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土力学实验指导书编制孔祥国 汤天伟长江大学城市建设学院2004.3实验目录实验一 土的三相比例指标测定实验二 土的液、塑限测定试验实验三 土的颗粒分析试验实验四 固结试验实验五 直剪试验实验六 无侧限抗压强度试验实验七 击实试验实验八 土三轴压缩试验学生实验守则土力学实验是在学习了土力学理论的基础上进行的，是配合土力学课程的学习而开设的一门实践性较强的技能训练课。根据教学计划的需要，安排试验内容，以突出实践教学，突出技能训练。因此特制定如下的规则，望大家遵守。 一、每次试验前必须做好复习和预习。复习的内容为教科书上有关本次试验的教学内容；预习内容包括仔细阅读试验指导书和去实验室熟悉有关仪器设备。 二、经过预习应掌握该项试验的意义、目的、操作步骤。对辅导教师提出的检查性问题，应能回答，否则不得进行试验。 三、试验时态度应严肃认真，严格按辅导教师及试验指导书上所讲的操做步骤进行试验，每台设备的操做应按各设备的操做准则进行，以免损坏设备或造成事故。非本次试验使用的仪器设备不得乱动。 四、每次试验前由小组长填写仪器设备领用单。试验完毕后，应将所用仪器设备擦洗干净，放回原处，经小组长检查，辅导教师验收无误后方可离室。如有损坏，应填写仪器设备损坏报告单，待后处理。 五、试验结束后，应在规定时间内提交试验报告。试验报告必须独立完成。书写、计算、制图要求公式、计算过程、单位齐全、清晰整齐。试验成绩是期终考核成绩的一部分。 六、如试验结果未能达到要求或因故未做试验者，应申请补做试验，实验室同意后，在指定日期内进行补做。 以上守则请同学们自觉遵守。实验一 土的三相比例指标测定 1、土的含水率试验 （一）、试验目的 土的含水率指土在1051100C下烘于恒量时所失去的水的质量和干土质量的百分比值。土在天然状态下的含水率称为土的天然含水率。所以，试验的目的：测定土的含水率。 （二）、试验方法适用范围 1、烘干法：室内试验的标准方法，一般粘性土都可以采用。 2、酒精燃烧法：适用于快速简易测定细粒土的含水率。 3、比重法：适用于砂类土。 （三）、烘干法试验 1、仪器设备 烘箱：采用电热烘箱；天平：称量200g,分度值0.01g；其他：干燥器，称量盒。 2、操作步骤 （1）取代表性试样，粘性土为1530g,砂性土、有机质土为 50g,放入质量为m0的称量盒内，立即盖上盒盖，称湿土加盒总质量m1，精确至0.01g. （2）打开盒盖，将试样和盒放入烘箱，在温度1051100C的恒温下烘干。烘干时间与土的类别及取土数量有关。粘性土不得少于8小时；砂类土不得少于6小时；对含有机质超过10%的土，应将温度控制在65700C的恒温下烘至恒量。 （3）将烘干后的试样和盒取出，盖好盒盖放入干燥器内冷却至室温，称干土加盒质量m2为，精确至0.01g。3、计算含水率：按下式计算 4、要求：（1）计算准确至0.1%；（2）本试验需进行2次平行测定，取其算术平均值，允许平行差值应符合下表规定。 含水率（%）小于101040大于40允许平行差值（%） 0.5 1.0 2.05、本试验记录格式详见报告2、 土的密度试验（一）、试验目的 测定土在天然状态下单位体积的质量。 （二）、试验方法与适用范围 一般粘性土，宜采用环刀法 易破碎，难以切削的土，可采用蜡封法 对于砂土与砂砾土，可用现场的灌砂法或灌水法。 （三）、环刀法的试验 1、仪器设备 符合规定要求的环刀；精度为0.01g的天平；其他：切土刀，凡士林等。 2、操作步骤 （1）测出环刀的容积V，在天平上称环刀质量m1。 （2）取直径和高度略大于环刀的原状土样或制备土样。 （3）环刀取土：在环刀内壁涂一薄层凡士林，将环刀刃口向下放在土样上，随即将环刀垂直下压，边压边削，直至土样上端伸出环刀为止。将环刀两端余土削去修平（严禁在土面上反复涂抹），然后擦净环刀外壁。 （4）将取好土样的环刀放在天平上称量，记下环刀与湿土的总质量m2 3、计算土的密度：按下式计算4、要求：密度试验应进行2次平行测定，两次测定的差值不得大于0.03g/cm3，取两次试验结果的算术平均值；密度计算准确至0.01 g/cm3.5、本试验记录格式详见实验报告3、土粒比重试验(一)、试验目的测定土的比重，为计算土的孔隙比、饱和度以及为土的其它物理力学试验提供必要的数据。（二）、试验方法与适用范围对于小于、等于和大于5mm土颗粒组成的土、应分别采用比重瓶法、浮称法和虹吸管法测定比重。本试验介绍比重瓶法。（三）、土粒比重试验1、试验仪器设备比重瓶：容积1000mL或50mL，分长颈和短颈两种。天平：称量200g，最小分度值0.001g。其他：恒温水槽、温度计、砂浴、烘箱等。2、试验步骤将比重瓶洗净、烘干，称比重瓶质量m0，精确至0.001g。取烘干后的土约15g，装入比重瓶内，称干土加瓶总质量m3，精确至0.001g。在装有干土的比重瓶中，注入蒸馏水至瓶的一半处，摇动比重瓶，使干土完全浸于水中，然后将瓶放在砂浴上煮沸。煮沸时间：砂土、粉土一般不少于30min，粘性土一般不少于1h。煮沸时间自悬液沸腾时开始算。煮沸时应常摇动比重瓶，调节砂浴温度，且注意悬液不能液出瓶外。对砂性土宜用真空抽气法；对含有可溶盐、有机质和亲水性胶体的土用中性液体代替纯水时，应用真空抽气法排气。真空压力表读数宜为100kpa，抽气时间不宜小于1h。将比重瓶放进恒温水槽内冷却（若无恒温水槽，可将比重瓶放在木板上冷却至室温），注入煮沸过（排除气泡）的蒸馏水至瓶颈中部。待瓶内上部悬液澄清后，用滴管注入煮沸过的蒸馏水至瓶口，塞紧瓶塞，擦干瓶外水分，称得比重瓶、水和土总质量m2，精确至0.001g。然后立即量测瓶内水的温度t，量测时，应放在桌子上或用手捏住瓶颈量测，不宜用手握住比重瓶量测。倒出悬液，洗净比重瓶，装满煮沸过的蒸馏水，并使瓶内温度与步骤中称量后得的温度t相同，塞紧瓶塞，擦干瓶外水分，称得比重瓶和水总质量m1，精确至0.001g。说明：本试验需进行两次平行试验测定，取其平均值，要求平行差值0.02。3、土粒的比重计算应按下式计算： （7-3）式中：mS干土质量，g；mS=m3-m0 m0比重瓶质量，g； m1比重瓶加水总质量，g；m2比重瓶、水、土总质量，g；m3比重瓶加干土总质量，g；wttC时水的密度（可查物理手册），g/cm3；w04C时水的密度，w0=1g/cm3。当采用中性液体（如煤油、苯等代替水）时，土粒比重（相对密度）计算公式为： （7-4）式中：kttC时中性液体的密度（g/cm3）。4、本试验记录格式详见实验报告实验二 土的液、塑限测定试验（一）、试验目的 细粒土由于含水量不同，分别处于流动状态、可塑状态、半固体状态和固体状态。液限是细粒土呈可塑状态的上限含水量；塑限是细粒土呈可塑状态的下限含水量。 本试验的目的是测定细粒土的液限、塑限，计算塑性指数、给土分类定名，共设计、施工使用。 （二）、试验方法和适用范围 1、试验方法 土的液、塑限试验：采用液塑限联合测定法； 土的塑限试验：采用搓滚法； 土的液限试验：采用碟式仪法。2、适用范围适用于粒径小于0.5mm颗粒组成及有机质含量不大于干土质量5%的土。 （三）、液塑限联合测定法试验 1、仪器设备 液塑限联合测定仪：圆锥仪、读数显示；试样杯：直径4050mm，高3040mm；天平：称量200g，分度值0.01g；其他：烘箱、干燥器、铝盒、调土刀、孔径0.5mm的筛、凡士林等。 2、操作步骤 液限、塑限联合试验，原则上采用天然含水量的土样制备试样，但也允许采用 风干土制备试样。 （1）当采用天然含水量的土样时，应剔除大于0.5mm的颗粒，然后分别按接近液限、塑限和二者之间状态制备不同稠度的土膏，静置湿润。静置时间可视原含水量的大小而定。当采用风干土样时，取过0.5mm筛的代表性土样约200g，分成3份，分别放入3个盛土皿中，加入不同数量的纯水，使分别接近液限、塑限和二者中间状态的含水量，调成均匀土膏，然后放入密封的保湿缸中，静置24小时。 （2）将制备好的土膏用调土刀调拌均匀，密实地填入试样杯中，应使空气逸出。