土力學(xué)試驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)及報(bào)告書(shū)-2013版

1、土工試驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)及實(shí)驗(yàn)報(bào)告書(shū)編 者：陳海玉適用課程：土力學(xué) 土力學(xué)與地基基礎(chǔ)2012.6土工試驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)第一章 含水率試驗(yàn)第一節(jié) 概述土體含水率（）是土的物理性質(zhì)指標(biāo)之一。土體含水率高低與粘性土的強(qiáng)度和壓縮具有密切的關(guān)系。土體在各種狀態(tài)下的含水率是計(jì)算其它物理性質(zhì)指標(biāo)、測(cè)量其它物理狀態(tài)指標(biāo)的最基本試驗(yàn)。第二節(jié) 試驗(yàn)原理土樣含水率是指土樣在105至110的溫度下烘干至恒重時(shí)所失去的水分質(zhì)量與烘干土質(zhì)量的比值，用百分?jǐn)?shù)表示。即： （1-1）式中：土樣含水率（%）； 濕土質(zhì)量，單位：克（g）；烘干土質(zhì)量，單位：克（g）。含水率試驗(yàn)的室內(nèi)試驗(yàn)方法以烘干法為標(biāo)準(zhǔn)方法。在野外，如條件不滿足可依土的性質(zhì)和工作條

2、件選用如下試驗(yàn)方法：1 酒精燃燒法；2 比重法（適用于砂性土）；3 實(shí)容積法（適用于粘性土）；4 炒干法（適用于礫質(zhì)土）。含水率試驗(yàn)的上述方法在水中還會(huì)發(fā)生水解適用于無(wú)機(jī)土（有機(jī)質(zhì)含量低于5%），對(duì)于有機(jī)質(zhì)土和有機(jī)土，在溫度較高時(shí)會(huì)發(fā)生分解，使測(cè)得的含水率偏高，從而造成試驗(yàn)誤差。有機(jī)質(zhì)含量超過(guò)5%的有機(jī)質(zhì)土和有機(jī)土，含石膏和硫酸鹽礦物的土，因這些礦物晶體中含結(jié)晶水，因此需采用6570溫度將土烘干至恒重，測(cè)量其含水率。上述各種試驗(yàn)方法都是利用水在加溫后逐漸變成水蒸氣的性質(zhì)。加熱一定時(shí)間后，在溫度不高于110時(shí)，土中自由水全部變成氣體揮發(fā)，之后土重不再發(fā)生變化，即處于恒重狀態(tài)。這時(shí)揮發(fā)掉的水重。土

3、恒重即認(rèn)為是干土質(zhì)量。對(duì)粘性土，實(shí)際上是土粒質(zhì)量與強(qiáng)結(jié)合水質(zhì)量之和，因強(qiáng)結(jié)合水需要溫度高于120才能析出，故將其作為固體顆粒的一部分。第三節(jié) 烘干法測(cè)定含水率一、儀器設(shè)備烘干法儀器設(shè)備主要包括：1恒溫烘箱：一般要求在50200范圍內(nèi)能在任一點(diǎn)保持一定恒溫范圍。最常用的恒溫范圍在105110，控制溫度的精度高于2；2天平：200g，感量0.01g。常用天平分機(jī)械天平和電子天平兩類；3附屬設(shè)備：鋁盒（稱量盒）、干燥器、鉛絲籃、溫度計(jì)等。二、操作步驟烘干法含水率試驗(yàn)操作主要步驟包括：1取代表性試樣1530g，對(duì)于礫類土，取100g以上試樣。放入鋁盒內(nèi)，迅速蓋好盒蓋，稱量，準(zhǔn)確至0.01g，稱量結(jié)果減

4、去鋁盒質(zhì)量，得到濕土質(zhì)量；2揭開(kāi)鋁盒蓋，將試樣和鋁盒一起放入恒溫烘箱，在溫度105110下烘至衡重。在設(shè)定溫度下烘至恒重所需時(shí)間由土類和烘箱構(gòu)造決定。一般砂土約需12小時(shí)，粉土和粉質(zhì)粘土約68小時(shí)，粘土約10小時(shí)，有機(jī)質(zhì)土用6570烘干需48小時(shí)以上；3將烘干后的試樣和鋁盒取出，蓋好鋁盒蓋后，放入干燥器內(nèi)冷卻至室溫后，稱鋁盒加土質(zhì)量，準(zhǔn)確至0.01g。計(jì)算干土質(zhì)量；4按下式計(jì)算該試樣的含水率： （1-2）5按前面的步驟進(jìn)行兩次平行試驗(yàn)，當(dāng)兩次測(cè)定含水率的差值在允許的范圍內(nèi)時(shí)，取其算術(shù)平均值作為該土樣的含水率。兩次測(cè)定的差值允許范圍為：含水率低于40%時(shí)，不得大于1%；含水率高于40%時(shí)，不得大

