土力学实验指导书(修订)

土工实验指导书湖南科技大学土木工程学院土工实验室2008．9土工实验指导书第1页共9页目录1.塑、液限联合测定实验………………………..……………………………..22.固结实验………………………..………………………..………………….43.直接剪切实验…………………………………………..……………………..74．三轴不固结不排水剪切实验………………………..………………………..9参考资料：1、《土工试验方法标准》GB/T50123-19992、《公路土工试验规程》JTGE40-20073、《中华人民共和国行业标准土工试验规程》SL237-1999土工实验指导书第2页共9页塑、液限联合测定实验（一）实验目的塑限是粘性土可塑状态和半固体状态分界点的含水率，液限是粘性土流动状态和可塑状态分界点的含水率。适用于粒径小于0.5mm，以及有机质含量不大于试样总质量5%的土。本次实验目的采用液塑限联合测定仪法测定土的塑限和液限，并计算塑性、液性指数，供工程设计和施工使用。（二）仪器设备：1.LP—100数显式塑液限联合测定仪：锥质量100克，锥角为300；2.天平：称量500g，感量0.01g；3.其它：筛（孔径0.5mm），调土刀，调土皿，称量盒，凡士林，烘土盒，烘箱等。(三)实验步骤：1.取有代表性的天然含水率或风干土样进行实验。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仵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，分开放入三个盛土器中，加不同质量的蒸馏水，土样的含水率分别控制在接近液限（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5mm以下。3.土膏用调土刀充分调拌均匀，密实地填入试样杯中，应使空气溢出，高出试样杯的余土用刮土刀刮平。4.接通电源，在锥体上涂一层凡士林，将试样杯放在升降台上。缓缓地逆时针方向调节升降旋纽，当试杯中的土样刚接触锥尖时，接触指示灯立刻发亮，此时应停止旋动，然后按“测量”键。锥体在自重下沉入试样，此时，时间音响发出“嘟！嘟…”的声音。当测量时间一到，叫声停止，此时显示屏上显示出5秒钟的入土深度值。第二次测量时，需将锥体再次向上托至限位处，顺时争方向调节升降旋纽至能改变锥尖与土的接触位置（锥尖两次锥入位置距离不小于1cm），将锥尖擦干净，再次测量，重复上述步骤进行。5.去掉锥尖入土处的凡士林，取10g以上的土样两个，分别装如烘土盒内，称质量，测定其含水率1，2，计算含水率平均值；6.重复3~5步，对其它两个含水率土样进行实验，测其锥入深度和含水率。(四)资料整理：1.在双对数坐标纸上，以含水率为横坐标，锥入深度h为纵坐标，三点连一直线，如三点不在同一直线上，通过高含水率的一点与其于两点连成两条直线，在圆锥下沉深度3mm处查得相应的含水率，当两个含水率差值小于2%时，以该两点含水率的平均值与高点含水率的连成一条直线。当两个含水率的差值大于或等于2%时，应补做实验。2．测定a点的锥入深度应为20（±0.2）mm,h—图上，查纵坐标入土深度h=20mm所对应的横坐标的含水率，即为该土样的液限L；入土深度h=3mm处所对应的含水率为该土样的塑限P，以百分数表示。3.按下列公式计算塑性指数，液性指数：P=L—P；PPL〔式中：IP：塑性指数，计算至0.1；L：液限，（除去%）；P：塑限，（除去%）；：天然含水率，（除去%）；IL：液性指数，计算至0.01；〕土工实验指导书第3页共9页塑、液限联合测定实验记录实验者:实验日期:次数项目123入土深度(mm)h1h2(h1+h2)/2含水量（%）盒号盒质量湿土加盒质量（g）干土加盒质量（g）水分质量（g）干土质量（g）含水量（%）平均含水量（%）P=;L=;IP=;IL=含水量（%）土工实验指导书第4页共9页固结实验（一）实验目的固结实验的目的是测定试样在有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，变形和时间的关系，以便计算土的单位沉降量Si，压缩系数av,压缩指数CC,回弹指数Cs，压缩模量Es，固结系数CV，及原状土的先期固结压力PC等，测定项目视工程需要而定。