土质学与土力学实验指导书

土质学与土力学试验指导书（适用专业：土木工程，工程管理）建筑工程学院土木工程系一、含水量试验一、定义土的含水量是土在105~110℃下烘至恒量时所失去的水分质量与干土质量的比值，以百分数表示。二、目的含水量是土的基本物理指标之一，它反映土的状态，它的变化将使土的一系列力学性质随之而异；它又是计算土的干密度、孔隙比、饱和度等非实测指标的依据，是检测土工建筑物等施工质量控制的依据，可用来评价土的容许承载力和土的冻胀性。三、原理根据含水量的定义，只要测得天然土中的水质量mw和干土质量ms，即可得含水量。W=×100%四、试验方法及其适用范围简介在JTJ051—93中，介绍了烘干法、酒精燃烧法、比重法、碳化钙气压法四种方法。除此之外，还有一些部标中未规定的方法，以下作以简介。烘干法：是测定含水量的标准方法。本方法适用于有机物含量不超过干土重5%的土；若土中有机质含量在5~10%之间，仍可按本法进行，但应在试验记录中，注明有机质含量，并在65~70℃的恒温下烘干。酒精燃烧法：适用于含有机质较少的细粒土或砂类土。由于难以控制105~110℃的恒温条件，故国标中未列入。在野外实际中有时需要概括了解土的含水量，可用此法。比重法：仅适用于砂类土。碳化钙气压法：适用于路基土和稳定土含水量的快速简易测定。红外线照射法：标准烘干法和非标准法的区别在于烘干方式的不同。此法是将土样置于红外线灯光下烘干，通常将土样放于距光源5~15cm距离内照射约1h左右即可干燥。试验证明此法所得结果较烘干含水量略大1%左右。红外干燥箱体积小，有商业产品。炒干法：用锅将试样炒干，适用于砂土及含砾较多的土。实容积法：此法是利用根据波义耳—马略特定律设计的土壤水分速测仪，它通过土中固相、液相的体积，按土的经验比重值换算出土的含水量，适用于粘性土。对于少量的试样测试快，而对批量试样则操作过于烦琐。微波加热法：可用商业产品家用微波炉，一批土样一般几分钟就可烘干。经试验对比，多数土的测试结果与标准烘干法相对误差小于1.5%。但对一些含金属矿物质的土不适用，因为一些金属矿物质本身在微波作用下发热，其温度会超过100℃，从而损坏微波炉。真空干燥法：适用于有机质大于5%的土。目前国外则应用放射技术即中子放射，测定土的含水量。如用核子密度湿度仪。五、烘干法（一）仪器设备烘箱：可用电热烘箱或温度能保持100~105℃的其它能源烘箱，也可用红外线烘箱。天平：感量0.01g。干燥器：附干燥剂（为氯化钙）。称量盒：为简化计算手续，可将盒质量m0称出，3~6个月校正依次，以保证精度。（二）试验步骤取具有代表性试样，细粒土15~30g，砂类土、有机土为50g，放入称量盒内，立即盖好盒盖，称盒加湿土质量m1。（称量时，可在天平一端放上与该称量盒等质量的砝码，移动天平游码，平衡后称量得m1，准确至0.01g。）打开盒盖，并将盒盖套在底下，一并放入烘箱内，在温度105~110℃恒温下烘至恒量。烘干时间对细粒土不得少于8h，对砂类土不得少于6h。对含有机质超过5%的土，应将温度控制在65~70℃的恒温下烘干。将烘干后的试样和盒取出，放入干燥器内冷却（一般只需0.5~1h即可）。从干燥器内取出土样盒，立即盖好盒盖，称出盒加干土质量m2，准确至0.01g。计算土的含水量（%），准确至0.1%。w=式中：w—含水量，%m1—盒+湿土质量，gm2—盒+干土质量，gm0—盒的质量，g本试验须进行两次平行测定，允许平行差值符合表1—1的规定，取其算术平均值，以一位小数（%）表示。表1—1含水量测定的平行差值含水量（%）<5<40>40允许平行差值（%）0.312（四）特殊土的含水量测试方法注意事项对于粗粒土，称量盒可用铝制饭盒，瓷盘，相应的土样也应多些。含石膏土和有机质土的含水量测试含石膏土和有机土的烘干温度在110℃时，对石膏土会失去结晶水，对含有机质土其有机成分会燃烧，测试结果将与含水量定义不符。这种试样的干燥宜用真空干燥箱在近乎1个大气压作用下将土干燥，或将烘箱温度控制65~70℃，干燥8h以上为好。无机结合料稳定土的含水量测试水泥与水拌和会发生水化作用，在较高温度下水化作用发生较快。因此，如将水泥混合料放在原为室温的烘箱内，再启动烘箱升温，则在升温过程中水泥与水的水化作用发生较快，而烘干法又不能除去已与水泥发生水化作用的水，这样得出的含水量往往偏小，所以应提前将烘箱升温到110℃，使放入的水泥混合料一开始就能在105~110℃的环境下烘干。另外，烘干冷却时应用硅胶做干燥剂。(三)试验记录格式如表1—2。表1—2含水量试验记录（烘干法、酒精燃烧法）工程名称301国道试验者马贵土样说明扰动土计算者马贵试验日期1997年9月18日校核者李玉土样编号050708盒号101102103104118117盒质量（g）=1\*GB3①20.0020.0020.0020.007.007.00盒+湿土质量（g）=2\*GB3②38.8740.5440.6540.4539.8437.45盒+干土质量（g）=3\*GB3③35.4536.7636.1635.9432.1930.35水分质量（g）=4\*GB3④==2\*GB3②—=3\*GB3③3.423.784.494.517.657.92干土质量（g）=5\*GB3⑤==3\*GB3③—=1\*GB3①15.4516.7616.1615.9425.7923.53含水量（%）=6\*GB3⑥==4\*GB3④/=5\*GB3⑤22.122.627.828.330.429.4平均含水量（%）=7\*GB3⑦22.428.129.9六、酒精燃烧法（一）仪器设备称量盒：定期称量天平：感量0.01g酒精：纯度95%其它：滴管、火柴、调土刀（二）试验步骤选取代表性土样（粘质土5~10g，砂类土20~30g）放入称量盒内，立即盖好盒盖称质量m1，准确至0.01g。打开盒盖，用滴管将酒精注入放有试样的称量盒中，直至盒中出现自由液面为止。为使酒精在试样中充分混合均匀，可将盒底在桌面上轻轻敲击。