土力学原理实验指导书

《土力学原理》

实验指导书

前言

土力学原理是研究土的物理、力学性质和土体及其相关结构受力

变形以及常见基础设计的一门科学，是土木工程专业的一门重要技

术基础课。

土是岩石风化而成的颗粒堆积物，广泛覆盖于地球表面，人类的

生活和生产活动与之息息相关，而土木工程更是与之有着密不可分

的联系：例如，桥梁及房屋建筑地基基础的稳定性和变形，山坡、土

坝、路堤、路堑等各种自然或人工坡体的稳定性，各类挡土结构的受

力和变形等都是土力学的研究内容，土力学广泛应用于建筑、交通、

水利、港口工程等领域。

土力学原理课的重要内容涉及土的物理性质、地基中的应力计

算、土的压缩性及地基沉降计算、土的渗透性和渗流问题、土的抗剪

强度、天然地基承载力、挡土结构上的土压力、土坡稳定分析等。

通过本课程的学习，学生应牢固掌握土力学的基本原理、计算分

析方法和基本实验技能，初步具有分析和解决有关工程问题的能力。

同时，为进一步学习基础工程、地基解决、路基工程、深基坑工程和

地下工程等有关专业课打好基础。

土力学原理是实践性很强的一门课程，实验是本课程的重要实践环

节。本课程实验学时有16学时，通过本书，可以有效指导学生从事各

项实验操作，将有助于培养学生的动手操作能力。

实验考核方案

1.土力学原理实脸项目在建筑工程实验室土工实验分室完毕、是

土木工程专业的专业基础课实验项目，为大三的学生开设。

2.学生进入实验室必须遵守《学生实验守则》等实验室的各项规

章制度，自觉遵守实验纪律。

3.要爱惜实验室的仪器设备，损坏仪器设备要补偿。

4.学生进入实验室前必须进行课前预习，要熟悉本次实脸的目的,

实验方法，实脸环节等实险内容。

5.实险要积极积极，人人动手，积极参与并能纯熟操作各种实验

仪器，严格按实验规程进行实验。

6.实验报告格式为：简介实验目的、实验环节、实验成果整理和实验

成果分析。

7、必须认真地完毕实验报告，实验报告笔迹要清楚，必须按着规定自

己编写，不得抄袭别人实验资料；不符合规定的实验报告打回应重

做。

8、实验成绩评估等级为优、良、合格、不合格记载，成绩按20%计

入本课程总评成绩。

目录

实验一土的基本物理指标测定...........................................1

实验二颗粒分析实验...................................................4

实验三界线含水率实验.................................................5

实验四击实实验........................................................8

实验五固结实验.......................................................10

实验六直接剪切实验..................................................13

实验七三轴压缩实验:选做）............................................16

实验一土的基本物理指标测定

一、实验目的：

1.测定土的含水率，是指土在温度105〜110℃下烘到恒量时所失去的水质量与达成恒量

后干土质量的比值，以百分数表达。

2.测定土的密度，是指土的单位体积质量，是土的基本物理性质指标之一，其单位为g/cm3。

3.测定土粒的比重Gs,是土粒在温度105〜110℃下烘至恒重时的质量与土粒同体积4℃时纯

水质量的比值。在数值上.土的比重与土粒密度相同，但前者是没有单位的。

二、实验方法

1.含水率实验方法有烘干法、酒精燃烧法、比重法、碳化钙气压法、炒干法等，其中以

烘干法为室内实验的标准方法。

2.密度实验:实验方法有环刀法、蜡封法、灌水法和灌砂法等。对于细粒土，宜采用环刀法；

对于易碎裂、难以切削的土，可用蜡封法；对于现场粗粒土，可用灌水法或灌砂法。

3.比重实验：根据土粒粒彷的不同，土的比重实验可分别采用比重瓶法、浮称法或虹吸筒法。

对于粒径小于5mm的土，采用比重瓶法进行，其中对于排除土中空气可用煮沸法和真空抽

气法；对于粒径大于等于5mm的土，且其中粒径大于2Dmm颗粒小于10%时，采用浮称法

进行；对于粒径大于等于5mm的土，但其中粒径大于2Dmm颗粒大于10%时，采用虹吸简

法进行；当土中同时具有粒径小于5mm和粒径大于等于5mm的土粒时，粒径小于5mm的

部分用比重瓶法测定，粒径大于等于5mm的部分则用泞称法或虹吸筒法测定，并取其加权

平均值作为上的比重。

三、实验环节

含水率实验（烘箱烘干法）

1.仪器设备

电热鼓风恒温干燥箱；电子天平：称量210g,感量0.001g：铝盒等。

2.实验环节

(1)称量铝盒重量mO,并记录下盒的编号。

(2)取代表性土样15〜30g,放入铝盒内，立即盖好盒差，放天平上称量湿土与盒重M)+m,

准确至O.OOlgo

(3)揭开盒盖，套在盒底，放入烘箱，在温度105〜HOC下烘至质量恒定。烘干时间对粘性

士不得少于8小时，对砂性土不得少于6小时，对具有机质超过干土质量5%土，应将温度控

制在65〜70C的恒温下烘至恒重。然后将铝盒取出放在干燥器内冷却至室温。

(4)从干燥器内取出土样,盖好盖后。称盒加干土重m0+ms,准确至0.01g。

3.实验数据及成果整理

(1)按下式计算含水率

卬=(，％+〃?)-(〃%+.x]0O%

。%+牡)一%

式中,m0+m是湿土与盒重；m0+ms是干土与盒重:；mO是铝盒重:；

(2)本实验需进行2次平行测定，取其算术平均值。

密度实验(环刀法)

