1）對于粗粒土，可采用直接在儀器內(nèi)對試 樣進行浸水飽和法的方法； （ 2）對于滲透系數(shù)大于 10采用毛細(xì)管飽和法； （ 3）對于滲透系數(shù)小于、等于 10采用真空抽氣飽和法。 （一）試樣飽和步驟 7 1、毛細(xì)管飽和法 （ 1）選用框式飽和器，在裝有試樣的環(huán)刀上、下面分別放濾紙和透水石，裝入飽和器內(nèi)，并通過框架兩端的螺絲將透水石、環(huán)刀夾緊。 （ 2）將裝好試樣的飽和器放入水箱內(nèi)，注入清水，水面不宜將試樣淹沒，以使土中氣體得以排出。 （ 3）關(guān)上箱蓋，浸水時間不得少于兩晝夜，以使試樣充分飽和。 （ 4）試樣飽和后，取出飽和器 ，松開螺母，取出環(huán)刀擦干外壁，取下試樣上下的濾紙，稱環(huán)刀和試樣的總質(zhì)量，計算試樣的飽和度，當(dāng)飽和度低于 95%時，應(yīng)繼續(xù)飽和。 2、抽氣飽和法 （ 1）選用重疊式或框式飽和器和真空飽和裝置。在重疊式飽和器下夾板的正中，依次放置透水石、濾紙、帶試樣的環(huán)刀、濾紙、透水石，如此順序重復(fù)，由下向上重疊到拉桿高度，將飽和器上夾板蓋好后，擰緊拉桿上端的螺母，將各個環(huán)刀在上、下夾板間夾緊。 （ 2）將裝有試樣的飽和器放入真空缸內(nèi)，真空缸和蓋之間涂一薄層凡士林，并蓋緊。 （ 3）將真空缸與抽氣機接通，啟動抽氣機， 當(dāng)真空壓力表讀數(shù)接近當(dāng)?shù)匾粋€大氣壓力值后，繼續(xù)抽氣不少于 1h，然后微開管夾，使清水由引水管徐徐注入真空缸內(nèi)。在注水過程中，微調(diào)管夾，以使真空氣壓力表讀數(shù)基本保持不變。 （ 4）待水淹沒飽和器后，即停止抽氣，開管夾使空氣進入真空缸，靜止一段時間，對于細(xì)粒土，為 10助大氣壓力，從而使試樣充分飽和。 （ 5）打開真空缸，從飽和器內(nèi)取出帶環(huán)刀的試樣，稱環(huán)刀和 8 試樣總質(zhì)量，并計算試樣的飽和度，當(dāng)飽和度低于 95%時，應(yīng)繼續(xù)抽氣飽和。 （二）飽和度計算 試樣的飽和度可按式（ 1算： )( 或 （ 1 式中 試樣的飽和度（ %）； w 試樣飽和后的含水量（ %）； 試樣飽和后的密度（ g/ d 試樣的干密度（ g/ 土粒比重； e 試樣的孔隙比。 實驗二 含水率試驗 （ a）框式 （ b）疊式 圖 1 飽和器 1 2 3 4圖 1真空飽和裝置 1 2 3 4 56 7 8 97- 9 一、概述 土的含水率 w 是指土在溫度 105110下烘干至恒量時所失去的水質(zhì)量與達到恒量后干土質(zhì)量的比值，以百分?jǐn)?shù)表示。 含水率是土的基本物理性質(zhì)指標(biāo)之一，它反映了土的干、濕狀態(tài)。含水率的變化將使土物理力學(xué)性質(zhì)發(fā)生一系列變化，它可使土變成半固態(tài)、可塑狀態(tài)或流動狀態(tài)，可使土變成稍濕狀態(tài)、很濕狀態(tài)或飽和狀態(tài)，也可造成土在壓縮性和穩(wěn)定性上的差異。含水率還是計算土的干密度、孔隙比、飽和度、液性指數(shù)等不可缺少的依據(jù)，也是建筑物地基、路堤、土壩等施工質(zhì)量控制的重要指標(biāo)。 二、試驗方法及原理 含 水率試驗方法有烘干法、酒精燃燒法、比重法、碳化鈣氣壓法、炒干法等，其中以烘干法為室內(nèi)試驗的標(biāo)準(zhǔn)方法。再此僅介紹烘干法和酒精燃燒法。 （一）烘干法 烘干法是將試樣放在溫度能保持 105110的烘箱中烘至恒量的方法，是室內(nèi)測定含水率的標(biāo)準(zhǔn)方法。 1、儀器設(shè)備 （ 1）保持溫度為 105110的自動控制電熱恒溫烘箱； （ 2）稱量 200g、最小分度值 （ 3）玻璃干燥缸； （ 4）恒質(zhì)量的鋁制稱量盒 2個 。 2、操作步驟 （ 1） 稱盒加濕土質(zhì)量： 從土樣中選取具有代表性的試樣 1530g（有機質(zhì)土、砂類土和整體狀構(gòu)造凍土為 50g），放入稱量盒內(nèi)，立即蓋上盒蓋，稱盒加濕土質(zhì)量，準(zhǔn)確至 10 （ 2） 烘干土樣： 打開盒蓋，將試樣和盒一起放入烘箱內(nèi)，在溫度 105110下烘至恒量。