土力学试验指导书12.doc

试验一土的颗粒分析试验试验目的： 测定土样中各种粒组占该土总质量的百分数，以了解土的颗粒级配，供土的分类及概略判断土的工程性质和建材选料之用。试验方法： 根据颗粒大小采用不同方法，本试验介绍两种方法： 1. 筛析法：适用于粒径大于0.075mm的土；2. 比重计法：适用于粒径小于0.075mm的土，亦称密度计法，当土中兼有上述两类粒径时，则应联合使用筛析法与法比重计。一筛析法： (一)、仪器设备 1.土样标准筛1套a.粗筛 孔径为60mm, 40mm, 20mm, 10mm, 5mm, 2mm。b.细筛 孔径为2.Omm, l.Omm, 0.5mm, 0.25mm, 0.075mm。2.振筛机筛析过程中应能上下振动。3.天平：称量5000g，最小分度值l g；称量1000g，最小分度值0.1g；称量200g，最小分度值0.01g。4.其他：烘箱、研钵、瓷盘、铝盒、匙、毛刷、白纸等。(二)筛析法的取样数量应符合表的规定。 表1.1.1 筛析法的取样数量(三)试验步骤 1按表1.1 的规定称取具有代表性风干或烘干土样质量，应准确至0.1g，试样数量超过500g时，应准确至lg。2.将试样过2mm筛，称筛上和筛下的试样质量。当筛下的试样质量小于试样总质量的10时，不进行细筛分析；筛上的试样质量小于试样总质量的10时，不进行粗筛分析。3.把标准筛依孔径大小顺序叠好，最下面为底盘。取筛上的试样倒入依次叠好的粗筛中，筛下的试样倒人依次叠好的细筛中，置于振筛机上振筛，振筛时间宜为10-15min。4.检查各筛中土粒是否还有团粒存在，若有则须加以碾散再过筛。5. 由最大孔径筛开始按由上而下的顺序将各筛取下，在白纸上用手轻扣摇晃，如有砂粒漏下，应继续扣摇至无砂粒漏下为止，漏下之砂粒应全部放于下一级筛内，逐次检查至底盘。将留在各筛内的土样分别倒在白纸上，用毛刷将筛网中砂粒轻轻刷下，再分别倒入铝盒中称重，准确至0.1g，底盘内土样应保存好以备密度计法用。6.筛后各级筛上和筛底上试样质量的总和与筛前试样总质量的差值，不得大于试样总质量的1(称为筛分损失)。 根据土的性质和工程要求可适当增减不同筛径的分析筛。(四)含有细粒土颗粒的砂土的筛析法试验步骤 按上表的规定称取代表性试样，置于盛水容器中充分搅拌，使试样的粗细颗粒完全分离。 将容器中的试样悬液通过2mm筛，取筛上的试样烘至恒量，称烘干试样质量，应准确到0.1g,并按上述实验步骤中、步骤进行粗筛分析，取筛下的试样悬液，用带橡皮头的研杆研磨，再过0.075mm筛，并将筛上试样烘至恒量，称烘干试样质量，应准确至0.1g,然后按上述实验步骤中、步骤进行细筛分析。 当粒径小于0. 075mm的试样质量大于试样总质量的10时，应按密度计法或移液管法测定小于0.075mm的颗粒组成。(五)试验记录参考表1.2格式记录颗粒分析试验结果表1.1.2颗粒分析试验记录(六)计算 小于某粒径的试样质量占试样总质量的百分比，应按下式计算。式中x小于某粒径的试样质量占试样总质量的百分比，； mA小于某粒径的试样质量，g: mB细筛分析时为所取的试样质量，粗筛分析时为试样总质量，g; dx粒径小于Zmm的试样质量占试样总质量的百分比，。(七)计算级配指标 ：不均匀系数和曲率系数。 1不均匀系数按下式计算式中式中Cu不均匀系数； d60限制粒径，颗粒大小分布曲线上的某粒径，小于该粒径的土含量占总质量 的60； d10有效粒径，颗粒大小分布曲线上的某粒径，小于该粒径的土含量占总质量 的10。 2曲率系数按下式计算式中Cv曲率系数； d30颗粒大小分布曲线L的某粒径，小于该粒径的土含量占总质量的30。(八)绘制曲线图以小于某粒径的试样质量占试样总质量的百分比为纵坐标，颗粒粒径对数为横坐标，在单对数坐标上绘制颗粒大小分布曲线。据此确定无粘性土土名。图1.2.1比重计*二比重计法(密度计法)(一)仪器设备 1. 比重计：甲种： 刻度单位以20时每1000ml悬液内所含干土粒重的克数表示。 乙种：刻度单位以20时悬液的比重表示。见图1.2.12.量筒二个：容积各为1000ml。3.天平：感量0.01g。4.三角烧瓶：容积500ml。5.其他：秒表、温度计、搅拌器、加热设备及化学药品(25%氨水，4%六偏磷酸钠)，洗瓶、烧杯、蒸发皿、干燥器、橡皮头研棒等。(二)试验步骤 1. 比重计法分析应采用天然含水量的土样进行，若分析前无法保持其天然含水量时，允许采用烘干或风干土进行。2. 称取准备好的小于0.075mm的烘干试样30克，称重准确至0.01克，装入三角烧瓶中，注意装瓶时勿使土粒散失。3. 