1.仪器设备

环刀(如下图所示，其内径61.8mm或79.8mm,高度20mm,本实验采用内径61.8mm)；

电子天平：称量210g,感量0.001g：修土刀，舌I刀，凡士林油等0

图1一1环刀示意甚

2.操作环节

（1）用电子天平称量出环刀的质量〃?（）；

（2）按工程需要取原状土或制备所需状态的扰动土样。土样的直径和高度应大于环刀，整

平其两端放在玻璃板光面上。

（3）将环刀内壁擦净，并涂抹一薄层凡士林，刃口向下放在土样上，将环刀垂直下压，并用

切土刀沿环刀外侧切削土样，边压边削至土样高由环刀，根据试样的软硬采用钢丝锯或切土

刀整平环刀两端土样。

（4）擦净环刀外壁，称环刀和土的总质量mO+m,精度达0.01g。本实验需进行二次平行实

验，取二次结果的平均值。平行实验结果之差不得大于O.（）3g/cm3。

（5）按下式计算土的密度：

_（叫+in）-m。

P~V

式中，mO是环刀的质量；mO+m是环刀加土的质量；V是环刀的体积。

3.实验数据及成果整理

比重实验**（比重瓶法）

比重瓶法，其基本原理就是由称好质量的干上放人盛满水的比重瓶的前后质量差异，来计算

出土粒的体积，从而进一步计算出土粒比重。

1.仪器设备

101A-2电热鼓风恒温干燥箱，比重瓶：50mL,电子天平：称量210g、感量0.001g；恒温水槽,

砂浴；表；温度计；孔径2mm及5mm的筛；其它：匙、蒸发皿、玻璃漏斗、滴管、洗瓶、

纯水、中性液体等。

2.操作环节

（1）将烘干土过5mm筛，然后取12g,用玻璃漏斗装人预先洗净和烘干的比重瓶内，称试样

和瓶的总质量，准确至0.001g。

（2）将纯水注入已装有干土的比重瓶中至一半处，摇动比重瓶，将瓶放在砂浴上煮沸，煮沸

时间自悬液沸腾时算起，砂及砂质粉土不应少于30min,粘土及粘质粉土不应少于lh,避免

瓶中悬液溢出瓶外。

（3）将纯水煮沸，冷却至室温后注入比重瓶内，将纯水注满，塞紧瓶塞，多余的水会从瓶塞

毛细管中溢出使瓶内无气泡。

（4）将比重瓶置于恒温水槽内，待瓶内水温稳定，且瓶内上部悬液澄清，然后取出比重瓶,

擦干瓶外壁，称比重瓶、水、试样总质量，准确至0.001g。称量后应立刻测出瓶内水的温度,

准确至0.5℃。

（7）根据测得的温度，从已绘制的温度与瓶、水总质量的关系曲线中查得瓶、水总质量。

（8）按下式计算比重：

/Mbs-勿bZ

Gs=-----------------（jwT

//2bw+tllbs——ZHbwy

式中,Gs是土的比重；mbs是比重瓶、试样总质量（g）；mbw是比重瓶、水总质量（g）；

mbws是比重瓶、水、试样总质量（g）；mb是比重瓶质量（g）；GwT是T℃时纯水的比重

（可查物理手册）,准确至0.001。

比重瓶法实验应进行两次平行测定，两次测定的平行差值不得大于（102,并取其两次测值的

算术平均值。

3.实验数据及成果整理

拿,注：比・实险扇于过做实险I

实验二颗粒分析实验

一、实验目的：

颗粒分析实验就是测定土中各种粒组所占该土总质量的百分数的实验方法。

二、实验方法:

颗粒分析实验可分为筛析法和密度计法和移液管法等。对于粒径大于0.075mm的土粒可用

筛分析的方法来测定，而对于粒径小于0.075mm的土粒则用密度计法或移液管法来测定。

三、实验环节：（筛分法）

（一）仪器设备

（1）标准筛两套：粗筛：孔彳仝为60,40,20,10,5,2mm；细筛，孔彳生为2,1,0.5,0.25,0.075mm。

（2）摇筛机;

（3）分析天平::称量5000g,最小分度值1g,称量1000g,最小分度值0.1g,称量200g,最

小分度值0.01g.;

（4）研体、碾杆、烘箱、毛刷等。

（二）操作环节

（1）取具有代表性试样，取样数量按颗粒尺寸不同可分为5种情况，见表2—1。

表2—1取样数量表

颗粒尺寸（mm）<2<10<20<40<60

取样数量100-300300-10001000-20232023-40004000以上

（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，不作细筛分析；筛上的试样质最小于试样总质最的10%时，不作粗筛分析。

（3）把标准筛依孔径大小顺序排好，最下面为底盘。取筛上的试样倒入依次排好的粗筛中.

