交通工程專業(yè)土力學(xué)試驗(yàn)指導(dǎo)書2011

1、 土工試驗(yàn)教學(xué)指導(dǎo)書西南科技大學(xué)環(huán)資學(xué)院中心實(shí)驗(yàn)室2011.10目錄TOC o 1-5 h z HYPERLINK l bookmark4 試驗(yàn)一含水量試驗(yàn)(1) HYPERLINK l bookmark26 試驗(yàn)二界限含水量試驗(yàn)(4) HYPERLINK l bookmark34 試驗(yàn)三固結(jié)試驗(yàn)(8) HYPERLINK l bookmark58 試驗(yàn)四直接剪切試驗(yàn)(10)試驗(yàn)一含水量試驗(yàn)含水量及常用測定方法含水量含水量是土在100150攝氏度下烘干到恒量時(shí)所失去的水分質(zhì)量和達(dá)恒量后土的質(zhì)量的比值，以百分?jǐn)?shù)表示，是描述土的干濕程度的重要指標(biāo)。常用測定方法（1）烘干法：室內(nèi)試驗(yàn)的標(biāo)準(zhǔn)方法；（2

2、）酒精燃燒法：精度要求不高時(shí)常使用此方法，所需時(shí)間較短；（3）比重法：適用于砂性土；（4）炒干法：適用于含礫較多的土。試驗(yàn)?zāi)康臏y定土樣的含水量。試驗(yàn)原理首先稱量含水土樣的質(zhì)量，然后稱量去除水分后干土的質(zhì)量，將兩者的差作為土樣中所含水分的質(zhì)量。去除水分的方法直接決定測量結(jié)果，理論上土樣中所含水的質(zhì)量是指其中自由水的質(zhì)量，當(dāng)溫度在100150攝氏度范圍時(shí)，一般不會(huì)破壞結(jié)合水，所以要求精確測量時(shí)溫度應(yīng)控制在100150攝氏度的范圍內(nèi)。試驗(yàn)步驟儀器設(shè)備（1）烘箱：真空電熱烘箱，溫度保持100150攝氏度；（2）天平：稱量500g。感量O.Olg；（3）其它輔助工具，如稱量盒等。操作步驟（1）稱量裝土樣

3、的稱量盒的質(zhì)量m;（2）取適量代表性試樣放入稱量盒內(nèi)，迅速蓋好盒蓋，稱量得m；z（3）去掉盒蓋后，將盛有試樣的稱量盒放入烘箱，在100150攝氏度下烘到恒量（一般土質(zhì)量為15g30g時(shí)，砂土約需1h2h；粉土約需6h8h；粘土約需10h）；（4）烘干后取出試樣，蓋好盒蓋冷卻至室溫后稱量其質(zhì)量m；z5）按下式計(jì)算含水量：試驗(yàn)數(shù)據(jù)整理工程名稱試驗(yàn)方法試驗(yàn)日期O二m-mziX100m-mz含水量試驗(yàn)試驗(yàn)者計(jì)算者.校核者土樣編土樣說明盒號(hào)盒質(zhì)量盒+濕土質(zhì)量盒+干土質(zhì)量濕十質(zhì)量干土質(zhì)量含水量平均值思考題（1）測定含水量試驗(yàn)中，烘干溫度為什么要控制在100150攝氏度的范圍內(nèi)？（2）稱量濕土質(zhì)量時(shí)，為什么

4、迅速蓋好盒蓋？（4）測定含水量試驗(yàn)中，同一土樣的兩個(gè)試樣含水量差值超過2%，問測量結(jié)果是否合理？若合理，請(qǐng)說明理由。若不合理，請(qǐng)?jiān)囀隹赡艹霈F(xiàn)錯(cuò)誤的操作。試驗(yàn)二密度試驗(yàn)密度及常用測定方法密度天然密度土的密度P是土的單位體積質(zhì)量。對(duì)天然土求得的密度稱為天然密度。干密度土的干密度P是土的固相質(zhì)量m與土的總體積V之比可由下式表示：dsP二m/V（g/cm3）ds土的干密度越大，土越密實(shí)，強(qiáng)度也越高，水穩(wěn)定性也越好。干密度常用做填土密實(shí)度的施工控制指標(biāo)。飽和密度土的飽和密度是當(dāng)土的孔隙中全部充滿水時(shí)的密度，由下式表示：m+mz.、p=w4(g/cm3)satV常用測定方法對(duì)一般粘質(zhì)土采用環(huán)刀法。如果土樣

