【精品实用】土工室内实验指导书

土工室内实验指导书 郭蔓丽 高金川 中国地质大学（武汉）工程学院 二零零 三 年三月 实验一 密度试验 一、 试验目的及意义 土的密度是单位体积土的质量，测定土的密度，以了解土的疏密和干湿状态，供其它物理性质指标换算和工程设计及施工质量控制之用。 二、 试验方法及使用范围 依测定土的体积方法的不同，可分为环刀法和蜡封法。在现场条件下，对于粗粒土，还可用灌砂法和灌水法等。环刀法适用于一般粘性土，使用很普遍，蜡封法只是当土样易碎裂，形状不规则，难以切削时才采用。在此，我们只要求 环刀法。 三、 试验仪器设备 1. 环刀：内径 68 23 2. 天平：称重 500g，感量 3. 其它：切土刀，钢丝锯，卡尺，凡士林等。 四、 试验步骤 1. 用卡尺测出环刀的内径（ d）和高度（ h），算出环刀的容积。（ V= dh/4）。 2. 称环刀的质量 确至 3. 取原状土或制备所需状态的扰动土样，整平其两端，将环刀内壁涂一薄层凡士林，刃口向下放在土样上。 4. 用切土刀（或钢丝锯）将土样削成略大于环刀直径的土柱，然后将环刀垂直下呀，边压边削，至土样伸出环刀为止，将两端余土削去修平，取剩余的代表性土样测定含水量。 5. 擦净环刀外壁称其质量 确至 五、 成果整理 1. 按下式计算土的天然密度（ ）、干密度（ d） =(V d= /(1+ 2. 本试验必须进行二次平行测定，其平行差值不得大于 结果取平均值。 实验二 含水量试验 一、 试验目的及意义 测定土的含水量，即土在 105110 温度下烘干至恒重时所失去的水份质量与达到恒重后干土质量的比值。其值用以与其它试验配合计算土的干密度、孔隙比、饱和度以及其它物理指标，它也是土工建筑施工质量控制的依据。 二、 试验方法及使用范围 含水量试 验可采用如下几种方法：烘干法、酒精燃烧法、烧干法、比重法、实容积法。 本次试验采用烘干法。它适用于有机物（泥炭、腐植质等）含量不超过干土质量 5%的土，如果土的有机质含量在 510%之间，依然允许采用本规程进行试验，但需注明有机质含量。 三、 试验仪器设备 1. 烘箱： 红外烘干箱，可调范围 20200 ； 2. 电子天平： ，称 量 200g，感量 3. 称量盒、干燥器。 四、 试验步骤 1. 取代表性的试样 1530g 放在称量盒里，立即盖好，称盒加湿土质量，准确至 2. 打开盒盖，将盒盖套在盒子底下，一 起放入烘箱中，在温度达到 105110 的状态下烘至恒重，烘干时间一般为：砂土约 12h，粘制粉土约 68h，粘土约 10h。 3. 将烘好后的试样同称量盒一并放入干燥器内冷却至室温。 4. 从干燥器内取出土样，盖好盒盖，称其盒加干土重，准确至 含水量（ %） 允许平行差值 40 2 5. 依照上述步骤，每一个土样需做两次平行测定，取其算术平均值，允许平行误差如上表所示。计算准确至 五、 成果整理 0=(m0/100 式中 0 含水量， %； 湿土质量， g； 干土质量， g。 实验三 液、塑限试验 一、 试验目的及意义 细粒土由于含水量的不同，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。本实验目标就是测定细粒土的这两个界限含水量，从而算出塑性指数 液性指数 据这些参数可以定出图样名称，并确定其地基的允许承载力。 二、 试验方法及使用范围 本实验采用光电式液、塑限仪联合测定液、塑限，它适用于小于 粒组成的与有机质含量不 超过土颗粒干质量 5%的细粒土。 三、 试验仪器设备 1. 光电式液、塑限联合测定仪，其主要组成部分如下： 括锥体、微分尺、平衡装置三部分。总质量为 76g 锥用不锈金属材料加工而成，锥角为 30 2 ，微分尺量程为 22线距离为 顶端磨平，能被磁铁平稳吸住。 S 的显示装置。 2. 调土刀、筛（ 凡士林及其他的含水量试验相同的仪器。 四、 试验步骤 1. 将 天然含水量的土样（也可用风干土制备）过 ，然后按下沉深度约为45910 1618围制备不同稠度的土膏，静置一段时间（视土吸收水分情况而定、一般 12 小时以上，课堂上时间有限，可即调即做）。 2. 将土膏用调土刀充分调拌均匀，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，使初始读数于零位刻线处，调节升降座，使圆锥仪锥尖刚好接触土面，圆锥仪就在自重作用下沉入土内 ，经 5 秒测读圆锥下沉深度。