将土盒放在非易燃物上（如水泥台面），点燃酒精，烧到火焰熄灭。将试样冷却数分钟，按2、3步骤的方法再滴入酒精，再燃烧。一般粘土需燃烧三次，砂土两次。（注：火焰未熄灭，切勿再加酒精，以免烧起伤手。）最后一次火焰熄灭后，立即盖好盒盖称干土加盒重m2,准确至0.01g。其余同烘干法。注：含水量试验可在土的界限含水量试验中进行。密度试验一、定义土在天然状态下单位体积的质量称为土的天然密度，也称为天然湿密度。ρ=式中：m—土的质量，gV—与m相应的土体积，cm3二、目的土的天然密度是土的基本物理性质指标之一，通过它可以基本了解土体的内部结构及密实情况，用它可以换算土的干密度、孔隙比、孔隙率、饱和度等指标。另外，在勘测，设计和施工中也常用到它。如：计算地基的允许承载力；计算建筑物地基的沉降量；计算边坡的稳定性；计算挡土墙所受的土压力；检验作为建筑材料土的质量等等。因此，无论室内试验或野外勘查及施工质量的控制均需要测定土的天然密度。三、原理其原理较简单，是先称出土体的质量，再测得其体积，进而求出单位体积的质量。在密度测试中，m较易测得，难测的是V值。V值的检测操作受人为因素影响很大。各种测试方法的不同均在于结合不同的实际情况测定土的体积的方法的不同。四、试验方法及其适用范围简介交通部行标JTJ051—93中规定了五种密度试验方法:环刀法、电动取土法、蜡封法、灌水法及灌砂法。除了行标规定的方法之外，国内外还有一些其它方法，下面分别作以简介。（一）环刀法：适用于不含砾石颗粒的均质细粒土的密度测试，在室内或工地、野外均可普遍采用。因其操作简便，所以被列为天然密度试验的标准方法。（二）蜡封法：适用于易破裂土和形状不规则的坚硬土的密度测试。（三）灌水法：适用于现场测定粗粒土和巨粒土的密度。（四）灌砂法：适用于现场测定细粒土、砂类土和砾类土的密度，也适用于沥青表面处治、沥青灌入式面层的密度和压实度检测，但不适用于填石路堤等有大孔洞或大孔隙材料的压实度检测。试样的最大粒径不得超过15mm，测定土层的厚度为150~200mm。（五）电动取土法：适用于无机结合料稳定细粒土和硬塑土密度的快速测定。（六）水袋法、水银排开法（国标中未列入）（七）对于饱和松散砂、淤泥、饱和软粘土，近年来采用放射性同位素法在现场测定天然密度已基本成功，如核子密度湿度仪法，国外则应用γ射线传导加以测定。五、环刀法（一）仪器设备环刀：内径6~8cm，高2~3cm，壁厚1.5~2mm。有不同型号的环刀可选用，可结合试验及仪器设备情况，选用剪切、压缩、渗透仪环刀。规定室内环刀容积为60~150cm3。施工现场检查填土压实密度时，由于每层土压实度上下不均匀，而每一层压实厚度达20~30cm，为提高试验结果的精度，可增大环刀容积，一般采用的环刀容积为200~500cm3。天平：感量0.1g。卡尺：1/50mm其它：修土刀、钢丝锯、凡士林、地质锤等。（二）试验步骤用卡尺测量环刀的内径及高，计算出环刀内部体积V（cm3）。用天平称环刀质量m2，准确至0.1g。按施工需要取原状土或制备所需状态的扰动土样，整平两端，环刀内壁涂一薄层凡士林，刀口向下放在土样上。手扶环刀轻轻下压，用修土刀或钢丝锯将土样上部削成略大于环刀直径的土柱，然后将环刀垂直下压，边压边削，至土样伸出环刀上部为止。削去两端余土，使与环刀口面齐平，若两面的土有剥落现象，可用切下的碎土补上。剩余土样测定含水量W0。擦净环刀外壁上的粘土，称环刀与土和的质量m1，准确至0.1g。计算湿密度ρ=7、计算干密度ρd=式中：ρ—湿密度，g/cm3m1—环刀与土的质量，gm2—环刀质量，gV—环刀体积，cm3ρd—干密度，g/cm3ω0—含水量，%试验须进行两次平行测定，取其算术平均值，其平行差值不得大于0.03g/cm3（三）试验记录表格如表2—1。表2—1密度试验记录（环刀法） 工程名称301国道试验者杨惠土样说明原状土计算者杨惠试验日期1997年9月10日校核者李玉土样编号0304环刀号1934636环刀容积Vcm3=1\*GB3①64.3464.34200.00200.00环刀质量m2g=2\*GB3②63.563.5143.3144.6土+环刀质量m1g=3\*GB3③156.2156.6465.4468.9土样质量g=4\*GB3④==3\*GB3③-=2\*GB3②92.793.0322.1324.3湿密度ρg/cm3=5\*GB3⑤==4\*GB3④/=1\*GB3①1.441.451.611.62含水量w0%=6\*GB3⑥9.39.4干密度ρdg/cm3=7\*GB3⑦==5\*GB3⑤/(1+0.01=6\*GB3⑥)1.471.48平均干密度g/cm3=8\*GB3⑧湿：1.45干：1.48注：密度试验可在土的固结试验中进行。三、土的液、塑限试验一、定义粘性土随着含水量的不同，分别处于不同的稠密状态，如流动状态、可塑状态、半固体状态、固体状态。为了确定土的稠密状态，就必须首先确定土从某一状态过渡到另一状态的含水量，以便划分其界限，此种含水量称为界限含水量。液限和塑限是在工程上经常遇到的两种界限含水量，定义如下：液限（wL）：土由流动状态转向塑性状态时的界限含水量，即保持塑性状态的最高含水量称为液限。塑限（wP）：土由塑性状态过渡到半固体状态时的界限含水量，即保持塑性状态的最低含水量称为塑限。二、目的土的界限含水量与土的机械组成、矿物成分、活动性、吸附水的表面电荷强度以及颗粒比表面积有关，所以根据界限含水量可以反映土的某些物理特性。联合测定土的液限和塑限是为了划分土类，计算天然稠度、塑性指数、液性指数，可用来评价地基承载力，也可供公路工程设计和施工之用。三、试验方法简介在交通部行标JTJ051—93中，介绍了液塑限联合测定法及滚搓法塑限试验。四、适用范围本试验适用于粒径不大于0.5mm、有机质含量不大于试样总质量5%的土。五、液塑限联合测定法（交通部行标）JTJ051—93（一）原理用液塑限联合测定仪测定土在不同含水量时圆锥入土的深度，根据含水量和相应的入土深度之间的关系，在双对数坐标纸上绘出直线。