岩土力学实验报告

实验报告课程名称：工程岩土实验姓名：黄露学号：1008100150学院：资源与环境工程学院专业：勘查技术与工程班级：勘技101班2013年07月14日实验一密度试验（环刀法）土的密度是指土的单位体积的质量，若用天然状态的土样测得的密度，称天然密度。一般常用环刀法或蜡封法测定土的密度，两者的主要区别在于测得土的体积不同。环刀法适用于较均一,可塑的粘性土。蜡封法适用于土中含有粗粒，或者坚硬易碎难以用环刀切割的土，或者试样量少，只有小块形状不规则的土样使用。对于饱和松散土，淤泥，饱和软土，不易取出原样的土，可用放射性同位素在现场测定其天然密度。砂土，砾石，可在现场挖坑用灌砂法测定。实验仪器环刀、切土刀、竹片、凡士林、玻璃板、电子天平实验原理用已知质量及容积的环刀，切取土样，使土体体积与环刀容积一致，这样环刀容积即为土体体积，称量后去掉环刀质量即得土的质量，通过计算得出土的密度。实验目的测定原状土的密度实验步骤1测定环刀质量：将完好的环刀擦拭干净，在电子天平上测出环刀的质量，记下读数。（环刀容积已给出为60cm³）2切取土样：在环刀内壁上涂上薄层凡士林，环刀刃口向下放在土样表面上，垂直向下轻压环刀，至土样高出环刀为止，用切土刀切掉环刀上端的高出环刀的土，使土面与环刀边缘齐平，再置于玻璃板上，削掉刃口一端的余土，使之与环刀刃口齐平。若两面的土有少许剥落，可用切下的碎土轻轻补上。3测定环刀和土样的总质量4计算土的密度注意事项1用环刀取土样时，必须严格按步骤操作2称量前应注意把天平调零，称环刀和土总质量时应把环刀外壁土擦干净试验记录试验一密度试验记录（环刀法）试验者：班级勘技101组别姓名黄露日期2013年7月8日试验日期土样编号环刀号码环刀＋土质量环刀质量土质量环刀容积密度（g）（cm3）（g/cm3）（1）（2）（3）（4）（5）（1）－（2）1202168.648.8118.8601.982211169.248.9120.3602.005平行差0.025g/cm3平均密度＝1.993g/cm3实验二测定土的含水率基本原理含水率是指土中水分质量与干土质量之比值。湿土在温度为100~150摄氏度的长时间烘烤x下，土中水分完全被蒸发，土样减轻的质量与完全干燥后土样的质量之比值，即为湿土的含水率，以百分数表示。测定含水率的方法很多，其区别是事土样干燥的方法不同，常用的有下列几种方法。烘干法：将土样置于烘箱中烘烤去除水分。烘干法只能在实验室中有烘箱设备的条件下进行，一般适用于有机质含量小于5%的土，若有机质含量为5%~~10%，仍允许用此法，但需注明有机质含量。酒精燃烧法：将酒精倒入土样中，燃烧除去水分。此法适用于野外勘测及施工等大量测定含水率的情况。酒精燃烧方式的晓得速度较快，故又称快速法。砂土炒干法：砂土中结合水少，可以将它放在铝盒中置于电炉上炒干，直至完全干燥，测其含水率。仪器设备铝盒两个；天平：感量为0.01g；烘箱；干燥器。操作步骤测湿土的质量先称的干净铝盒的质量m0后选取代表性的土样15g，放入铝盒内，盖紧盒盖，称铝盒加湿土的质量m1。烘干土样打开盒盖，将盛有土样的铝盒放入烘箱，在温度100~~150摄氏度下烘烤6小时以上至恒重。测干土的质量自烘箱中取出铝盒盖上盒盖，立即放入干燥器中，冷却后称盒加干土的质量m2，减去铝盒质量m0，既得干土质量。按下式计算含水率公式中：ω——土的含水率，%；m1——铝盒质量加湿土的质量，g；m2——铝盒质量加干土质量，g；m0——铝盒质量，g；平行测定每一样土样必须做两次平行测定，取其结果的算术平均值。允许平行误差值如下：含水率允许平行误差值<10%0.5%10~~40%1.0%>40%2.0%注意事项打开土样后，应立即取样称湿土质量，以免水分蒸发。土样必须按要求烘指恒重，否则影响测试精度。烘干的试样应冷却后称量，防止热土吸收空气中的水分，并避免天平受热不均影响称量精度。