高出试样杯的余土用刮土刀刮平，随即将试样杯放在仪器底座上。 （3）取圆锥仪，在锥体上涂以薄层凡士林，接通电源，使电磁铁吸稳圆锥仪。 （4）调节屏幕准线，使初读数为零。调节升降座，使圆锥仪锥角接触试样面，指示灯亮时圆锥在自重下沉入试样内，经5秒后立即测读圆锥下沉深度。 （5）取下试样杯，然后从杯中取10g以上的试样2个，按实训一方法测定含水率。 （6）按以上（2）（5）的步骤，测试其余2个试样的圆锥下沉深度和含水率。 3、计算与制图（1） 计算含水量： （2）绘制圆锥下沉深度h与含水量w的关系曲线 以含水量为横坐标，圆锥下沉深度为纵坐标，在双对数纸上绘制hw的关系曲线。如图所示。三点连一条直线。当三点不在一直线上，通过高含水量的一点分别与其余两点连成两条直线，在圆锥下沉深度为2mm处查得相应的含水量，当两个含水量的差值小于2%，应以该两点含水量的平均值与高含水量的点连成一线。当两个含水量的差值大于或等于2%时，应补做试验。 （3）确定液限、塑限在圆锥下沉深度h与含水量w关系图上，查得下沉深度为17mm所对应的含水量为液限wL；查得下沉深度为2mm所对应的含水量为塑限wP，以百分数表示，取整数。（4）计算塑性指数和液性指数 塑性指数： 液性指数： （5）按规范规定确定土的名称4、本试验记录格式详见实验报告 实验三 土的颗粒分析试验 （一）、试验目的 颗粒大小分析试验是测定干土中各种粒组所占该土总质量的百分数，借以明确颗粒大小分布情况，供土的分类与概略判断土的工程性质及选料之用。 （二）试验方法与适用范围 1、筛析法：适用于粒径大于0.075mm的土。 2、密度计法：适用于粒径小于0.075mm的土。 3、移液管法：适用于粒径小于0.075mm的土。4、若土中粗细兼有，则联合使用筛析法及密度计法或移液管法。（三）、筛分法实验1、 仪器设备：（1）符合GB600385的要求的试验筛。粗筛：圆孔，孔径为60mm、40mm、20mm、10mm、5mm、2mm；细筛：孔径为2.0、1.0、0.5、0.25、0.1、0.075mm。 （2）、天平：称量1000g与称量200g。 （3）、台秤：称量5kg.。 （4）、振筛机：应符合GB990988的技术条件。 （5）、其他：烘箱、研钵、瓷盘、毛刷、木碾等。 2、操作步骤（无粘性土的筛分法） （1）从风干、松散的土样中，用四分法按下列规定取出代表性试样： 粒径小于2mm颗粒的土取100g300g 最大粒径小于10mm的土取300g1000g 最大粒径小于20mm的土取1000g2000g 最大粒径小于40mm的土取2000g4000g 最大粒径小于60mm的土取4000g以上。 称量准确至0.1g；当试样质量多于500g时，准确至1g。 （2）将试样过2mm细筛，分别称出筛上和筛下土质量。 （3）取2mm筛上试样倒入依次叠好的粗筛的最上层筛中；取2mm筛下试样倒入依次叠好的最上层筛中，进行筛析。细筛宜放在振筛机上震摇，震摇时间一般为1015min。 （4）由最大孔径筛开始，顺序将各筛取下，在白纸上用手轻叩摇晃，如仍有土粒漏下，应继续轻叩摇晃，至无土粒漏下为止。漏下的土粒应全部放入下级筛内。并将留在各筛上的试样分别称量，准确至0.1g。 （5）各细筛上及底盘内土质量总和与筛前所取2mm筛下土质量之差不得大于1%；各粗筛上及2mm筛下的土质量总和与试样质量之差不得大于1%。 注：若2mm筛下的土，小于试样总质量的10%，则可省略细筛筛析；若2mm筛上的土，小于试样总质量的10%，则可省略粗筛筛析。 3、计算与制图（1） 计算小于某粒径的试样质量占试样总质量的百分数： 式中：X小于某粒径的试样质量占试样总质量的百分数； mA小于某粒径的试样质量，g； mB当细筛分析时或用密度计法分析时所取试样质量（粗筛分析时则为试样总质量），g； dx粒径小于2mm或粒径小于0.075mm的试样质量占总质量的百分数，如试样中无大于2mm粒径或无小于0.075mm的粒径，在计算粗筛分析时则dx100%。 （2）绘制颗粒大小分布曲线。