筛下的试样置于细筛最上面的筛内加好盖放在摇筛机上摇震。（在摇筛机上开动机器0-15

分钟）。

（4）由最大孔径筛开始将各筛取下在白纸上手轻叩摇摆，如有砂粒漏下应继续轻叩摇摆至

无砂粒漏下为止，漏下的砂粒所有放入下一级筛内。

（5）将留在各筛上的上粒分别倒在纸上，并用毛刷将筛网中的土粒轻轻刷下，然后再分别倒

入铝盒中称量。

（6）各筛底盘内的土重之总和与总试样之重量不得相差1%。

（7）计算与制图

1）按下式计算小于某孔土重占总重的百分数

P=^xlOO%

'M

式中，mi是小丁某级粒径的试样质量：M是试样总质量；Pi是小丁某粒径的试样质量占

试样总质量的比例（%）。

2）制图

以小于某粒径的试样质量占试样总质量的比例为纵坐标，颗粒粒径为横坐标，在单对•数坐标

上绘制颗粒大小分布曲线，

（8）实验数据及成果整理，可根据上述曲线得出dlO,d50,d60,Cc,Cu等相关参数。

实验三界线含水率实验

一、实险目的：

测定细粒土的界线含水率，是指土从•种状态转到另一种状态的分界含水率称为界线

含水率。

二、实验方法：

液限是区分粘性土可塑状杰和流动状态的界线含水率，测定土的液限重要有圆锥仪法、碟式

仪法等实验方法，也可采用液塑眼联合测定法测定土的液限。

三、实验环节：（液塑限联合测定法）

（一）,仪器设备

（1）光电式液塑限联合测定仪。（见图3—1）其重要组成部分如下：①圆锥仪：锥体总质量

为76g±0.2g,圆锥用不锈金属材料精加工而成，锥角为30°±0.2°,微分尺量程为22mm

刻线距离为0.1mm。②电磁铁部分：规定磁铁吸力大于100g（l牛顿）。③光学投影放大部

分：规定放大10倍，成像清楚。④升降座：落锥后5秒的显示、试样杯等。

图3-1光电式液覆限联合测定仪

（2）天平：电子天平，感量（）.001克。

（3）其它：烘箱、铝盒、调土刀、调土碗等。

（二）.操作环节

（I）液限、塑限实验原蛆上采用天然含水量的土样进行制备试样，但也允许风干土样制备

试样，当土样不均匀时，采用风干试样，当试样中具有粒径大于0.5mm的土粒和杂物时，应

过0.5mm筛。

（2）取代表性天然含水量的土样250g；采用风干试样时：取0.5mm筛下的代表性土样200g,

将试样放在橡皮板上用纯水将土样调成均匀膏状，放入调土皿，浸润过夜。

（3）用调土刀将碗内制备好的土样充足搅拌均匀，密实地填入试样杯中，勿使土样内留有空

隙，然后用调土刀齐杯口刮去多余的土膏，置于仪器杯上。刮去余土时，不得用刀在土面反

复涂抹。

（4）取圆锥仪，在锥体上抹一薄层凡士林，接通电源，使电磁铁吸稳圆锥仪。

（5）调节屏幕准线，使初始读数于零位刻线处，调节升降座螺母，当锥尖刚与土面接触，计

时指示灯亮。圆锥仪即自由落下，延时5s,度数指示灯亮，立即读数。假如手动操作，可把

开关搬向“手动”一侧。当锥尖与土面接触时，接触指示灯亮，而圆锥不卜.落，需按手动按

钮，圆锥仪才自由落下。读数后，仪器要按复位按钮，以便下次再用。

（6）从试杯中取不少于10g试样，测定其含水率。

（7）再将所有试样加水或吹干并调匀，反复3.4、5、6环节，分别测定第二点、第三点试

样的圆锥下沉深度及相应的含水率。液塑限联合测定应不少于三点。注意：圆锥入土深度宣

为3〜4mm,7〜9mm,15〜17mm。

（8）计算与制图

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，如图3—2