5、易碎裂，難以切削，可用蠟封法。在現(xiàn)場條件下，對(duì)粗粒土，可用灌砂法和灌水法。試驗(yàn)?zāi)康臏y定土樣的密度。試驗(yàn)原理試驗(yàn)原理即密度計(jì)算公式，其關(guān)鍵是體積的測定。環(huán)刀法試驗(yàn)步驟儀器設(shè)備環(huán)刀：內(nèi)徑68cm，高23cm；(2)天平：稱量500g。感量0.01g；其它輔助工具，如切土刀、鋼絲鋸、凡士林等。操作步驟按工程需要取原狀土樣或制備所需狀態(tài)的擾動(dòng)土樣稱量并計(jì)算得土樣質(zhì)量m；計(jì)算土樣體積V；測定土樣的含水量o；按下式計(jì)算土樣的天然密度及干密度：P+0.010試驗(yàn)數(shù)據(jù)整理度試驗(yàn)土樣編號(hào)土樣類別環(huán)刀號(hào)濕十丿頁量體積天然密度平均天然密度干土丿頁量干密度工程名稱土樣說明試驗(yàn)日期試驗(yàn)者計(jì)算者校核者平均干密度3思考題測

6、定密度試驗(yàn)中，試述制備擾動(dòng)土樣的步驟。測定密度試驗(yàn)中，粘土和砂性土的土樣是如何取得的？測定密度試驗(yàn)中，試述砂性土體積的測定方法及步驟試推導(dǎo)干密度計(jì)算公式：p,二卩。d1+0.01(5)自行設(shè)計(jì)一種干密度測定方法，或在現(xiàn)有方法的基礎(chǔ)上加以改進(jìn)。測定密度試驗(yàn)中，試述可能導(dǎo)致誤差產(chǎn)生的操作并加以改進(jìn)。(7)土樣的干密度、天然密度、飽和密度三個(gè)指標(biāo)在土力學(xué)及實(shí)際工程中所起的作用是什么。試驗(yàn)二界限含水量試驗(yàn)1界限含水量及常用測定方法界限含水量界限含水量細(xì)粒土由于含水量的不同，分別處于流動(dòng)狀態(tài)、可塑狀態(tài)、半固體狀態(tài)和固體狀態(tài)液限是細(xì)粒土呈可塑狀態(tài)的上限含水量，即土體含水量若超過液限，土體則處于流L動(dòng)狀態(tài)；

7、塑限是細(xì)粒土呈可塑狀態(tài)的下限含水量，即土體含水量若低于塑限，土體則處P于半固體狀態(tài)；縮限是細(xì)粒土從半固體狀態(tài)過渡固體狀態(tài)時(shí)體積不在收縮的含水量。s塑性指數(shù)、液性指數(shù)塑性指數(shù)I用來描述土的塑性大小，習(xí)慣上用不帶百分號(hào)的數(shù)值表示，由下式計(jì)算:PI=3PLP液性指數(shù)I用來表示天然含水量與界限含水量的關(guān)系，由下式計(jì)算：L3I=PL33LP常用測定方法常用的方法有搓條法、蝶式液限儀、平衡錐式液限儀、液塑限聯(lián)合測定等方法。此次試驗(yàn)采用液塑限聯(lián)合測定的方法。試驗(yàn)?zāi)康臏y定細(xì)粒土的液限、塑限含水量及其塑性指數(shù)I、液性指數(shù)I的確定。PL試驗(yàn)原理液塑限聯(lián)合儀的圓錐下沉深度h與含水量3%在對(duì)數(shù)坐標(biāo)中呈線性關(guān)系，即：l

8、gh=klg(0.013)+b液塑限聯(lián)合試驗(yàn)步驟儀器設(shè)備光、電式液塑限聯(lián)合測定儀；(2)天平：稱量200g。感量0.01g；(3)式樣杯：內(nèi)徑40mm，高30mm其它：烘箱、干燥缸、鋁盒、調(diào)土刀、篩網(wǎng)(0.5mm)、凡士林或潤滑油、純水等。操作步驟液塑限聯(lián)合試驗(yàn)原則上采用天然含水量的土樣制備式樣，但也可用干土制備式樣。首先取土并去除土樣中大于0.5mm的土顆粒。；按下沉深度約為45mm,910mm和1618mm范圍制備不同稠度的土膏，靜置在保濕缸中，靜置時(shí)間視含水量大小而定，一般為24h；將土膏用調(diào)土刀充分調(diào)拌均勻，密實(shí)的填入式樣杯中，刮平表面后放在儀器底座上；取出圓錐儀，在錐體表面涂上凡士林

