土力学实验剖析

邓初首适用专业：土木工程建筑工程学院目录实验一土的基本物理性质指标测定……………………………………（1）实验二土的液限、塑限联合测定………………………………………（8）实验三土的标准固结实验………………………………………………（12）实验四土的直接剪切实验………………………………………………（18）附录：土工实验相关要求………………………………………………（24）1实验一土的基本物理性质指标测定一、含水率实验（烘干法）1.实验目的学习使用烘干法测定土的含水率，了解土的含水情况，并为计算土的干密度、孔隙比、液性指数、饱和度，以及土的其它物理力学试验提供必需的数据。2.实验原理土的含水率是试样在105-110℃温度下烘至恒量时所失去的水质量和达恒量后干土质量的比值，用百分数表示。土的含水率是土的基本物理性指标之一，含水率实验方法有多种：如烘干法、酒精燃烧法、炒干法等。烘干法：将已知质量的土样放人烘箱内，在规定温度下烘至恒重，冷却后称出干土的质量，计算土的含水率。此法为标准实验方法，适用于粘土、砂土、有机质土和冻土类。酒精燃烧法：将无水酒精加入土样中点火燃烧，将土样烧干使土中水分蒸发，重复燃烧数次，称出燃烧后土的质量，计算土的含水率。此为非标准实验方法，适用于不含或少含有机质的土。炒干法：将土样放在铁盘内在电炉上炒干，称出炒干前后试样的质量，计算土的含水率。此为非标准实验方法，适用于含砂砾较多的土。本实验只介绍烘干法测定土的含水率。3.仪器设备(1)电热烘箱：应能控制温度为105-110℃。(2)天平：称量200g，最小分度值0.01g，称量1000g，最小分度值0.1g。(3)其它：干燥器（内有硅胶或CaCl2干燥剂）；称量盒（铝盒）。4.操作步骤(1)先称空铝盒的质量m0，准确至0.01g。(2)取代表性试样15～30g或用环刀中的试样，有机质土、砂类土和整体状的冻土50g，放入称量铝盒内，并立即盖好盒盖，称铝盒加湿土质量m1，准确至0.01g。(3)打开盒盖，将盒盖套在盒底下(以免丢失或拿错)，一起放入烘箱内，在105～110℃下烘至恒量。烘干时间对粘土、粉土不得少于8h，对砂土不得少于6h。对含有机质超过超过干土质量5％的土，应将温度控制在65～70℃的恒温下烘至恒量。(4)将称量盒从烘箱中取出，盖上盒盖，放入干燥容器内冷却至室温，称盒加干土质量m2，准确至0.01g。5.结果计算2(1)按下式计算土的含水率，精确至0.1%。%1000221mmmm式中：ω—含水率（%）；m0—称量盒（铝盒）质量（g）；m1—盒加湿土质量（g）；m2—盒加干土质量（g）。（2）本实验应进行两次平行测定，两次测定的差值，当含水率小于40%时不得大于1%；当含水率等于、大于40%时不得大于2%。取两次测值的平均值。(3)数据记录见表1-16.注意事项(1)含水率实验应在打开土样包装后立即进行，以免水分改变，影响结果。(2)使用称量盒前，应检查盒盖与盒底号码是否一致，发现不一致时应另换相符者进行称重。(3)含有机质土在105~110℃温度下经度时间烘干后，有机质特别是腐植酸会在烘干过程中逐渐分解而且不断损失，使测得的含水量比实际的含水率大，土中有机质含量越高误差就越大。故本试验对有机质含量超过5%的土，规定在65~70℃的恒温下进行烘干。(4)烘干的试样应先在干燥器内冷却至室温再称质量，一是避免因天平受热不均影响称量精度，二是防止热土吸收空气中的水分。二、密度实验（环刀法）1.实验目的(1)掌握使用环刀法测定土的密度。(2)通过测定土的密度，了解土的疏密和干湿状态，为计算土的其它物理性质指标和工程设计以及控制施工质量提供必需的数据。2.实验原理土的密度是指单位体积内土的质量。测定方法有：环刀法、蜡封法、灌水法和灌砂法等。环刀法适用于一般细粒粘土；蜡封法适用于易破碎土或形状不规则的坚硬土；灌水法、灌砂法适用于现场测定粗粒土的密度。这里仅介绍环刀法。