試樣烘至恒量的時間，對于粘土和粉土宜烘 810h，對于砂土宜烘 68h。對于有機質(zhì)超過干土質(zhì)量 5%的土，應(yīng)將溫度控制在 6570的恒溫下進行烘干。 （ 3） 稱盒加干土質(zhì)量： 將烘干后試樣和盒從烘箱中取出，蓋上盒蓋，放入干燥器內(nèi)冷卻到室溫。將試樣和盒從干燥器內(nèi)取出，稱盒加干土質(zhì)量，準(zhǔn)確至 3、成果整理 按式（ 2算 含水率： %10002 21 mm （ 2 式中 w 含水率（ %），精確至 1m 稱量盒加濕土質(zhì)量（ g）； 2m 稱量盒加干土質(zhì)量（ g）； 0m 稱量盒質(zhì)量（ g）。 含水量試驗須進行二次平均測定，每組學(xué)生取兩次土樣測定含水量，取其算術(shù)平均值作為最后成果。但兩次試驗的平均差值不得大于下列規(guī)定： 含水率測定的平行差值 含水率（ %） 允許平行差值（ %） 土的分類 細(xì)粒土（ 60(%) 礫 (%) 砂 (%) 1060 / 1060230 / 于粒徑之土質(zhì)量百分?jǐn)?shù)（ % ）0 . 0 0 10 . 0 10 . 1110100小于粒徑之土質(zhì)量百分?jǐn)?shù)（ % ）土粒直徑（ 5粒大小分布曲線 35 圖 6結(jié)儀示意圖 12 3 456789實驗六 固結(jié)試驗 一、概 述 土的壓縮性是指土在壓力作用下體積縮小的性能。在工程中所遇到的壓力（通常在 16kg/用下，土的壓縮可以認(rèn)為只是由于土中孔隙體積的縮小所致（此時孔隙中的水或氣體將被部分排出），至于土粒與水兩者本身的壓縮性則極微小，可不考慮。 壓縮試驗是為了測定土的壓縮性，根據(jù)試驗結(jié)果繪制出孔隙比與壓力的關(guān)系曲線（壓縮曲線），由曲線確定土在指定荷載變化范圍內(nèi)的壓縮系數(shù)和壓縮模量。 二、儀器設(shè)備 1、小型固結(jié)儀：包括壓縮容器和加壓設(shè)備兩部分，環(huán)刀（內(nèi)徑 20積 30單位面積最大壓力 4kg/桿比 1： 10。 2、測微表：量程 10度 3、天平，最小分度值 一架。 4、毛玻璃板、濾紙、鋼絲鋸、秒表、烘箱、削土刀、凡士 36 林、透水石等。 三、操作步驟 1、按工程需要選擇面積為 30刀內(nèi)壁涂上一薄層凡士林，刀口應(yīng)向下放在原狀土或人工制備的擾動土上，切取原狀土樣時應(yīng)與天然狀態(tài)時垂直方向一致。 2、小心邊壓邊削，注意避免環(huán)刀偏心入土，應(yīng)使整個土樣進入環(huán)刀并凸出環(huán)刀為止，然后用鋼絲鋸或修土刀將兩端余土削去修平，擦凈環(huán)刀外壁。 3、測 定土樣密度，并在余土中取代表性土樣測定其含水率，然后用圓玻璃片將環(huán)刀兩端蓋上，防止水分蒸發(fā)。 4、在固結(jié)儀的固結(jié)容器內(nèi)裝上帶有試樣的切土環(huán)刀（刀口向下），在土樣兩端應(yīng)貼上潔凈而潤濕的濾紙，放上透水石，然后放入加壓導(dǎo)環(huán)和加壓板以及定向鋼球。 5、檢查各部分連接處是否轉(zhuǎn)動靈活；然后平衡加壓部分（此項工作由實驗室代做）。即轉(zhuǎn)動平衡錘，目測上杠桿水平時，將裝有土樣的壓縮部件放到框架內(nèi)上橫梁下，直至壓縮部件之球柱與上橫梁壓帽之圓弧中心微接觸。 6、橫梁與球柱接觸后，插入活塞桿，裝上測微表，使測微表表腳接觸活塞桿頂面，并調(diào)節(jié)表腳，使其上的短針正好對準(zhǔn) 6字，再將測微表上的長針調(diào)整到零，讀測微表初讀數(shù) 0R 。 7、加載等級：按教學(xué)需要本次試驗定為 級；即 50、 100、 200、 300、 4001級荷重系累計數(shù)值），后三級依次計算準(zhǔn)確后加入砝碼，加砝碼時要注意安全，防止砝碼放置不穩(wěn)定而受傷。 8、每級荷載經(jīng) 10分鐘記下測微表 讀數(shù)，讀數(shù)精確到 后再施加下一級荷載，以此類推直到第五級荷載施加完畢，記 37 錄測微表讀數(shù) 9、試驗結(jié)束后，必須先卸下測微表，然后卸掉砝碼，升起加壓框架，移出壓縮儀器，取出試樣后將儀器擦洗干凈。 