以小于某粒径的试样质量占总质量的百分数为纵坐标，以粒径在对数横坐标上进行绘制（详见教材）。然后求出各粒组的颗粒质量的百分数。 （3）计算级配指标 不均匀系数： 曲率系数 实验四 固结试验 （一）、试验目的 本试验的目的是测定试样在侧限与轴向排水条件下的变形和压力，或孔隙比和压力的关系，变形和时间的关系，以便计算土的压缩系数、压缩指数、压缩模量、固结系数及原状土的先期固结压力等。 （二）、试验方法 适用于饱和的粘质土（当只进行压缩试验时，允许用于非饱和土）。试验方法：1、 标准固结试验；2、快速固结试验：规定试样在各级压力下的固结时间为1小时，仅在最后一级压力下除测记1小时的量表读数外，还应测读达压缩稳定时的量表读数。 （三）、标准固结试验 1、仪器设备 固结容器；加压设备；变形测量设备；其他：刮土刀、天平、秒表等。 2、试验步骤 （1）根据工程需要，切取原状土试样或制备给定密度与含水量的扰动土样。 （2）按试验一、二的方法，测定试样的密度及含水量。对于试样需要饱和时，按规范规定的方法将试样进行抽气饱和。 （3）在固结容器内放置护环、透水板和薄滤纸，将带有环刀的试样，小心装入护环内，然后在试样上放薄滤纸、透水板和加压盖板，置于加压框架下，对准加压框架的正中，安装量表。 （4）施加1kPa的预压压力，使试样与仪器上下各部分之间接触良好，然后调整量表，使指针读数为零。 （5）确定需要施加的各级压力。加压等级一般为12.5、25.0、50.0、100、200、400、800、1600、3200kPa。最后一级压力应大于上覆土层的计算压力100200kPa。 （6）如系饱和试样，则在施加第1级压力后，立即向水槽中注水至满。如系非饱和试样，须用湿棉围住加压盖板四周，避免水分蒸发。 （7）测记稳定读数。当不需要测定沉降速率时，稳定标准规定为每级压力下固结24小时。测记稳定读数后，再施加第2级压力。依次逐级加压至试验结束。 （8）试验结束后，迅速拆除仪器部件，取出带环刀的试样。（如系饱和试样，则用干滤纸吸去试样两端表面上的水，取出试样，测定试验后的含水量）。 3、计算与制图 （1）按下式计算试样的初始孔隙比e0 式中：0试样初始密度， g/cm3； w0试样的初始含水量， %。 （2）按下式计算各级压力下固结稳定后的孔隙比ei 式中：hi某级压力下试样高度变化，即总变形量减去仪器变形量，cm； h0试样初始高度，cm。 （3）按下式计算某一级压力范围内的压缩系数av （4）绘制ep的关系曲线 以孔隙比e为纵坐标，压力p为横坐标，将试验成果点在图上，连成一条光滑曲线。 （5）要求：用压缩系数判断土的压缩性。 4、本试验记录格式详见实验报告 （四）、快速固结试验1、 仪器设备 固结容器；加压设备；变形测量设备；其他：刮土刀、天平、秒表等。 2、操作步骤 试样在各级压力下的固结时间为1小时，仅在最后一级压力下除测记1小时的量表读数外，还应测读达压缩稳定时的量表读数。 3、快速固结试验结果的校正按下式计算各级压力下试样校正后的总变形： 式中：hi某一压力下校正后的总变形量，mm； (hi)t某一压力下压缩1的总变形量减去该压力下的仪器变形量，mm； (hn)t最后一级压力下压缩1的总变形量减去该压力下的仪器变形量，mm；(hn)T最后一级压力下达到稳定标准的总变形量减去该压力下的一起变形量，mm；K校正系数。4、本试验记录格式详见实验报告 实验五 直剪试验 （一）、试验目的 直接剪切试验是测定土的抗剪强度的一种常用方法。通常采用4个试样，分别在不同的垂直压力p下，施加水平剪切力进行剪切，测得剪切破坏时的剪应力。然后根据库仑定律确定土的抗剪强度指标：内摩擦角和粘聚力c。 （二）、试验方法与适用范围 1、试验方法 快剪试验：在试样上施加垂直压力后立即快速施加水平剪应力。 固结快剪试验：在试样上施加垂直压力，待试样排水固结稳定后，快速施加水平剪应力。 慢剪试验：在试样上施加垂直压力及水平剪应力的过程中，均使试样排水固结。 2、适用范围：适用于测定细粒土的抗剪强度指标c和及土颗粒的粒径小于2mm的砂土的抗剪强度指标。