中A线。假如三点不在一直线上，通过高含水量的一点与其余二点连两根直线，在圆锥F沉

深度为2mm处查得相应的两个含水量。假如差值不超过2%,用平均值的点与高含水量点作

一直线，如图中的B线作为实验曲线。若两个含水量差值超过2%,应补做实验。

图3—2圆锥下沉深度与含水率关系曲线

从实验曲线中杳得圆锥下沉深度17mm处的含水量为液限wL,查得圆锥下沉深度2mm处

的含水量为塑限WPc

（9）实验数据及成果整理，根据上述结果，可以计算得出塑性指数和液性指数，根据塑性指

数可对细粒土进行分类，定出土的名称。根据液性指数瓦对天然含水量的原状土定出土所在

的状态。

实验四击实实验

一、实验目的：

击实实验的目的就是测定试样在•定击实次数下或某种压实功能下的含水率与干密度

之间的关系，从而拟定土的最大干密度和最优含水率，为施工控制填土密度提供设计依据。

二、实验方法：

I）轻型击实实验：合用于粒径小于5mm的粘性土。

2）重型击实实验：合用于粒径不大于20mm的土。

本实验介绍轻型击实实验，

三、实验环节：

（一）、仪器设备

（1）轻型击实仪（见图4—1）:锤底直径51mm；锤重25kg；落距305mm；内径为102mm,

筒高为116mm.容积为947.4cm3o

（1—套筒：2—击实筒；3—底板）

图4-1轻型击实仪

（2）分折天平：称量200g,最小分度值0.01g；

（3）台称：称量10kg,最小分度值5g；

（4）筛：孔径5mm；

（5）其它：喷雾器、盛土容器、修土刀及碎土设备等。

（二）、操作环节

（1）干法制备试样：取重约20kg的代表性风干土样通过5mm的筛，并测定土样的风干

含水率。

（2）由土的塑限预估最优含水率。将风干土样分为5份平铺于搪瓷盘内，用喷雾器洒

预定的水量，并充足拌和，制备5个不同含水率的一组试样，依次相差2%,且其中最少有

两个大于和二个小于塑限。然后分别装入盛土容器内盖紧，润湿一昼夜，砂土的润湿时间可

酌减。测定润湿土样不同位置处的含水率，不应少于两点，含水率差值不得大于±1%。

可按下式计算所需的加水量：

〃儿=x0.01（.一%）

1+0:.M01%

式中，mw是制备试样所需的加水量；m（）湿土（或风干土）的质量；w0湿土（或风干土）

含水率；wl是制样规定达成的含水率。

（3）在击实筒内壁均匀涂一薄层润滑油，将击实仪平稳置于刚性基础上，击实筒与底座联接

好。

（4）将拌和均匀后的土样分三层装入轻型击实仪中击实。每层25击。第一层松土厚约为

击实容积的2/3,击实后土样约为击实容积1/3,第二层松土最装至与击实筒平，击实后土样

约为击实容枳的2/3,然后按上护筒，再装松土至护筒平（因护筒高约为击实筒的1/3）这样

击实后的土样可略高于击实筒。各层交界处的土面应刨毛。击实后，超过击实筒顶的试样高

度应小于6mmo

（5）取下护筒，注意勿使筒内试样带出，齐筒顶将试样而小心削平，再拆去底板，试样底面

若有突出或孔洞，则需小心消平或填补，然后擦净筒面的外壁，称其重量，准确至1g,并计

算试样的湿密度。

（6）拆开土样筒推出筒直试样，从试样中心处取出二个试样（各约30g）测定其含水率，2个

含水率的差值应不大于1%。

（7）对不同含水率的试样依次击实。

（8）计算与制图

1）计算试样的干密度

"1+0.01%