9、或潤滑油；(5)接通電源，使電磁鐵吸穩(wěn)錐體；(6)調(diào)節(jié)屏幕準(zhǔn)線，使初始讀數(shù)位于零刻度處；(7)調(diào)節(jié)升降座，使錐體剛好接觸土面；斷開電磁鐵電源，使圓錐儀在自重下沉入土內(nèi)，5s后讀取下沉深度并記錄；將試樣取出10g左右，測定其含水量；重復(fù)(3)(9)步，做完其余兩個(gè)試樣。試驗(yàn)數(shù)據(jù)整理制圖將三個(gè)含水量與相應(yīng)的圓錐下沉深度繪于雙對(duì)數(shù)坐標(biāo)紙上，三點(diǎn)連一直線。如果三點(diǎn)不在同一直線上，通過高含水量與其余兩點(diǎn)連兩根直線，在圓錐下沉深度為2mm處查得相應(yīng)兩個(gè)含水量，如果差值小于2%，用平均值點(diǎn)與高含水量點(diǎn)作一直線。如果差值大于2%，應(yīng)補(bǔ)做試驗(yàn)。在此處粘貼對(duì)數(shù)坐標(biāo)紙記錄液塑限聯(lián)合試驗(yàn)工程名稱試驗(yàn)者試驗(yàn)方法計(jì)算者試

10、驗(yàn)日期校核者試樣編圓錐下沉深度盒號(hào)濕十質(zhì)量干土質(zhì)量含水量液限塑限塑性指數(shù)液性指數(shù)（1）測定界限含水量試驗(yàn)中，各種測量方法的優(yōu)缺點(diǎn)是什么。（2）測定界限含水量試驗(yàn)中，如果土膏攪拌不均勻，會(huì)出現(xiàn)什么情況，應(yīng)該從那幾方面加以改進(jìn)？（3）測定界限含水量試驗(yàn)中，試述液限的測定方法及步驟（4）自行設(shè)計(jì)一種界限含水量測定方法，或在現(xiàn)有方法的基礎(chǔ)上加以改進(jìn)。（5）測定界限含水量試驗(yàn)中，試述可能導(dǎo)致誤差產(chǎn)生的操作并加以改進(jìn)。（6）土樣的界限含水量指標(biāo)在土力學(xué)及實(shí)際工程中所起的作用是什么。（8）測定界限含水量試驗(yàn)中，將土膏放置在保濕缸中靜置的目的是什么。試驗(yàn)三固結(jié)試驗(yàn)1固結(jié)及試驗(yàn)方法固結(jié)固結(jié)：土的壓縮隨時(shí)間增長的

11、過程叫固結(jié)。常用試驗(yàn)方法常用的方法有室內(nèi)側(cè)限壓縮試驗(yàn)和現(xiàn)場荷載試驗(yàn)。試驗(yàn)?zāi)康墓探Y(jié)試驗(yàn)的目的在于通過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(shí)間的關(guān)系，進(jìn)而計(jì)算單位沉降量s、壓縮系數(shù)、壓縮指數(shù)C、回彈指數(shù)C、壓縮ivcs模量E、固結(jié)系數(shù)及原狀土的先期固結(jié)壓力P等。測定項(xiàng)目根據(jù)工程而定。sc試驗(yàn)原理試驗(yàn)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。2室內(nèi)側(cè)限壓縮試驗(yàn)步驟儀器設(shè)備固結(jié)儀：試樣面積30cm2或50cm2，高為2cm；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；百分表：量程10mm,分度值為0.01mm；

12、(4)其它：鋼絲鋸、天平、刮土刀等。操作步驟制備式樣：取原狀土或按規(guī)定的密度及含水量制備式樣；將帶有環(huán)刀的試樣小心裝入護(hù)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(duì)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)；為保證試樣與儀器上下各部件之間接觸良好，應(yīng)施加1KPa的預(yù)壓荷載，然后調(diào)整量表歸零；對(duì)試樣施加壓力，加壓等級(jí)一般為12.5、25.0、50.0、100、200、400、800、1600、3200KPa，最后一級(jí)壓力應(yīng)大于上覆土層的100200KPa；需要確定原狀土的先期固結(jié)壓力時(shí)，加壓率應(yīng)小于1，可采用0.5或0.25倍。最后一級(jí)壓力應(yīng)大于100

13、0KPa；第一級(jí)壓力的大小取決于土的軟硬程度，可用12.5、25、50KPa等，注意要減去預(yù)壓壓力；如果是飽和試樣，則在施加第一級(jí)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)；如果需要測定沉降速率，加荷后按下列時(shí)間順序計(jì)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(shí)間順序計(jì)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(jí)壓力下壓縮24h

