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土工试验指导书长春工程学院岩土工程测试实验室2010.11.18目录实验一含水率试验（烘干法）实验二密度试验（环刀法）实验三土粒密度（比重）试验实验四土的液限、塑限试验实验五土的固结试验（快速法）实验六土的直接剪切试验（快剪）实验七土的击实试验实验一含水率试验（烘干法）１.基本原理土的含水量是试样在105~1100C下烘至恒量时失去的水质量和干土质量的比值，用百分比表示。含水量是土的基本物理性指标之一，它是计算土的干密度，孔隙比，饱和度等的必要指标，亦是检测土工构筑物施工质量的重要指标。目前国内外测定含水量的方法有多种。主要有烘干法，酒精燃烧法，砂土炒干法等。但能确定质量，操作简便又能符合含水量定义的试验方法仍以烘干法为主。２.适用范围本试验方法适用于粘性土、砂性土和有机质土类。３.仪器设备(1).烘箱：可采用电热烘箱或温度能保持100~1050C的其它能源烘箱，也可用红外线烘箱。(2).天平：称量200g；感量0.01g。(3).其它：，干燥器，称量盒等。４.操作步骤（１）.取具有代表性试样，粘性土为１５~20g，砂性土，有机质土为50g，放入称量盒内，盖上盒盖，称湿土质量，精确至0.01g。（２）.打开盒盖，将称量盒置于烘箱内，在100~1050C恒温下烘干。烘干时间对粘性土不得少于８h，对砂性土不得少于６h。对含有机质超过５％的土，应将温度控制在65~700Ｃ的恒温下烘干。（３）.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，称干土质量，精确至0.01g。５.成果整理(1).试样的含水量，应按下式计算，精确至0.1%式中W0―土的含水量％；m0―试样湿质量（g）；md――试样干质量（g）。(2).含水量试验应进行两次平行测定，两次测定的差值，当含水量小于40％时不得大于１％；大于40％时不得大于２％。取两次测值的平均值。(3).记录格式见表1－1６.注意事项(1).试验规定烘干湿度为105~1100C，这是因为：①取决于土的水理性质；②目前国外一些重要土工试验标准，烘干湿度在100~1150C之间，而多数以105~1150C为标准，故本试验采用105~1100C。(2).试样烘至恒量所需的时间与土的类别及取土数量有关。本试验规定土量为15~30g对砂性土宜烘6~8h，粘性土宜烘8~10h。砂性土、砾质土因持水性差，颗粒大小相差悬殊，水分变化大，所以试验应多取一些，本试验规定取50g。对有机质含量超过５％的土，因土质不均匀，采用烘干法时，除注明有机质含量外，亦应取50g。(3).含有机质土在100~1050C湿度下经长时间烘干后，有机质特别是腐植酸会在烘干过程中逐渐分解而不断损失，使测得的含水量比实际的含水量大，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６５~７０0Ｃ的恒温下进行烘干。(4).进行含水量试验时，常因试样代表性不足，而使测定结果失支实际意义，因此选取土样时需细心拌和均匀。此外，含水量试样应根据试验目的和要求选取。若为了了解全土层综合而概略的天然含水量，可沿土剖面竖向切取土样，如是配合压缩，抗剪强度，渗透试验，应在切取试样环刀的上下两面选取土样。(5).烘干的试样应先冷却再称质量，一是避免因天平受热不均影响精度，二是防止热土吸收空气中的水分。为此，试样应放在装有干燥剂（如氯化钙）的缸内冷却，缸口涂以凡士林，与外界空气隔绝，试样在干燥缸内冷却至室温，即可称质量。７.思考题（1）为什么粘性土烘的时间要长？（2）当土中有机质含量高时，为什么测得的含水量比实际的含水量要大？如何减少误差？实验二密度试验（环刀法）１.基本原理土的单位体积质量为土的密度。在天然含水量情况下的密度称为天然密度。测定密度的目的为了了解土体内部结构的密实情况。工程中需要以容重值表示时，将实测密度值乘以换算系数即可。