式中，是干土密度；在含水率wl时试样的密度；wl是某点试样的含水率。

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。曲线上峰点的坐

标分别为土的最大干密度与最优含水量，如不能连成完整的曲线时，应进行补点实验。土样

不宜反复使用。

17O

褪

出

4

1.50

含水率（%）

图4-2击实曲线

3）计算饱和含水率：

vvsa（=（^--—）X100

式中；伏式是饱和含水率（%）；G、是土颗粒的比重；

4）计算数个干密度下土的饱和含水量，以干密度为纵坐标，饱和含水量为横坐标，绘制饱和

曲线。

实验五固结实验

一、实验目的：

本实验的H的是测定试样在侧限与轴向排水条件下，变形和压力或孔隙比和压力的关系，绘

制压缩曲线和固结曲线，以便计算土的压缩系数a、压缩模量Es和固结系数Cv,估算渗透和

控制建筑物沉降量。

二、实验方法

标准固结（压缩）实验和应变控制连续加荷固结实验

三、实验环节：

（一）、.仪器设备

（1）WG型单杠杆固结仪,如图5—1（a）所示。

离总

u跖&导杆

____________.:透水右；多刀:卢槽

图5-1WG型单杠杆固结仪

单杠杆固结仪涉及压缩容器及加压设备两部分，如图5—1（b）所示。切取试样用环刀30cm2

X2cm（高度），壁应经常保持较高的光洁度，以减小摩擦的影响。该仪器的固结压力满足

12.5kPa、25kPa、50kPa>lOOkPa.200kPa>400kPa等各级荷载加压的规定,其杠杆比为1:12。

仪器上的测微表最大量程10mm,精度达0.01mm。

（2）电子天平:210g,感量0.001g。

（3）其它：秒表、电热鼓风恒温干燥箱、修土刀等。

（二工操作环节

（1）根据前述实验一方法，测定出土样的含水量wO及环刀的质量。

（2）在环刀内壁抹一薄层凡士林，刀口向下，放在土样上。如系原状土样，切土的方向应使

试样在实验时的受力情况与土的天然状态一致。用修土刀或钢丝将土样上部修成略大于环刀

直径的土柱、然后垂直压下环刀，边压边修至土样略由环刀口凸出为止，将一端余土修平,

整平时不得用刀往复涂抹土面，以免土面孔隙充填堵塞影响实验成果。

（3）擦净环刀外壁，称环土合质量，采用前述实验一的方法，可以计算得出土样的密度。

（4）在单杠杆固结仪底板上放洁净而润湿的透水石一块（大于环刀内径）并将带环刀的土样

和护环放在容器内。然后在土样上置洁净而润湿的透水石一块（略小于环刀内径）。加小导环,

使小压土板对准小透水石.将小压土板放于透水石上。（环刀和土，即样圈放人容器前应上下

各贴一块润湿的薄型滤纸

（5）检查加压设备是否灵敏，运用平衡、调整杠杆横梁至水平位置。然后装上位移传感器，并

调节其伸长距离不小J-8mm.并检查位移传感器是否灵活和垂直。

（6）施加IkPa的预压压力，使试样与仪器上下各部分之间接触良好，然后调整测微表的读

数，使其大小指针均对准零点或以某正数作为起初读数，并记录。

（7）卸去预压荷载，施加第一级荷载，其大小可视土的软硬限度或工程情况一般采用25.50、

10（）、20（）、300、400kPa.或按设计规定，模拟实际加荷情况进行调整。由于实验教学时间

的关系，本实验加荷顺序为50kPa（吊盘0.3I9kg+0.319kg祛码+0.637kg祛码）、lOOkPa（在

