土的物理力学实验指导书.doc

土的物理力学实验指导书土的物理力学实验指导书目 录实验总则一、土的密度及含水率实验二、界限含水率实验三、固结实验实验总则一、土工试验成绩单独评定,占理论课比重大概在20%左右。二、实验注意事项：1、 实验前学生必须预习实验原理实验指导书及实验报告的具体内容,准备思考题,编写实验提纲,不预习者,不准进行实验。不计实验成绩。2、 实验过程中学员应独立操作,认真思考,培养严格的科学作风。3、 实验过程中应注意技术安全,不得任意使用与本次实验无关的仪器设备,或任意搬动电门开关,以免造成事故。4、 爱护仪器,节约用水用电,注意实验室整洁。实验完毕应清理仪器设备,打扫卫生。5、 原始记录不要随便涂改，试验报告要文字工整,计算正确,图表清晰,按要求写出分析说明,按时上交。三、实验计划安排(见下表)实验次数项目要求学时备注1土的含水率、密度实验用烘干法在室内测含水率，用环刀法测粘土密度22液限、塑限试验掌握粘性土的液限、塑限测定及其用途23固结试验掌握用压缩仪测定土的孔隙比与压力关系曲线确定压缩系数，判断土的压缩性。2比重数据由实验室提供（四）实验参考书1、土工试验规程（SD128-88） 2、土工实验方法标准（GB/T50123-1999）一、土的密度实验及含水率实验1.1 土的密度实验（一）实验目的测定土的密度，以了解土的疏密和干湿状态，供换算土的其他物理性质指标和工程设计以及控制施工质量之用。（二）实验方法常用的测试方法有环刀法、蜡封法、灌砂法等。环刀法操作简便而准确，在室内和野外普遍应用。对易碎裂或含有粗颗粒、难以切削的土样可用蜡封法取一块试样称其质量后浸入融化的石蜡中，使试样表面包上一层蜡膜，分别称蜡加土在空气中及水中的质量，已知蜡的比重，通过计算便可求得土的密度。对难取原状试样的砂土、砂砾土和砾质土在现场可用灌砂法或灌水法求土的密度。（三）仪器及工具1.环刀：内径6.18厘米，高2厘米，体积为60立方厘米。2.天平：感量0.1克。3.其它工具：钢丝锯、刮土刀、玻璃片、凡士林油等。（四）实验步骤（环刀法）1.将环刀内壁涂一薄层凡士林油，并将其刃口向下放在土样上；2.切土时用钢丝锯（硬土用刮土刀），沿环刀外壁将土样削成略大于环刀外径的土柱，然后将环刀垂直下压，边压边削，直至试样凸出环刀为止；3.用钢丝锯将环刀两端余土削去，再用刮土刀刮平两端，将试样两端余土留作含水率实验用；4.擦净环刀外壁，称环刀和试样合质量，准确至0.1克；5.按下式计算土的湿度和干密度： =计算至0.01。（五）注意事项1.用环刀切取试样，应尽量防止扰动，为避免环刀下压时挤压四周土样，要边压边削，直至土样伸出环刀，然后用刮土刀一次校平，严禁用刮土刀在土面上来回抹平，如遇石子等其它杂物空洞要尽量避开，如无法避开视情况酌情补土。2.本实验须进行两次平行测定，其平行差值不得大于0.03克/立方厘米，其计算平均值，取两位小数（克/立方厘米）。（六）数据记录密度实验工程编号 实验者 土样编号 校核者 试样说明 天然原状土环刀湿土加环刀重（g）湿密度（g/cm3）含水率%干密度（g/cm3）湿土重（克）平均干密度（g/cm3）备注号数质量（g）容积（cm3）（七）思考问题1.环刀法适用于测定哪些土的密度？ 2.测定密度时为什么要边压边削？1.2 土的含水率实验 土的含水率是指土在温度100105摄氏度下烘至恒重时失去水分的质量与达到恒重后干土质量的比值，以百分数表示。（一）实验目的测定土的含水率，以了解土的含水情况并提供计算土的干密度、土的孔隙比、饱和度及土的其它物理力学指标的基本参数。（二）实验方法室内实验的标准方法为烘干法。（三）仪器及工具1.温度能保持在100105摄氏度的电热烘箱；2.天平：感量0.01克；3.其它工具：称量盒及干燥器等。（四）实验步骤1.取代表性试样，粘性土约1530克，砂性土，约50g，放入称量盒内，盖好盒盖，立即称盒加湿土质量，准确至0.01克。2.打开盒盖，将盒置于烘箱内，在105110摄氏度的恒温下烘干。（烘干时间对于粘性土不得少于8h，对砂性土不得少于6h）。3.将称量盒从烘箱中取出，盖上盒盖，放入干燥容器内冷却至室温，称盒加干土质量，精确至0.01g。4.按下式计算含水率5.本实验需进行两次平行测定，取两次测值的平均值。允许平行差值：含水率40时，允许平行差值不得大于1；含水率 40时，允许平行差值不得大于2。否则需重新测试。（五）操作注意事项含水率实验的结果是否准确，关键在于取土的代表性，一般从取密度实验环刀两端余土测试，这样有助于了解土层的真实情况和对实验成果的分析。