实验数据试验二含水量试验记录（烘干法）试验者：班级勘技101组别姓名黄露日期2013.07.08试验日期土样编号盒号盒＋湿土质量盒＋干土质量盒质量水质量干土质量含水量（1）（2）(3)(4)(5)(6)(1)－(2)(2)－(3)1F22031.726.916.24.810.744.86％2F22131.826.815.95.010.945.87％平行差1.01％平均含水量=43.37%实验三、四测定土的液限和塑限实验三锥式液限仪测液限仪器设备铝盒、调土碗、竹片、试杯、锥式液限仪、电子天平实验原理理论上讲，液限时，土出现一定的流动阻力，即有最小可量度的抗剪强度。国内外用不同的方法测定土的液限，锥式仪法是其中的一种，也是一种经过多次验证证实的当锥角为30º，重0.76N的圆锥体，沉入土体的深度为10mm时的含水率就是液限。实验目的测定原状土的液限实验步骤（1）制备土样：将天然土样捏碎后加水调匀至糊状，将土样装入试样杯中，轻轻拍打试杯，使杯中空气溢出，，待土样填满后，用调土刀抹平土面，使之与杯缘齐平。（2）放锥：在锥尖部分涂上一层薄薄的凡士林，用拇指和食指执锥柄，使锥尖与试样面接触，保持锥体垂直，轻轻松开手指，使锥体在其自重作用下沉入土中。（3）放锥15s左右，观察锥体沉入土中的深度，以土样表面和锥接触面为准，若恰到达标志线，则此时的含水率为液限；若锥体沉入深度高过或低与标志线，则应该挖去沾有凡士林的部分土，取出全部试样放在调土碗里，使水分蒸发或加水重新调匀，直至锥体下沉深度刚好到达标志线处。（4）测液限含水率：将所测得的合格土样，挖去中间沾有凡士林的部分后取锥体附近的土样15克左右放入铝盒中进行含水率的测定操作，求得液限含水率。注意事项（1）制备土样含水率过大时不能加干土或烘烤，只能自然风干或重置（2）放锥时要平稳，避免产生冲击力（3）从试杯取出土样时，必须将沾有凡士林的土去掉，方能重新调制或者取样测含水率实验四搓条法测塑限仪器设备铝盒、调土刀、调土杯、滴瓶；磁钵及橡皮头研棒；天平：感量为0.01g；烘箱、干燥器，电热吹风器；筛：孔径为0.5mm；毛玻璃板：约300mm×200mm；操作步骤制备土样按液限试验制备试样，但加的水分要少，使土团不沾手。搓条取一小块试样在手中揉捏成椭圆形，用手掌轻轻搓滚；手掌用力要均匀，土条长度不能超过手掌宽度，土条不能出现空心现象；当土条被搓至直径为3mm，且产生裂纹并开始断裂时，此时的含水率恰为塑限。若土条被搓至3mm仍未产生裂纹，表示其含水率高于塑限，应将土条重新揉捏，再搓滚之。若土条直径大于3mm就断裂，表示其含水率低于塑限，应弃去，重新取土揉捏搓滚，直至达到标准为止。每搓好一合格的土条后，应立即将它放在铝盒中，盖上盒盖，避免水分蒸发，直至土体重达3~~5g为止。3.测塑限含水率将放在铝盒中的土条称重，烘干后在称量干土的质量，计算含水率.平行测定本试验必须做两次平行测定，取其结果的算术平均值，计算标准确至0.1%；两次结果的差值，粘土。亚粘土不得大于2%；亚砂土不得大于1%。成果用测得之液限与塑限计算塑性指数，并按塑性指数分类定出土命。应用测得之液限。塑限、天然含水率计算液性指数，并评价土所处的稠度状态。注意事项搓滚土条时，必须用力均匀，一手掌轻压，不得作无压滚动；应防止土条产生中空现象，搓滚前土条必须经过充分的揉捏。土条必须在数处同时产生裂纹始达塑限；如仅有一条裂纹，可能是用力不均匀所致，产生的裂纹必须呈螺纹状。试验三、四界限含水量试验记录（液塑限测定）试验者：班级勘技101组别姓名黄露日期2013.07.09试样编号1234圆锥下沉深度(mm)10101010盒号P1P2P13P14盒质量(g)16.315.114.114.6盒＋湿土质量(g)27.224.829.229.6盒＋干土质量(g)24.422.423.323.8湿土质量(g)10.99.715.115.0水质量(g)2.82.45.95.8干土质量(g)8.17.39.29.2含水率(%)34.632.964.163.0液限(%)63.6塑限(%)33.75塑性指数29.85液性指数0.3土样分类可塑性粘土实验五侧定砂土的粒度成分（筛选法）一．