5、于2%。本允許范圍是對(duì)均質(zhì)土而言，對(duì)原狀土由于非均質(zhì)，樣筒上下水在重力作用下重新分布使含水率差值增大，可適當(dāng)放寬平行試驗(yàn)差值允許范圍。三、試驗(yàn)記錄試驗(yàn)記錄包括土樣描述、試驗(yàn)過(guò)程說(shuō)明和記錄表格三個(gè)主要組成部分。試樣描述內(nèi)容有：1.土樣顏色；2.土樣初步定名；3.土質(zhì)均勻性及是否含有機(jī)質(zhì)等。試驗(yàn)過(guò)程說(shuō)明通常有：1.取樣位置；2.試驗(yàn)方法；3.試驗(yàn)條件（如烘干法試驗(yàn)的溫度、時(shí)間、試驗(yàn)設(shè)備等）。含水率試驗(yàn)記錄表格見(jiàn)表1-1所示。在填寫原始記錄表格過(guò)程中，要求使用黑色圓珠筆或鋼筆填寫，特別注意嚴(yán)禁隨意涂改試驗(yàn)記錄，對(duì)于書(shū)寫錯(cuò)誤，用細(xì)線杠去錯(cuò)誤數(shù)字（要能清楚看出錯(cuò)誤數(shù)字），把正確數(shù)字寫在旁邊，試驗(yàn)人員要簽

6、章。第二章 密度試驗(yàn)第一節(jié) 概述土體的密度是土體直接測(cè)量所得的物理性質(zhì)指標(biāo)之一。土體密度大小與土的松緊程度、壓縮性、抗剪強(qiáng)度等均有密切聯(lián)系。土體密度是計(jì)算地基自重應(yīng)力的重要參數(shù)。密度測(cè)試還是土體相對(duì)密實(shí)度等物理指標(biāo)的測(cè)試方法。單位體積土體質(zhì)量叫土的密度，定義式為： （2-1）式中：土樣密度，單位g/cm3； 土樣質(zhì)量，單位g； 土樣體積，單位cm3。實(shí)驗(yàn)室內(nèi)直接測(cè)量的密度為濕密度（對(duì)原狀土稱作天然密度），用表示。工程中常用的土體在不同狀態(tài)下的密度有干密度（）、飽和密度（）、浮密度等。與密度相對(duì)應(yīng)的常用指標(biāo)容重的定義為單位體積土體的重量。定義式為： （2-2）式中：土樣容重，單位，工民建規(guī)范稱作

7、重度； g重力加速度，一般取9.81m/s2；其余符號(hào)同前。與不同狀態(tài)下土的密度對(duì)應(yīng)的不同狀態(tài)土的容重分別記作：干容重、飽和容重、浮容重。本章介紹濕密度的實(shí)驗(yàn)室測(cè)定方法。第二節(jié) 試驗(yàn)原理根據(jù)公式（2-1），密度試驗(yàn)方法即包括測(cè)定試樣體積和質(zhì)量。試驗(yàn)時(shí)，將土充滿給定容積的容器，然后稱取該體積土的質(zhì)量?；蛘叻催^(guò)來(lái)，測(cè)定一定質(zhì)量的土所占的體積。前者最常用的有環(huán)刀法、灌砂法、灌水法等。第三節(jié) 環(huán)刀法一、儀器設(shè)備環(huán)刀法測(cè)試土的密度需要如下設(shè)備：1環(huán)刀：內(nèi)徑6.18cm，高2cm。體積定期校正為恒值，常用環(huán)刀體積為60cm3；2天平：稱量200g，感量0.01g。也可用稱量1000g，感量0.1g的天平。

8、3附加設(shè)備：切土刀，鋼絲鋸，凡士林等。二、操作步驟1取原狀土或制務(wù)的擾動(dòng)土樣，整平兩端，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)刀垂直向下壓至約刃口深處，用切土刀（或鋼絲鋸）將土樣切成略大于環(huán)刀直徑的土柱后，邊壓邊削，直至土樣伸出環(huán)刀頂部，將兩端余土削平；42用切下的代表性土樣測(cè)定含水率；3擦凈環(huán)刀外壁，稱環(huán)刀加土的質(zhì)量，準(zhǔn)確至0.1g；4按下式計(jì)算試樣密度和干密度： （2-3） （2-4）式中：試樣密度，單位g/cm3；試樣干密度，單位g/cm3；環(huán)刀加試樣質(zhì)量，單位g；環(huán)刀質(zhì)量，單位g；環(huán)刀容積，單位cm3；試樣含水率，單位%。5按1至4的步驟進(jìn)行兩次平行測(cè)定，其平行差不得大于0

9、.03g/cm3，取其算術(shù)平均值作為試驗(yàn)結(jié)果。三、試驗(yàn)記錄環(huán)刀法測(cè)定土的密度記錄格式及成果可參考附表2-1。第三章 顆粒分析試驗(yàn)（不做）第一節(jié) 概述顆粒分析試驗(yàn)是測(cè)定干土中各粒組含量占該土總質(zhì)量的百分?jǐn)?shù)。土的顆料大小、級(jí)配和粒組含量是土的工程分類的重要依據(jù)。土粒大小與土的礦物組成、力學(xué)性質(zhì)、形成環(huán)境等均有直接聯(lián)系。因此，土的顆料大小是土的重要特征。顆粒分析試驗(yàn)是土工基本試驗(yàn)之一，其成果的準(zhǔn)確性常影響土工建筑物設(shè)計(jì)方案甚至穩(wěn)定性。第二節(jié) 試驗(yàn)原理土粒的粒徑變化范圍非常大（粒徑由大于60mm到小于0.002mm），故對(duì)不同的粒組采用不同的試驗(yàn)方法：粗粒組一般用篩析法，細(xì)粒組采用密度計(jì)法或移液管法。