然后将试样杯中的试样取 10g 左右，测定其含水量。 5. 重复 2、 3、 4 步骤测试其余两个试样的圆锥下沉深度和相应含水量。 五、 成果整理 1. 1=(m0/100 式中： 1 含水量， %； 湿土质量， g； 干土质量， g。 计算到 2. 将三个含水量与相应的圆锥下沉深度绘于双对数坐标纸上，三点连一直线。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2查得相应的两个含水量，如果差值不超过 2%，用平 均值的点与高含水量点作一直线。若含水量差值超过 2%应补作试验。 3. 根据液限 L 和塑限 P 算出塑性指数 P= )，然后根据有关规范定出土名。 实验四 固结试验 一、 试验目的及意义 固结试验是将天然状态下原状土样或人工制备的扰动土样置于金属容器内，在有侧限和两端面排水条件下加荷，测定土样在外力作用下排水、排气、气泡压缩性质的测试方法。根据单向变形与压力（或孔隙比与压力）的关系及变形与时间的关系可以计算出土的压缩系数（ 压缩指数（ 压缩模量（ 体积压缩系数（ 回弹指数（ 垂 直固结系数（ 及土的先期固结压力（ 以评价地基土的压缩性能，估算建筑物地基的最终沉降变形量，为工程设计提供依据。 二、 试验方法及使用范围 固结试验分为常规固结试验和快速固结试验。均适用于一般粘性土。 常规固结试验采用的变形结束标准是每级荷载作用时间为 24 小时； 快速固结试验则规定每级荷载作用时间为一小时，仅要求最后一级荷载作用时间为 24小时，而根据最后一级荷载下的变形量校正前几级荷载下的变形量。由于快速固结试验节省时间，同时又能满足一般精度要求，故常为生产单位采用。 本次试验，我们只进行快速固结试验 ，而且对回弹指数、固结系数、先期固结压力不作要求，只测定土的一般压缩性指标。 三、 试验仪器设备 1. 三联固结仪； 2. 百分表：精度 3. 天平：称量 500g，感量 4. 烘箱、铝盒、干燥器； 5. 秒表； 6. 切刀土、钢丝锯、毛玻璃、凡士林、滤纸、透水石等。 四、 试验步骤 1. 按工程需要选择 50或 30 切土环刀。环刀内测涂一薄层凡士林，刃口向下放在原状土或人工制备扰动土上（注意切取原状土时，应使土样受压方向与天然土层方向一致）。 2. 先将土样削成略大于环刀直径的土柱，然后边压边削，直到土样露出环刀为止。再用钢丝 锯（对于软土）或切土刀（对较硬或硬土）将环刀两端余土削去并修平，擦净环刀外壁。修平时，不得来回压抹，以防扰动土样。 3. 测定土样密度，并在余土中去代表性土样测定其含水量，用圆玻璃盖住环刀两端，以防水分蒸发。 4. 将带环刀试样，小心装入护环，并在试样两端面放上湿滤纸，再装入放有透水石（下）的固结容器内，然后放上透水石（上）和加压上盖，置于加压框架下，对准加压框架正中，安装百分表。 5. 为保证试样与仪器上下各部件间接触良好，应施加 1预压荷重（将两个挂钩置于砝码盘上），然后调整百分表，使指针读数为零。 6. 一般工程加荷等级采用： 25， 50， 100， 200， 400， 800， 1600， 3200后一级荷载应大于土层的自重压力与附加压力之和的 200300于一些特殊要求的试验，如高层建筑、重型厂房、海洋工程等，加荷等级可采用： 25， 50， 100，200， 300， 400， 600， 800， 1600， 3200， 要时增加到 6400 10000次试验，受时间限制，加荷等级取： 50， 100， 200， 300， 400 7. 施加第一级 50载时，应减去预压荷载。 试验过程中应始终保持加荷杠杆的水平，随时观察水平气泡是否居中，否则，逆时针调节手轮。 8. 如系饱水试样，则在施加第一级荷载后，立即向水槽注水至满。如系非饱水试样，须用湿棉纱或海绵围住加压盖板四周，避免水分蒸发。 9. 每级荷载作用时间为一小时，仅最后一级荷载作用时间为 24 小时。 10. 试验结束后，迅速卸荷并拆除仪器各部件，取出带环刀试样。如系饱水试样，则用干滤纸吸去两端表面水分，测定其含水量。 11. 仪器变形校正。以与式样相同大小的金属块代替试样放入容器中，象对土的固结试验一样加载进行试验，即可测得不同荷载下仪器的变形量。