测定土的密度的方法有很多，主要有环刀法，蜡封法，灌水法，灌砂法等，它们适用于不同的土质情况，下面分别作一介绍。２.适用范围本试验方法适用于粘性土，是最常用的实验室方法。３.仪器设备①.环刀：内径为61.8±0.15mm和79.8±0.15mm高度为20±0.016mm。②.天平：称量500g；感量0.1g；③.其他：修土刀，钢丝锯，凡士林等。4.操作步骤①按工程需要取原状土或制配所需状态的拢动土，整平两端，将环刀内壁涂一薄层凡士林，刀口向下放在上。②用修土刀（或钢丝锯）将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，并用剩余土样测定含水量。③擦净环刀外壁，称环刀与土盒质量m1,准确至0.1g。④本试验须进行二次平行测定，其0.03g/cm3。求其算术平均值。５.成果整理１.按下列公式计算密度式中：－湿密度，g/cm；－环刀与土样之质量，g；－环刀的质量，g；V－土的体积，cm。计算准至0.01g/cm。２.记录格式见表1—2实验三土粒密度（比重）试验1.基本原理土粒密度是指土的固体部分的单位体积的质量。土的固体部分质量可用精密天秤测得。相应之土粒的体积一般应用排除与土粒同体积之液体的体积方法测得。通常用比重瓶法测定土粒的体积，此法适用于粒径小于5mm或者含有少量5mm颗粒的土。粒径大于5mm的土则用虹吸筒法，该方法的原理是将颗粒放入盛有一定水位的虹吸筒中，排开的水量即为试样的体积。对于砂土可用大型的李氏比重瓶法，其原理与虹吸筒法相似。在用比重法测定土粒体积时，必须注意所排除的液体体积确能代表固体颗粒的真实体积。土中含有气体，试验时必须把它排尽，否则影响测试精度，可用煮沸法或抽气法排除土内气体。所用的液体一般为蒸馏水。若土中含有大量的可溶盐类、有机质、胶粒时，则可用中性液体，如煤油、汽油、甲苯和二甲苯，此时必须用抽气法排气。2.仪器设备1.比重瓶容量100cm或者50cm；有毛细式与长颈式两种；2.分析天秤感量0.001g，称量200g；3.砂浴（或可调电加热器）；4.真空抽气设备；5.恒温水槽；6.温度计测定范围0－50℃，精确至0.5℃；7.其它烘箱、蒸馏水、中性液体、小漏斗、干毛巾、小洗瓶、磁钵及研棒、孔径为2mm筛等。3.操作步骤１．土样的制备取有代表性的风干土样约100g，充分研散并全部过2mm的筛。将过筛风干土及洗净的比重瓶在100－105℃下烘干，取出后置于干燥器内冷却至室温称量后备用。２．测定干土的质量称烘干土15g通过漏斗倾入已知质量的烘干比重瓶中，然后在分析天平上称得瓶加土的质量，减去瓶的质量即得土粒质量。３．煮沸（或抽气）排气（１）煮沸排气注蒸馏水于盛有土样的比重瓶中至半满，轻摇比重瓶使土粒分散，将瓶置于沙浴上煮沸，由开始沸腾时算起，若为砂土及亚砂土煮沸时间应不少于30分钟，粘土及亚粘土应不少于1小时，以排除气体。(2)抽气排气将盛有土样及半满蒸馏水之比重瓶放在真空抽气缸内，接上真空泵，真空度应接近一个大气压，直至摇动时无气泡逸出为止，抽气时间一般为1－2小时。4.测定瓶加水加土之质量（1）若用煮沸排气法时，煮沸完毕后，取出比重瓶冷却至室温，注蒸馏水于比重瓶中（毛细式注至近满加盖，长颈式则注至近刻度处）。然后将比重瓶置于恒温水槽内待温度稳定，瓶内上部悬液澄清后，取出比重瓶。（2）若为毛细式比重瓶应注蒸馏水至瓶口，塞上瓶塞，使多余的水自毛细管中溢出。瓶塞塞好后，瓶内不应留有空气，如有应再加水重新塞好。将瓶外水分擦干后称量，得瓶、水、土之质量称完后立即测定瓶内悬液之温度。若为长径式比重瓶，应加蒸馏水于刻度处，擦干瓶外水分称量。5.测定瓶加水之质量倒掉瓶中悬液，洗净比重瓶，灌满蒸馏水加盖，恒温约15分钟，使瓶内蒸馏水温度与悬液的温度一致。检查瓶内有无气泡，若有，需排除之。然后擦干瓶外水分称量，得瓶加水的质量。6.按下式计算土粒的密度，准确至0.01g/cm3。式中：－土粒的质量，g；－瓶加水加土的质量，g；－瓶加水的质量，g；－t℃时蒸馏水的密度，可由表Ⅰ－Ⅰ查得。7.本实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0.02g/cm。