上一级荷载基础上+1.275kg祛码）、200kPa（在上一级荷载基础上+2.55kg祛码）、300kPa

（在上一级荷载基础上+2.55kg跌码）、400kPa（在上一级荷载基础上+2.55kg祛码

（8）在加荷同时开动秒表计时，按规定的时间读数，做完一级，再加下一级荷载，直至所有

荷载完毕。在实验过程中，应始终保持加压杠杆的平衡。宜按下列时间顺序测记读取试样的

高度变化。时间分别为6"，15"，1',2'15",4',6'15”,9',⑵15"，16,，20'15”,25',

30'3*36',42'15、,49',64',100',200',400',23h,24h,至稳定为止。

（9）实验结束后，迅速顺次拆去测微表，卸除祛码，取下容器，拿出护环，小心地取出带环

刀的试样。

（10）计算与制图

I）以下式计算土体的初始孔隙比

p_AC（l+O.Olvv）

e（）~ts01

Po

式中,eO是试样初始孔隙比；是土颗粒的比重；W0是试样初始含水最；是试样的初

始密度。

2）按下式计算各级压力下固结稳定后的孔隙比g

,A/i

ei=/一（1+0）「

式中，是某压力下试样的变形值，等于初读数减去该压力下沉降稳定期的测微计读数,

再减去仪器自身在该压力下的变形量；hO是试样初始高度。

3）绘制压缩曲线，即孔隙比对压力的曲线、横坐标为压力，纵坐标为孔隙比。

4）由实验所得压缩曲线，按下式计算压力为lOOkpa〜200kpa段的压缩系数al-2及压缩模量

Esl-2o

6-6

/_2=---------

P「Pi

E—4

%-2-

6-2

式中,pl代表lOOkPa；p2代表200kPa：el、e2分别相应pl.p2的孔隙比。

实验六直接剪切实验

一、实验目的：

测定上的抗剪强度指标和c,上的抗剪强度是指土体对于外荷载所产生的剪应力的极

限抵抗能力。

二、实验方法：

根据实际情况选用快剪、固结快剪、慢剪三种力法。快剪实验是指在试样上施加垂直压力后

立即快速施加水平剪应力，固结快剪实验指在试样上施加垂直压力，待试样排水固结稳定后,

快速施加水平剪应力。慢剪实验指在试样上施加垂直压力及水平剪应力的过程中，均使试样

排水固结。

三、实验环节：

（一）、实验仪器

（1）ZJ应变控制直剪仪，如图6—1所示。

它的重要特点是用转动手轮使传力杆向前移动而推动底座施力给下盒剪切力（水平力），剪力

的数值是运用量力环测出［测力环是一个钢环.事先已知每单位变形值所表达的应力数值.故

在实验时用测微计量得测力环径向变形数值即可算出所受的应力值）。本仪器对

粘性土和砂性土均合用。其重要构件涉及

4.剪切盒

剪切盒分上下两盒（附一个传压盖及两个透水石人上盒一端顶在量力环的一端，下盒与底座

连接，底座放在两条轨道浪珠上，可以移动。

b.加力及量测设备

垂直荷重：通过杠杆比（1:12）放祛码来施加。水平荷重：通过旋转手轮推动螺杆顶压

下盒来施加，荷重大小，从审:力环的变形间接求出。

安芸测微表的固定杆

测微表V力环

图6—1应变式直剪仪

（2）环刀（截面积为30cm2）；

（3）其它：百分表、秒表、电子天平（感量0.001g）、电热鼓风恒温干燥箱、修土刀、推土

nSo

（二”操作环节

（I）试样制备：从原状土样中切取原状土试样或制备给定干密度和含水量的扰动土试样。

按规范规定，测定试样的密度及含水量。对于扰动土样需要饱和时，按规范规定的方法进行

抽气饱和。