四、成果整理 1、按下式（ 6算試樣的初始孔隙比 0e ： 110 00 （ 6 式中 土粒比重； w 水的密度，一般可取 1g/ 0w 試樣初始含水率； 0 試樣初始密度（ g/ 2、按下式（ 6算 試樣中顆粒凈高 001 （ 6 式中 0h 試樣的起始高度，即環(huán)刀高度（ 3、計算試樣在任一級壓力 帕）作用下變形穩(wěn)定后的試樣總變形量 0 （ 6 式中 0R 試驗前測微表初讀數(shù)（ 試樣在任一級荷載 用下變形穩(wěn)定后的測微表讀數(shù) ( 各級荷載下儀器變形量（ （由實驗室提供資料） 38 4、計算各級荷載下的孔 隙比 000 1 （ 6 式中 0e 試樣初始孔隙比； 0h 試樣的起始高度（即環(huán)刀高度）（ 第 i 級荷載作用下變形穩(wěn)定后的試樣總變形量（ 5、繪制 壓縮曲線（見圖 6 以孔隙比 e 為縱坐標(biāo)，壓力 p 為橫坐標(biāo)， 可以繪出 關(guān)系曲線，此曲線稱為壓縮曲線。 6、按式（ 6算某一壓力范圍內(nèi)壓縮系數(shù) （ （ 6 式中 001 , 002 。 采用 p =100 200力區(qū)間相對應(yīng)的壓縮系數(shù) 21 來評價土的壓縮性。 值是判斷土的壓縮性高低的一個重要指標(biāo)。 21 的大小將地基土的壓縮性分為以下三類： 當(dāng) 121 時，為高壓縮性土； 當(dāng) 1211 M p aM p a 時，為中壓縮性土； 當(dāng) 121 時，為低壓縮性土。 7、計算某一荷載范圍的壓縮模量 1 e1 e2 e p1 (2 圖 6 2 壓縮曲線 1221 pp 39 （ 6 式中 孔隙比 ； 壓縮系數(shù)。 8、試驗記錄與計算： 含水率試驗記錄 試樣 編號 土樣 說明 盒號 盒質(zhì)量 （ g） 盒加濕 土質(zhì)量 （ g） 盒加干 土質(zhì)量 （ g） 濕土 質(zhì)量 （ g） 干土 質(zhì)量 (g) 含水率 （ %） 平均含水率 （ %） 備 注 密度試驗記錄 樣編號 土樣類別 環(huán)刀號 環(huán)刀加濕土質(zhì)量（ g） 環(huán)刀 質(zhì)量 （ g） 濕土 質(zhì)量 （ g） 環(huán)刀 容積 （ 濕密度 （ g/ 平 均 濕密度 （ g/ 含水率（ %） 干密度（ g/ 平 均 干密度 （ g/ 壓縮曲線 40 固結(jié)試驗記錄 工程編號： 試樣面積： 試驗者： 試樣編號： 土粒相對密度 g/ 計算者： 儀器編號： 試驗前試樣高度 0h ： 20 校核者： 試驗日期： 試驗前孔隙比 0e ： 試樣密度 及含水量 w 的測定記錄見下面表格。 試驗前 g/ 試驗前 = % 壓 力（ kg/ 讀數(shù) 2 8 10 總變形量 Ri( 儀器總變形量 試樣總變形量（ 0 各級荷載作用下壓縮穩(wěn)定后試樣的孔隙比 )1)(/( 000 122121 pp 該土為 壓縮性土 41 實驗七 直接剪切試驗 一、概述 直接剪切試驗就是直接對試樣進行剪切的試驗，簡稱直剪試驗，是測定土的抗剪強度的一種常用方法，通常采用 4個試樣，分別在不同的垂直壓力 p 下，施加水平剪切力，測得試樣破壞時的剪應(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 和粘聚力 c 。 二、儀器設(shè)備 1、直剪儀。采用應(yīng)變控制式直接剪切儀，如圖所示，由剪切盒、垂直加壓設(shè)備、剪切傳動裝置、測力計以及位移量測系統(tǒng)等組成。加壓設(shè)備采用杠桿傳動。 2、測力計。采用應(yīng)變?nèi)?，量表為百分表?3、環(huán)刀。內(nèi)徑 4、其他。切土刀、鋼絲鋸、濾紙、毛玻璃板、凡士林等。 三、操作步驟 1、將試樣表面削平，用環(huán)刀切取試件，測密度，每組試驗圖 7應(yīng)變控制式直剪儀 1 輪軸； 2 底座； 3 透水石； 4 測微表； 5 活塞； 6 上盒； 7 土樣； 8 測微表； 9 量力環(huán)； 10 下盒 42 至少取四個試樣，各級垂直荷載的大小根據(jù)工程實際和土的軟硬程度而定，一般可按 100200300400 1.0 kg/2.0 kg/3.0 kg/4.0 kg/加。 