在盛有试样的三角烧瓶中注入约200ml蒸馏水，加25%氨水12ml或4%的六偏磷酸纳10ml，将瓶稍加摇荡后，放在加热设备上，用连接冷凝管下端的橡皮塞塞紧瓶口，进行煮沸，沸腾一小时后冷却至室温。4. 取1000ml量筒一只，在量筒口放一大玻璃漏斗，并取0.075mm筛一只，将烧瓶内土液倒入筛中，使过筛的土液进入量筒，用蒸馏水反复冲洗，直至等于或小于0.1mm颗粒全部进入量筒。5. 将遗留在筛上的砂粒洗入蒸发皿中，烘干后称量，准确至0.01g，得出直径大于0.1mm颗粒的重量。6.注蒸馏水入量筒中，使筒内悬液达到1000ml，并加25%氨水1ml。7. 用搅拌器在量筒内沿整个悬液深度上下搅拌1分钟，往复约30次，使悬液内粒均匀分布，注意搅拌时勿使悬液溅出筒外。8. 另取一只量筒盛蒸馏水(清水)1000ml，将比重计放在其中，每逢用比重计时，在前一分钟取出并记录比重计在水中的读数，每次用毕后，应洗净放回水中。9. 准备好秒表、记录纸等，用搅拌器在量筒内沿整个悬液深度上下搅拌1分钟，往复约30次，且勿使悬液溅出，使悬液均匀分布。在取出搅拌器的同时，开动秒表。10. 将比重计小心放入悬液中，避免悬液扰动，测定经0.5，1，2分钟时的比重计读数后，取出比重计，测记悬液温度一次，准确至0.5。 11. 再次搅拌悬液，重新开动秒表，继续测记经1、2、5、15、30、60、120分钟的比重计读数，每次读数后不再搅拌悬液，但须测定悬液温度。12. 比重计读数均以弯液面顶为准。甲种应估读至0.1，乙种估读至0.0001。每次读数均应在予定时间前1020秒种，将比重计放在悬液中，并注意比重计浮泡保持在量筒中心线附近，不得贴近筒壁，取出或放入比重计时应尽量避免悬液的扰动，每次取出后均应洗净放入盛清水的量筒中，再测试悬液时就从清水中取出并记录其在清水中读数。 (三)计算及绘图 1. 根据每次读数求得土粒沉降距离，计算颗粒直径；再根据每一悬液读数及蒸馏水读数计算小于某直径土粒含量占总土重的百分数，并绘出颗粒大小分布曲线。 2.土粒沉降距离计算：比重计读数除用以求得悬液中土粒的含量以外，还可以确定土粒的实际下沉距离L，借此计算粒径d。如图1.2.2图1.2.2.计算小于某粒径的土粒占全部土重的百分数。(1)甲种比重计这是由于比重计的刻度是在20时刻制的，当试验悬液温度不等于20时，则水的密度变化以及比重计浮泡体积的胀缩，均影响比重计的读数，故需校正，校正值可查表。.计算颗粒粒径，用司笃克斯(STOKES)公式计算或查列线图。t沉降时间s，d也可以从司笃克列线图中确定，为简化计算，上式公式可写成：.绘图： 以小于某一粒径颗粒占全部土重的百分数为纵坐标，以颗粒直径(mm)的对数值为横坐标，在半对数纸上绘出粒径级配曲线。如与筛分法联合分析，应将两段线绘成一条平滑曲线。(四)记录与成果整理。 1.试验记录颗粒分析比重计法记录绘粒径级配曲线粒组及定名附表、附图：试验二 土的重度（密度）、含水量试验一土的重度（密度）试验(一)试验目的 测定土的重度（密度），即土的单位体积重量（质量）。以便了解土体的疏密和干湿状态，供换算土的其他物理、力学指标和工程计算之用。(二)试验方法 试验方法很多，对于一般粘性土采用环刀法，如土样易碎或难以削成有规则形状时可采用蜡封法。下面仅主要用环刀法试验，蜡封法仅做参考了解。(三)仪器设备 图2.1.1环刀1.环刀：环刀是一带刃口的薄壁金属环，直径6cm8cm，高2cm2.5cm，以内径61. 8mm和79. 8mm,高度为20mm为常用。2.天平：称量5001000g,最小分度值0. 1g;称量200g,最小分度值0. Olg3.其它：修土刀、刮平刀、玻璃片、凡士林等。(四)操作步骤 1. 制备土样 按工程需要取原状土或制备所需状态的扰动土样，土样的直径及高度均应大于环刀，整平放在玻璃片上。2.在天平上称取环刀质量m1，准确至0.1g。3. 切取试样 将环刀的内壁涂一薄层凡士林，刀口向下放在土面上，然后将环刀平稳缓慢地垂直下压，边压边削，至土样高出环刀为止(环刀内壁与切面间不得有间隙)。削去两端余土并修平，注意刮平时不得使土样扰动或压密，宜一次修平，在土样两端盖上平滑的玻璃片，以免水分蒸发。4.将取好土样的环刀放在天平上称量，记录环刀加湿土的质量m2 ,准确到0.1g。记录环刀号码以及由实验室提供的环刀质量ml（或天平称量）和环刀体积V（即试样体积）5.按下式计算土的密度 a.密度重度 =10 也可结合含水量测定，得到干重度d、干密度d： b.干密度 d=(1+0.01) d=/(1+0.01)本试验需进行二次平行测定，取其算术平均值，精确到0.01g/cm3，两次测定的差值不得大于0. 