在直线上查得圆锥入土深度为20mm时的相应含水量为液限，然后根据wL—hP曲线或计算公式得出塑限入土深度hP，求出塑限wP。计算塑性指数IP，将土按塑性图分类。仪器设备LP—100型液塑限联合测定仪：包括端部带电磁铁的带标尺的圆锥仪（锥质量为100g，锥角为30º）、显示屏、控制开关和试样一杯。读数显示形式可采用光电式、游标式、数码式、百分表式。各种液塑限仪如图3—1、3—2、3—3、3—4、3—5所示。盛土杯：直径5cm，深度4~5cm。天平：称量200g，感量0.01g。其它：筛（孔径0.5mm）、调土刀、调土皿、称量盒、研钵（附带橡皮头的研杵或橡皮板、木棒）、干燥器、吸管、凡士林等。试验步骤1、取有代表性的天然含水量或风干土样进行试验。如土中含大于0.5mm的土粒或杂物时，应将风干土样用带橡皮头的研杵研碎或用木棒在橡皮板上压碎，过0.5mm的筛。2、取0.5mm筛下的代表性土样200g，分开放入三个盛土皿中，加入不同数量的蒸馏水，土样的含水量分别控制在液限（a点）、略大于塑限（c点）和二者的中间状态（b点）。用调土刀调匀，盖上湿布，放置18h以上。测定a点的锥入深度应为20（±0.2）mm,测定c点的锥入深度应控制在5mm以下（4~5mm最好），对于砂类土，测定c点的锥入深度可大于5mm（最好不超过6mm）。3、将制备的土样充分搅拌均匀，分层装入盛土杯，用力压密，使空气逸出。对于较干的土样应充分搓揉，用调土刀反复压密。试杯装满后，刮成与杯边齐平。4、接通电源，调平仪器，打开开关，提上锥体（在读数窗上将刻度调零），锥头上涂少许凡士林。将装好土样的试杯放在联合测定仪的升降座上，转动升降旋钮，使土样表面与锥尖刚好接触（接触指示灯亮），按下自动键或在手动情况下按复位键，锥体下落，5s后读数灯亮且有提示声音，在读数窗上读取锥入深度h1。5、按复位键，改变锥尖与土接触位置（锥尖两次锥入位置距离不小于1cm），重复步骤4，得锥入深度h2。h1、h2允许误差为0.5mm，取h1、h2平均值作为该点的锥入深度h。超过允许误差应重作。6、去掉锥尖入土处的凡士林，取15g以上的土样两个，分别装入称量盒内，称质量（准确至0.01g），测定其含水量w1、w2（计算到0.1%）。如在允许误差范围内（1%），计算含水量平均值w。7、重复以上步骤，对其它两个含水量土样进行试验，测其锥入深度和含水量。结果整理在二级双对数坐标纸上，以含水量w为横坐标，锥入深度h为纵坐标，点绘a、b、c三点含水量的h—w图，连此三点，应呈一条直线。根据液限（a点含水量）在hP—wL图上查得hP。查hP—wL关系图时，须先通过简易鉴别法及筛分法把砂类土与细粒土区别开来，再按这两种土分别采用相应的hP—wL关系曲线（图3—6）：对于细粒土，用双曲线确定hP值,hP=（注：wL的值代入时不带%）对于砂类土，则用多项式曲线确定hP值hP=29.6-1.22wL+0.017wL2-0.0000744wL3以此hP求出在直线上所对应的含水量，即为该土样的塑限wP。如三点不在同一直线上，将高含水量点（a点）分别与其它两点（b点、c点）连成两条直线，过hP点作一条平行于横坐标的水平线，交这两条直线为两点，如这两点所对应的含水量差值小于2%，则取两点的平均值与a点连成一条直线为所求直线，该点所对应的含水量为塑限wP。如果两点的含水量之差大于2%，整个试验需要重做。细粒土应按其在塑性图（图3—7）中的位置确定土名称：=1\*GB3①、当细粒土位于塑性图A线以上时，按下列规定定名：在B线以右，称高液限粘土，记为CH；在B线以左，IP=10线以上，称低液限粘土，记为CL。=2\*GB3②、当细粒土位于A线时，按下列规定定名：在B线以右，称高液限粉土，记为MH；在B线以左，IP=10线以下，称低液限粉土，记为ML。=3\*GB3③、当土正好位于塑性图A线上时，定名为粘土。=4\*GB3④、当土正好位于塑性图B线上时，在A线以上者定名为高液限粘土；在A线以下者定名为低液限粉土。注意事项塑限联合测定时，土样的含水量均匀及密实与否，对于试验精度影响极大，土样制备时，三个土样的含水量不宜十分接近，否则不易控制联合测定曲线的走向，影响测定精度。水量接近塑限的那个土样，对测定影响很大。当含水量等于塑限时，该点控制曲线走向最准。但此时土样很难调制。因此，可先将制备好的土样充分搓揉，再将它紧密地压入盛土杯，然后刮平，为便于操作，根据经验，此时的含水量可略大，以锥入深度为4~5mm左右为好。在抹平盛土杯时，注意不要反复刮抹和振动，防止土样表面液化。试验记录表格如表3—1所示。表3—1液塑限联合测定试验记录工程名称××中桥试验者王红土样编号1号计算者李玉土样制备风干，过0.5mm筛校核者王红说明试验日期2000年8月29日试验次数试验项目123入土深度mmh14.869.8120.00h24.739.7919.921/2（h1+h2）4.719.8020.00含水量%盒号4-24-34-44-54-64-7盒质量g15.4017.0017.1517.8017.9517.75盒+湿土质量g35.7239.6041.931.4942.7540.28盒+干土质量g32.5636.1037.2528.9237.2535.26水分质量g3.163.504.652.575.55.02干土质量g17.1619.1020.111.1219.317.51含水量%18.418.323.123.128.528.7平均含水量%18.423.128.6塑限入土深度hP计算：土的分类定名：低液限粘土液限WL=28.6塑限WP=18.0塑性指数IP=10.6四、固结试验一、概述土的固结是土体在荷载作用下孔隙体积减小，水分排出，从而整个土体发生变形的过程。地基土由于建筑物的建造，改变了地基中的应力状态，使地基产生变形，使得建筑物发生竖向变位，即基础沉降。该试验过去定名为压缩试验。国际上通用的名称是固结试验（ConsolidationTest）。