2、檢查下盒底下兩滑槽內(nèi)鋼珠是否分布均勻，在上下盒接觸面上涂抹少許潤滑油，對準(zhǔn)剪切盒的上下盒，插入固定銷釘，在下盒內(nèi)順次放潔凈透水石一 塊及濕潤濾紙一張。 3、將盛有試樣的環(huán)刀平口朝下，刀口朝上，在試樣面放濕潤濾紙一張及透水石一塊，對準(zhǔn)剪切盒的上盒，然后將試樣通過透水石徐徐壓入剪切盒底，移去環(huán)刀，并順次加上傳壓板及加壓框架。 4、在量力環(huán)的安裝水平測微表，裝好后應(yīng)檢查測微表是否裝反，表腳是否靈活和水平，然后按順時針方向徐徐轉(zhuǎn)動手輪，使上盒兩端的鋼珠恰好與量力環(huán)按觸（即量力環(huán)中測微表指針被觸動）。 5、順次小心地加上傳壓板、鋼珠，加壓框架和相應(yīng)質(zhì)量的砝碼（避免撞擊和搖動）。 6、施加垂直壓力后應(yīng)立即拔去固定銷（此項工作切勿忘記）。開動秒表，同 時以每分鐘 412 轉(zhuǎn)的均勻速度轉(zhuǎn)動手輪（學(xué)生可用 6轉(zhuǎn) /分），轉(zhuǎn)動過程不應(yīng)中途停頓或時快時慢，使試樣在 35分鐘內(nèi)剪破，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)中的測微表指針不再前進或有后退，即說明試樣已經(jīng)剪破，如測微表指針一直緩慢前進，說明不出現(xiàn)峰值和終值，則試驗應(yīng)進行至剪切變形達到 4輪轉(zhuǎn) 20轉(zhuǎn)）為止。 7、剪切結(jié)束后，吸去剪切盒中積水，倒轉(zhuǎn)手輪，盡快移去砝碼，加壓框架，傳壓板等，取出試樣，測定剪切面附近土的剪后含水率。 8、另裝試樣，重復(fù)以上步驟，測定其它三種垂直荷載 43 （ 200300400的抗剪強度。 四、成果整理 1、 1、按式（ 7算抗剪強度： （ 7 式中 R 量力環(huán)中測微表最大讀數(shù)，或位移 4的讀數(shù)。精確至 C 量力環(huán)校正系數(shù)，（ N/ 2、 2、按式（ 7算剪切位移： （ 7 式中 手輪每轉(zhuǎn)一周，剪切盒位移 n 手輪轉(zhuǎn)數(shù)。 3、 3、制圖 （ 1）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 L 的關(guān)系曲線，如試驗圖 7示。取曲線上剪應(yīng)力的峰值為抗剪強度，無峰值時，取剪切位移 4 （ 2）以抗剪強度為縱坐標(biāo)，垂直壓力為橫坐標(biāo)，繪制抗剪強度與垂直壓力關(guān)系曲線（圖 7直線的傾角為土的內(nèi)摩擦角 ，直線在縱坐標(biāo)上的截距為土的粘聚力 c 。 4、 實驗記錄與表格 44 直接剪切試驗記錄 工程名稱 試驗者 工程編號 計算者 試驗日期 校核者 儀器編號 試樣面積（ 垂直壓力 p（ 100 200 300 400 量力環(huán)最大變形 R（ 量力環(huán)號數(shù) 量力環(huán)系數(shù) C（ 抗剪強度 （ 抗剪強度指標(biāo) C= = 圖 7 L 曲線 (N/ L(3 1 p（ 圖 7 45 抗剪強度與垂直壓力關(guān)系曲線 3 0 0 2 0 0 1 0 0 100 200 300 400 46 實驗八 擊實試驗 一、概述 在工程建設(shè)中，經(jīng)常會遇到填土或松軟地基，為了改善這些土的工程性質(zhì)，常采用壓實的方法 使土變得密實。擊實試驗就是模擬施工現(xiàn)場壓實條件，采用錘擊方法使土體密度增大、強度提高、沉降變小的一種試驗方法。土在一定的擊實效應(yīng)下，如果含水率不同，則所得的密度也不相同，擊實試驗的目的是測定試樣在一定擊實次數(shù)下或某種壓實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)計依據(jù)。 擊實試驗分輕型擊實試驗和重型擊實試驗兩種方法。輕型擊實試驗適用于粒徑小于 5粘性土，型擊實試驗適用于粒徑不大于 20土，其單位體積擊實功 約為 二、壓實原理 土的壓實程度與含水率、壓實功能和壓實方法有著密切的關(guān)系，當(dāng)壓實功能和壓實方法不變時，土的干密度先是隨著含水率的增加而增加，但當(dāng)干密度達到某一最大值后，含水率的增加反而使干密度減小。