03g/cm3 (五)试验记录 表2.1.1重度（密度）试验记录 （六）蜡封法介绍试验适用范围 本试验适用于易破裂土和形状不规则的坚硬土。仪器设备 a.蜡封设备 附石蜡及熔蜡加热器（锅、酒精炉等）。 b.天平 称量500g,最小分度值0. 1g;称量2008,最小分度值0. Olgo c.其他 烧杯、杯托、切土刀、细线、针等。操作步骤 a.切取土样 取具有代表性的土样，体积不小于30cm3，清除表面浮土及尖锐，土样的直径及高度均应大于环刀，整平其两端放在玻璃片上。 b.浸蜡封土 持细线将试样缓缓浸人刚过熔点的蜡液中，浸没后立即提出，检查试样周围的蜡膜，当有气泡时应用针刺破，再用蜡液补平。 c.称量试样 将冷却后的蜡封试样的一端，浸没于盛有纯水的烧杯中，测定蜡封试样在纯水中的质量，并测定纯水温度。 d.取出试样 擦干蜡面上的水分，称其质量。当浸水后试样质量增加时，应另取试样重做试验。试验记录 见表（蜡密度0=0. 92g/cm3) 。表2.1.2 密度试验密度计算公式蜡封法试验应进行两次平行测定，两次测定的差值不得大于0.03g/cm3，取两次算术平均值。（七）注意事项 用环刀切取试样时，应垂直静压，边压边削，勿使环刀内壁与试样间留有空隙。 切取试样时，一般不应填补。如确需填补，填补部分不得超过环刀体积的1。 用蜡封法时，因石蜡燃点较低，熔蜡时温度不宜过高。若温度过高，对土样的含水率和结构都会产生一定的影响，使密度及含水率偏低；若温度过低蜡皮不易封好，易形成气泡或针眼。因此，熔蜡温度一般控制在60100。 防止石蜡进人土孔隙内部，影响测试结果。 称量土样时，应考虑系上样细线的质量。 此外，当在现场测定原状砂和砾质土的密度时，用灌水法或灌砂法测定，具体步骤详见CUB/T 50123-1999土工实验方法标准。二土的含水量试验(一)试验目的测定土的含水量，亦即测定土在100105下烘到质量恒定时所失去的水分质量与达到质量恒定后干土质量的比值，以百分数表示。以了解土的含水情况，计算土的孔隙比、液性指数、饱和度。与其他物理力学性质指标一样，土的含水率是土不可缺少的一个基本指标。(二)试验的方法及适用范围 用酒精燃烧法或烘干法。本试验以烘干法为主试验，此方法适用于有机质含量不超过10的粗粒土、细粒土和冻土；若有机质含量超过10，应将温度控制在65-700C的恒温下烘干。(三)试验仪器设备本试验所用的主要仪器设备有：1.烘箱：可采用电热恒温烘箱，控制温度为105-110。2.天平：称量200g，最小分度值0. 01g;称量1000g,最小分度值0.lg。3.铝盒：有盖。4.干燥器：(内有硅胶或氯化钙作为干燥剂)。5.其它：削土刀、玻璃板（酒精：纯度95）等。(四)操作步骤 1.取代表性土样1530g(砂土应多取些)，装入干燥洁净的铝盒中，立即盖好盒盖。2.在天平上称量铝盒加湿土重量m1，准确至0.01g。3.打开盒盖，套在盒底，放入烘箱，在温度100105下烘至质量恒定。4. 将烘干后的土样和盒从烘箱中取出，盖好盒盖，放入干燥器内冷却至室温，称铝盒加干土质量m2 ,准确至0.01克。 5.按下式计算含水量本试验需进行二次平行测定，要求平行差值2%。取其算术平均值。说明： 如果没有烘箱或要求快速测定含水量，可采用酒精燃烧法。取5g10g试样，放入称量盒内，称其总质量m1，用酒精注入盒内，直至盒中出现自由液面为止，为使酒精和土样混合均匀，可将盒在桌上轻轻敲击。点燃盒中酒精，烧至火焰熄灭。盖好盒盖立即称其质量m2。重复二次，计算方法同上。 (五)试验记录 表2.2.1 含水量试验记录（六)注意事项1.天然含水率试验，应在打开土样后立即取样测定，以免土样含水率改变。烘干冷却后应立即称干土质量，以免干土吸收水分，影响试验结果。2.烘样恒重的标准与试样数量有关，通常前后两次称量之差不大于称样天平的精度即为恒重。土工试验中常以控制烘样时间使其达到恒重。烘至恒重所需时间，用电热干燥箱时，当试样质量为15-30g时，一般砂土需1-2h，粉质土需6-8h,粘土约10h。风干土及含水率低的土，可适当缩短烘样时间；湿土量较多或块状土，应延长烘样时间。41三土的相对密度试验(一)试验目的 测定土粒的相对密度（旧名称：比重），即测定土在温度100105下烘至恒重时的质量与同体积蒸馏水在4时质量之比。为计算土的孔隙比及土的其他物理力学性质提供必要的数据。(二)试验方法 按粒径不同采用不同方法，测定小于5mm土颗粒组成的土的相对密度，常用比重瓶法（相对密度瓶法）。本试验即介绍这种方法。(三)仪器设备 1.比重瓶：容量100mL或50mL,分长颈和短颈两种。2.天平：称量200g，感量0.001g。3.温度计：量测范围0500，精确至0.5。4.