为了与国际通用的名称一致，改名为固结试验，同时表明该项试验是以Terzaghi的单向固结理论为基础的。二、目的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，测定土的单位沉降量Si，压缩系数α、压缩模量ES、压缩指数CC、回弹指数CS、固结系数CV以及原状土的先期固结压力PC。三、基本原理压缩试验是研究土体一维变形特性的测试方法。试验系将试样放在限制侧向变形的压缩容器内（如图4—1、4—2、4—3所示），分级施加垂直压力，测记加压后不同时间的压缩变形，直至各级压力下的变形量趋于某一稳定标准为止。然后将各级压力下的最终变形与相应的压强绘成曲线，以求得压缩指标。土的压缩主要是孔隙体积的减小，所以关于土的压缩变形常以其孔隙比的变化来表示。试验资料整理时，可根据试样前后的体积变化求出压强和孔隙比的关系，即e—P曲线，也可整理成e—㏒P曲线。四、试验方法及其适用范围1、单轴固结仪法：适用于饱和的粘质土。对于非饱和土，可用此方法测定压缩指标，不得用于测定固结系数。2、快速试验法：国标认为这种试验的理论依据不足，故未纳入标准。考虑到公路部门在修建高等级公路时，需采集大量土样作固结试验，为满足实际工作需要，保留此法。五、仪器设备1、固结仪：试样面积50cm2或30cm2，高2cm。2、加压设备：应能垂直地在瞬间施加各级规定的压力，且没有冲击力，压力准确度应符合现行国家标准《土工仪器的基本参数及通用技术条件》GB/T15406的规定。3、环刀：直径为61.8mm或79.8mm，高度为20mm。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。4、透水石：由氧化铝或不受土腐蚀的金属材料组成，其透水系数应大于试样的渗透系数。用固定式容器时，顶部透水石直径小于环刀内径0.2~0.5mm，当用浮环式容器时，上下部透水石直径相等。5、变形量测设备：量程10mm，最小分度为0.01mm的百分表或零级位移传感器。百分表下面直杆回缩距离可在表盘上读取，大表盘共分10大格，每大格又分成10小格，因此大表盘共100个小格，每小格为0.01mm，当大表盘指针转一圈时，小表盘指针转动一格，为1mm。表盘调零或调至初读数：应推动直杆先将小表盘对零或初读数，用螺栓将百分表固定，然后转动大表盘将大指针对零。读数：读数时应先读小表盘，再读大表盘，估读至0.01mm。6、其它：天平、秒表、烘箱、钢丝锯、刮土刀、铝盒等。六、试样制备按土工试验规程测定试样的密度ρ、含水量w和土粒密度ρS。根据工程需要切取原状土或制备所需湿度密度的扰动土样。切取原状土时，应使试样在试验时的受压情况与天然土层受荷方向一致。按密度方法切取土样。注意刮平试样时，不得用刀往复涂抹土面。保持土样与环刀内壁密合，并保持完整，否则应重新取样。切削过程中，应细心观察试样并记录其层次、颜色和有无杂质等。擦净环刀外壁，测密度，剩余土样测含水量。试样需要饱和时，应进行抽气饱和。七、试验步骤在压缩容器底板上放透水石一块，上放湿润滤纸一张，将切好土样的环刀外壁涂一薄层凡士林，然后用护环将环刀刀口向下固定在容器中，上放湿润滤纸一张及透水石一块，然后放上传压板及钢珠。调整固结仪底板上调节螺丝，使圆水准气泡居中，使底板处于水平位置，使杠杆位于升降支架之间，使之不产生摩擦，将压缩容器置于加压框架正中，密合传压活塞及横梁，预加应力，使固结仪各部分紧密接触，转动手轮，使杠杆上的气泡居中。安装百分表（注意在安装前学会读法），调节其伸长距离不小于4mm（即小表盘指针对准4或大于4的其它数字），使大指针对零后作为起始读数，并记录之。荷载等级一般规定为50KPa、100KPa、200KPa、300KPa、400KPa、800KPa、1600KPa、3200KPa。当土很软时，可考虑第一级荷载为25KPa或12.5KPa，最后一级应考虑大于土层上的计算压力100~200KPa或大于土的自重应力与附加应力之和。注：同学们只作50、100、200、300、400KPa。去掉预压荷载，立即加第一级荷载（应按各仪器上的加压过程表加砝码）。加砝码时应避免冲击和摇晃，将砝码一次轻轻放在砝码盘上。在加上砝码同时，立即开动秒表，按规定时间记录百分表读数。在加荷过程中，应不断观察杠杆上的气泡，并慢慢转动手轮保持杠杆平衡，严禁反方向转动手轮，以防产生间隙震动土样。如系饱和试样，则在施加第一级荷载后，立即向容器中注水至满。如系非饱和试样，须以湿棉纱围住上下透水面四周，避免水分蒸发。如须测定沉降速率、固结系数等指标，一般按15s，1min，2min5s，4min，6min15s，9min，12min15s，16min，20min15s，25min，30min15s，36min，49min，64min，100min，200min，400min，23h，24h，至压缩稳定为止。（注：测定沉降速率仅适用于饱和土。）当不须测定沉降速率时，则施加每级压力后24h，测记百分表读数作为稳定标准。注：同学们作试验时，因限于课内时间，可缩短压缩时间每级荷载一般测至6分钟。最后一级荷载稳定后的读数记下后，如有必要可逐级减载，观察土样的膨胀变形。试验结束后拆除仪器，小心取出完整土样，称其质量，并测其终结含水量（如不须测定试验后的饱和度，则不必测定终结含水量），将仪器擦干净。八、结果整理计算试样的初始孔隙比e0：式中：——土粒密度，粘性土可近似取2.70——土的天然密度，g/cm3——土的天然含水量，%计算各级荷载下的单位沉降量Si：式中：——某一级荷载下的总变形量，等于该荷载下的百分表读数（即试样和仪器的变形量减去该荷载下的仪器变形量，mm）——试样起始高度（即环刀高度），mm取20mm计算各级荷载下变形稳定后的孔隙比ei：计算某一荷载范围内的压缩系数α：计算某一荷载范围内的压缩模量ES：以单位沉降量Si或孔隙比e为纵坐标，以压力P为横坐标，作单位沉降量或孔隙比与压力的关系曲线。