（2）试样安装。对准上下盒，插入固定销。在下盒内放湿滤纸和透水板。将装有试样的环

刀平口向下，对准剪切盒口，在试样顶面放湿滤纸和透水板，然后将试样渐渐推入剪切盒内,

移去环刀。

（3）顺次放上传压板、钢珠和加压板，按规定加垂直荷重，按规定加垂直荷重，一般一组四

次实验,建议采用100kPa（吊盘+1.275kg祛码），200kPa（吊盘+1.275kg硅码+2.55kg硬码）,

300kPa（吊盘+1.275kg祛码+2.55kg跌码+2.55kg祛码）,400kPa（吊盘+1.275kg跌码+2.55

kg石去码+2.55kg破码+2.55kg祛码）。

（4）按顺时针方向渐渐转动手轮至上盒前端的钢珠刚好与量力环接触（即量力环内的测微

计指针刚好开始移动），调整测微计读数为零。

（5）拔去固定销，开动秒表，以每分钟4〜12转的均匀速率转动手轮（本实验以每分钟6

转为宜），转动过程中不应半途停顿或时快时慢。使试样在3〜5分钟内剪损，手轮每转•圈

应测记测微表读数一次，直至量力环的测微表指针不再前进或有后退，即说明试样已剪损。

如测微表指针一直缓慢前进，说明不出现峰值，则破坏以变形控制进行到剪切变形达4mm

时为止。（注：手轮每转一圈推动下盒0.2mm。）

（6）拆卸荷重、加压架、钢珠、传压板与上盒、取出土样。

（7）反复上述环节，做其他各垂直压力下的剪切实验。

（8）计算与制图

1）抗剪强度的计算:

T=KR

式中，是土的抗剪强度（kPa）；R是量力环中测微表读数，以0.01mm计；K是量力环

率定系数，以kPa/0.01mm计。

2）剪切位移计算：

△l=20n-R

式中，是剪切位移量，以0.01mm计；n是手轮转数。

3）以剪应力为纵坐标，剪切位移为横坐标，绘制剪应力与剪切位移关系曲线，见图6-2（a）,

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所相应的剪应力为抗剪强

度。

4）抗剪强度为纵坐标，垂直应力为横坐标（二坐标的比例尺应取•致），将实验所得

相应于垂直压应力50、100、200、30（）kPa时相应的值标于坐标图上并取成直线，此直线即

为土的抗剪强度线。其直线的倾角为摩擦角，纵坐标截距即为内聚力，见图6—2（2。

图6-2直剪实验结果图

实验七三轴压缩实验（选做）

一、实验目的

三轴实验可以测定土的抗剪强度，提供计算地基强度和稳定使用的强度指标：内摩擦角和

内聚力Co本实验的重要目地是了解三轴剪切实验的基木原理，掌握三轴剪切实验的基本操

作方法，了解三轴剪切实验不同排水条件的控制方法和孔隙压力的测量原理，进一步巩固抗

剪强度的基本理论。

二、实验方法

三轴剪切实验是用来测定试件在某一固定周边压力下的抗剪强度，然后根据三个以上

试件，在不同周边压力下测得的抗剪强度，运用莫尔-库仑破坏准则拟定土的抗剪强度参数。

三轴实验一般有不固结不排水实验（UU）、固结不排水实验（CU）和固结排水实验（CD）

三种。

1.不固结不排水实验：试件在周边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.固结不排水实验：试样先在周边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、固结排水剪实验：试样先在周边压力下排水固结，然后允许在充足排水的条件下增长轴