10、不同的試驗(yàn)方法其試驗(yàn)原理也不同。一、 粗粒組篩析法試驗(yàn)原理對(duì)于粒徑大于0.075mm的粗粒土，一般采用篩析法分析土的顆粒大小。篩析法是采用不同孔徑的分析篩，由上至下孔徑自大到小疊在一起。試驗(yàn)時(shí)，取質(zhì)量為的干土放入最上的篩里，通過(guò)篩析后，得到不同孔徑篩上土質(zhì)量，進(jìn)而計(jì)算出粒組含量和累積含量。二、 粗粒組密度計(jì)法試驗(yàn)原理司篤克斯（Stocks）研究微小球體在水中下沉?xí)r，發(fā)現(xiàn)球體的運(yùn)動(dòng)近似滿足如下規(guī)律；1小球體在水中沉降的速率是恒定的；2小球體沉降速率大小與球體直徑的平方成正比。上述規(guī)律可用下式表示： （4-1）式中：顆粒直徑，mm；顆粒沉降速率，cm/s；4時(shí)水的密度，；水溫時(shí)水的比重；水溫時(shí)水的

11、動(dòng)力粘滯系數(shù)，；土粒比重；重力加速度，。由式（4-1）知，顆粒比重一定時(shí)，顆粒愈大，在水中沉降的速率愈快?，F(xiàn)將一定質(zhì)量的土與水?dāng)嚢璩煽傮w積為的均勻懸液，然后觀察懸液中顆粒下沉情況和懸液濃度的變化。為研究方便，取距懸液表面為的薄層來(lái)分析，如圖41所示。試驗(yàn)開(kāi)始時(shí)（時(shí)刻），懸液均勻，懸液中自上至下各粒組均勻分布，然后土粒開(kāi)始下沉，大顆粒下沉比較快，細(xì)顆粒下沉比較慢。設(shè)在時(shí)刻，的顆粒剛好從懸液表面下沉到層，那么該時(shí)刻在層中，沒(méi)有的顆粒，而的顆粒濃度與起始時(shí)刻(相同)。因此，如果我們已知，則顆粒下沉速度為： （4-2）將（4-2）代入（4-1）得： （4-3）式中：粒徑計(jì)算系數(shù)與懸液溫度和土粒比重有關(guān)

12、，可由圖4-6查出。式（4-3）將測(cè)量粒徑的問(wèn)題轉(zhuǎn)化為測(cè)定任一時(shí)刻及相應(yīng)落距的問(wèn)題。在密度計(jì)法顆粒分析試驗(yàn)中，不固定，而是測(cè)量時(shí)刻密度計(jì)讀數(shù)，將定義為密度計(jì)在液面讀數(shù)至密度計(jì)浮泡形心距離，與的關(guān)系可通過(guò)密度計(jì)率定獲得。現(xiàn)在若再算出的顆粒占總土質(zhì)量百分含量，問(wèn)題就解決了。由于時(shí)刻，距懸液表面為的層中，只有的顆粒存在，的顆粒濃度為零，的顆粒濃度與起始時(shí)刻（）相同。如果測(cè)出時(shí)刻層中的顆粒濃度，可以算出量筒中的顆粒質(zhì)量為： （4-4）密度計(jì)法量測(cè)層（密度計(jì)形心處）的密度，密度與濃度成正比，見(jiàn)式（4-6）和（4-7）所示。在移液管法試驗(yàn)中，時(shí)刻，在層中吸取的懸液，烘干后得到土粒質(zhì)量為，則可計(jì)算出土粒濃度

13、為：。然后由式（4-4）計(jì)算的顆粒質(zhì)量。移液管法計(jì)算土粒粒徑的方法與密度計(jì)法相同。 我們知道，量筒中土?？傎|(zhì)量為，因此，的顆粒百分含量為： （4-5）式中：的顆粒百分含量（）； 量筒中的顆粒質(zhì)量（g）； 量筒中土粒總質(zhì)量（g）； 的顆粒濃度（g/cm3）； 量筒中懸液體積（cm3）。 密度計(jì)浮泡形心處懸液濃度與密度計(jì)讀數(shù)的關(guān)系為：甲種密度計(jì)： （4-6）乙種密度計(jì)： （4-7）式中：懸液體積（規(guī)范規(guī)定）；土粒比重（若未做比重試驗(yàn)，對(duì)粘土及粉質(zhì)粘土可取2.70，砂土及粉土可取2.65）； 20時(shí)水的比重（）；時(shí)刻經(jīng)校正后的密度計(jì)讀數(shù)，見(jiàn)試（4-10）。第三節(jié) 篩析法一、儀器設(shè)備篩析法試驗(yàn)儀器主要

14、包括：1分析篩，分析篩據(jù)孔徑大小分粗篩和細(xì)篩兩類：土工試驗(yàn)中常用的粗篩一般為圓孔，孔徑為100，80，60，40，20，10，5，2mm；細(xì)篩一般為方孔，等效孔徑為2.0，1.0，0.5，0.25，0.10，0.075mm。不同國(guó)家和不同部門使用的分析篩孔徑大小分級(jí)有些差別；2分析天平，分析天平依稱量范圍和精度需要兩種：（1）稱量10kg，感量1g，（2）稱量1000g，感量0.1g；3搖篩機(jī)，規(guī)范規(guī)定搖篩機(jī)能夠在水平方向搖振，垂直方向拍擊。搖振次數(shù)為100200次/分鐘，拍擊次數(shù)為5070次/分鐘；4輔助設(shè)備，輔助設(shè)備包括：烘箱、量筒、漏斗、瓷杯、研缽、瓷盤、毛刷、匙、木碾、白紙等。二、操作