如图4—4所示。计算出P=100~200KPa时的压缩系数α1—2，按表4—1对试样压缩性进行评价。表4—1土的压缩性压缩性α1—2（1/KPa）高压缩性≈0.05×10-2中压缩性≈0.05×10-2~0.01×10-2低压缩性<0.01×10-2试验记录如表4—2、4—3、4—4。五、剪切试验一、定义土的抗剪强度是指土在外力作用下，土体的一部分对另一部分产生相对滑动时所具有的抵抗剪切破坏的极限强度。它是由土颗粒之间的内摩擦角φ及由胶结物和束缚水膜的分子所产生的凝聚力c两个参数所组成，c、φ称为土的抗剪强度指标。通常用库伦公式表达土的抗剪强度，即：τf=c+σtanφ式中：τf——土的抗剪强度，KPaσ——作用于剪切面上的正应力，KPaφ——土的内摩擦角，（°）c——土的凝聚力，KPa二、目的测定土的抗剪强度τf与垂直压力σ的关系，以确定土的抗剪强度指标：内摩擦角φ及凝聚力c值。可用于估算地基承载力，评价地基稳定性，计算边坡稳定性以及支挡结构物的土压力计算。三、仪器设备应变控制式直剪仪：由剪切盒、垂直加荷设备、剪切传动装置、量力环（也叫测力环或测力计）和位移量系统组成。环刀：内径61.8mm，高20mm。位移量测设备：百分表或传感器，百分表量程为10mm分度值为0.01mm，传感器的精度应为零级。四、试验方法及其适用范围无论粘性土的抗剪试验，还是天然粘性土地基加荷过程中孔隙水压力的消散，即荷载在土体中产生的应力全部转化为有效应力，均需要一定的固结时间来完成。因此，土的固结过程实质上也是土体强度不断增长的过程。对于同一种土，即使在同一法向压力下，由于剪切前试样的固结过程和剪切时土样的排水条件不同，其强度指标也不同。为了近似地模拟现场土体的剪切条件，即按剪切前的固结程度、剪切时的排水条件即加荷快慢情况，把粘性土的直剪试验分为慢剪、固结快剪和快剪三种试验方法。慢剪试验：也称固结排水剪。适用于测定粘性土的抗剪强度指标，是主要方法。先使试样在垂直压力作用下达到完全固结，然后以0.02mm/min的剪切速度对土样施加水平剪切力，在1~4h内将土样剪损。这种方法用来模拟现场土体已充分固结后才开始逐步缓慢地承受荷载的情况，如在施工期和工程使用期有充分时间允许排水固结，可采用慢剪。此法所测定的强度指标可用于有效应力分析。固结快剪试验：也称固结不排水剪。适用于渗透系数小于10-6cm/s的粘质土。先使试样在垂直压力达到完全固结，然后施加水平剪切力，剪切速度为0.08mm/min，要求在3~5min内剪损，在剪切过程中尽量避免试样有排水现象，即不允许试样在剪切过程中发生固结。这种方法用来模拟现场土体在自重和正常荷载作用下已达到完全固结状态，以后又遇到突然施加荷载或因土层较薄、渗透性较小、施工速度较快的情况。对公路高填方边坡，土体有一定湿度，施工中逐步压实固结，可采用固结快剪。注：由于在直剪仪上下盒之间存在缝隙，要严格控制不排出一点水分是不可能的。为了消除这种影响，一般在试样上下放置不透水有机玻璃圆块代替透水石，并在圆块周边涂抹凡士林以阻止水分从缝隙中逸出。快剪试验：也称不固结不排水剪。适用于渗透系数小于10-6cm/s的粘质土。在试样上施加垂直压力后，立即施加水平剪切力进行剪切，并以0.8mm/min的剪切速度在3~5min内剪损。对某些渗透性强、含水量高、密度低的土要求在30~50s内剪损。这种方法用于在土体上施加荷载和剪切过程中都不发生固结和排水作用的情况，是用来模拟现场的土体较厚，渗透性小，施工速度较快，基本上来不及固结就迅速加载而剪切的情况。如公路挖方边坡，一般比较干燥，施工期边坡不发生排水固结者，可采用快剪试验。砂类土的直剪试验：用于测定砂类土在不同密度下的抗剪强度指标。砂类土的渗透系数很大，潮湿状态与干燥状态的强度变化不大，剪切速度对强度几乎无影响，因此，可采用较快的剪切速度。五、试样制备（一）原状土：用直剪仪环刀至少切取四个试样，其密度相差不得大于0.03g/cm3，在切取试样的过程中，操作须格外小心，勿使试样的原状结构受到破坏。（二）扰动土：作为路堤填料需作扰动土的夯后剪切试验，根据击实试验的结果及压实系数来控制试样的最佳含水量与最大干密度。数量和要求同原状土。（三）试样如需饱和，根据土的性质决定饱和方法：砂类土：可直接在仪器内浸水饱和。较易透水的粘性土：即渗透系数大于10-4cm/s时，采用毛细管饱和法较为方便。不易透水的粘性土：即渗透系数小于10-4cm/s时，采用真空饱和法。如土的结构性较弱，抽气可能发生扰动，不宜采用。六、实验步骤1、将剪切盒的上、下盒接触面涂少许润滑油，对准剪切容器上、下盒，插入固定销，在下盒内放透水石和滤纸（透水石和滤纸的湿度接近试样的湿度），将带有试样的环刀刀刃向上，对准剪盒口，在试样上放滤纸和透水石，双手用推土器将土样小心地推入剪切盒内，移去空环刀，顺次加上传压活塞及钢珠。在直剪仪轨道上放上滚珠，将剪切盒放到滚珠上。在量力环内不安装百分表，使表脚与环内安百分表的固定杆的位置相反，并使其与量力环内壁接触。然后按顺时针方向徐徐转动手轮，使上盒前端钢珠恰好于量力环接触（即量力环中测微表的指针刚被触动），调整量力环中百分表读书为零。注：学员实验时，结合步骤初步练习如何掌握转动手轮的技术并观察百分表的变化，学会测读方法。但须注意不能无控制地连续不断转动手轮，以免用力过度，致使固定销钉剪坏，量力环超过弹性限度而破损。3、根据工程实际和土的软硬程度，施加垂直压力（本实验至少取四个试样，分别加不同的压力，一般为50，100，200，300，400kpa），加砝码时按垂直压力值，一次将砝码轻轻加上，避免冲击摇晃，应使砝码缺口不在同一个方向，并防止砝码下落伤人。并转动手轮，使杠杆上水平气泡居中。加上垂直荷载后，应检查水平百分表是否触动，再调零。若土质很软当压力较大时，为防止土从上下盒的缝中被挤出，可分数次在1min内将砝码全部加满。如为饱水试样，应在施加垂直压力后5分钟，向盒内注水，如为非饱和土样，应在加压板周围包以湿棉花。