砂浴或电炉或酒精炉5.其它：蒸馏水、滴管、烘箱等(四)操作步骤 图2.3.1 比重瓶1. 试样制备。将烘干或风干的试样约100g放在研钵中研碎，使全部通过孔径为5mm的筛。将筛过的试样在100一1050C下烘至恒重后放人干燥器内冷却至室温备用（此项工作可由实验室工作人员完成）。2. 将相对密度瓶洗净、烘干，置于干燥器内冷却后，称比重瓶质量m。，精确至0.001g。3. 取烘干后的土约15g（当用50mL的相对密度瓶时，称烘干试样log)，用漏斗装入洗净、烘干的比重瓶内，加上瓶塞，称瓶加干土重m1，精确至0.001g。4.将蒸馏水注入比重瓶至约一半处，摇动比重瓶，使土粒充分分散。5.然后将瓶放在电炉上加热。从悬液沸腾时起算，砂土、粉土不少于30分钟，粘性土一般不少于60分钟，限于教学时间，以15分钟为合格。煮沸时应将瓶塞取下，并注意不使土液溢出瓶外。 6.将比重瓶取下，使其冷却至室温，注入蒸馏水至瓶颈中部。7. 等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，使多余水自瓶塞小孔溢出，将瓶外的水擦干，称瓶加水加土总重m3,准确至0.001g。8.称重后立即拔去瓶塞将温度计插入瓶内中部测出水的温度T。9.将土样倒出，洗净瓶子，加入同温度的蒸馏水至近满。塞好瓶塞，使多余水自瓶塞小孔溢出，擦干瓶外的水，称瓶加水重m2，准确至0.001g. 10.按下式计算土粒相对密度ds：(五)试验记录表2.3.1土粒相对密度实验记录（六）有关问题说明本试验需进行两次平行试验，两次测定的差值镇0.002g,取两次测值的平均值。对含有可溶盐、有机质和亲水性胶体的土，其相对密度的测定采用中性液体（如煤油、苯）代替水，以防止盐类溶解。中性液体宜用真空抽气法排气，真空压力读数宜接近当地一个大气负压值，排气时间不宜小于1h。由下式计算土粒相对密度ds(Gs)。思考题：1.含水量试验烘箱温度为什么要在100105间，高了，低了有什么影响?2.测密度用的环刀直径和高度比过大过小过密度测定会产生什么影响?3.分析你的试验结果。试验三土的液限、塑限试验液限是指土由塑性状态转变为流动状态时的分界含水量；塑限是指土由半固体状态转变为塑性状态时的分界含水量。液限和塑限是进行粘性土命名的依据之一。各项含水量的测定按含水量试验的烘箱法进行。一试验目的本试验的目的是测定粘性土的液限和塑限，从而计算塑性指数和液性指数，评价粘性土地基的容许承载力；并按塑性指数或塑性图进行土的分类。二土的液限测定（一）试验方法及适用范围本试验采用锥式液限仪测定，它适用于粒径小于0.10mm，有机质含量不大于10的粘性土。（二）仪器设备 1.锥式液限仪锥质量76g,锥角为30,锥尖10 mm处有环状刻度，如图3.1 所示。图3.1 锥式液限仪l一圆锥仪；2一试样杯；3一试样；4一底座。 2.天平 称量200g，最小分度值0.01g。 3.烘箱、干燥器；4.铝盒、凡士林；5.其它：称量盒、调土刀、调土碗、刮平刀、吹风机、滴管、蒸馏水等。（三）操作步骤1.土样制备 取具有代表性，并保持天然含水率的土样进行测定。当试样中含有粒径大于0.01mm的粒和杂物时，应风干研磨后过0.10mm的筛。再加蒸馏水调成均匀浓糊状。用玻璃板覆盖或放在盛水的干湿器中静置一段时间(时间长短根据天然含水量大小而定)，使土中水分均匀。2.装样放锥 用调土刀将碗内制备好的土样调拌均匀，将调和好的土样分层填人试样杯中，边装边压，使内部均匀填实，刮平杯口，将杯放在支座上。将圆锥仪擦净，在锥尖涂一薄层凡士林，两指提住手柄，使平衡锥放在试样表面中部至锥尖与试样表面接触，然后缓缓放开手指，使锥体在自重力作用下沉人土样中。 3.观察试锥 当锥体经10s，沉人深度恰好10mm，也就是圆锥体上的刻线刚好与土样表面齐平，表示土样此时的含水率为液限，若沉人深度小于10mm时，表示含水率小于液限，则将杯内土样取出（剔除沾有凡士林的土）置于调土杯内滴加少量蒸馏水，重新搅拌，重复2、3步骤。若10s内下沉大于10mm，表示含水率已超过液限，取出土样继续搅拌，用吹风机吹干使多余水分蒸发后，再进行试验，直到满足要求为止。 4.测定含水率 试验合格后，将锥体取出，用洁净刀刮出粘有凡士林的土样，用刀尖刮取土样10-15g，装人称量盒中，测定其含水率，即为液限。(四)计算 式中： m1湿土加铝盒质量(g) m2干土加铝盒质量(g) m0铝盒质量(g)说明；本实验需进行两次平测定，要求平行差值不超过2%，取两次测定的算术平均值，精确至0.1%。三土的塑限测定（一）试验方法及适用范围塑限用滚搓法（搓条法）测定，如图3.2所示，其适用条件同液限。