15、步驟篩析法試驗(yàn)步驟包括：1從風(fēng)干的松散土樣中，用四分法取土。取土數(shù)量按表4-1執(zhí)行；表4-1 篩分法取土數(shù)量最大粒徑（mm）取樣質(zhì)量（g）10030030090010002000200040004000以上2將試樣過(guò)2mm篩，分別稱出篩上和篩下土質(zhì)量。取2mm篩上土倒入依次疊好的粗篩的最上層篩中，取2mm篩下土倒入依次疊好的細(xì)篩的最上層篩中（分析篩自上至下孔徑自大至小疊放）。用搖篩機(jī)充分篩析至各篩上土粒直徑大于篩孔孔徑，一般搖篩1530min；3由最大孔徑篩開(kāi)始，順序?qū)⒏骱Y取下，將留在各篩上的土分別稱量，準(zhǔn)確至0.1g。各篩上土質(zhì)量之和與總土質(zhì)量之差不得大于總土質(zhì)量的l；4計(jì)算粒組含量和累積含

16、量，畫出級(jí)配曲線，得到各特征粒徑，分析土的級(jí)配，據(jù)規(guī)范定名。三、篩析法計(jì)算公式1粒組含量： （4-8）2累積含量： （4-9）式中：某粒組百分含量（）； 小于某粒徑土粒占總土質(zhì)量百分含量（）； 試樣總質(zhì)量（g）； 某粒組土粒質(zhì)量（g）； 小于某粒徑土粒質(zhì)量（g）。四、試驗(yàn)記錄及試驗(yàn)成果篩析法試驗(yàn)記錄及試驗(yàn)成果包括：1篩析法試驗(yàn)記錄表，見(jiàn)表4-2；2顆粒大小級(jí)配曲線（累積分布曲線），見(jiàn)圖4-2；3獲得特征粒徑、，計(jì)算曲率系數(shù)、不均勻系數(shù)；4據(jù)土的分類標(biāo)準(zhǔn)給土分類定名。第四章 界限含水率（稠度）試驗(yàn)第一節(jié) 概 述界限含水率試驗(yàn)主要內(nèi)容是測(cè)試細(xì)粒土的液限含水率（L）和塑限含水率（P），簡(jiǎn)稱液限和塑限

17、，由此獲得塑性指數(shù)Ip=LP、液性指數(shù)Il=（P）/IP，由L和IP利用塑性圖上對(duì)土進(jìn)行分類和利用IL判斷天然土所處的狀態(tài)，其次是測(cè)試土的縮限S。本章僅介紹液限和塑限的試驗(yàn)方法。粘性土隨著含水率的變化，其物理狀態(tài)和力學(xué)性質(zhì)也發(fā)生明顯的變化。如圖5-1所示。土體在不同含水率下可能處于如下不同的狀態(tài)：1、液態(tài)：土體重塑后，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)現(xiàn)象。同乎沒(méi)有強(qiáng)度；2、可塑態(tài)：土體重塑后，在自重作用下，能保持其形狀。在外力作用下，將發(fā)生持續(xù)的塑性變形而不產(chǎn)生斷裂，外力消失后，即保持外力消失前那一時(shí)刻的形狀不變。有一定的抗剪強(qiáng)度；3、半固態(tài)：在較小的外力作用下，產(chǎn)生彈性變形為

18、主的變形，當(dāng)外力超過(guò)一定值后，土體發(fā)生斷裂。土體體積隨含水率減小而減小；4、固態(tài)：變形性質(zhì)類似于半固態(tài)，但其體積趨于穩(wěn)定，不隨含水率變化而變化。我們把液態(tài)與可塑態(tài)分界處的含水率叫液限含水率（簡(jiǎn)稱液限，記作i），可塑態(tài)與半固態(tài)分界處的含水率叫塑限含水率（簡(jiǎn)稱塑限，記作P），半固態(tài)與固態(tài)分界處的含水率叫縮限含水率（簡(jiǎn)稱縮限S）。實(shí)際上，土體不同狀態(tài)之間的過(guò)渡是漸變的，為了使用上的方便，將給定的試驗(yàn)方法得到的含水率稱作界限含水率。本章介紹中華人民共和國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)土工試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)（GB/T50123-1999）中規(guī)定的液限和塑限試驗(yàn)方法。第二節(jié) 試驗(yàn)原理和試驗(yàn)方法一、液限試驗(yàn)原理和方法重塑土處于液態(tài)時(shí)，

19、在自重作用下發(fā)生流動(dòng)，而處于可塑態(tài)時(shí)，必須施加外力作用才發(fā)生變形。由此我們知道，在兩種態(tài)的分界處，土從不能承受外力向能承受一定外力過(guò)渡。試驗(yàn)時(shí)，給予試樣一個(gè)小的外力作用，在一定的時(shí)間內(nèi)，變形量達(dá)到規(guī)定值時(shí)的含水率叫做液限含水率。規(guī)范中給出了兩種液限試驗(yàn)方法：錐式液限儀法和喋式液限儀法。并以前者為標(biāo)準(zhǔn)方法。1、錐式液限儀法：錐式液限儀法用圓角為30，質(zhì)量為76g的不銹鋼圓錐，在重力作用下，5秒鐘內(nèi)刺入深度為17mm時(shí)對(duì)應(yīng)的試樣含水率為液限含水率。我國(guó)交通部規(guī)范規(guī)定的錐式液限儀質(zhì)量為100g，5秒鐘內(nèi)刺入深度為20mm時(shí)對(duì)應(yīng)的試樣含水率為液限含水率；2、喋式液限儀法：喋式液限儀法是在規(guī)定的試樣喋中