本实验方法适用于饱和粘性土，当只进行压缩时，允许用于非饱和土。本次实验为学生实验课，所用土样为非饱和重塑粘性土。在实验课里，要求学生：（1）测定试样的轴向变形与压力之间的关系，绘制e－p曲线，从而求得试样在100——200kpa压力范围内的压缩系数a21v，压缩模量E21s；(2)测定试样在200kpa压力下，变形与时间平方根d－t的关系曲线.（二）仪器设备：1．双联固结仪：由下列三部分组成；①容器及附件：环刀，护环，导环，透水石，水槽，加压上盖等；②加压设备：砝码，杠杆，框架，平衡锤；③变形测量设备：量表导杆，量表架，百分表(量程10mm)；2．其它：秒表，天平，烘箱，干燥器，切土刀，凡士林等。(三)实验步骤：1.按土的密度实验方法，用环刀切取试样，擦净环刀外壁，并测定其密度及含水率。2.在固结容器内放置护环，透水石和滤纸，将带有试样的环刀小心地装入护环内，装上导环，试样上依次放上滤纸，透水石和加压上盖。3.将装好试样的容器置于加压框架下，对准框架的正中，安置好量表导杆，在导杆上端装好百分表，并将百分表之短指针指在7—8mm处。4.施加1kpa的预压力，使试样与仪器上下各部件之间接触，并将百分表长、短针调至同步，记录初读数（估读到0.001mm）。5.施加第一级压力50kpa，至土样变形稳定为止（学生实验时，因为时间有限，加压后9分钟即假定变形稳定），测记百分表读数后，施加下一级压力。6.依次施加压力100，200，300，400kpa，各级压力下试样变形稳定时间均为9分钟，分别测记百分表读数（精度同上）。7.施加第3级压力（200kpa）后，需测定试样的沉降速率，按下列时间顺序测记试样的高度变化，时间(累计)为15″；1′；2′15″；4′；6′15″；9′。8.加压结束后，迅速拆除仪器各部件，取出试样，如需要，测定其密度和含水率。(四)资料整理：1.试样的初始空隙比，应按下式计算：式中e0—试样的初始孔隙比（精确至0.001）；0—试样的初始含水率（%）；GS—土粒比重(学生若未做此实验,采用2.70)；—4C时水的密度(3cmg)；0—试样的初始湿密度(3cmg)。11000sGe土工实验指导书第5页共9页2.各级压力下试样固结稳定后的孔隙比ei，应按下式计算：式中ei—各级压力下试样固结稳定后的孔隙比（精确至0.001）；e0—试样的初始孔隙比；h0—试样的初始高度；（20mm0；ih—在i级压力下试样固结稳定后的总变形量（mm）。等于该级压力下稳定后的百分表读数与初读数之差，再减去仪器在该级压力下的变形量。学生实验时，仪器变形量不计。3.绘制压缩曲线：以压力（kpa）为横坐标，孔隙比为纵坐标，绘制孔隙比与压力之间的关系曲线，即e—P曲线。4.绘制d－t的关系曲线：在200kpa压力下，以百分表读数（非读数差）d(mm)为纵坐标；时间平方根t（min）为横坐标，绘制变形与时间关系曲线（不要求t90）。5.由实验所得的e—P曲线，计算试样在100—200kpa压力范围内的压缩系数和压缩模量；（1）式中：a21v—试样在100—200kpa压力范围内的压缩系数，单位为MPa1(精确至0.01)；e21,—在e—P曲线上，分别查得100、200kpa压力所对应的孔隙比；p12,—分别为200，100kpa压力值。（2）式中：E21S—试样在100—200kpa压力范围内的压缩模量，单位为MPa(精确至0.1)；e0—试样的初始孔隙比；a21v—试样在100—200kpa压力范围内的压缩系数（MPa1）。