注：快剪实验应在加上垂直压力后，立即进行剪切。对于慢剪和固结快剪应施加垂直压力，使试样压缩完成后再进行剪切，试样固结稳定时的垂直变形值为：粘土垂直变形每1h不大于0.005mm。4、抽出固定销钉（千万勿忘），开动秒表，随即以每分钟4圈的均匀速率转动手轮使试样约在3~5分钟内剪切。试样剪破的标志以量力环中测微表的表针后退或接连停止，不再前进或出现摆动。在剪切过程中，手轮每转一圈（下盒被推进0.2毫米）应测记相应测微表读数R，估计至0.001毫米，以便于确定最大读数（即剪破标准，亦即峰值）。[注]：对于渗透性较大的高含水量低密度的试样，为防止剪切过程中大量排水，可以每秒钟一圈的速度转动手轮，使试样约在30秒钟或更短时间内剪破。试样剪破后，尽快地卸除荷载，加压框架，传压活塞与上盒等。如需检验成果正确性时，应将试样表面浮水用干燥滤纸吸净，在可能情况下，测定剪后土的密度；并既沿试样剪切面取土测定剪后水含量。（同学试验可不要求作此两项测定）。改变垂直压力，重复以上步骤，测定不同垂直压力下的抗剪强度。抄录量力环系数k。七、结果整理1、计算剪切位移=20n-R——剪切位移,0.01mmn——手轮转数R——百分表读数，0.01mm2、计算剪应力=KR——剪应力kpak——测力计校正系数，kpa/0.01mm3、以剪应力为纵坐标，剪切位移△L为纵坐标，绘制—△L的关系曲系。如图5—2，取曲线上剪应力的峰值为抗剪强度，无峰值时，取剪切位移4mm所对应的剪应力为抗剪强度。以垂直压力p为横坐标，抗剪强度s为纵坐标，将每一试样的最大抗剪强度点绘制在坐标纸上，并连成一直线。此直线的倾角为摩擦角φ，纵坐标上的截距为凝聚力c，如图5—3。如四点不在一条直线上，稍差不多时，分别连前面最近三点或及后面三点各成一三角形，分别取其重心，连两重心为一条直线。5、记录格式见表5—1直接剪切试验（一）工程名称仪器编号002试验者周青土样编号8－31手轮转速4转/min记录者张梅试验方法快剪实验时间96年四月校核者李宏垂直压力б量表手轮读数R转数n50（KPa）100（KPa）200（KPa）300（KPa）400（KPa）100.51012314131116141418.5151720.215.518.522.016.2202317.021.22417.222.524.217.523.025.118.024.025.518.224.526.018.52527.819.025.219.225.520剪切位移（0.01mm）△L=20n—R300274.5232.2量力环校正系数K（Kpa/0.01mm）2.4572.4572.457抗剪强度（KPa）τf=K×R49.162.768.3剪切历时4min3min45s3min15s剪切前固结时间剪切前压缩量直接剪切试验（二）(应变控制)项目试验前试验后土盒号1475土盒加湿土质量（g）16.1316.12土盒质量（g）8.438.62土盒加干土质量（g）15.1915.20干土质量（g）6.766.58水质量（g）0.940.92含水量（%）13.914.0平均含水量（%）14.01、含水量试验2、密度试验项目试验前试验后饱水前饱水后环刀号152环刀加试样质量（g）163.8环刀质量（g）35.0试样质量（g）128.8试样体积（cm3）64.4密度（g/cm3）2.003、试验结果汇总垂直压力б抗剪强度τf剪切前原始含水量原始密度饱水后密度孔隙比干密度饱水后饱水度KPaKPa%ɡ/cm3ɡ/cm3ɡ/cm3%100142.010.521.76200142.000.531.75300142.100.521.76备注控制一定的含水量和密度,用压密备样法制备试样,进行非饱水快剪.C=39=6.90200抗剪强度τf100(KPa)806040200100200300400垂直压力б(KPa)抗剪强度与垂直压力关系曲线六、击实实验一、概述1、最佳含水量及最大干密度：在工程实践中常把最能符合工程技术要求的，使土体能获得最大密实状态的含水量，称为最佳含水量，而此时土体的干密度称为最大干密度。标准击实实验：就是在一定夯击功能下测定各种细粒密度上，含砾土等的含水量与干密度的关系，得出最佳含水量与最大干密度。二、目的土在经过外力作用压实之后，它的工程性质可以得到改善，例如提高土的抗剪强度，降低压缩性和透水性。在路堤，土坝，和填土地基等工程中常要求把建筑材料的土压实到一定程度，击实实验是为了检验土在不同的含水量，不同的击实功能下的压实性能，以此做为土工建筑物施工时压实控制和填筑后检测质量的依据。三、简述用击实实验模拟现场土的压实，这是一种半经验的方法。由于土的现场填筑碾压和室内击实实验具有不同的工作条件，两者之间的关系是根据工程实践经验求得的，但要求室内实验的击实功应相当于现场施工的压实功，因此很多国家以及一个国家的不同部门就可能有其自用的击实试验方法和仪器。四、土的击实试验原理：根据土的三相（颗粒，空气，水分）之间的体积变化理论，即用锤击法使空气自孔隙中逸出，土颗粒得到重新排列，随着含水量的不同而排列也在变化。当土颗粒达到密实度最大的干密度和相应的含水量即为击实所求的指标。(二)试验方法种类及其适用范围(见表试验方法类别锤底直径（cm）锤质量（kg）落高（cm）试筒尺寸层数每层击数击实功（kj/m3）最大颗粒（mm）内径（cm）高（cm）容积（cm）轻型Ⅰ法I.1I.2552.52.530301015.212.7129972177332759598.2598.22538重型Ⅱ法II.1II.2554.54.545451015.212.71299721775327982687.02677.22538表6—1（三）仪器设备1、标准击实仪：主要参数见表6-1，见图6-1，6-22、烘箱及干燥器3、天平：感重0.01g4、台称：重量10kg，感量5g。5、圆孔筛：孔径38mm，25mm，19mm，和5mm各一个6、拌和工具：400mm600mm，深70mm的金属盘，土铲。