20、盛土，在土中以特制開(kāi)槽器開(kāi)一寬2mm的槽，以一定的能量（落高10mm）讓土樣喋與硬橡膠基座碰撞，這一過(guò)程中，土向槽內(nèi)流動(dòng)，當(dāng)槽兩側(cè)土靠攏長(zhǎng)度為13mm，撞擊次數(shù)為25次，對(duì)應(yīng)的試樣含水率定義為液限含水率。二、塑限試驗(yàn)原理和方法塑限試驗(yàn)利用土體處于可塑態(tài)時(shí)，在外力作用下產(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)。試驗(yàn)時(shí)給予一定外力，使試樣變形達(dá)到規(guī)定值剛好出現(xiàn)裂縫時(shí)所對(duì)應(yīng)的含水率作為限含水率。國(guó)標(biāo)中據(jù)此給出了兩種試驗(yàn)方法：搓滾法和液、塑限聯(lián)合測(cè)定儀法，并且以后者為標(biāo)準(zhǔn)。1、搓滾法塑限試驗(yàn)：用手掌在手玻璃板上搓土條，當(dāng)土條直徑剛好在3mm時(shí)出現(xiàn)裂縫，

21、對(duì)應(yīng)的含水率叫塑限含水率，這種方法是國(guó)內(nèi)外大多土工試驗(yàn)方法所采用的方法；2、液、塑限聯(lián)合測(cè)定儀法：采用與錐式液限儀完全相同的儀器，通過(guò)與搓條法對(duì)比，得到76g圓錐在5秒鐘內(nèi)錐尖入土深度為2mm時(shí)對(duì)應(yīng)的含水率與搓條法得到的塑限接近，因此，定義76g圓錐儀在5秒鐘內(nèi)錐尖入土深度為2mm時(shí)對(duì)應(yīng)的含水率為塑限含水率。為了減少錐式液限儀在試驗(yàn)過(guò)程中人為因素的影響，提高試驗(yàn)精度，我國(guó)設(shè)計(jì)出了液、塑限聯(lián)合測(cè)定儀，并規(guī)定以此儀器為準(zhǔn)，將76g圓錐在5秒鐘內(nèi)入土深度為2mm時(shí)對(duì)應(yīng)的含水率為塑限。交通部規(guī)范給出了100g圓錐聯(lián)合測(cè)定儀法的液限含水率L與塑限入土深度hP經(jīng)驗(yàn)關(guān)系式，由此關(guān)系式據(jù)L查hp，然后由圓錐入

22、土深度與含水率的關(guān)系圖查出塑限P。三，錐式液限儀測(cè)液限試驗(yàn)步驟1、制備試樣：可采用天然含水量土樣或風(fēng)干土樣制備。采用天然土?xí)r，剔除大于0.5mm土粒，取代表性土樣約200g，拌和均勻即可；對(duì)風(fēng)干土取樣，過(guò)0.5mm篩，取篩下土約200g，加水加至液限附近，調(diào)成稠狀，拌和均勻后密封于保濕缸中靜置24小時(shí)，使水分均勻分布。2、裝土樣于調(diào)土杯中：將備好的土樣再仔細(xì)拌均一次，然后分層裝入試杯中，用手掌輕拍試杯，使杯中空氣逸出，待土樣填滿后，用調(diào)土刀抹平土面，使之與杯緣齊平。3、放錐：（1）在平衡錐尖部分涂上一薄層凡士林，以拇指和食指執(zhí)錐柄，使錐尖與試樣面接觸，并保持錐體垂直，輕輕松開(kāi)手指，使錐體在其自

23、重作用下沉入土中。注意：放錐時(shí)要平穩(wěn)，避免產(chǎn)生沖擊力。（2）放錐15s后，觀察錐體沉入土中的深度，以土樣表面與錐接觸處為準(zhǔn)，若恰為10mm（錐上有刻度標(biāo)志），則認(rèn)為這時(shí)的含水率就為液限。若錐體入土深度大于或小于10mm時(shí)，表示試樣含水率大于或小于液限。此時(shí)，應(yīng)挖去沾有凡士林的土，取出全部試樣放在調(diào)土杯中，使水分蒸發(fā)或加蒸餾水重新調(diào)勻，直至錐體下沉深度恰為10mm時(shí)為止。有些圓錐刻有17mm，的標(biāo)志，若錐體下沉深度恰為17mm，此時(shí)的含水量即為17mm液限，等效蝶式液限。4、測(cè)液限含水率，將所測(cè)得的合格試樣，挖去沾有凡土林的部分，取錐體附近試樣少許（約15-20g）放入鋁盒中測(cè)定其含水率，此含水