图3.2 滚搓法测塑限（二）仪器设备1.天平称量200g，感量0.01g2.毛玻璃板约2030cm23.烘箱、干燥器4.其它铝盒、调土刀、吹风机、滴管等。（三）操作步骤1.制备试样将原状土或取已过0.01mm筛的风干土，加少许蒸馏水调成不粘手的泥块用湿布敷盖，静置24h。2.揉捏试样为使试验前土样含水量接近于塑限，可将土样放在手中揉捏至不粘手，或用吹风机稍吹干些，然后将土样捏扁，如出现裂缝，表示含水量接近塑限。3.手掌搓条 取制好的土样一小块约 8-10g，用手搓成椭圆形，放在洁净、干燥的毛玻璃板上，用手掌中部轻轻滚搓，手掌的压力要均匀施加于土条上，不得使土条有空心现象，土条长度不宜大于手掌宽度。当土条搓成3mm时不产生裂缝或土条直径大于3mm时开始断裂都应重新取样进行试验。当土条搓成3mm时，产生裂缝，并开始断裂，表示试样的含水率达到塑限含水率，将合格的土条迅速装入铝盒，盖好盒盖，继续制备土条。4.测定含水率 取直径3 mm有裂缝的合格土条3 -10g(约10根)装入称量盒，测定其含水率，即为塑限。(四)计算 塑限式中： m1湿土加铝盒质量(g) m2干土加铝盒质量(g) m0铝盒质量(g)本试验应进行两次平行测定，两次测值的差值，当L 40时，不得大于1，L 40时，不得大于2。四试验记录见表3.1表3.1 土的液限、塑限试验记录五成果整理分析1. 塑性指数根据Ip可对粘性土进行分类，定出的各称。2.液性指数式中土的天然含水率。根据IL可确定此土所处软硬状态。3.结果误差分析六注意事项 在试验过程中，调整含水率，可晾干或用风机吹干，也可用调土刀拌和，或用手搓揉，使其水分蒸发，绝不可加进干土或用火烘烤。 测液限时放锥方法应是锥尖接触土面时，使锥体自由下落受自重力作用下沉，绝不能产生锥体的冲击作用。 液限杯中装土时，必须把土中气泡排尽。杯口刮平时宜采用刀刃，刮平次数不宜太多（特别是对塑性指数小于10的轻亚粘土），注意水析现象。刮去余土时，不得用刀在土面上反复涂抹。 搓条法避免土条在手掌下不受压力的滚搓，造成中空现象。对于塑性指数小于10的轻亚粘土，反复滚搓易引起水析现象，使中心较表面水分少，偶尔有一处断裂不能认为达到塑限。对高塑性豁土，当土条搓到3mm时，虽无裂缝或断裂，但毛玻璃板上已无湿痕，可认为其含水率已达到塑限。图3.3 光电式液塑限联合测定仪1-水平调节螺钉；2一控制开关；3一指示发光管；4一零线调节螺钉；5一反光镜调节螺钉；6一屏幕；7一机壳；8一物镜 调竹螺钉；9一电磁装置；10一光源调节螺钉；11一光源装置；12-圆锥仪；13一升降台；14一水平泡；15一盛土样杯七液限、塑限联合测定（一）试验目的 根据圆锥仪测得的人土深度与其相应的含水率在双对数坐标上具线性关系的特性，测得土在不同含水率时的圆锥人土深度，绘制其关系直线图，据人土深度在图中，找出该试样的液限和塑限。（二）试验适用条件 同液限试验。（三）试验仪器 1.液限、塑限联合测定仪如图3.3所示，包括带标尺的圆锥仪、电磁铁、显示屏、控制开关和试样杯。锥体质量为76g，锥角为30,读数显示形式为读数显示宜采用光电式、游标式和百分表式等。试样杯内径为40mm，高度为30mm。2.天平称量200g，最小分度值0.01g3.其他同液限试验。（四）操作步骤1.制备试样本试验宜用天然含水率试样和风干试样，当试样中含有粒径大于1.0mm的土粒和杂物时，应过0.10mm的筛，取过筛的有代表性的试样200g，分成三份，放人盛土器皿，加不同数量的纯水，调制成不同稠度的试样的含水率分别接近液限、塑限和二者的中间状态，将试样调匀，盖上湿布，湿润一昼夜。2.装样入杯将制备好的试样搅拌均匀，密实填人试样杯中，用刀一次刮平表面。3.放锥入样将试样杯放在联合测定仪的支座上，在圆锥上涂抹一薄层凡士林，接通电源，使电磁铁吸住圆锥，调节零点，调整升降座，使圆锥尖接触土样面，指示灯亮时，圆锥在自重作用下沉人试样，经10s后测读圆锥下沉深度。取出试样杯，取部分试样测定含水率。4.测定圆锥下沉深度和含水率以相同步骤分别测定三个试样的圆锥下沉深度和含水率。（五）试验记录见表3.2（六）计算及绘图1.计算同前。2.绘制曲线如图3.4所示，以含水率为横坐标，圆锥下沉深度为纵坐标，在双对数坐标纸上绘制关系曲线，三点应在同一直线上。当三点不在同一直线上时，通过高含水率的点与其余两点连成两条直线，在下沉深度为2 mm处查得相应的两个含水率，当两个含水率差值小于2时，应以两个含水率的平均值与高含水率的点连线；当两个含水率的差值大于或等于2时，应重做试验。在含水率与圆锥下沉深度的关系图上，查得下沉深度为17 mm所对应的含水率为17 mm液限，查得下沉深度为lOmm所对应的含水率为10 mm液限，查得下沉深度为2mm所对应的含水率为塑限，取值至整数。