7、其他，喷水设备，碾土器，盛土盘，量筒，推土器，铝盒，修切，平直尺等(四)试样制备本试验可分别采用不同的方法制样，各方法所用试料用量见表6-2表6-2使用方法类别试筒内径最大颗粒试料用量（kg）干土法试样重复使用a101015.25253834.56.5干土法试样不重复使用b1015.2致25致38至少5个试样，每个3kg至少5个试样，每个6kg湿土法试样不重复使用c1015.2致25致38至少5个试样，每个3kg至少5个试样，每个6kg干土法（不重复使用）将具有代表性的风干土或在50℃温度下烘干的土样放在橡皮板上，用圆木棍碾散，然后过不同孔径的筛（视颗粒大小而定）。对于小试筒，按四分法取筛下的土约3kg；对于大试筒，同样按四分法取样约6.5kg测定土样风干含水量w0，按土的塑限估计最佳水量，并依次按相差2%的含水量制备一组试样（不少于5个），其中有两个大于和两个小于最佳含水量，需加水量mw可按下式计算：mw=0.01（w—w0）mo——风干含水量时土样的质量w—要土样的含水量将称好的mo质量的土平铺于不吸水的平板上，用喷水设备往土样上均匀喷洒预定mw的水量，静上一段时间后，装入塑料袋内静置备用。静置时间对高液限粘土不得少于24h，对低液限粘土不得少于12h。2、干土法（重复使用）：不闷料，其他同上。3、湿土法（土不重复使用）对于高含水量土，可省略过筛步骤，用手拣除大于38mm的粗石子即可。保持天然含水量的第一个土样，可立即用于击实试验。其于几个试样，将土分成小土块，分别风干，使含水量按2%——3%递减。（五）试验步骤1、根据工程要求，按表6-1规定，选择轻型或重型试验方法。根据土的性质（含易击碎风化石数量多少，含水量高低）按表6-2规定选用干土法（土重复或不重复使用）或湿土法。将击实筒放在坚硬的地面上，取制备好的土样分3~5次倒入筒内。小筒按三层法时，每次约800~900g（其量应使击实后的试样等于或略高于筒高的1/3）；按五层法时，每次约400~500g（其量应使击实后的土样等于或略高于筒高的1/5）大筒，先将垫块放筒内底板上，按五层法时，每层需试样约900g（细粒土）~1100g（粗粒土）；按三层法时，每层需试样约1700g左右。整平表面，并稍加压紧，然后按规定的击数进行第一层土的击实，击实时击锤应自由垂直落下，锤边必须均匀分布于土样表面，第一层击实完后，将试样层面“拉毛”，然后再装入套筒，重复上述方法进行其余各层土的击实。小试筒击实后，试样不应高出筒顶面5mm；大试筒击实后，试样不应高出筒顶面6mm。用修土刀沿套筒内壁削刮，使试样与套筒脱离后，扭动并取下套筒，齐筒顶细心削平试样，拆除底板，擦净筒外壁，称量准确至1g。用推土器推出筒内试样，从试样中心取样测其含水量，计算致0.1%，测定含水量按表6-3规定取样（取出有代表性的土样）。表6-3最大颗粒（mm）试样质量（g）个数<5约5约19约3815~20约50约250约5002111结果整理按下式计算击实后各点的干密度=——干密度，g/cm3——湿密度，g/cm3——含水量，%2、以干密度为纵坐标，含水量为横坐标，绘制干密度与含水量的关系曲线（pd-w图），曲线上峰值点的纵，横坐标分别为最大干密度和含水量。如曲线不能绘出明显的峰值点，应进行补点或重做。3、按下式计算气体体积等于零的等值线，并将这根线绘在含水量与干密度的关系图上，以资比较。——试样的干密度，g/cm3va——空气体积，%Gs——试样比重，对于粗粒土，则为土中粗细颗粒的混合比重——试样的含水量，%4、本试验记录格式如表6—4标准击实试验记录工程名称301试验仪器轻型—03试验者柳强试验单位省公路二处击实次数27×3计算者李伟土样编号08取样地点4k+260校核者张志土样名称亚沙土试验日期87.10.12备注试验次数筒+湿土重p2g筒重p1g筒体积Vcm3击实后湿土重p2-p1g土样湿土密度ρg/cm3含水量土样干密度ρdg/cm3盒号盒与湿土重g盒与干土重g盒重g水份重g干土重g含水量%平均含水量%5980421099717701.771633.1632.4122.500.759.917.67.41.652134.5233.7422.810.7810.937.16170421099719601.965635.7234.1521.931.1212.229.29.21.790836.8235.6422.761.1812.889.26360421099721502.153738.1336.5122.161.6214.3511.311.71.929540.1638.3123.051.8515.2612.16400421099721902.195243.5941.1022.612.4918.4913.513.31.939841.9239.6121.832.3117.7813.06280421099720702.071041.3638.7721.662.5917.1115.115.21.803840.7338.2622.082.4716.1815.3干2.0密1.9度g/cm31.81.71.61.546810121416182022含水量%土的干密度与含水量关系曲线最大干密度1.94g/cm3最佳含水量12.7%5、各类土的最佳含水量与最大干密实度参考值，见表6-5各类土的最佳含水量与最大密实度参考数值表表6-5土的类别液限（%）最佳含水量，%最大密实度，g/cm3用于填筑路堤亚粘土16~2828~3810~1717~232.0~1.751.76~1.60最好好亚粘土粘土38~48>4823~29>291.60~1.45<1.45普通不好注：最佳含水量=（0.55~0.65）wL，一般可取w最佳=0.60wL(七)注意事项击实筒一般放在水泥混凝土地面上试验，如没有这种地面，可以放在坚硬平稳较厚的石头上做试验。对细砂土，可参照其塑限估计最佳含水量，一般较塑限约小3%~6%，对于砂性土接近3%，对于粘性土约为6%，天然砂砾土，级配集料的最佳含水量与集料中的细粒土含量与塑限指数有关，一般变化在5~12之间。