渗透系数k大于10-6cm/s的土不宜作快剪试验。 （三）固结快剪试验 1、仪器设备 应变控制式直剪仪：剪切盒、垂直加压框架、测力计、推动机构等； 位移计（百分表）：量程510mm,分度值0.01mm； 天平、环刀、削土刀、饱和器、秒表、滤纸、直尺等。 2、操作步骤（粘性土） （1）试样制备：从原状土样中切取原状土试样或制备给定干密度和含水量的扰动土试样。按规范规定，测定试样的密度及含水量。对于扰动土样需要饱和时，按规范规定的方法进行抽气饱和。（2） 试样安装： 对准上下盒，插入固定销。在下盒内放湿滤纸和透水板。将装有试样的环刀平口向下，对准剪切盒口，在试样顶面放湿滤纸和透水板，然后将试样徐徐推入剪切盒内，移去环刀。 转动手轮，使上盒前端钢珠刚好与测力计接触。调整测力计读数为零。依次加上加压盖板、钢珠、加压框架，安装垂直位移计，测记起始读数。 （3）施加垂直压力：一个垂直压力相当于现场预期的最大压力p，一个垂直压力要大于p，其他垂直压力均小于p。但垂直压力的各级差值要大致相等。也可以取垂直压力分别为100、200、300、400kPa 各级垂直压力可一次轻轻施加，若土质软弱，也可以分级施加以防试样挤出。 （4）如系饱和试样，则在施加垂直压力5min后，往剪切盒水槽内注满水；如系非饱和试样，仅在活塞周围包以湿棉花，以防止水分蒸发。 （5）在试样上施加规定的垂直压力后，测记垂直变形读数。当每小时垂直变形读数变化不超过0.005mm,认为以达到固结稳定。 （5）试样达到固结稳定后，拔去固定销，开动秒表，以0.81.2mm/min的速率剪切（每分钟46转的均匀速度旋转手轮），使试样在35min剪损。 剪损的标准：当测力计的读数达到稳定，或有明显后退表示试样剪损；一般宜剪切至剪切变形达到4mm；若测力计的读数继续增加，则剪切变形达到6mm为止。 （6）剪切结束后，吸去剪切盒中积水，倒转手轮，尽快移去垂直压力、框架、钢珠、加压盖板等。取出试样，测定剪切面附近的含水量。 3、计算与制图 （1）计算： 按下式计算试样的剪应力 式中：C测力计率定系数，N/0.01mm； R测力计读数，0.01mm； A0试样断面积，cm2； 10单位换算系数。 （2）制图：以剪应力为纵坐标，剪切位移为横坐标，绘制剪应力与剪切位移l关系曲线；以抗剪强度f为纵坐标，垂直压力p为横坐标，绘制抗剪强度f与垂直压力p的关系曲线。选取剪应力与剪切位移l关系曲线上的峰值点或稳定值作为抗剪强度f；若无明显峰值点，则可取剪切位移l等于4mm对应的剪应力作为抗剪强度f。4、本试验记录格式详见实验报告 实验六 无侧限抗压强度试验（一）、试验目的测定粘性土，特别是饱和粘性土的抗压强度试验及灵敏度。它的设备简单，操作简便，在工程上应用很广。（二）、试验方法与适用范围无侧限抗压强度试验是三轴试验的一个特例，即将土样置于不受侧向限制的条件下进行的压力试验，此时土样所受的小主应力 而大主应力 之极限值即为无侧限抗压强度。 本试验方法适用于饱和粘土。（三）、试验所用的主要仪器设备1、 应变控制式无侧限压缩仪：由测力计、加压框架、升降设备组成。2、 轴向位移计：量程 10mm ，分度值 0.01mm 的百分表或准确度为全量程 0.2的位移传感器。3、 天平：称量 500g ，量小分度值 0.1g 。 4、原状土试样制备，试样直径宜为3550mm ，高度与直径之比宜采用 2.0 2.5 。（四）、 无侧抗压强度试验操作 1、 将试样两端抹一薄层凡士林，在气候干燥时，试样周围亦需抹一薄层凡士林，防止水分蒸发。 2、将样放在底座上,转动手轮,使底座缓慢上升，试样与加压板刚好接触，将测力计读数调整为零。根据试样的软硬程度选用不同量程的测力计。 3、轴向应变速度宜为每分钟应变 1 3 。转动手柄，使升降设备上升进行试验，轴向应变小于 3 时，每隔 0.5 应变 ( 或 0.4mm) 读数一次轴向应变等于、大于 3 时，每隔 1 应变 ( 或 0.8mm) 读数一次。试验宜在 8 10min 内完成。 