环刀法就是采用一定体积的环刀切取土样并称土质量的方法，环刀内土的质量与环刀体积之比即为土的密度。3.仪器设备(1)环刀：内径61.8mm和79.8mm，高度20mm；3(2)天平：称量500g，最小分度值0.1g；称量200g，最小分度值0.01g；(3)其它：削土刀、钢丝锯、玻璃片、凡士林等。4.操作步骤(1)在天平上称环刀质量m1，准确至0.1g。(2)取原状土或制配所需状态的扰动土，整平两端，将环刀内壁涂一薄层凡士林,将环刀刃口向下放在土样上，(3)将环刀垂直均匀下压，并用切土刀沿环刀外侧切削土样两侧余土，边压边削，至土样高出环刀上口为止。(4)用切土刀整平环刀两端土样，使与环刀口面齐平，立即用玻璃片盖住环刀上下两端，以免水分蒸发。(5)擦净环刀外壁，取下玻璃片，称环刀加土的质量m2，准确至0.1g。5.结果计算(1)分别按下式计算土样的湿密度和干密度：式中ρ—湿密度（g/cm3），准确到0.01g/cm3；m2—环刀加湿土质量（g）；m1—环刀质量（g）；V－环刀容积（cm3）；ρd—干密度（g/cm3），准确到0.01g/cm3；ω—含水率（%），代入计算时要去掉百分号，如含水率为36.2％，ω取36.2代入。(2)环刀法密度试验应进行两次平行测定，两次测定的差值不得大于0.03g/cm3，取两次试验结果的平均值。(3)数据记录见表1-2。6.注意事项(1)用环刀切试样时，环刀应垂直均匀下压，以防环刀内试样的结构被扰动。(2)土样用环刀切取整平后，在称量前应在环刀两端盖上玻璃片，以防水分损失。三、土粒比重实验（比重瓶法）1.实验目的测定土粒比重，为计算土的孔隙比、饱和度以及为土的其它物理力学试验提供必须参数。01.01dVmm1242.实验原理土粒比重是土粒在105～110℃下烘至恒重时，土粒质量与同体积4℃时纯水质量的比值，亦称为土的相对密度。对小于、等于和大于5mm土颗粒组成的土应分别采用比重瓶法、浮称法和虹吸管法测定比重。本实验只介绍用比重瓶法测定颗粒粒径小于5mm的土的比重。用比重瓶法测定土粒体积时，必须注意所排除的液体体积确能代表固体颗粒的实际体积。土中含有气体，实验时必须把它排尽，否则影响测试精度，可用沸煮法或抽气法排除土内气体。所用的液体为纯水。若土中含有大量的可溶盐类、有机质、胶粒时，则可用中性溶液，如煤油、汽油、甲苯等，此时，必须采用抽气法排气。3.仪器设备(1)比重瓶：容量100mL或50mL，分长径和短径两种（见图1）。(2)恒温水槽：准确度应为1℃；(3)砂浴：应能调节温度的；（或可调电加热器）(4)天秤：称量200g，最小分度值0.001g；(5)温度计：测定范围刻度为0～50℃，最小分度值为0.5℃；(6)其它：干燥器、烘箱、纯水、小漏斗、孔径为2mm及5mm筛、滴管等。4.操作步骤(1)试样制备：取有代表性的风干的土样约100g，碾散并全部过5mm的筛。将过筛的风干土在105～110℃下烘干，取出后置于干燥器内冷却至室温备用。(2)将比重瓶洗净、烘干，置于干燥器内冷却后，称其质量m0，准确至0.001g。(3)称烘干试样土15g（当用50mL的比重瓶时，称烘干试样10g），用漏斗装入比重瓶内．并称其质量，得瓶加干土总质量m1，准确至0.001g。(4)在装干土的比重瓶内注人蒸馏水至瓶的1/2处，摇动比重瓶，使土粒初步分散，再将比重瓶放砂浴上煮沸（注意将瓶塞取下），煮沸时应调节砂浴温度，避免瓶内悬液溢出。煮沸时间从开始沸腾时算起：砂土不少于30min，粘土、粉土不少于1h。(5)将煮沸经冷却的蒸馏水注人装有试样悬液的比重瓶。当用长颈比重瓶时注至刻度，当用短颈比重瓶时注满，塞紧瓶塞，多余的水分自瓶塞毛细管中溢出。(6)将比重瓶置于恒温水槽内至温度稳定，待瓶内上部悬液澄清。取出比重瓶，擦干瓶外水分，称得比重瓶、水和土总质量m2，准确至0.001g。然后再立即测量瓶内水的温度，准确至0.5°C。量测时，将瓶放在桌上或用手捏住瓶颈，不宜用手握住比重瓶测量。