实验原理筛选法是利用一套孔径不同的标准筛来分离一定量的砂土中与筛孔径相应的粒组，而后称量，计算各粒组的相对含量，确定砂土的粒度成分。此法只适用于分离粒径大于0.075mm的粒组。二．仪器设备（1）标准筛一套；（2）电子天平一台；（3）磁钵及木头研棒；（3）毛刷、白纸、尺等。三．操作步骤1.制备和选取土样干土样，可直接使用；称量干净空锡钵，记录数据（3）用四分法选取试样放于锡钵中；2.过筛和称量（1）用电子天平称量一定量（200g左右）的土样，并记录数据；（2）清理标准筛，并将标准筛按大孔径在上，小孔径在下的次序叠好，然后将已称量试样倒入顶层筛盘中，盖好筛盖。然后用手托起标准筛并护住筛盖左右前后进行筛析约15分钟。然后从上到下的顺序去下每只筛盘，并将筛盘中的土粒分别倒到不同的白纸上，直至干净；（3）依次对每一层筛盘及底盘取下的土粒进行称量，并记录数据。3.计算及误差分配(1)计算各粒组的百分含量，准确到小数后一位。Xi=(mi/ms)*100%式中：Xi——粒组百分含量；mi——某粒组质量；ms——试样质量。(2)各筛盘及底盘上的土粒质量之和与筛前所称试样总质量之差不得大于1%；否则，重新试验。小于1%则可考虑试验中产生误差的原因，分配给某些粒组，使各粒组的百分含量之和为100%。(3)试验完将不用的土样倒回指定装置。试验五颗粒分析试验颗粒大小分析试验记录（筛析法）试验者：班级勘技101组别姓名黄露日期2013.07.09孔径（mm）留筛土质量（g）累积留筛土质量（g）小于该孔径的土质量（g）小于该孔径的土质量百分数（％）99.62+0.05229.629.6182.485.71+0.07137.767.3144.768.0+0.080.546.7114.09846.5+0.040.2520.3134.377.736.51+0.070.07541.3175.636.417.11+0.07底盘总计36.4212d10＝0.04mm；d30＝0.2mm；d60＝0.8mm；CU＝d60/d10＝20；CC＝/d10d60＝1.25；说明土的级配情况良好土的级配曲线试验六测定土粒密度（比重瓶法）一、实验原理土粒密度是指土的固体部分的单位体积的质量。相应土粒的体积，通常用比重瓶法测定土粒的体积。土的比重是指土粒的质量与同体积4℃蒸馏水的质量之比。土的固体质量可以用电子天平测得，用比重法测定土的体积。原理是是：将土颗粒放入有一定水位的虹吸筒中，排开水的水量即为试样的体积。二、仪器设备比重瓶：容量为100cm3;分析天平；烘干的沙土；烘箱；纯净水；烧杯；滴管；孔径为0.5mm的筛三、实验目的测定土粒比重Gs四、实验步骤1测定比重瓶的质量:将干燥洁净的比重瓶置于电子天平上测定质量2测定砂土的质量：取已烘干的砂土15克左右，加入已知质量的干燥比重瓶中，在天平上称得土加比重瓶质量，减去瓶的质量即得砂土的质量ms。3煮沸排气：在装有土样的比重瓶中加入适量纯净水，轻摇比重瓶，使土粒分散；静置后放于沙浴上煮沸，由开始沸腾算起，煮沸时间不得少于30分钟，以排出气体。4测定比重瓶加水的质量煮沸完毕后，取出比重瓶冷却至室温，注蒸馏水于比重瓶中（注至近满加盖），然后在天平上称得质量m1。5测定瓶加水的质量倒掉瓶中悬浊液，洗净比重瓶，注蒸馏水到刚满加盖，擦干瓶外水分称重，得瓶加水的质量m2。