4、 当测力计读数出现峰值时，继续进行 3 5 的应变后停止试验；当读数无峰值时，试验应进行到应变达 20 为止。 5、 试验结束，取下试样，描述试样破坏后的形状。 6、 当需要测定灵敏度时，应立即将破坏后的试样除去涂有凡士林的表面。加少许余土，包于塑料薄膜内用手搓捏，破坏其结构，重塑成圆柱形，放入重塑筒内，用金属垫板，将试样挤成与原状试样尺寸、密度相等的试样，并按本条 1 5 款的步骤进行试验。（五）、成果整理1、轴向应变计算：2、试样面积的校正与计算：3、试样所受的轴向应力计算： 式中 轴向应力 (KPa) 10 单位换算系数。 4、曲线绘制：以轴向应力为纵坐标，轴向应变为横坐标，绘制轴向应力与轴向应变关系曲线。取曲线上最大轴向应力作为无侧限抗压强度，当曲线上峰值不明显时，取轴向应变 15 所对应的轴向应力作为无侧限抗压强度。 5、灵敏度计算： 式中 灵敏度 原状试样的无侧限抗压强度 (KPa) 重塑试样的无侧限限抗压强度 (KPa) 。实验七 击实试验 （一）、试验目的 本试验的目的是用标准的击实方法，测定土的密度与含水率的关系，从而确定土的最大干密度与最优含水率。 轻型击实试验适用于粒径小于5mm的粘性土，重型击实试验适用于粒径小于20mm的土。 （二）、试验仪器设备 1、击实仪：由击实筒、击锤和护筒组成。 2、天平：称量200g，分度值0.1g。 3、台秤：称量10kg，分度值5g。 4、孔径为5mm的标准筛。 5、试样推出器：宜用螺旋式千斤顶。 6、其他：烘箱、喷水设备、碾土设备、盛土器、修土刀和保湿设备等。 （三）、操作步骤 1、试样制备：分为干法制备和湿法制备。 干法制备： （1）取一定数量的代表性风干土样（轻型约为20kg），放在橡皮板上碾散。 （2）轻型击实试验过5mm筛，将筛下土样拌匀，并测定土样的风干含水率。 （3）根据土的塑限预估最优含水率，按依次相差约2%的含水率制备一组（不少于5个）试样，其中应有2个含水率大于塑限，2个含水率小于塑限，1个含水率接近塑限。并按下式计算应加的水量： 式中：mw土样所需加水质量，g； m风干含水率时的土样质量，g； wo风干含水率，%； w土样所要求的含水率，%。 （4）将一定量的土样平铺于不吸水的盛土盘内（轻型击实取土约2.5kg），按预定含水率用喷水设备往土样上均匀喷洒所需加水量，拌匀并装入塑料袋内或密封于盛土器内静置备用。静置的时间分别为：高液限粘土不得少于24小时，低液限粘土可酌情缩短，但不应少于12小时。 湿法制备： 取天然含水率的代表性土样（轻型为20kg）碾散，过筛，将筛下土样拌匀，分别风干或加水到所要求的不同含水率。注意：制备试样时必须使土样中含水率分别均匀。 2、试样击实 （1）、将击实仪放在坚实的地面上，击实筒内壁和底板涂一薄层润滑油，连接好击实筒与底板，安装好护筒。检查仪器各部件及配套设备的性能是否正常，并做好记录。（2）、从制备好的一份试样中称取一定量土样，分3层倒入击实筒内并将土面整平分层击实。每层25击。注意：轻型击实法，每层土料的质量为600800g，即其量应使击实后的试样高度略高于击实筒的1/3；两层交接面处的土应刨毛；击实完成后，超出击实筒顶的试样高度应小于6mm。 （3）、用修土刀沿护筒内壁削挖后，扭动并取下护筒，测出超高（应取多个测值平均，准确至0.1g）。沿击实筒顶细心修平试样，拆除底板。如试样底面超出筒外，亦应修平。擦净筒外壁，称量，准确至1g。 （4）、用推土器从击实筒内推出试样，从试样中心取2个一定量土样（轻型为1530g），平行测定土的含水率，称量准确至0.01g，含水率的平行差值不得大于1%。 （5）、按上述（1）（4）的操作步骤对其其他含水率的土样进行击实，一般不得重复使用土样。 （四）、计算与制图 1、计算（1）计算击实后的试样的含水率： 式中：w含水率，%；m湿土质量，g；md干土质量，g。 （2）计算击实后各试样的干密度： 式中：湿密度，g/cm3。 计算至0.01 g/cm3。 （3）计算土的饱和含水率： 2、制图 以干密度为纵坐标，含水率为横坐标，绘制干密度与含水率的关系曲线，即为击实曲线。