对于细土偏少，塑性指数为零的级配碎石，其最佳含水量接近5%，对于细土偏多，塑性指数较大的砂砾土，其最佳含水量约在10%左右，塑限指数较大砂砾土，其最大含水量约在10%左右。当土样中大于5mm粒径的土含量小于总含量的30%时，求出料中粒径大于5mm颗粒含量的p值。取出大于5mm颗粒，仅把小于5mm颗粒的土做击实试验。按下式分别对试验所得的最大干密度和最佳含水量进行校正（注：JTJ051-93规程要求对d>38mm的粒径进行如下校正）w´o=wo（1-p）+pw2——校正后的最大干密度，g/cm3——颗粒小于5mm式样击实后的最大干密度，g/cmF——水的密度，g/cm3p——粒径大于5mm颗粒的含量（用小数表示）——粒径大于5mm颗粒干的比重。——校正后的最佳含水量，%——粒径小于5mm击实样的最佳含水量，%——粒径大于5mm颗粒的饱和面干含水量，%五．无机结合料稳定土的击实试验方法（一）定义：无机结合料在国外常称水硬性结合料，它主要指水泥，石灰，粉煤灰和石灰或水泥粉煤灰。所用的术语水泥稳定土，石灰稳定土，石灰粉煤灰稳定土等都是总称与土击实不同之处：水泥遇水就要开始水化作用，从加水拌和到进行击实试验间隔的时间愈长，水泥的水化作用和结硬程度愈大。水化作用会影响水泥混合料所能达到的密实度，间隔时间愈长，影响愈大，所以，水泥不参与其他混合料的浸润过程，仅击实前1h内将其和已浸润过的料进行拌和。含水量的测试也应采用无机合料稳定土的含水量测试法（三）试验方法：见表6—6表6—6无机结合料稳定土击实试验方法类型类别锤的质量（kg）锤击面直径（cm）落高（cm）试筒尺寸锤击层数每层锤击次数平均单位锤击实功（j）容许最大粒径（mm）内径（cm）高（cm）容积（cm3）甲乙丙4.54.54.55.05.05.04545451015.215.212.712.012.0997217721775532759982.6872.6872.677252540注：在缺乏内径10cm的试筒时，以及在需要与承载比等试验结合起来进行时，采用乙法进行击实试验。试验步骤1、试样制备可参照常规土击实法进行。先将除水泥以外的设计资料按比例称取并充分拌和均匀。2、按下式分别给达到含水量的试料配水式中：——混合料中应加的水量（g）——混合料中素土（或集料）的质量（g），其原始含水量为wn，即风干含水量（%）Qc——混合料中水泥或石灰的质量（g），其原始含水量为wc（%） ——要求达到的混合料的含水量，%3、将试样配水拌和均匀后将其装入密闭容器或塑料口袋内浸润备用。击实前1h内将所需要的稳定剂水泥加至浸润后的试样中并且拌和均匀。4、击实过程类似于普通土击实，对于直径10cm的试筒，应在筒内沿壁转圈锤击，对于直径15cm的试筒，在筒内沿壁锤一圈（约6次）后应到筒中心锤一次，如此反复进行。5、在整平过程中，可允许某些大颗粒露出表面，但同时要求取出某些颗粒，使表面有些空洞，同时尽可能使突出的体积与空洞的体积相等。6、击实后含水量应按无机结合料稳定土含水量的要求测定，样品数量见表6—7测稳定土含水量的样品数量表6-7最大粒径（mm）样品质量（g）2约505约10025约500结果整理类同于普通击实法最大干密度用两位小数表示。如最佳含水量的值在12%以上，则用整数表示（即精确到1%）如最佳含水量的值在6%~12%，则用一位小数“0”或“5”表示（既精确到0.5%）如果最佳含水量的值小于6%，则取一位小数，并用偶数表示（既精确到0.2%）当试样中大于规定最大粒径的超尺寸颗粒的含量为5%~30%时，按下式对实验所得到的大干密度和最佳含水量进行校正（超尺寸颗粒的含量小于5%，可以不进行校正）。P´dmax=Pdmax（1-0.01P）+0.9×0.01pG´αWo´=Wo(1-0.01P)+0.01PWαΡ´dmax——校正后的最大干密度，g/cm3Pdmax——试验所得的最大干密度，g/cm3P——试样中超尺寸颗粒的百分率G´α——超尺寸颗粒的毛体积相对密度Wo——校正后的最佳含水量，%Wα——超尺寸颗粒的及水量，%Wo——试验所得的最佳含水量，%（六）注意事项1、试验集料的最大粒径宜控制在25mm以内，最大不得超过40mm（圆孔筛）。2、试料浸润时间：粘性土12~24h粉性土6~8h砂性土，砂砾土，红土砂砾，级配砂砾等4h左右。含土很少的未筛分碎石、砂砾和砂等2h3、试料浸润后才加水泥，并在1h内完成击实试验，拌和后超过1h的试样，应予作废，石灰可与试料一起拌匀后浸润。4、试料不得重复使用5、应做两次平行试验，两次试验最大干密度的差0.05g/cm3（稳定细粒土）。0.08g/cm3（稳定中粒土和粗粒土）。最佳含水量的差不应超过0.5%（最佳含水量小于10%）和1.0%（最佳含水量大于10%）。七、三轴剪切试验一、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、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4-1）：图4-1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（0～30mm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3～5层，粘质土分5～8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2～4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。①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。②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。③打开试样底座开关，让量管中水（有时采取高量管所