122121ppeeav210211vsaeEiihheee0001土工实验指导书第6页共9页固结实验实验者：实验日期：经过时间压力（kpa）固结时间50100200300400分秒小时分钟时间读数时间读数时间读数时间读数时间读数15121546159仪器变形量（mm）试样总变形量（mm）0100200300400P(Kpa)e—P关系曲线00.511.522.53t(mm)d-t关系曲线土工实验指导书第7页共9页直接剪切实验（一）实验目的直接剪切实验是测定土的抗剪强度的一种常用方法，通常采用四个试样，分别在不同的垂直压力下，施加水平剪切力进行剪切，测出破坏时剪应用力，然后根据库仑定律确定土的抗剪强度参数：内摩擦角和粘聚力C。本实验适用于测定粘性土和砂类土的抗剪强度参数，土颗粒的粒径应小于2mm。直剪实验分粘性土的慢剪实验、固结快剪实验、快剪实验和砂类土的直剪。（二）仪器设备：1.应变控制式直剪仪：由剪切容器、垂直加压设备、推动座（手轮）、量力环等组成。2.天平：称量500g,感量0.01g；3.其它：环刀、手表、刚直尺、圆木块、盛土盘等。(三)实验步骤：1.按要求的干密度，称出一个环刀体积所需的风干试样（质量约为100g）。本实验使用原状土试样。2.取出剪切容器的加压盖及上部透水石，将上下盒对准，插入固定销。3.将试样徐徐倒入剪切容器内，在试样面上依次放好透水石、加压盖、钢珠和加力框架。4.徐徐转动手轮至量力环上的百分表长针微微转动为止，记下百分表的初读数R0，或将百分表的长针调至零，即R0=0。5.在试样面上施加第一级垂直压力P=100kpa。6.拔去固定销，以每分钟6转的均匀速率转动手轮，直至剪损。当百分表读数不变或后退时，应继续剪切至位移为4mm时停止，记下破坏值。当剪切过程中量力环百分表读数无峰值时，则剪切至剪切位移达6mm时停止。7.卸除压力，取下加力框架、钢珠、加压盖等，倒出试样，刷净剪切盒。8.重复2-7步骤，改变垂直压力，使分别为200、300、400kpa进行试验。(四)资料整理：1.各级压力下试样破坏时的剪应力按下式计算：0RRkM式中：—试样破坏时的剪应力（kpa）；K—量力环系数，其值标明在各仪器的量力环上（mm.kpa010）；Rm—百分表最大的读数（0.01mm）；R0—百分表初读数或等于0（0.01mm）。2.绘图：以抗剪强度为纵坐标，垂直压力为横坐标（两坐标比例应一致）：将试验所得各点绘于坐标图上，根据图上各点，绘一视测的直线，则此直线即为抗剪强度线；其倾角为土的内摩擦角，抗剪强度线在纵坐标轴上的截距为土的粘聚力C。土工实验指导书第8页共9页剪切实验实验者：实验日期：压力100kpa200kpa300kpa400kpa手轮转数量力环变形(0.01mm)剪应力(kpa)C=Ф=400300抗剪强度200(kpa)10000100200300400垂直压力(kpa)土工实验指导书第9页共9页三轴不固结不排水剪切实验（参观）（一）实验目的1.不固结不排水（UU）试验是在施加周围压力和增加轴向压力直至破坏过程中均不允许试样排水。2.本试验适用于测定粘质土和砂类土的总抗剪强度参数Cu、u。（二）仪器设备：1.三轴压缩仪：应变控制式由周围压力系统、反压力系统、孔隙水压力量测系统和主机组成。2.附属设备：包括击实器、饱和器、切土器、分样器、切土盘、承膜筒和对开圆膜。3.百分表：量程3cm或1cm，分度值0.01mm。4.天平：称量200g，感量0.01g；称量1000g，感量0.1g。5.橡皮膜：应具有弹性，厚度应小于橡皮膜直径的1/100，不得有漏气孔。（三）、仪器检查1.周围压力的测量精度为全量程的1％，测读分值为5kPa。2.孔隙水压力系统内的气泡完全排除。系统内的气泡用纯水或施加压力使气泡溶于水，并从试样底座溢出，测量系统的体积因数应小于1.5×10ˉ5cm3/kPa3.管路应畅通，活塞应能滑动，各连接处应无漏气。3.橡胶膜