曲线峰值点的纵、横坐标分别代表土的最大干密度和最优含水率。如果曲线不能得出峰值点，应进行补点试验。 计算数个干密度下的饱和含水率。以干密度为纵坐标，含水率为横坐标，在击实曲线的图中绘制出饱和曲线，用以校正击实曲线。图的形式见教材。 实验八 土三轴压缩试验（一）、试验目的1、了解三轴剪切试验的基本原理； 2、掌握三轴剪切试验的基本操作方法； 3、了解三轴剪切试验不同排水条件的控制方法和孔隙压力的测量原理； 4、进一步巩固抗剪强度的基本理论。（二）、试验原理 三轴剪切试验是用来测定试件在某一固定周围压力下的抗剪强度，然后根据三个以上试件，在不同周围压力下测得的抗剪强度，利用莫尔-库仑破坏准则确定土的抗剪强度参数。 三轴剪切试验可分为不固结不排水试验（UU）、固结不排水试验（CU）以及固结排水剪试验（CD）。 1、不固结不排水试验：试件在周围压力和轴向压力下直至破坏的全过程中均不允许排水，土样从开始加载至试样剪坏，土中的含水率始终保持不变，可测得总抗剪强度指标和； 2、固结不排水试验：试样先在周围压力下让土体排水固结，待固结稳定后，再在不排水条件下施加轴向压力直至破坏，可同时测定总抗剪强度指标和或有效抗剪强度指标和及孔隙水压力系数； 3、固结排水剪试验：试样先在周围压力下排水固结，然后允许在充分排水的条件下增加轴向压力直至破坏，可测得总抗剪强度指标和。（三）、试验仪器设备 1、三轴剪力仪（分为应力控制式和应变控制式两种）。 应变控制式三轴剪力仪有以下几个组成部分（图8-1）：图8-1 应变控制式三轴剪切仪1调压桶；2周围压力表；3周围压力阀；4排水阀；5体变管；6排水管；7变形量表；8测力环；9排气孔；10轴向加压设备；11压力室；12量管阀；13零位指标器；14孔隙压力表；15量管；16孔隙压力阀；17离合器；18手轮；19马达；20变速箱。 （1）三轴压力室 压力室是三轴仪的主要组成部分，它是由一个金属上盖、底座以及透明有机玻璃圆筒组成的密闭容器，压力室底座通常有3个小孔分别与围压系统以及体积变形和孔隙水压力量测系统相连。 （2）轴向加荷传动系统 采用电动机带动多级变速的齿轮箱，或者采用可控硅无级调速，根据土样性质及试验方法确定加荷速率，通过传动系统使土样压力室自下而上的移动，使试件承受轴向压力。 （3）轴向压力测量系统 通常的试验中，轴向压力由测力计（测力环或称应变圈等等）来反映土体的轴向荷重，测力计为线性和重复性较好的金属弹性体组成，测力计的受压变形由百分表测读。轴向压力系统也可由荷重传感器来代替。 （4）周围压力稳压系统 采用调压阀控制，调压阀当控制到某一固定压力后，它将压力室的压力进行自动补偿而达到周围压力的稳定。 （5）孔隙水压力测量系统 孔隙水压力由孔隙水压力传感器测得。 （6）轴向应变（位移）测量装置 轴向距离采用大量程百分表（030mm百分表）或位移传感器测得。 （7）反压力体变系统 由体变管和反压力稳定控制系统组成，以模拟土体的实际应力状态或提高试件的饱和度以及测量试件的体积变化。 2、附属设备 （1）击实器和饱和器； （2）切土器和原状土分样器； （3）砂样制备模筒和承模筒； （4）托盘天平和游标卡尺； （5）其它如乳膜薄、橡皮筋、透水石、滤纸、切土刀、钢丝锯、毛玻璃板、空气压缩机、真空抽气机、真空饱和抽水缸、称量盒和分析天平等。（四）、试验前的检查和准备 1、仪器性能检查应包括如下几个方面： （1）周围压力和反压力控制系统的压力源； （2）空气压缩机的稳定控制器（又称压力控制器）； （3）调压阀的灵敏度及稳定性； （4）监视压力精密压力表的精度和误差； （5）稳压系统有否漏气现象； （6）管路系统的周围压力、孔隙水压力、反压力和体积变化装置以及试样上下端通道节头处是否存在漏气或阻塞现象； （7）孔压及体变的管道系统内是否存在封闭气泡，若有封闭气泡可用无气水进行循环排水； （8）土样两端放置的透水石是否畅通和浸水饱和； （9）乳胶薄膜套是否有漏气的小孔； （10）轴向传压活塞是否存在磨擦阻力等。 