取样的数量、温度及烘箱时间等均会影响实验精度，但可以人为避免。（六）数据记录含水率试验工程名称 实验者 试验方法： 烘干法 校核者 试验说明、天然扰动原状土试验日期土样编号盒号盒加湿土重（克）盒加干土重（克）盒重（克）水重（克）干土重（克）含水率（）平均含水率（）备注年月日12722939.6432.197.007.6525.7930.43012721837.4530.357.006.9223.5329.43012743743.1034.067.009.0427.0423.4应重做1274633.4526.557.006.8019.6524.6应重做12767035.2829.257.006.0322.2527.727应重做12765743.7335.377.007.7628.3527.427土内夹有砂及砾（七） 思考问题1.在含水率测定时如何选取具有代表性的试样？二、界限含水率试验（一）、实验目的 本试验的目的是测定细粒土的液限含水率和塑限含水率，并计算该土的塑性指数，确定该土的名称。本试验使用于小于0.5毫米颗粒组成的有机质含量不超过土颗粒干质量5%的土。（二）、实验方法液限实验，可采用圆锥仪法和碟式仪法两种，我国、前苏联东欧等国也多采用圆锥仪法，美国、日本等国多采用碟式仪法。塑限实验，可采用人工搓滚法。我们主要介绍液塑限联合测定法。液限、塑限联合实验是采用76g圆锥仪测落锥后5s时圆锥在不同含水率的土样中的入土深度。在双对数坐标纸上绘成圆锥入土深度和含水率的关系直线，在直线上查圆锥入土深度为10mm处的对应含水率为液限，下沉深度为2mm处的对应含水率为塑限。（三）、试验设备：数显式液、塑限联合测定仪，见图2。天平（称量200g，感量0.01g），烘箱，干燥缸，铝盒，调土刀，筛（孔径0.5mm）凡士林或润滑油，纯水等。 图2 数显式液、塑限联合测定仪 （四）实验步骤：操作指南（现试验室所用联合测定仪）1、试样制备。取通过0.5mm筛的风干土样约400g分成三份，加不同数量的纯水将土样分别调成均匀土膏，然后放入密封的保温缸中，静置一昼夜。2、将已制备好的土样取出，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。3、仪器放置在水平的工作台上，调整水平螺旋脚，使水泡聚中。4、将仪器的电源插头插好，打开电源开关，预热3分钟。测量前用手轻轻托起锥体至限位处，此时显示屏上的数字为随机数，测量时会自动消除。5、将调好的土样放入试杯中。刮平表面，放到仪器的升降座上。在锥尖附近涂抹凡士林，然后缓缓地向顺时针方向调节升降旋钮，当试杯中的土样刚接触锥尖时，接触指示灯立刻发亮，此时应停止旋动，然后按“测量”键。6、按下“测量”键后，锥体落下。当测量时间一到，时间音响发出声音，叫声停止，此时显示屏上显示出5秒钟的入土深度值。7、顺时针方向旋动旋钮，使圆锥在其自重作用下沉入土体，约十五分钟读出入土深度h1，精确至0.01mm。8、改变锥尖与土样接触位置，重复3、4步骤得读数h2，h1和h2的差值不超过0.5mm。9、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测定含水率。10、重复26步骤，测试另两个含水率土样的圆锥入土深度和含水率。五、数据记录 液限、塑限联合实验工程名称 实验者 土样编号 计算者 试验日期 校核者 试样编号圆锥下沉深度盒号湿土质量m（g）干土质量m（g）含水率（%）塑限l（%）液限p（%）塑性指数IP土样分类1.按下式计算含水量： 100式中 含水量，%m湿土质量，gms干土质量，g计算至0.1%。2.将三个含水量与相应的圆锥下沉深度绘与双对数坐标纸上，三点连一直线，如图33中的A线。如果三点不在一直线上，通过高含水量的一点与其余两点连两根直线，在圆锥下沉深度为2mm处查得相应的含水量，如果差值不超过2%，用平均值的点与高含水量点做一直线，如图33中的b线，若含水量差值超过2%，应补做实验。 图3-3圆锥下沉深度与含水量关系图六、思考问题.塑限状态下及塑限含水率时的土有何特性？三、固结实验（一）实验目的压缩实验的目的是测定一般粘性土在侧限和排水条件下,承受荷载时的稳定压缩量和固结过程,绘制孔隙比与压力的关系曲线(即压缩曲线)或沉降量与时间的关系曲线(即固结曲线),最后确定压缩系数和压缩模量等。对于天然地基需采用原状土,对于填土则要求控制一定密度,湿度制备试样。