(7)倒出悬液，洗净比重瓶，装满煮沸并冷却的蒸馏水，并使瓶内温度与步骤（6）中称量后得的温度相同，塞紧瓶塞，擦干瓶外水分，称得比重瓶和水总质量m3，准确至0.001g。55.结果计算(1)土粒比重按下式计算：iTiTsssGmmmmmmGmmmmG20130123式中：Gs—土粒比重ms—干土质量（g），ms＝m1－m0；m0—比重瓶质量（g）；m1—比重瓶加干土总质量（g）；m2—比重瓶、水、土总质量（g）；m3—比重瓶加水总质量（g）；GiT—T°C时纯水或中性液体的比重。水的比重可查物理手册（见表1-3）；中性液体的比重应实测，称量应准确至0.001g。(2)本试验必须进行两次平行测定，两次测定的差值不得大于0.02，取两次测值的平均值。(3)数据记录见表1-46.注意事项(1)若用长颈式比重瓶，注入液体至刻度时，液面位置前后几次应一致，以弯液面相切为准。(2)对含有可溶盐、有机质和亲水性胶体的土，其相对密度的测定采用中性液体（如煤油、苯）代替水，以防止盐类溶解，并用真空抽气法排气，而不能用煮沸法排气。四、实验难点1.环刀试样两端的整平操作（不得有突起或凹陷）；2.含水率、密度实验结果满足误差要求；3.比重实验加热时防止土样随液体溅出，也要防止被蒸发干。五、容易出错处1.没有事先称取空环刀和空铝盒的质量就切土和装上散土；2.没有立即用切取环刀试样后的余土测含水率；3.放入干燥箱的铝盒盖没有打开。六、仪器故障及处理方法电子天平称量不准，应校准后称量，6表1-1含水量实验记录（烘干法）工程名称___________________________试验者_________________工程编号___________________________计算者_________________试验日期___________________________校核者_________________试样编号盒号称量盒质量m0(g)盒+湿土质量m1(g)盒+干土质量m2(g)水分质量(g)干土质量(g)含水率（%）平均含水率（%）①②③②－③④③－①⑤100⑤④⑥表1-2密度实验记录（环刀法）工程名称___________________________试验者_________________工程编号___________________________计算者_________________试验日期___________________________校核者_________________试样编号环刀号环刀质量m1(g)环刀容积V(cm3)环刀+湿土质量m2(g)湿土质量(g)湿密度ρ(g/cm3)试样含水率ω(%)干密度ρd(g/cm3)平均干密度d(g/cm3)①②③④＝③－①②④⑤＝⑥⑥⑤⑦＝01.017表1-3T°C时水的密度ρwt注：GiT=ρwt/ρwo，ρwt即从上表查得；ρwo—4°C时水的密度即ρwo=1g/cm3）表1-4比重实验记录（比重瓶法）工程名称___________________________试验者_________________工程编号___________________________计算者_________________试验日期___________________________校核者_________________试样编号比重瓶号温度（℃）液体比重Git比重瓶质量m0(g)瓶+干土质量m1(g)干土质量ms(g)瓶+液体质量m3(g)瓶+液体+干土质量m2(g)与干土同体积的液体质量(g)比重Gs平均值sG①②③④⑤=④-③⑥⑦⑧=⑤+⑥-⑦⑨=②⑧⑤温度/°C水的密度/（g/cm3）温度/°C水的密度/（g/cm3）温度/°C水的密度/（g/cm3）4.05.06.07.08.09.010.011.012.013.014.01.00001.00000.99990.99990.99990.99980.