2、试验前的准备工作 除了上述仪器性能检查外，还应根据试验要求作如下的准备： （1）根据工程特点和土的性质确定试验方法和测定哪些参数； （2）根据土样的制备方法和土样特性决定饱和方法和设备； （3）根据试验方法和土的性质，确定剪切速率； （4）根据取土深度和应力历史以及试验方法，确定周围压力的大小； （5）根据土样的多少和均匀程度确定单个土样多级加荷还是多个土样分级加荷。（五）、试样制备和饱和 1、扰动土和砂土的试样 根据要求可按一定的干容重和含水量将扰动土拌匀，粉质土分35层，粘质土分58层，分层装入击实筒击实（控制一定密度），并在各层面上用切土刀刨毛以利于两层面之间结合。 对于砂土，应先在压力室底座上依次放上透水石、滤纸、乳胶薄膜和对开圆模筒，然后根据一定的密度要求，分三层装入圆模筒内击实。如果制备饱和砂样，可在圆模筒内通入纯水至1/3高，将预先煮沸的砂料填入，重复此步骤，使砂样达到预定高度，放在滤纸、透水石、顶帽，扎紧乳胶膜。为使试样能站立，应对试样内部施加0.05kg/cm2(5kPa)的负压力或用量水管降低50cm水头即可，然后拆除对开圆模筒。 2、原状试样 将原状土制备成略大于试样直径和高度的毛坯，置于切土器内用钢丝锯或切土刀边削边旋转，直到满足试件的直径为止，然后按要求的高度切除两端多余土样。 3、试样饱和 （1）真空抽气饱和法 将制备好的土样装入饱和器内置于真空饱和缸，为提高真空度可在盖缝中涂上一层凡士林以防漏气。将真空抽气机与真空饱和缸接通，开动抽气机，当真空压力达到一个大气压力，微微开启管夹，使清水徐徐注入真空饱和缸的试样中，待水面超过土样饱和器后，使真空表压力保持一个大气压力不变，即可停止抽气。然后静置一段时间，粉性土大约10小时左右，使试样充分吸水饱和。另一种所抽气饱和办法，是将试样装入饮和器后，先浸没在带有清水注入的真空饱和缸内，连续真空抽气24小时（粘土），然后停止抽气，静置小时左右即可。 （2）水头饱和法 将试样装入压力室内，施加0.2kg/cm2(20kPa)周围压力，使无气泡的水从试样底座进入，待上部溢出，水头高差一般在1m左右，直至流入水量和溢出水量相等为止。 （3）反压力饱和法 试件在不固结不排水条件下，使土样顶部施加反压力，但试样周围应施加侧压力，反压力应低于侧压力的0.05kg/cm2(5kPa)，当试样底部孔隙压力达到稳定后关闭反压力阀，再施加侧压力，当增加的侧压力与增加的孔隙压力其比值0.95时被认为是饱和，否则再增加反压力和侧压力使土体内气泡继续缩小，然后再重复上述测定是否大于0.95，即相当于饱和度为大于95%。（六）、固结不排水试验法（CU）试验 1、操作步骤 （1）将制备成大于试样直径和高度的毛坯，放在切土器内用钢丝锯和修土刀，制备成所要求规格的试样，最后量其直径、高度、称其重量，并选择代表性的土样测定含水量。 （2）安装试样前，事先应全面检查三轴仪的各部分是否完好。 打开试样底座的开关（孔隙水压力阀和量管阀），使量管里的水缓缓地流向底座，并依次放上透水石和滤纸，待气泡排除后，再放上试样，试样周围贴上滤纸条，关闭底座开关。 把已检查过的橡皮薄膜套在承膜筒上，两端翻起，用吸球从气嘴中不断吸气，使橡皮膜紧贴于筒壁，小心将它套在土样外面，然后让气嘴放气，使橡皮膜紧贴试样周围，翻起橡皮两端，用橡皮紧圈将橡皮膜下端扎紧在底座上。 打开试样底座开关，让量管中水（有时采取高量管所产生的水头差）从底座流入试样与橡皮膜之间，排除试样周围的气泡，关闭开关。 打开与试样帽连通的排水阀，让量水管中的水流入试样帽，并连同透水石，滤纸放在试样的上端，排尽试样上端及量管系统的气泡后关闭开关，用橡皮圈将橡皮膜上端与试样帽扎紧。 装上压力筒拧紧密封螺帽，并使传压活塞与土样帽接触。 （3）试样排水固结按下列步骤进行： 向压力室施加试样的周围压力（水压力或气压力），周围压力的大小根据土样的覆盖压力而定，一般应等于和大于覆盖压力，但由于仪器本身限定，目前最大压力不宜超过0.6MPa（低压三轴仪）和2.0MPa（高压三轴仪）。 同时测定土体内与周围压力相应的起始孔隙水压力，施加周围压力后，在不排水条件下