试样应根据土的实际工作条件,在饱和或非饱和的情况下进行。如试样不经饱和,则不必测定固结过程。（二）实验方法固结实验根据工程的不同需要，可采用标准固结实验或快速固结实验。（三）仪器设备:1.杠杆式压缩仪:加压设备和压缩容器,图61,62 所示环刀面积50平方厘米或30平方厘米，高2厘米。 2.天平：感量0.01及0.1克。3.测微表：最大量距10毫米，精度0.01毫米。4.其他：秒表，烘箱，削土刀，称量盒，滤纸，脱脂棉花，凡士林等 （四）实验步骤 1.用环刀取土，先将土样用钢锯或削土刀整平其两端，如为原状土样，取土方向应与天然受荷方向一致。将环刀内壁涂一层凡士林，刃口向下放在土样上。2.为了不扰动原状土的结构，用钢丝锯或削土刀将土样削成略大于环刀外径的土柱，然后将环刀垂直下压，边压边削直至土样凸出环刀为止，用钢丝锯将两端余土削去并用削土刀刮平，刮平时不允许在土面上往返涂抹。3.擦净环刀外壁，称环刀加土样质量，准确至0.1g，求其密度。在试样的两端，各放一张湿滤纸，暂放一边待用。4.将底环放入压缩容器内，底环内放入一块大的湿透水石，再放一块护环，并将带有环刀的试样小心装入护环内，然后在试样上放一块小湿透水石，最后放加压盖板，抬高横梁，将装有试样的容器对准加压横梁正中，安装量表。5.为了使试样与仪器各部件之间接触良好，应予施加1kPa小砝码，然后调整量表（使其短针调至5mm，长针调至0）。6.加荷等级50，100，200，400kPa四级荷重。加第一级荷重（50kPa），退去预压荷重。如试样为饱和土则在加荷后立即向容器内注水至近满，如属非饱和土，则在加荷前用湿布围住加压盖板及透水石周围，避免水份蒸发。7.经过一小时后，记录该级荷重下量表读数（即试样与仪器的总变形量）并立即施加第二级荷重，再经过一小时后，记录第二级荷重下量表读数，依次重复上述步骤，分别施加第三、第四荷重并记录相应的读数，最后第四级荷重（即400kPa），除记录一小时读数外还需记录24小时的读数。8.实验结束后，迅速拆除仪器各部件，取出试样，放入烘箱烘干，测定试样含水率。注：学生做试验时，按教学试验时数要求在较短的加荷时间间隔顺次加100、200、400kPa的第二级至第四级荷载（注意：荷载系累计数），在加每级荷载前测记测微表读数，记下最后一级荷载下的规定时间的测微表读数后，加荷工作便告完成。（五）数据记录 1.按下式计算实验开始试样的孔隙比。 式中: 土粒比重, 实验开始时的含水量,%; 实验开始时试样的密度,克/立方厘米; 水的密度,克/立方厘米 。 2.按下式计算单位沉降量: 式中: 在某一荷载下的单位沉降量,毫米/米; 在某一荷重下的试样总变形量,等于该荷载下测微表的读数减去该荷重下的仪器变形量,毫米。 实验开始时试样高度(等于环刀高度),毫米. 3.按下式计算各级荷重下,压缩稳定后的孔隙比: 或 式中: 为试样加荷压缩后稳定高度; 为试样土粒净高. 4.按下式计算压力从到时的压缩系数,。及压缩模量(公斤/平方厘米). 5.以孔隙比e纵坐标,压力P为横坐标,绘制孔隙比与压力关系曲线.(见图7-3). （五）数据记录压缩试验（一） 各级荷重作用时间(分)各级荷重作用下测微表读数(毫米)5010020030040080000.00.9661.3581.8662.2850.250.4101.0141.4451.9972.38510.5101.0521.5222.0352.4052.250.6021.1071.5902.0692.42340.6821.1401.6442.0982.4386.250.4491.1681.6882.1202.45090.8041.1921.7222.1402.46012.250.8341.2081.7482.1572.470160.8591.2281.7662.1692.48020.250.8691.2321.7822.1822.488250.8761.2401.7942.1922.49530.250.9811.2471.8062.2022.500360.9961.2531.8132.2102.50342.250.9961.2581.8202.2192.515600.9021.2811.8362.2332.53023小时0.9661.3551.9922.3522.63624小时0.9661.35881.9462.3552.640总变形量(毫米)0.9661.3581.9462.3552.640仪器变形量(毫米)0.0400.0