表3.2液限、塑限联合测定图3.4锥体下沉深度与含水率（水质量分数）关系曲线八碟式液限仪法介绍（一）试验目的测定粘性土液限L。（二）试验仪器1.碟式液限仪见图3.5，由铜碟、支架、硬橡胶底座； 2.开槽器；带量规，具有一定形状和尺寸。3.天平感量0.01g4.烘箱温度105一110；图3.5.碟式液限仪5.其他：酒精（纯度95%）、称量盒、调土刀、调土杯、滴管、蒸馏水等；（三）碟式液限仪液限试验的步骤1本试验宜采用天然含水率试样，当土样不均匀时，采用风干试样，当试样中含有粒径大于05mm的土粒和杂物时，应过0.5mm筛。 2. 当采用天然含水率土样时，取代表性土样250g;采用风干土样时，取0.5mm筛下物的代表性土样200g，将试样放在橡皮板上用纯水将土样调成均匀膏状，放人调土皿，浸润过夜。3.调整铜碟与底座之间的距离，使之为l0 mm; 4. 将制好的试样充分调拌均匀，铺于铜碟的前半部，用调土刀将铜碟前沿刮成水平，使试样中心厚度为10mm，然后用开槽器经蜗形轮的中心沿铜碟直径将试样划开，形成V形槽，使V槽底宽为2 mm;5以每秒两转的速度转动摇柄，使碟反复起落25次左右，距离为10 mm，直至土样在槽底的合拢长度为13 mm，记录击数，此时对应的含水量为液限。平行试验要进行二次，取其测试结果的算术平均值。如果土试样达不到要求标准，必须重作；将试验结果填入试验报告（见前面表3.1或表3.3） 6.取出上述标准泥不少于10 g,按前作含水量试验，就得到相应的液限含水量。平行试验要进行两次，取其算术平均值；（四）计算 1)计算含水率表3.3 碟式液限仪试验记录2)在半对数坐标纸上绘击数N与含水率二关系直线。取直线上N=25时对应的整数含水率，这即为试样的液限L（见图3.6）。图3.6液限曲线九思考题 1.塑限、液限的大小与哪些因素有关?工程上为什么普遍按塑性指数对粘性土进行分类?2.粘性土只根据其天然含水量，能否判别该土的软硬程度?为什么?3. 如果试验结果表明某粘性土IL1，但该土并不是流动状态而仍具有一定的强度，这是否可能?为什么? 试验四土的固结（压缩）试验一试验目的该试验的目的是测定试样在完全侧限、单向排水的条件下受稳定荷载作用，土体变形和压力或孔隙比和压力关系。通过计算求得压缩系数、压缩模量、变形模量等压缩性指标，并以此来分析、判别土的压缩性和天然土层的固结状态，计算建筑物及地基的沉降。二试验方法及适用范围本试验采用侧限压缩仪法。土的压缩试验一般按稳定标准分为三级。稳定压缩在每级荷载下24h内土样不再被压缩，被认为稳定后，才可以施加下一级荷载。常规压缩试样1h内压缩变形不超过0.OOlmm（相对于试样高度为20mm而言），即认为稳定，或以满24h为标准，然后施加下一级荷重。以该方法为规范在生产中广泛应用。快速压缩规定每级荷载的压缩时间为1h，仅在最后一级荷载下，除测读1h的变形量外，还应测达到稳定时的变形量。根据最后一级变形量校正前几级荷载下试样的变形量。对沉降计算精度要求不高而透水性较高的土，可采用此方法。但对低密度、高含水率的软豁土（天然密度小于1.70g/cm3，含水率大于100），则应控制加荷载量，以避免试样受压挤出或触变破坏。本试验方法适用于饱和粘性土、非饱和土、黄土。只进行压缩，测压缩系数、压缩模量。三仪器设备 1.三联固结仪(三联压缩仪)：目前常用的压缩试验仪有磅称式、杠杆式等形式，本次试验采用杠杆式中压三联固结仪，它主要包括压缩容器及加压设备两部分，如图4.1、图4.2。 常用土样面积为50 cm2，高2.0cm；环刀：内径7.98cm，高2.0 cm。环刀应具有一定的刚度，内壁应保持较高的光洁度，宜涂一薄层硅脂或聚四氟乙烯；透水石：上、下透水石直径应相等并略小于环刀内径，约0.2-0.5 mm。透水石的透水系数应大于土样的渗透系数；图4.1固结仪示意图2. 加压设备：应能垂直地在瞬间施加竖向各级规定的压力。使用灵敏有效的杠杆系统加荷设备即可；3. 变形量测定设备：即百分表，量程为10mm，精度0.01mm。4.其他：天平(感量0.01g)、秒表、烘箱、铝盒、修土刀、滤纸、透水石、凡士林等。同测定密度及含水量所用设备。四操作步骤 1.切取试样:按密度验切取土样：环刀称重后在其内壁涂一薄层凡士林刀口向下放在土样上，然用修土刀将土样修成略大环刀直径的土柱，环刀垂下压，边压边修，直至土伸出环刀为止，再削去两余土，刮平。取环刀两侧余土测定含水量和土粒比重。擦净环刀外壁，称环刀加湿土重，确至0.1g。2.