能使土達到最大密度的含水率，稱為最優(yōu)含水率 或稱最佳含水率），其相應(yīng)的干密度稱為最大干密度 。 土的壓實特性與土的組成結(jié)構(gòu)、土粒的表面現(xiàn)象、毛細(xì)管壓力、孔隙水和孔隙氣壓力等均有關(guān)系，所以因素是復(fù)雜的。壓實作用使土塊變形和結(jié)構(gòu)調(diào)整并密實，在松散濕土的含水率處于偏干狀態(tài)時，由于粒間引力使土 保持比較疏松的凝聚結(jié)構(gòu)，土中孔隙大都相互連通，水少而氣多。因此，在一定的外部壓實功能作用下，雖然土孔隙中氣體易被排出，密度可以增大，但由于較薄的強結(jié)合水水膜潤滑作用不明顯，以及外部功能不足以克服粒間 47 引力，土粒相對移動便不顯著，所以壓實效果就比較差。當(dāng)含水率逐漸加大時，水膜變厚、土塊變軟，粒間引力減弱，施以外部壓實功能則土粒移動，加上水膜的潤滑作用，壓實效果漸佳。在最佳含水率附近時，土中所含的水量最有利于土粒受擊時發(fā)生相對移動，以致能達到最大干密度；當(dāng)含水率再增加到偏濕狀態(tài)時，孔隙中出現(xiàn)了自由水，擊實時不可能 使土中多余的水和氣體排出，而孔隙壓力升高卻更為顯著，抵消了部分擊實功，擊實功效反而下降。在排水不暢的情況下，經(jīng)過多次的反復(fù)擊實，甚至?xí)?dǎo)致土體密度不加大而土體結(jié)構(gòu)被破壞的結(jié)果，出現(xiàn)工程上所謂的“橡皮土”現(xiàn)象。 三、儀器設(shè)備 1、擊實儀，有輕型擊實儀和重型擊實儀兩類，其擊實筒、擊錘和導(dǎo)筒等主要部件（見圖 88示）； 2、稱量 200量 3、孔徑為 5 48 （ a） 錘 （ b） 錘 圖 8擊錘與導(dǎo)筒 12 3皮墊 4（ a）輕型擊實筒 （ b）重型擊實筒 圖 8實筒 1 2 3 44、稱量 10量 1g； 5、其他，如噴霧器、盛土容器、修土刀及碎土設(shè)備等。 四、操作步驟 1、將具有代表性的風(fēng)干土樣，對于輕型擊實試驗為 20于重型擊實試驗為 50碎后過 5篩，將篩下的土樣拌勻，并測定土樣的風(fēng)干含水率。 2、根據(jù)土的塑限預(yù)估最優(yōu)含水率，加水濕潤制備不少于五個含水率的試樣，含水率依次相差為 2%，且其中有兩個含水率大于塑限，兩個含水率小于塑限，一個含水率接近塑限。 按式（ 8算制備試樣所需的加水量： 000 w （ 8 49 式中 所需的加水量（ g）； 0w 風(fēng)干含水率（ %）； 0m 風(fēng)干含水率 0w 時土樣的質(zhì)量（ g）； w 要求達到的含水率（ %）。 3、將試樣平鋪于不吸水的平板上，按預(yù)定含水率用噴霧器噴灑所需的加水量，充分?jǐn)嚭筒⒎謩e裝入塑料袋中靜置 24h。 4、將擊實筒固定在底座上，裝好護筒，并在擊實筒內(nèi)涂一薄層潤滑油，將攪和的試樣分層裝入擊實筒內(nèi)。對于輕型擊實試驗，分三層，每層 25擊；對于重型擊實試驗，分五層，每層 56擊，兩層接觸土面應(yīng)刨毛，擊實完成后，超出擊實筒頂?shù)脑嚇痈叨葢?yīng)小于 6 5、取下導(dǎo)筒，用刀修平超出擊實筒頂部和底部的試樣，擦凈擊實筒外壁，稱擊實筒與試樣的總質(zhì)量，準(zhǔn)確至 1g，并計算試樣的濕密度 。 6、用推土器將試樣從擊實筒中推出，從試樣中心處取兩份一定量土料（輕型擊實試驗為 1530g，重型擊實試驗為 50100g）測定土的含水率，兩份土樣的含水率的差值應(yīng)不大于 1%。 五、成果整理 1、按式（ 8算干密度： （ 8 式中 d 干密度（ g/準(zhǔn)確至 密度（ g/ w 含水率（ %）。 2、按式（ 8算飽和含水率： %1 0 0)11( a t 50 （ 8 式中 飽和含水率（ %）； 其余符號同前。 3、以干密度為縱坐標(biāo)，含水率為橫坐標(biāo)，繪制干密度與含水率的關(guān)系曲線及飽和曲線，干密度與含水率的關(guān)系曲線上峰點的坐標(biāo)分別為土的最大密度與最優(yōu)含水率，如不連成完整的曲線時，應(yīng)進行補點試驗。 4、輕型擊實試驗中，當(dāng)試樣中粒徑大于 50%時，應(yīng)對最大干密度和最優(yōu)含水率進行校正。 （ 1）按式（ 8算校正后的最大干密度： 25m a a x 11（ 8 式中 校正后試樣的最大干密度（ g/ 5P 粒徑大于 5%）； 2 粒徑大于 5 粒的飽和面干比重，飽和面干比重是指當(dāng)土粒呈飽和面干狀態(tài)時的土?？傎|(zhì)量與相當(dāng)于土?？傮w積的純水 4時質(zhì)量的比值。 （ 2）按式（ 8算校正后的最優(yōu)含水率 50 )1( （ 8 式中 校正后試樣的最優(yōu)含水率（ %）； 擊實試樣的最優(yōu)含水率（ %）； 粒徑大于 5%）； 其余符號同前。 51 5、試驗記錄 擊實試驗記錄見表 8密度與含水率的關(guān)系曲線 最大干密度 = g/ 最優(yōu)含水率 = %。 3 15 17 19 21 23 25 27 含水率 w（ %） 52 表 8實試驗記錄 工程名稱 試驗者 工程編號 計算者 試驗日期 校核者 試驗儀器： 土樣類別： 每層擊數(shù)： 估計最優(yōu)含水率： 風(fēng)干含水率： 土粒比重： 試驗次數(shù) 1 2 3 4 5 6 干 密 度 加 水 量 g 筒加土重 g (1) 筒 重 g (2) 濕 土 重 g (3) (1)-(2) 筒 體 積 4) 密 度 g/5) (3)/(4) 干 密 度 g/6) (5)/1+ 含 水 率 盒 號 g 盒加濕土質(zhì)量 g (1) 盒加干土質(zhì)量 g (2) 盒 質(zhì) 量 g (3) 水 質(zhì) 量 g (4) (1)-(2) 干土質(zhì)量 g (5) (2)-(3) 含 水 率 % (6) (4)/(5) 平均含水率 % 53 土工試驗復(fù)習(xí)題 一、 填空： 1、工程概念上土是由（固體顆粒）、（水）和（氣體）三部分組成的（三相體系）。 2、工程設(shè)計和工程檢驗中常用土的指標(biāo)有：（土粒比重）、（天然密度）、（飽和密度）、（干密度）、（浮密度）、（含水量）、（孔隙比）、（孔隙率）、（飽和度）。 3、土中的水為分（強結(jié)合水）、（弱結(jié)合水）、（自由水）。工程上含水量的定義 為土中（自由水的質(zhì)量）與（土粒質(zhì)量）之比的百分?jǐn)?shù)表示，一般認(rèn)為在（ 100 ）溫度下能將土中自由水蒸發(fā)掉。 4、（烘干法）是測定含水量的標(biāo)準(zhǔn)方法 ，適用于（粘質(zhì)土）、（粉質(zhì)土）、（砂類土）和（有機質(zhì)土）。 5、工程上對有機質(zhì)含量超過（ 5%）的土不能用，有機質(zhì)土烘干溫度應(yīng)該控制在（ 65 ）。對于石膏土烘干溫度應(yīng)控制在（ 75 ）。對于含水泥的土烘干溫度應(yīng)控制在（使放入的水泥混合料一開始就能在 105 的環(huán)境下烘干），另外，烘干后冷卻時應(yīng)用（硅膠）作干燥劑。 6、測定土的密度方法有 （環(huán)刀法）、（蠟封法）、（灌砂法）、（灌水法）等。 7、在密度測試中，（土的天然質(zhì)量）較易得到，難的是（土的體積）。 8、對工程來說，有實用意義的主要是土的（液限）、（塑限）和（縮限）。液限是土可塑狀態(tài)的（上限含水量），塑限是土可塑狀態(tài)的（下 54 限含水量）。 9、液塑限的試驗方法有（碟式儀法）、（圓錐儀法）、（搓條法）以及（聯(lián)合測定法）。 10、測定土的塑限含水量時，當(dāng)土條搓至直徑為（ 3毫米）時，其產(chǎn)生裂縫并開始斷裂，則這時土條的含水量即為（土的塑限含水量）。 11、土的密實程度通常指（單位體積中固體顆粒的含量 ）。土顆粒含量多，（土就密實）；土顆粒含量少，（土就疏松）。 12、一般認(rèn)為土的相對密度（ ）時土屬于疏松狀態(tài)，相對密度（ 1/3 ，而相對密度（ 2/3）時土屬于密實狀態(tài)。 13、土粒粒徑的大小和級配與工程性質(zhì)緊密相關(guān)，土的顆粒分析試驗就是（測定土的粒徑大小和級配狀況），為土的（分類）、（定名）和（工程應(yīng)用）提供依據(jù)。 14、在進行顆粒分析試驗時，若 2 毫米篩下的土不超過試樣總質(zhì)量的（ 10%），則可省略（細(xì)篩分析），同樣， 2 毫米篩上的土如不超過試樣總質(zhì)量的（ 10%）， 則可省略（粗篩分析）。 15、水析法可分為（比重計法）和（吸管法），實質(zhì)上為（靜水沉降法）。 