24、率即為液限。5、平行測(cè)定：本實(shí)驗(yàn)須做兩次平行測(cè)定，計(jì)算準(zhǔn)確至0.1%，取其結(jié)果的算術(shù)平均值，兩次實(shí)驗(yàn)的平行差值不得大于2%。四，滾搓法測(cè)塑限試驗(yàn) 一、本試驗(yàn)方法適用于粒徑小于0.5 mm的土。 二、滾搓法塑限試驗(yàn)所用的主要儀器設(shè)備，應(yīng)符合下列規(guī)定： 1.毛玻璃板：尺寸宜為 200 mm300 mm。 2.卡尺：分度值為0.02 mm。 三、滾搓法塑限試驗(yàn)，應(yīng)按下列步驟進(jìn)行： 1.取0.5 mm篩下的代表性試樣100 g，放在盛土皿中加純水拌勻，濕潤(rùn)過(guò)夜。 2.將制備好的試樣在手中揉捏至不粘手，捏扁，當(dāng)出現(xiàn)裂縫時(shí)，表示含水量接近塑限。 3.取接近塑限含水量的試樣810 g，用手握成橢圓形，放在毛

25、玻璃板上用手掌滾搓，手掌的壓力要均勻地施加在土條上，不得使土條在毛玻璃上無(wú)力滾動(dòng)，土條不得有空心現(xiàn)象，土條長(zhǎng)度不宜大于手掌寬度。 4.當(dāng)土條搓成3 mm時(shí)產(chǎn)生裂縫，并開(kāi)始斷裂，表示試樣的含水量達(dá)到塑限含水量。當(dāng)土條搓成3 mm時(shí)不產(chǎn)生裂縫或土條直徑大于3 mm時(shí)開(kāi)始斷裂，都應(yīng)重新取樣進(jìn)行試驗(yàn)。 5.取直徑3 mm有裂縫的土條35 g，測(cè)定土條的含水量。 四、滾搓法塑限試驗(yàn)應(yīng)進(jìn)行兩次平行測(cè)定，兩次測(cè)值的差值，當(dāng)wL小于40時(shí)，不得大于1，wL大于或等于40時(shí)，不得大于2。 五、滾搓法塑限試驗(yàn)的記錄應(yīng)包括工程編號(hào)、土樣編號(hào)、盛土皿編號(hào)和含水量。第五章 固結(jié)試驗(yàn)（壓縮試驗(yàn)）第一節(jié) 概述土體的壓縮是指

26、土體在外力作用下體積發(fā)生減小的現(xiàn)象。土體固結(jié)是指土體在外力作用下體積隨時(shí)間變化的過(guò)程。因此，壓縮和固結(jié)是兩個(gè)既有區(qū)別又有密切聯(lián)系的概念。壓縮試驗(yàn)的目的是獲得土體體積的變化與所受外力的關(guān)系，在一維模型中，用壓縮曲線來(lái)表示。在ep曲線上，可得到壓縮系數(shù)aV，在elgp曲線上可得壓縮指數(shù)CC。固結(jié)試驗(yàn)的目的是獲得在一定大小的外力作用下土體體積的變化與外力作用時(shí)間的關(guān)系，在一維固結(jié)模型中，采用太沙基一維固結(jié)理論描述時(shí)，為壓縮量與時(shí)間的關(guān)系，得到固結(jié)系數(shù)CV。固結(jié)（壓縮）試驗(yàn)是使試樣在側(cè)向不變形的條件下，受豎向力的作用，量測(cè)試樣軸向變形速率和在每級(jí)荷載作用下的最終壓縮量。其成果用于沉降計(jì)算和一維固結(jié)計(jì)算

27、。第二節(jié) 試驗(yàn)原理和計(jì)算公式一、壓縮試驗(yàn)由土學(xué)力知識(shí)知道，土體在外力作用下的體積減小是由孔隙體積減小引起的，可以用孔隙比的變化來(lái)表示。在側(cè)向不變形的條件下，試樣受荷載增量p作用下，孔隙比的變化e可用無(wú)側(cè)向變形條件下的壓縮量公式見(jiàn)圖91表示為： (9-1)式中：s土樣在p作用下壓縮量(cm)；H土樣在p1作用下壓縮穩(wěn)定后的厚度(cm)；e1、e2土樣厚為H時(shí)的孔隙比和在p作用壓縮穩(wěn)定后（壓縮沉降量為s）的孔隙比。若e1為壓力p1壓縮穩(wěn)定后對(duì)應(yīng)孔隙比，孔隙比e2對(duì)應(yīng)的壓力為p2= p1+p，由公式（9-1）得到e2的表達(dá)式為： （9-2）由以上公式可知，只要知道土樣在初始條件下：P0=0時(shí)的高度H

28、0和孔隙比e0,就可以計(jì)算出每級(jí)荷載Pi作用下的孔隙比ei。由(pi，ei)可以繪出ep曲線或elgp曲線。第三節(jié) 試驗(yàn)儀器及試驗(yàn)步驟一、試驗(yàn)儀器壓縮試驗(yàn)和固結(jié)試驗(yàn)儀器相同，固結(jié)試驗(yàn)是在壓縮試驗(yàn)的過(guò)程中進(jìn)行，即在某級(jí)荷載作用下，測(cè)讀沉降和時(shí)間。主要儀器包括：1固結(jié)儀見(jiàn)圖9-5，常用試樣面積為30cm2和50cm2，試樣高2cm；2加壓設(shè)備，不同型號(hào)的儀器最大壓力不同，一般按最大壓力劃分有以下幾種：400kPa，800kPa，1600kPa，3200kPa；3豎向變形量測(cè)表，一般采用量程10mm，精度0.01mm的機(jī)械百分表或電測(cè)位移傳感器；4其它輔助設(shè)備：秒表，括土刀，鋼絲鋸，天平，含水率量測(cè)