安装:在固结仪内底板上按顺序放好洁净而湿润的透水石(大于环刀直径)、滤纸，套上护环，装上百分表支架，将装有试样的环刀放入护环中，上覆滤纸和洁净湿润的透水石(略小于环刀内径)，加上导环，最后放上加压盖使各部分密切接触，保持平稳。图4.2三联固结仪示意图3.检查调试:检查加压设备是否稳固、灵敏及位置是否正确。轻轻抬起杠杆，将装好试样的压缩容器放在加压台的正中，使加压横梁的钢珠与加压上盖紧密配合。然后装上百分表，调节表脚使其可伸长的长度不小于8mm，并检查表是否灵活和垂直。 4.施加预压荷载:通过加压设备在试样上施加预压荷载约1kPa，使压缩仪各部分紧密接触，然后调整量表，使其大小指针均对准零点或某一整数作为起始读数，并记录。 5.加载观测: a.确定需要施加的各级压力，压力等级宜为50kPa, 100kPa, 200kPa, 300MPa，400kPa。 b.卸去预压荷重，立即施加第一级荷载50kPa，在加荷同时开动秒表，加荷时应将砝码轻轻地放在砝码盘上，避免因冲击、摇晃而使试样产生额外的变形和砝码掉落伤人。如系饱和试样，应在施加第一级荷载后，立即向压缩仪容器中注满水。如系非饱和试样，则应以湿棉花围护在传压板上面以防水分蒸发。 c.观测读数：每级加荷后，要按规定时间及时读出土样变形量，直至变形稳定为止，一般以24小时为准。如加荷后可按下列时间测记百分表读数：10、30、1、2、5、10、20、30、60、90、12024h直至稳定为止，沉降稳定标准为量表读数的变化不超过0.005mm/h。因教学时间所限，本试验每级加荷后1015分钟即认为压缩已稳定，记录百分表读数，再加下次荷重。d. 按上述步骤逐级加压观测直至最后一级荷重稳定为止。6.将各级荷载及相应的变形记录填人压缩试验记录表4.1并进行压缩试验计算7.试验结束后，迅速顺次拆去测微表，卸除砝码，取下容器，拿出护环，小心地取出带环刀的试样，用烘箱法测定试验后试样的含水量。清洗并擦干之。五试验记录见表4.1六计算及绘图1.按下式计算初始孔隙比e。表4.1 固结（压缩）试验2.按下式计算试样的土粒高度hs3.按下式计算某压力下压缩稳定后的孔隙比4. 按下式计算压缩系数a1-2和压缩横量E5.绘制压缩曲线：以压力p为横坐标，以e为纵坐标绘制e-p曲线。如图4.3所示。 图4.3土的压缩曲线6.结果分析：七注意事项 透水石应经常保持平整、清洁、透水性良好。加荷后注水要视试样的天然含水率而定。当0L时，可注水饱和；0L 时，透水石仅需浸湿，用湿棉纱围住加压板周围，待加压至试样的土层自重压力(p0）时即可注水；若0P时，将透水石稍微浸湿，用湿棉纱围住加压板直至试验结束。加第一级荷载时，应根据土质的软硬程度确定，软粘土加荷量要小些，较密实的硬试样，加荷量可大些。 加荷时应轻放砝码，避免冲击和摇晃。在试验过程中应保持杠杆水平。总荷重不能超过加压设备的最大承受荷载。 试验前，应检查仪器各部件是否灵敏、完好。如有必要应对压缩仪器进行校正，并测定压缩仪的变形量。八思考题1. 侧限压缩试验中试件的应力状态与地基土的实际应力状态比较差别如何?在什么条件下两者大致相符?2. 土的压缩量一般需要比较长的时间才能稳定，我们只测读10min的读数，得出的结果a1-2等是否会有很大误差?如何分析?3.从天然土层中取原状土样在室内做实验得出的压缩曲线是否为原始压缩曲线?为什么?试验五 土的直接剪切试验一、试验目的测定土的抗剪强度指标c和。二试验方法直接剪切试验是测定土的抗剪强度的一种常用方法。试验的原理是根据库仑定律，土的内摩擦力与剪切面上的法向压力成正比。将土制备成几个土样，分别在不同的法向压力下，沿固定的剪切面直接施加水平剪力进行剪切，得其剪坏时的剪应力，即为抗剪强度 f。然后，根据剪切定律确定土的抗剪强度指标和C。 直接剪切仪，按施加剪力的方式不同，分为应变控制式和应力控制式两种。应变控制式是通过弹性钢环变形控制剪切位移的速率；应力控制式是通过杠杆用砝码控制施加剪应力的速率，测相应的剪切位移。目前，多用应变控制式；应力控制式，施加砝码时易引起冲击力，使用不多，只适宜作慢剪或长期强度试验。 按土样在荷重作用下压缩及受剪时的排水情况不同，试验方法可分三种； (1)快剪法(或称不排水剪)：即在试样上施加垂直压力后，立即加水平剪切力。在整个试验中，不允许试样的原始含水率有所改变(试样两端敷以隔水纸)，即在试验过程中孔隙水压力保持不变(35min内剪坏)。 (2)慢剪法(或称排水剪)：即在加垂直荷重后，使其充分排水(试样两端敷以滤纸)，在土样达到完全固结时，再加水平剪力；每加一次水平剪力后，均需经过一段时间，待土样因剪切引起的孔隙水压力完全消失后，再继续加下一次水平剪力。 (3)固结快剪法：在垂直压力下土样完全排水固结稳定后，以很快速度施加水平剪力。在剪切过程中不允许排水(规定在35min内剪坏)。 由于上述三种实验方法的受力条件不同，所得抗剪强度值也不同。因此，必须根据土所处的实际应力情况来选择试验方法。直接剪切试验不能严格控制排水条件，以土样所受的总应力为计算标准，故所得强度为总应力强度。施加某一垂直压力后，逐渐施加水平剪应力，同时测得相应的剪切位移L，直至土样被剪坏为止。通常以剪应力的最大值(峰值)或稳定值作为抗剪强度f，如无明显变化，以剪切位移等于4mm(土样直径为64mm)的剪应力值作为土的抗剪强度。二、试验仪器直接剪切仪：应变控制式直剪仪(图9-1)或应力控制式直剪仪(图9-2)。其它：天平、修土刀、环刀、推土器、凡士林、滤纸或蜡纸、秒表、直尺、测角器等。图9.2 应力控制式直剪仪示意图1-轮轴 2-透水石3-带孔压板 -销钉 5剪切面 6-剪切系统 7-压力系统图9.1 应变控制式直剪仪示意图1-轮轴 2-底座 3-透水石 4-测微表 5-活塞 6-剪切盒 7-土样 8-下盒 9-测微表 10-量力环 三、操作步骤切取土样按工程的需要，用已知质量、高度和面积的环刀，取相同试样45个，并测其密度其密度差不应大于0.03gcm3，取余土测含水率。 检查仪器(1)检查竖向和横向传力杠杆是否水平，如不平衡时，调节平衡锤使之水平；(2)上下销钉和升降螺丝是否失灵； (3)检查测微表灵敏性， (4)将上下盒间接触面及盒内表面涂薄层凡士林，以减少摩阻力；(5)对应变控制式直剪仪，尚需检查弹性钢环两端是否能与剪切容器和端承支点接紧；将手轮逆时针方向旋转，使推进器与容器离开，然后将推进器的保险销钉拧开，检查螺勾轮或涡杆与螺丝槽有无脱离现象。安装试样(1)对准上下盒，插入固定销。在盒内放入透水石一块，其上覆隔水蜡纸(快剪)或湿滤纸(固快、慢剪)一张；(2)顺次加上活塞、钢球及加压框架。垂直加荷 每组试验至少取四个试样，在四种不同垂直压力下作剪切试验，垂直压力由现场预期的最大压力决定，一般垂直压力分别为0.1、0.2、0.3、0.4MPa。各垂直压力可一次轻轻施加：若土质松软，也可分次施加，以防土样挤出。每级垂直荷重下的固结标准如下： (1)慢剪法和固结快剪法，要求土样垂直变形在每小时内小于o.005mm，此时才认为固结达到稳定。 (2)快剪法在加垂直荷重后，须立即进行剪切。 水平剪切 (1)应变控制式直接剪切仪；转动手轮，使上盒前端钢珠刚好与量力环接触：调整量力环中的测微表读数为零。 施加垂直压力后拔出固定销，开动秒表，固结快剪和快剪法以每分钟412转均匀速率旋转手轮，使试样在35min内剪坏。如量力环中测微表指针不再前进，或者显著后退，则表示试样已被剪坏；一般宜剪至剪切变形达到4mm，若测微表指针继续前进，则剪切变形应超过6mm才能停止。同时，测记手轮转数n和量力环测微表读数只，剪切位移L20nR (L和R的单位都为0.01mm)。 慢剪法剪切速率应小于0.0200.025mmmin，一般用电动装置。 (2)应力控制直剪仪：当试样在垂直荷重作用下垂直变形达到要求后，拔出固定销钉，用升降螺丝使盒微微抬起o.11.0mm，其后按以下标准加水平荷重： 固结快剪和快剪法，水平加荷速率控制在35min内将试样剪断。为此，每隔1520min加下级水平荷重。每次加荷前，测记水平测微表读数。当在某级水平荷重下水平变形不停止，测微表继续移动时，即认为试样剪坏。慢剪法，加第一次水平荷重后，每隔2min测记水平变形一次，在2min内水平变形不超过0.01mm时，方能加下一级水平荷重，直至剪断为止(标准同前)。 拆除仪器剪切结束后，测记垂直测微表读数，吸去盒中积水，尽快地依次卸除测微表、荷载、上盒等；必要时，沿剪切面取试样测定剪切后的土样含水率。四、成果整理计算各级垂直荷重下土的抗剪强度f及剪切位移L (以峰值抗剪强度为准：必要时，绘制剪应力与剪切位移关系曲线，选择抗剪强度)应变控制式直剪仪fCR （9-1）式中：C量力环校正系数，Mpa/0.01mm；R-量力环测微表读数，0.01mm。应力控制式直剪仪f(F-f)/A （9-2）式中：F-水平剪切力，FQL，N；f剪切盒间的摩擦力，N，其值小于垂直荷重1%时，可忽略不计；A试样面积，cm2,Q施加的砝码重力，N；L杠杆比例。绘制f-关系曲线：以抗剪强度f为纵坐标，以垂直压力为横坐标，绘制f-关系直线(图9-3)，直线的倾角为土的内摩擦角，直线在纵坐标轴上的截距为土的内聚力C 。当f-直线中三点不能连成一条直线，且相差不大时(不超过相应抗剪强度的5%)可用三角形法求得近似直线代替。其做法是；连接三点组成一个三角形，通过此三角形三中线的交点(三角