6计算按下式计算土粒的比重，计算时精确到0.01GS=ms/(m1+ms-m2)注意事项1煮沸排气时，必须防止悬液溅出瓶外，火力要小，并防止煮干，必须将土中气体排净，否则影响实验结果2称量必须精准，称量时比重瓶外必须擦干试验六比重试验记录（比重瓶法）试验者：班级勘技101组别姓名黄露日期32013.07.09试验日期试样编号比重瓶号温度（℃）液体比重（g/cm3）比重瓶质量干土质量瓶加液体质量瓶＋液体＋干土总质量与干土同体积的液体质量比重平均比重（g）（g/cm3）(1)(2)(3)(4)(5)(6)(7)=(4)+(5)－（6）81556.815155.8165.15.72.63实验7测定土的抗剪强度指标之一(直接剪切试验法）一．基本原理直接剪切试验是测定读的抗剪强度的一种常用方法。直接剪切试验的原理是根据库伦定律，土的内摩擦力与剪切面与的法向压力成正比。将同一种土制备几个土样，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，得其剪坏时剪应力，即为抗剪强度，，。然后根据剪切定律确定土的抗剪强度指标。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。·目前多以应变控制式为主，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。按其在荷重作用下压缩及受剪时土样的排水情况不同，试验方法可分三种快剪法(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(试样两端用隔水纸)，即在试验过程中孔隙水压力保持不变(3—5分钟内剪坏)。慢剪法(或称排水剪)即在加垂直荷重后，使土样中能排出的水分全排出(武样两端用滤纸)，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乓力完全消失后，再继续加水平剪力。试验过程中，附加压力全部成为有效压力。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(规完在3—5分钟内剪坏)。上述三种方法的试验结果由于受力条件不同，导致所得抗剪强度不同，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δ后，逐渐施加水平剪应力τ，同时测得相应的剪切位移L，直至土样剪坏为止。通常以剪应力的最大值(峰值)或稳定值作为抗剪强度τf，如无明显变化，以剪切位移等于4mm(土样直径64mm)的剪应力值作为土的抗剪强度。二。仪器设备直接剪切仪应变控制式直剪仪(图工一33)或应力控制式直剪仪(图工一34)。其它天平、修土刀，环刀，推土器、凡土林，滤纸或蜡纸。秒表、直尺、测角器等。应变控制式直切仪示意图l一轮轴'2一底座13一透水石，4一测微表，5一活塞，6一上盒'7一土样，8一下盒：9一测微表'10一虽／儿G208图工一34应力控制式直剪仪示意图]—侧微表，2一透水石，3一带孔压板，4一销钉，5一剪切面，6一剪切系统，?一压力系统三，操作步骤．切取土样按工程需要，用已知质量，高度和面积的环刀，取相同试样4—5个，并测其密度，密度差不大于0．03g／c／11。，取余土测含水率。检查仪器；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下；上卜销钉和升降螺丝是否失灵；检查测微表灵敏性；上下盒间接触面及盒内表面涂薄层凡士林，以减少摩阻力，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·母轮或涡杆与螺丝槽有无脱离现象。安装试样对准上下盒，插入固定销。在盒内放人透水石一块，其上覆隔水蜡纸(快剪)或湿滤纸(固快、慢剪)一张；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，垂直压力是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)。