29、設(shè)備等。二，試驗(yàn)方法1.快速固結(jié)法：規(guī)定試樣在各級(jí)壓力下的固結(jié)時(shí)間為1小時(shí)，僅在最后一級(jí)壓力下除測(cè)記1小時(shí)的量表讀數(shù)外，還應(yīng)測(cè)讀達(dá)壓縮穩(wěn)定時(shí)的量表讀數(shù)，一般為24小時(shí)。 2.標(biāo)準(zhǔn)固結(jié)法：各級(jí)荷載以24小時(shí)為穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)，按照規(guī)定時(shí)間：6s、15s、1min、2min15s、4min、6min15s、9min、12 min 15s.24h，至穩(wěn)定為止。讀數(shù)計(jì)算沉降量。二、試驗(yàn)步驟壓縮試驗(yàn)（包括固結(jié)試驗(yàn)）步驟如下：1按工程需要取原狀工或制備所需狀態(tài)的擾動(dòng)土土樣，整平其兩端；2將環(huán)刀內(nèi)壁涂一薄層凡士林，刃口向下放于土樣上端，用兩手將環(huán)刀豎直地下壓，再用削土刀修削土樣外側(cè)，邊壓邊削，直到土樣突出環(huán)刀上部為

30、止。然后將上、下兩端多余的土削至與環(huán)刀平齊；4放置好下透水石、下濾紙，將帶有環(huán)刀的試樣和環(huán)刀一起刃口向下小心放入護(hù)環(huán)，裝入固結(jié)儀容器內(nèi)，放置上濾紙、上透水石、護(hù)環(huán)和加壓蓋板，置于加壓框架下，對(duì)準(zhǔn)加壓框架正中；5為保證儀器上下各部件之間接觸良好，應(yīng)施加2kPa的預(yù)加應(yīng)力，裝好量測(cè)壓縮變形的百分表，使指針讀數(shù)為接近滿量程的整數(shù)（零點(diǎn)值）；6分級(jí)加壓，按加壓梯度加載，一般為12.5，25.0，50.0，100，200，400，800，1600，3200kPa。第一級(jí)荷載應(yīng)小于自重應(yīng)力，且不能使試樣擠出，最后一級(jí)應(yīng)力應(yīng)大于自重應(yīng)力與附加應(yīng)力之和；7若要得到elgp曲線，測(cè)量原狀土的前期固結(jié)應(yīng)力時(shí)，前幾

31、級(jí)荷載的加載梯度應(yīng)小于1（取0.25或0.5）,最后一級(jí)應(yīng)力應(yīng)使elgp曲線由Casagrande方法得到現(xiàn)場(chǎng)壓縮曲線時(shí)，還要進(jìn)行卸荷試驗(yàn)；8對(duì)于飽和土，試驗(yàn)過(guò)程中水槽內(nèi)的水應(yīng)能浸沒(méi)試樣。若需要進(jìn)行固結(jié)試驗(yàn)，測(cè)定固結(jié)系數(shù)。在要測(cè)定的某級(jí)（或幾級(jí)）荷載加上后，近下列時(shí)間順序記錄量測(cè)沉降的百分表讀數(shù)：15、1、215、4、615、9、1215、16、2015、25、3015、36、49、64、100、200、24h。若僅進(jìn)行壓縮試驗(yàn)，則只需測(cè)讀每級(jí)荷載加上后24h的沉降百分表讀數(shù)，然后加下一級(jí)荷載。對(duì)于滲透系數(shù)k10-5cm/s的土，可用每小時(shí)沉降量不大于0.005mm作為壓縮穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)，達(dá)到穩(wěn)定標(biāo)

32、準(zhǔn)后，加下級(jí)荷載；9試驗(yàn)結(jié)束，吸容器中的水，拆除儀器各部件，取出試樣，測(cè)定含水率。 第六章 直接剪切試驗(yàn)第一節(jié) 概述直接剪切試驗(yàn)簡(jiǎn)稱直剪試驗(yàn)，它是測(cè)定土的抗剪強(qiáng)度的常用方法。直剪試驗(yàn)通常采用四個(gè)試樣，分別在不同的垂直壓力作用下，施加水平剪切力進(jìn)行剪切，取得水平面破壞時(shí)的剪應(yīng)力，然后根據(jù)庫(kù)侖強(qiáng)度理論確定土的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)：內(nèi)摩擦角和粘聚力。直剪試設(shè)備簡(jiǎn)單，受力明確，速度快，因而被廣泛應(yīng)用，但直接試驗(yàn)存在明顯的缺點(diǎn)如：剪應(yīng)力和剪應(yīng)變分布不均勻，預(yù)定剪切面可能代表性不好，不能控制試樣的排水條件等。第二節(jié) 試驗(yàn)原理和計(jì)算公式直剪試驗(yàn)中采用圓狀試樣如圖10-1所示，在豎直方向加法向力P，在預(yù)定切面上、下如