16、影響土的工程性質(zhì)的三個主要因素是（土的三相組成）、（土的物理狀態(tài)）和（土的結(jié)構(gòu)）。 17、工程上以土中顆粒直徑大于 質(zhì)量占全部土粒質(zhì)量的（ 50%）作為第一個分類的界限。大于 50%的稱為（粗粒土），小于 50% 55 稱為（細(xì)粒土）。 18、粗粒土的工程性質(zhì)，很大程度上取決于（土的粒徑級配），因此，粗粒土按其（粒徑級配累積曲線）再細(xì)分為（若干亞類）。 19、細(xì)粒土的工程性質(zhì)不僅決定于（粒徑級配），還與（土粒 的礦物成分）和（形狀）有密切關(guān)系。 20、反映土吸附結(jié)合水能力的特性指標(biāo)有：（液限）、（塑限）和（塑性指數(shù)）。在這三項指標(biāo)中（液限）和（塑性指數(shù)）與土的工程性質(zhì)的關(guān)系更密切，規(guī)律性更強。因此，國內(nèi)外對細(xì)粒土的分類，多用（塑性指數(shù)）或者（液限加塑性指數(shù)）作為分類指標(biāo)。 21、當(dāng)土樣在（ 105 ）的烘箱中烘烤，若烘烤 24小時后試樣的液限小于烘烤前試樣液限的（ 3/4），該試樣為有機質(zhì)土。 22、當(dāng)土樣的飽和度（ 0 于稍微濕的土，飽和度（ r土屬于潮濕土，飽和度（ r）時土屬于飽和的土。 23、土的指標(biāo)中，（土粒比重）、（天然密度）、（含水量）是實測指標(biāo)，其他指標(biāo)是（換算指標(biāo)）。 24、適用于公路工程質(zhì)量檢驗的隨機抽樣一般有（單純隨機抽樣）、（系統(tǒng)隨機抽樣）和（分層隨機抽樣）三種方法。 25、土的液性指數(shù)（ ）時，土處于（硬脆狀態(tài)），液性指數(shù)（ 0 ）時，土處于（可塑狀態(tài)），液性指數(shù)（ ）時，土處于（流塑狀態(tài)） 26、土的液限試驗可采有（圓錐儀法）、（聯(lián)合法）、（碟式儀法），塑限試驗可采用（聯(lián)合法）、（搓條法）。 27、靜力觸探頭有單橋和雙橋兩種，單 橋探頭可測得（比貫入阻力）， 56 雙橋探頭可測得（錐尖阻力和探頭摩擦筒的側(cè)摩阻力）。 28、標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗是利用規(guī)定的落錘能量將圓筒形貫入器打入鉆孔底土中，根據(jù)貫入的（難易程度）來判定土的（物理力學(xué)性質(zhì)）。 29、土作為筑路材料時，需要在模擬現(xiàn)場施工條件下，獲得路基土壓實的（最大干密度和相應(yīng)的最佳含水量）。 30、直剪試驗分為（快剪試驗）、（固結(jié)快剪試驗）和（慢剪試驗）三種方法。 31、測定含水量的方法有（烘干法）、（酒精燃燒法）、（碳化鈣氣壓法）和（比重法）等。 32、細(xì)粗土的分類指標(biāo)是（塑性指數(shù)）、（液限加塑性 指數(shù)）。粗集料的分類指標(biāo)是（相對密實度）。 33、土的抗剪強度是指（土體在力系作用下抵抗破壞的極限剪切應(yīng)力）通常認(rèn)為土的抗剪強度可用（庫侖公式）表達。 34、壓縮試驗是研究土體（一維變形）特性的測度方法。土的壓縮主要是（孔隙體積）的減少。 35、沉降的穩(wěn)定時間取決于試樣的（透水性）和（流變性質(zhì)）。公路工程試驗規(guī)程確定穩(wěn)定時間為（ 24小時）。 36、土工原位測試可分為兩大類，一類是（在小應(yīng)變條件下進行測試），另一類是（在大應(yīng)變條件下進行的測試）。 37、鉆孔波速試驗方法屬于小應(yīng)變條件的原位測試方法，有（沿 孔法）和（跨孔法）兩種方法。 38、測無側(cè)限抗壓強度時，試樣都是（高：直徑 =1： 1）圓柱體。無 57 論穩(wěn)定細(xì)粒土、中粒土或粗粒土，當(dāng)多次試驗結(jié)果的偏差系數(shù) 0%時，可制備（ 6個）試件， 0%，可制備（ 9個）試件， 15%時，則需制備（ 13個）試件。 39、測無側(cè)限抗壓強度時，試件在在養(yǎng)生期間，對于小試件質(zhì)量損失（不得超過 1 克），對于中試驗件質(zhì)量損失（不得超過 4克），對于大試件質(zhì)量損失（不得超過 10 克）。 