对第一个试样施加100KPa的垂向压力，打开电源，读出剪切破坏时的表格数并记录下来，再对第二个试样施加200KPa的垂向压力，记录剪切破坏时相应的表格数，再对第三个施加300KPa的垂向压力，记录剪切破坏时相应表格数，再对第四个施加400KPa的垂向压力，读出剪切破坏时相应的表格数。5．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含水率。成果整理计算各级垂直荷重下土的抗剪强度τf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τf=CR式中：C——量力环校正系数，MPa／0，01mm；R——量力环测微表读数，0．0lmm。应力控制式直剪仪τf=式中：F——水平剪切力，F=QL,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，τf—δ关系曲线：以抗剪强度，τf为纵坐标，垂直压力δ为横坐标，绘制τf一δ关系曲线,根据图上各点连成直线，直线的倾角为土的内摩擦角α，直线在纵坐标上的截距为土的内聚力c。当τf—δ曲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。作法是：连接三点组成一个三角形，通过此三角形三中线交点(三角形重心)作平行于最长边的平行线，则此线为所求的近似直线。注意事项仪器应定期校正检查，保证加荷准确；每组几个试样应是同一层土，密度值不应超过允许误差；同一组试验应在同一台仪器中进行，以消除仪器误差；（4）应力式直剪仪加砝码时应稳妥，避免振动。试验七直接剪切试验记录试验者：班级勘技101组别姓名黄露日期2013.07.10仪器编号测力计系数K(kPa/0.01mm)100200300400垂直压力（kPa）1.2752.553.8255.1测力计初读数R0(0.01mm)0.000.000.000.00测力计终读数Rt（0.01mm）33.5042.0052.0068.50测力计读数差（Rt－R0）(0.01mm)33.5042.0052.0068.50抗剪强度（kPa）56.5870.9487.83115.70备注粘聚力c＝33.6（kPa）内摩擦角Φ＝17（°）(kPa)抗剪强度垂直压力p(kPa)实验八测定土的压缩性指标基本原理土的压缩性是指土在压应力作用下发生压缩变形，体积被压缩变小的性能。饱水土在压应力的作用下，由于孔隙水的不断排出而引起的压缩过程成为渗透固结。因此，饱水土的压缩试验亦称固结试验。固结试验是将土样放在金属器内，在有侧限的条件下施加压力，观察土在不同压力下的压缩变形量，以测定土的压缩系数等指标，作为工程设计计算的依据。仪器设备（1）杠杆式固结仪：包括加压及测压装置、压缩容器和测微表；（2）测土的含水率和密度所用的设备；（3）其他：滤纸、钟表等。操作步骤（1）试样制备：按工程要求取原状土或制备所需状态的扰动土样，按测定土的密度的方法用环刀切取土样。（2）安装环刀：将装有土样的环刀外壁涂上凡士林后，刀口向下套上护环，首先将底板放在容器内，底板上顺次放洁净湿润的透水石和滤纸各一，再借提环螺丝将护环放到容器内，然后再在试样上顺次放入洁净湿润的滤纸和透水石最后放上加压导环和传压活塞。（3）检查设备：检查加压设备是否灵敏，调整平衡锤使杠杆水平，然后用下部支撑螺丝顶住（4）安置容器：将装好式样的容器放到水平台固定位置再将上部加压框架放上，安装测微表。（5）施加预压：为保证式样与仪器上下各部之间接触良好，应施加1kPa的预压荷重。调整测微表读数为零。（6）加压观测：①加第一级荷重，其大小为0.625kPa,同时记录加荷时间；在实验过程中应始终保持加荷杠杆水平，加压时将砝码轻放在砝码盘上。②加荷后每隔1小时读测微表一次，以压缩满24小时为标准，或变形量每小时不大于0.005mm时即认定变形稳定。测记读数后，施加下一级