非饱和土力学 实验报告

1、石家庄铁道大学石家庄铁道大学 研究生课程论文培养单位 土木工程学院 学科专业 岩土工程 课程名称 非饱和土力学 任课教师 冯怀平 考试日期 2015.1.15 学生姓名 陈 杰 学 号 120147121 研究生学院控制基质吸力的非饱和粉质粘土固结实验研究一、 实验的工程意义土力学发展至今，已形成一套完善独立的理论体系。然而，迄今为止的土力学主要是把其研究对象土视为两相体，即认为土是由土粒和孔隙水组成。严格的讲，迄今为止的土力学只能称之为饱和土力学。然而，实际工程中遇到的土多是以三相状态（土粒、孔隙水、孔隙气）存在，空气的存在，即使很少量，也会使土成为非饱和土，因此非饱和土在自然界分布广泛，并

2、且由于基质吸力的存在，使得非饱和土固结变形特性较饱和土要复杂的多。研究资料表明，基质吸力对土体的压缩变形特性有着不可忽视的作用。随着气候变化和人类活动的日益增强，人们需要解决的与非饱和土有关的问题越来越多，而非饱和土的性质十分复杂，工程上频繁遭遇非饱和土，土的固结性质对工程是至关重要的，但是目前来讲我国对非饱和粘性土的固结性质研究较少，本文对非饱和粘性土设计并进行了以下试验。二、 试验采用的仪器（一） 图1跟图2分别是实验采用的固结仪的实体和结构示意图图1图2该仪器主要由台架、试样盒、气压室、加载系统、排水系统、位移量测系统、孔压与荷载量测系统等部件组成。竖向加载也采用杠杆式加载装置。与常规的

3、固结仪相比，非饱和土固结仪有以下特点。（1）气压室。气压室下半部分是筒形金属底座，借以安装试样盒。其上半部分是可整体装卸的气压罩。竖向压力活塞杆穿过罩顶盖中央，活塞杆下端与荷载传感器相连。荷载传感器置于气压室可提高荷载量测精度。试样盒置于气压室内，利用气压室可对试样施加气压，控制试样基质吸力。（2）试样容器由底座、定位环等组成，内放试样。在试样下边有一高进气值陶土板。饱和的陶土板透水不透气，试样中的水可通过陶土板排出，气体则不能直接通过。但溶解在水中的气体可随水一起透过陶土板而积聚在陶土板下面。为及时排走这些气体，在式样盒底专门刻设螺旋槽，最后从螺旋槽末端流出。若不排水，则关闭两个阀门。试样上

4、面放一块多孔薄铜板，以便对试样施加气压。（3）试样的压缩量用位移传感器量测，数据自动采集(二)其它试验仪器天平、换刀、量杯、击样器、修土刀、钢丝锯、滤纸、凡士等。三、实验的测试内容和类似的试验（一）实验实测内容控制基质吸力的压缩试验。试验时打开底座排水阀，给试验施加一定的气压力，待变形达到变形条件和排水速率低到一定值时，再逐级施加竖向荷载。在试验过程中，基质吸力保持为常数。试验结果可得不同基质吸力下ep曲线，其中p是竖向净正压力；st曲线；vt曲线。（二）与本实验类似的试验（1）控制竖向净正压力p为常数的收缩试验。试验时先给试样施加一定的竖向压力p，待变形和排水速率满足指定要求时，再逐级施加气

5、压力，即逐级增大基质吸力。由此可得竖向净正压力p不为零的广义土水特征曲线，将其用于非饱和土问题的分析计算能反映上覆压力的影响，更符合实际情况。（2）控制气压力的不排水压缩试验。试验中要量测水压力和竖向变形，含水率保持不变，饱和度则发生变化（3）排水不排气压缩试验。试验中让气压室与大气连通，除量测竖向变形和竖向正压力外，还要量测孔隙水压力。四、实验土样和主要实验指标（一）土样主要实验指标。（1）试样含水率：w=12%（2）压实度：Dc=0.9 （3）试样总质量：m=116.04g（4）试样最大干密度：pdmax=1.92g/cm3（5）土粒比重：Gs=2.72（6）初始孔隙比：e0=0.574五

6、、实验操作步骤（1）首先配制含水量W=12%的土，放到保鲜袋里静置一天。（2）测定湿润土样不同位置的含水量，要求差值不大于±1%，采用击实土样法制备土样，注意分两层击实，试样静置一天以备明天使用。（3）将土样压入固结容器内，并且保证固结容器的陶土板清洁、湿润，顺次放上洁净而湿润的滤纸，在试样上再置洁净而湿润的滤纸和透水石各一，最后放下导环和加压上盖，加装竖向压缩位移传感器，保证试样与仪器上下各部件之间接触良好。（4）通过控制气压进气值基质吸力的大小，来控制基质吸力的大小。实验分级加载前，应先满足气水平衡条件。（5） 控制基质吸力而逐级增加净竖向压力的压缩试验，吸力控制为30 kPa、

7、50 kPa和75 kPa，净竖向压力按100 kPa，200 kPa，300 kPa，410 kPa，600 kPa ，1200kPa逐级增加，注轴变形量不超过0.01mm每小时，排水量2h不超过0.05m3，且每加一级荷载，需经24h左右。（6）实验结束后，应先关闭气压阀门，扭转三相排水阀门至闭合状态，吸去固结容器内的水，迅速拆除仪器各部件，取出试样，整理仪器设备。六、计算公式（一）计算公式（1）土的质量计算d=1+ k=ddmax m=v其中 d干密度（g/cm3） 密度（g/cm3） 含水率（%） m质量（g） dmax最大干密度（g/cm3） V体积（cm3）（2）试样的初始孔隙比e

8、o其中 e0初始孔隙比；w0试验前土样的含水率（%）；试样初始密度（g/cm3）；水的密度（g/cm3）。 （3）计算单位沉降量：（4）计算各级荷重下变形稳 定后的也隙比：七、数据处理及结果分析（一）由实验数据可得下列图表（1）沉降量s 为纵坐标，时间t 为横坐标，作沉降量与时间的s-t曲线。图3由图3可以看出随着荷载的增加试样的竖向变形呈阶梯型增大，并且每当加一级荷载时试样产生瞬时变形，然后逐渐趋于稳定。（2）排水 v 为纵坐标，时间t 为横坐标，作排水与时间的vt曲线。图4由图4可看出随着竖向荷载的不断加大试样的排水量呈曲线形增加，并且在开始加压时排水的速度较快，之后速度越来越慢，最后逐渐

9、趋于稳定。（3）孔隙比 e 为纵坐标，压力p 为横坐标，作孔隙比与压力的孔隙比与压力的 e - p 曲线。图5由图5可知随着竖向荷载的不断加大，土的孔隙比逐渐减小，且在竖向荷载小于600kpa时减小的速度较快，600kpa之后曲线趋于平缓。八、体会首先通过此次实验我了解到土力学实验不光是一份累人而繁琐的工作，还是一个很严谨细心的工作，所以做实验的时候一定要认真仔细 ，一个小的失误就会导致实验结果产生很大的偏差。其次，在实验过程中通过翻阅资料使我对土力学这门课有了更深一层的了解，以及明白了学习非饱和土力学的必要性和重要性，此外也增强了自己的动手能力，使理论和实践都得到了提高。最后感谢冯老师和同学的指导和帮助。总结（1）首先配制含水量W=12%的土，放到保鲜袋里静置一天再使用。（2）制备土样，注意分两层击实，试样静置一天以备明天使用。（3）将土样压入固结容器内，并且保证固结容器的陶土板清洁、湿润，顺次放上洁净而湿润的滤纸