14、；（10）如果做回彈試驗(yàn)，可在某級(jí)壓力下固結(jié)穩(wěn)定后卸荷，直至卸完為止；（11）整理設(shè)備。試驗(yàn)數(shù)據(jù)整理計(jì)算、制圖按下式計(jì)算各級(jí)荷載下對(duì)應(yīng)的孔隙比：P(1+3)-AHp(1+3)e=s01s0HP03按下式計(jì)算壓縮系數(shù)a:veea=12-vpp21按下式計(jì)算壓縮模量E：s1+e1sa按下式計(jì)算壓縮指數(shù)C:cee12lgp2lgp1在此處粘貼繪圖紙記錄工程名稱試驗(yàn)者土樣編號(hào)計(jì)算者試驗(yàn)日期校核者試樣原始高度試驗(yàn)前孔隙比加壓歷時(shí)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)0思考題（1）在土的固結(jié)試驗(yàn)中，如何確定壓縮系數(shù)、壓縮模量。（2）在土的固結(jié)試驗(yàn)中，為什么透水石的濕度應(yīng)盡量與試樣保持

15、一致；在操作時(shí)是如何保證的？（3）在土的固結(jié)試驗(yàn)中，確定加壓等級(jí)的依據(jù)是什么。（4）自行設(shè)計(jì)一種土的固結(jié)方法，或在現(xiàn)有方法的基礎(chǔ)上加以改進(jìn)。（5）在土的固結(jié)試驗(yàn)中，試述可能導(dǎo)致誤差產(chǎn)生的操作并加以改進(jìn)。（6）在土的固結(jié)試驗(yàn)中，如何確定原狀土的先期固結(jié)壓力。（7）試從基本概念、計(jì)算公式及適用條件等方面比較壓縮模量、變形模量與彈性模量，它們與材料力學(xué)中的楊氏模量有什么區(qū)別。（8）在土的固結(jié)試驗(yàn)中，“加壓至試樣穩(wěn)定”和“卸荷至試樣穩(wěn)定”中的“穩(wěn)定”二字的含義是什么。試驗(yàn)四直接剪切試驗(yàn)1土的抗剪強(qiáng)度及試驗(yàn)方法土的抗剪強(qiáng)度土的抗剪強(qiáng)度是指土體對(duì)于外荷載所產(chǎn)生的剪應(yīng)力的極限抵抗能力。直接剪切試驗(yàn)是測定土的

16、抗剪強(qiáng)度的一種常用的方法。通常采用四個(gè)試樣，分別在不同的垂直壓力P下，施加水平剪切力進(jìn)行剪切，求得破壞時(shí)的剪應(yīng)力T，然后根據(jù)庫侖定律確定土的抗剪強(qiáng)度參數(shù)：內(nèi)摩擦角0和凝聚力C。直接剪切試驗(yàn)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(jìn)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(jìn)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)。試驗(yàn)?zāi)康臏y定土體的內(nèi)摩擦角和凝聚力C。試驗(yàn)原理庫侖定律。四個(gè)試樣要在四種不同的垂直壓力P下進(jìn)行剪切試驗(yàn)：一個(gè)要相當(dāng)于現(xiàn)場壓力、一個(gè)要大于現(xiàn)場壓力、另外兩個(gè)要小于現(xiàn)場壓力2直接剪切試驗(yàn)步驟儀

17、器設(shè)備應(yīng)變控制直接剪切儀：試樣面積30cm2或50cm2，高為2cm；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；百分表：量程10mm，分度值為0.01mm；天平：稱量200g。感量0.01g；(5)其它：環(huán)刀、直尺、刮土刀、秒表等。操作步驟快剪試驗(yàn)制備式樣：取原狀土或按規(guī)定的密度及含水量制備式樣；對(duì)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(duì)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(dòng)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

18、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(duì)試樣施加垂直壓力后，立即拔去固定銷，開動(dòng)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(jìn)或有顯著后退，表示試樣已剪壞。但一般宜剪至剪切變形達(dá)到4mm。如果量力環(huán)中量表指針繼續(xù)前進(jìn)，則剪切變形應(yīng)達(dá)到6mm為止；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。固結(jié)快剪試驗(yàn)制備式樣：取原狀土或按規(guī)定的密度及含水量制備式樣；對(duì)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(duì)準(zhǔn)剪切盒口，在試樣

19、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)；轉(zhuǎn)動(dòng)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)；對(duì)試樣施加垂直壓力后，待試樣達(dá)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(dòng)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(jìn)或有顯著后退，表示試樣已剪壞。但一般宜剪至剪切變形達(dá)到4mm。如果量力環(huán)中量表指針繼續(xù)前進(jìn)，則剪切變形應(yīng)達(dá)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。慢剪試驗(yàn)（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(duì)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(duì)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(dòng)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(duì)試樣施加垂直壓力后，待試樣達(dá)到固