向压力直至破坏，可测得总抗剪强度指标和。

三、实验环节：

（一）、仪器设备

（1）TSZ30-2.0型应变控制式三轴仪。由周边压力系统、反压力系统、孔隙水压力量

测系统和主机组成，见图7—10

（a）三轴压力室压力室是三轴仪的重要组成部分，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

孔隙水压力最测系统相连,

(b)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，根据土样性质及实验方法拟定加荷速率，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。

(c)轴向压力测量系统通常的实验中，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，测力计为线性和反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。

(d)周边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成周边压力的稳定。

(e)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。

(f)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。

(g)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。

(1一调压桶；2一周边压力表：3—周边压力阀；4—排水阀；5一体变管：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：17一离合器：18一手轮：19一马达；20一变速箱。）

图7—1三轴实验仪

（2）附属设备：涉及击实器、饱和器、切土器、分样器、切土盘、承膜筒和对开圆模，

（3）电子天平：称量210g,感量0.001g。

（4）橡皮膜：应具有弹忙，厚度应小于橡皮膜直行的1/100,不得有漏气孔。

（二）、操作环节：

（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，制备成所规定

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，试样周边贴上滤纸条，关闭底座开关。

②把己检杳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边，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（有时采用高量管所产生的水头差）从底座流入试样与橡

皮膜之间，排除试样周边的气泡，关闭开关。

④打开与试样帽连通的排水阀，让量水管中的水流入试样帽，并连同透水石，滤纸放在试

样的上端，排尽试样上端及量管系统的气泡后关闭开关，用橡皮圈将橡皮膜上端与试样帽

扎紧。

⑤装上压力筒拧紧密封螺帽，并使传压活塞与土样帽接触。

（3）试样排水固结按下歹J环节进行：

①向压力室施加试样的周边压力（水压力或气压力），周边压力的大小根据土样的覆盖压力

而定，一般应等于和大于覆盖压力，但由于仪器自身限定，目前最大压力不宜超过0.6.MPa

（低压三轴仪）和2.0MPa（高压三轴仪）。

②同时测定土体内与周边压力相应的起始孔隙水压力，施加周边压力后，在不排水条件下

静止15〜30分钟后，记下起始孔隙水压力读数。

③打开排水阀，周结完毕后，并排水阀，测计孔隙水压力和排水管读数。

④转动细档于轮，微调压力机升降台，使活塞与试样接触，此时轴向变形指示计的变化值

为试样固结时的高度变化，

（4）试样剪切按下列环节进行：

①剪切速率：粘土宜为0.05〜0.设/每分钟，粉质土或轻亚粘土为0.1-0.5%/每分钟。

②将轴向变形的百分表、轴向压力测力环的百分表及孔隙水压力计读数均调速至零点。

③启动电动机，合上离合器，开始剪切。试样每产生（）.3%〜0.4%的轴向应变（或0.2mm变

形值），测读一次测力计读数和轴向变形值。当轴向应变大于3%时，试样每产生0.7%〜0.8%

的轴向应变（或0.5mm变形值），测读一次。当测力计读数出现峰值时，剪切应继续进行到

轴向应变量为15%〜20机

④实验结束，关电动机，关各阀门，脱开离合器，转动手轮，将压力室降下，打开排气孔，

排除压力室内的水，拆卸压力室罩，取出试件，描绘试样破坏时形状并称其质量，并测定

土样含水率。

（三）、成果整理

（1）按下式计算孔隙水压力系数：

U

B=—或B=-^-

A="pyA___：________

-o-,）

式中：B是各向等压作用下的孔隙水压力系数：是试样在周边压力增量下所出现孔隙水压

力增量（kPa）；是周边压力的增量（kPa）；是在周边压力下所产生的孔隙水压力（kPa）；

是周边压力（kPa）；是偏压应力作用卜.的孔隙水压力系数；是大主应力增量（kPa）；

是剪损时的孔隙水压力（kPa）；是剪损时的大主应力增量（kPa）；是试样在主应力差

下所产生的孔隙水压力增量（kPa）。

（2）按下式修正试样固结后的高度和面积：

,/3

4=儿（1—4）=A0（l--）x4口一手）

%3%

4=?4（1