表Ⅰ－Ⅰ不同温度时水的密度水温℃30.5~33.04.0~12.512.5~19.019.0~23.523.5~27.527.5~30.5水的密度g/cm30.9951.0000.9990.9980.9970.9960.四.注意事项1.煮沸（或抽气）排气时，必须防止悬液溅出瓶外，火力要小，并防止煮干。必须将土中气体排尽，否则影响实验成果。2.必须使瓶中悬液与蒸馏水的温度一致。3.称量必须准确，测定m1及m2时，必须将比重瓶外水分擦干。4.若用长颈式比重瓶，液体灌满比重瓶时，液面位置前后必次应一致，以弯液面下缘为准。1.五.思考题1.土中空气如不排除，所得土粒密度偏大不是偏小？为什么？2.在测定粘粒含量多的土粒密度时用蒸馏水测得的结果是偏大还是偏小？为什么？实验四土的液限、塑限试验1.基本原理在界限含水率中，意义最大的是从粘流状态过渡到粘塑状态的液限（）和从塑态过渡到半固态的塑限（），土的塑性指数是液限与塑限之差（），它是表示土的塑性强弱的指标。理论上，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。国内外测定液限的方法使用两种不同仪器：瓦氏锥式仪和卡氏碟式仪。前者是前苏联A﹒M﹒瓦西里耶夫经多次试验认为锥面30°重0.76N的圆锥体，沉入土体的深度10mm时的含水率就是液限。后者是美国卡萨格兰德所研制的用专门的半圆形铜碟，将土平铺碟中，用划刀分成两半，以每秒2次的速率将碟由10mm高度落下。当下落击数为25次时，原来被划刀分成两半的土在碟底的合拢长度恰好达到13mm时，其含水率就是液限。通过计算，锥式仪液限土的抗剪强度为8.4，碟式仪液限的抗剪强度为2.7。国内外学者多数认为碟式仪液限的抗剪强度值符合基本物理意义。但手续较繁琐，强度带有扰动的性质，方法有改善的必要。锥式仪液限的抗剪强度过大，用此所得含水率偏小，但强度属静力性质，测试简易，适当改进可以推广运用。研究表明，用瓦氏圆锥仪，土体下沉17mm时的含水率大致相当于卡氏碟式仪液限，可以等效碟式仪液限。因此，在使用液限时，应标明何种仪器测得，即目前我国所测得的液限有三种：1锥式仪液限（下沉10mm）；2锥式仪液限（下沉17mm），等效碟式仪液限；3碟式仪液限。我国广泛使用10mm锥式液限仪，积累了大量资料，没有特别注明的液限均属于此种液限。土的塑态与固态间的界限含水率称土的塑限。塑限的测定方法主要根据土处于塑态时可塑成任意形状也不产生裂纹，处于固态时很难搓成任意形状，若勉强搓成时，土面要发生裂纹或断折等现象，这两种物理状态特征作为塑态和固态的界限。即当土搓成一定粗细的土条表面开始出现裂纹时的含水率，即为塑限。此外，我国还采用圆锥式液塑限联合测定仪，它是用瓦氏圆锥仪在专门的仪器上测定土在不同含水率时的圆锥入土深度，在双对数坐标纸上绘成圆锥入土深度与含水率的关系直线。在直线上分别查得圆锥入土深度17mm、10mm和2mm时的相应含水率，认为就是碟式仪液限（等效）、锥式仪液限和塑限。二．液限试验(圆锥法)（一）.仪器设备1．铝盒、调土杯及调土刀；2．锥式液限仪（图I－1）；3．天平感量0.01g;4．筛孔径0.5mm；5．磁钵和橡皮头研棒；6．烘箱；7．干燥器。图1－1锥式液限仪1.手柄;2.锥体;3.平衡锥;4试杯;5.底座;6.试样(二).操作步骤1．制备土样取天然含水率的土样50g捏碎过筛，若天然土样已风干，则取样80g研碎过0.5mm筛。加蒸馏水调成糊状，盖上湿布或置保湿器内12小时以上，使水分均匀分布。2．装土样于试杯中将备好的土样再仔细拌匀一次，然后分层装入试杯中，用手掌轻拍试杯，使杯中空气逸出，土样填满后，用调土刀抹平土面，使之与杯缘齐平。3．放锥(1).在平衡锥尖部分涂上一薄层凡士林，以姆指和食指执锥柄，使锥尖与试样面接触并保持锥体垂直，松开手指，使锥体在其自重作用下沉入土中，注意放锥时要平稳，避免产生冲击力。(2).放锥15秒钟后，观察锥体沉入土中的深度，以土样表面与锥接触处为准，若恰为1