33、一對(duì)剪力T使試樣剪切。試驗(yàn)時(shí)，剪力T自零開(kāi)始增加，剪位移也自零增加。剪破時(shí)，剪力T達(dá)到最大值Tmax，對(duì)應(yīng)剪破面上剪應(yīng)力達(dá)抗剪強(qiáng)度，即： （10-1） （10-2）式中：剪破面上法向應(yīng)力； P、T 法向力和剪力； 剪破面上抗剪強(qiáng)度； Tmax試樣能承受的最大剪力； A剪破面面積。當(dāng)采用4個(gè)試樣，用不同的法向應(yīng)力作用于豎直方向，剪切時(shí)得到不同抗剪強(qiáng)度。將4組（，），在圖10-2坐標(biāo)系中，用最小二乘法作直線，稱作庫(kù)侖強(qiáng)度線。強(qiáng)度線在縱坐標(biāo)上的截距為粘聚力c，與水平線的夾角為內(nèi)摩擦角。直剪試驗(yàn)按法向力P和剪力T施加速度作用時(shí)間長(zhǎng)短分成下述三種：1、快剪（q） 法向力p剛加好，就快度加力T剪破試樣。要

34、求試樣在加P至剪破過(guò)程中來(lái)不及排水；2、固結(jié)快剪（Cq） 法向力P作用于試樣后，讓試樣固結(jié)排水，產(chǎn)生豎向壓縮變形，待固結(jié)穩(wěn)定后，再快速施加水平剪力使試樣剪破。要求試樣在剪切過(guò)程中來(lái)不及排水；3、慢剪（S） 試樣在法向力P作用下固結(jié)完成后，慢速施加水平剪力T，使試樣剪切至破壞。要求試樣在剪節(jié)過(guò)程中孔隙水應(yīng)力能及時(shí)消散。第三節(jié) 試驗(yàn)設(shè)備及試驗(yàn)步驟一、試驗(yàn)設(shè)備1、直剪信，常用直剪信為應(yīng)變控制直剪儀見(jiàn)圖10-3。主要部件包括：剪切容器、法向力加力框架、水平力推力座及量力環(huán)等。還有一種為應(yīng)力控制直剪儀，與前者差別在于水平采用直接加載的方式而不甘落后用控制剪位移的方式；2、其它輔助設(shè)備：百分表、天平、環(huán)刀

35、、飽和器、削土刀、秒表、濾紙等。二、試驗(yàn)步驟（一）試樣制備1、按工程需要，從原狀土樣中切取原狀土試樣或制備給定干密度及含水率的擾動(dòng)土試樣。切樣方法同壓縮試驗(yàn)；2、按密度試驗(yàn)和含水率試驗(yàn)的方法測(cè)定試樣的密度和含水率。對(duì)擾動(dòng)試樣需要飽和時(shí)，可采用抽氣飽和法進(jìn)行；3、每組試驗(yàn)至少制備4個(gè)試樣，在四種不同垂直壓力作用下進(jìn)行剪切試驗(yàn)。垂直壓力的大小據(jù)現(xiàn)場(chǎng)工程荷載和土層深度確定，一般可取為：100，200，300，400kPa。對(duì)于軟粘土應(yīng)采用較小的垂直壓力，以免產(chǎn)生擠出現(xiàn)象。（二）快剪試驗(yàn) 1、對(duì)準(zhǔn)上、下盒，插入固定銷，在下盒內(nèi)放入下透水石，不透水塑料膜，將試樣對(duì)準(zhǔn)剪切盒口，放置上不透水塑料膜和上透水石

36、，將試樣慢速推入剪切盒，移去環(huán)刀；2、轉(zhuǎn)動(dòng)手輪，使上盒前端鋼珠剛好與量力環(huán)接觸，將量力環(huán)中百分表讀數(shù)調(diào)零。順序加上傳力蓋板、鋼珠、壓力框架；3、施加垂直壓力P后，立即拔除固定銷，開(kāi)動(dòng)秒表，以每分鐘412周（每轉(zhuǎn)一周剪位移0.2mm）勻速轉(zhuǎn)動(dòng)手輪，使試樣在35min內(nèi)剪破。剪破標(biāo)準(zhǔn)為：（1）量力環(huán)中量表（百分表）指針不再前進(jìn)，或有明顯后退；（2）百分表指針不后退時(shí)，以對(duì)應(yīng)的剪應(yīng)力為抗剪強(qiáng)度，這時(shí)使剪切位移達(dá)到6mm才停止剪切；4、剪切完后，倒轉(zhuǎn)手輪，移去垂直壓力，重復(fù)13步驟對(duì)余下的試樣進(jìn)行不同豎向應(yīng)力作用下的剪切試驗(yàn)。（三）固結(jié)快剪1、裝樣基本同快剪，但試樣上、下不透水塑料膜要換成透水濾紙；2、施加垂直壓力P后，使試樣在法向應(yīng)力作用下排水固結(jié)。若系飽和試樣，在P加上5min以后，往剪切盒中注水；若系非飽和試樣，在剪切盒四周圍以濕棉花，防止水分蒸發(fā)；3、按照壓縮試驗(yàn)的標(biāo)準(zhǔn)，當(dāng)試樣在作用下壓縮穩(wěn)定后，測(cè)記試樣壓縮變形量；4、按快剪試驗(yàn)的第2、3、4的步驟加剪力使試樣剪破。（四）慢剪1、同固結(jié)快剪第1、2、3的步驟