（由试 验室直接提供） 五、 成果整理 1. 按下式计算各级荷载下的校正后总变形量： hi)t(hn)t=K(hi)t 式中： 某级荷载下校正后的总变形量， (hi)t 某级荷载下压缩一小时的总变形量减去该荷载下仪器的变形量， (hn)t 最后一级荷载下压缩一小时的总变形量减去该荷载下的仪器变形量， ( 最后一级荷载下变形结束后的总变形量减去该荷载下的仪器变形量， K 校正系数（ K=(hn)t）。 2. 计算下列指标 1） 初始空隙 )00 各级荷载下的单位沉降量 010 h hS ii mm/m 3） 各级荷载下压缩稳定后土的孔隙比 00 )1( 或： 1000)1( 00 4） 某荷载范围内的压缩系数 11 10P 1()( 某一荷载范围内的压缩模量 Es S 11或 eE 1 以上各计算式中的符号意义 土粒比重； w 实验温度下水的密度（ g/； 0 初始含水量（ %）； 0 初始密度（ g/； 初始孔隙度比； 试样初始高度（ 某一荷载下的孔隙比； 某一荷载值（ 某一荷载下单位沉降量（ mm/m）； 压缩系数（ 1/ 压缩模量（ 3. 以孔隙比 载压力 制 缩曲线。 实验五 直接剪切试验 一、 试验目的及意义 在外部荷载作用下土体内部发生土粒间相对滑动，而引起土的一部分对另一部分的相对滑动。我们将土体抵抗这种破坏时所承受的最大剪应力称为抗剪强度。 本试验的目的就是通过应变式直剪仪模拟土受剪破坏时应力和工作条件测定土的抗剪强度，再根据 线来确定抗剪强度参数：内摩擦角和内聚力 C，它们之间的关系近似地服从库仑定律： S=C（式中 S 即 土的抗剪强度参数是研究土体稳定性的一个重要力学性质指标，是合理地确定地基土的允许承载力，预测及验算边坡、挡土结构物的稳定性所必需的力学指标。 二、 试 验方法及使用范围 直接剪切试验按受力情况分三种方法：快剪（ q），固结快剪（ 慢剪（ S）。 快剪试验是在试样上施加垂直压力后，立即施加水平剪切力，即不固结、不排水剪。它用于在土体上施加荷重和剪切过程中都不发生固结和排水作用的情况。 固结快剪与快剪不同之处仅在于施加了规定的垂直压力后，不是立即剪，而是先固结稳定，再施加水平剪切力。它适用于土体在施加垂直荷重下达到完全固结，但剪切过程中不产生排水固结作用的情况。 慢剪试验是在试样上施加垂直压力的过程中均应使试样排水固结。它适用于土体在荷重作用下，完全固结稳定 ，而剪切过程中孔隙水压力和含水量的变化与剪应力的变化相适应的条件。 本试验采用快剪法。 三、 试验仪器设备 1. 应变式电动、手摇直剪仪，型号为 2. 其他：环刀（内径 2削土刀、钢丝锯、秒表、蜡纸（或塑料膜）。 四、 试验步骤 1. 按工程需要，取原状土样或制备给定状态的扰动土样四个。 2. 对准上下盒，插入固定销。在下盒内放入透水石，上覆蜡纸或塑料膜一张。将装有试样的环刀平口向下，对准剪切盒口，在试样上放塑料膜、透水石，然后将试样徐徐推入剪切盒内，移去环刀，依次加上盖板、钢珠，将剪力盒置于仪器上。 3. 转动 手轮，使上盒前端钢珠刚好与量力环接触。调整量力环中的量表读数为零。加上压力框架，测记起始读数。 4. 施加垂直荷载：四个试样分别在四级不同的垂直压力下进行剪切试验。四级垂直压力由现场预期的最大压力决定，一般可采用 100、 200、 300、 400一级荷载都配有相应的砝码，见下表： 垂直荷载所加砝码对应表 垂直荷载（ 砝码重量（ 砝码数量 备注 50 框架杠杆自重加挂盘 加砝码需累计。例：加垂直荷载 200。 架、杆、盘重 +2+2=200载 。 100 200 300 400 5. 施加压力后，立即拔去固定销，开动秒表，以每分钟 4均匀速率旋转手轮，使试样在 3剪损，如量力环中量表指针不再前进，或有显著后退，表示试样已剪损。但一般宜剪至剪切变形达到 4量表指针继续前进，则剪切变形应达到 6止，手轮每转一转，同时测记量力环量表读数，直到剪损为止。 6. 剪切结束后，倒转手轮，尽快卸去垂直压力，用搭钩将加压杠杆钩上，并依次移去加压框架、钢珠、加压盖板及剪切盒等。取出试样 ，擦净剪切盒内外。更换新试样，按上述步骤分别完成各级垂直压力下的剪切试验。 五、 成果整理 1. 剪切力及剪切位移的计算 = L=20中： 剪应力， C 量力环率定系数； R 量力环量表读数， L 剪切位移，