40、旁壓試驗按旁壓器的就位方式可分為（預(yù)鉆式旁壓試驗）和（自鉆式旁壓試驗）。 41、可疑數(shù)據(jù)的取舍方法有（拉依達法）、（肖維納特法）、（格拉布斯法）三種方法。 42、測量數(shù)據(jù)的表達方法有（表格法）、（圖示法）和（經(jīng)驗公式法）三種方法。 43、采用經(jīng)驗法確定公式中的常量，其方法一般有（圖解法）、（端值法）、（平均法）和（最小二乘法）等。 44、根據(jù)誤差表示的方示不同，有（絕對誤差）和（相對誤差）。產(chǎn)生誤差的原因是多方面的，可歸納如下；（環(huán)境誤差）、（裝置誤差）、（人員誤差）和（方法誤差）。 45、誤就其性質(zhì)而言，可分為（系統(tǒng)誤差）、（隨機誤差）和（過失誤差）。 二、簡答題： 1、土中有機質(zhì) 和石膏土含量較多時，含水量的測試易出現(xiàn)誤差，誤差主要由什么原因引起的？ 58 答：一般認(rèn)為土在 100 溫度下能將土中自由水蒸發(fā)掉，對于有機質(zhì)土和石膏土來說，若將土的烘干溫度定在 110 左右時，對含石膏土?xí)ソY(jié)晶水，這樣所測含水量偏小。對于有機質(zhì)土其有機成分會燃燒，這樣所測含水量偏大。測定結(jié)果將與含水量定義不符。 2、無機結(jié)合料穩(wěn)定土測含水量時應(yīng)注意什么問題？ 答：無機結(jié)合料穩(wěn)定土測含水量時應(yīng)注意控制烘干溫度。如水泥穩(wěn)定土，水泥與水拌和就要發(fā)生水化作用，在較高溫度下水化作用發(fā)生較快。因此，將水泥混合料放 在原為室溫的烘箱內(nèi)，再啟動烘箱升溫，則在升溫過程中水泥與水的水化作用發(fā)生較快，而烘干法又不能除去已與水泥發(fā)生水化作用的水，這樣得到的含水量往往偏小，所以應(yīng)提前將烘箱升溫至 110 ，使放入水泥的混合料一開始就能在105 的環(huán)境下烘干。另外，烘干后冷卻時應(yīng)用硅膠作干燥劑。 3、哪些土適合用環(huán)刀法測密度？哪些土適合用蠟封法測密度？ 答：環(huán)刀法適用于細(xì)粒土及無機結(jié)合料穩(wěn)定細(xì)粒土的密度測試，但對于無機結(jié)合料穩(wěn)定細(xì)粒土其齡期不宜超過 2 天。蠟封法適用于不規(guī)則土樣的密度測定。 4、測試界限含水量的意義是什么？ 答 ：界限含水量尤其是液限，能較好地反映出土的某些物理力學(xué)特性。對工程來說，有實用意義的主要是土的液限、塑限和縮限，液限是土可塑狀態(tài)的上限含水量，塑限是土可塑狀態(tài)的下限含水量。含水量低于縮限，水分蒸發(fā)時體積不再縮小。 5、工程上用什么方法判別土的狀態(tài)界限含水量？ 59 答：測定液限含水量工程上采用聯(lián)合法、圓錐儀法和碟式儀法三種方法。測定塑限含水量采用聯(lián)合法和搓條法。 6、為什么要對土進行顆料分析試驗，顆粒分析結(jié)果對工程應(yīng)用有何意義。 答：組成土體的顆粒是大小不同粒徑的集合體，土粒粒徑的大小和級配與土的工程性質(zhì)緊密相關(guān) ，土的顆粒分析試驗就是測定土的粒徑大小和級配狀況，為土的分類、定名和工程應(yīng)用提供依據(jù)。 7、某土樣即有含有一定數(shù)量的粗粒量，又含一定數(shù)量 d細(xì)顆粒，應(yīng)如何進行顆粒分析？ 答：對于粒徑大于 土樣采用篩析法直接測試，于粗粒土樣要過 2篩，分別稱出篩上和篩下土的質(zhì)量，對 2上的土樣進地粗篩分析，對2下的土樣進行細(xì)篩分析。若 20%，則可省略細(xì)篩分析。同樣若 2上的土不超過試樣總質(zhì)量的 10%，則可省略粗篩分析。 8、普通土擊實和無機結(jié)合料穩(wěn)定材料擊實有什么不同？ 答：普通土擊實分輕型擊實和重型擊實二種，無機結(jié)合料只有重型擊實。普通土擊實土可重復(fù)使用，無機結(jié)合料穩(wěn)定土擊實土不能重復(fù)使用。普通土擊實土樣的最大粒徑宜控制在 38內(nèi)，無機結(jié)合料穩(wěn)定土擊實土樣最大粒徑宜控制在 25于普通土擊實沒有時間的限制，無機結(jié)合料穩(wěn)定土擊實要求在 1 小時內(nèi)完成擊實試驗。 9、什么是快剪？什么是固結(jié)快剪？