土力学实验指导书-

《土力学》实验指导书适用专业：土木工程实验项目一：土的物性实验一、实验目的1、测定土的天然密度，以便了解土的疏密状态与其它实验配合计算土的干密度、孔隙比及饱和度等物理性质指标；2、测定粘性土的液限和塑限从而计算塑性指数和液性指数，评价粘性土地基的容许承载力；并按塑性指数或塑性图进行土的分类。二、实验设备环刀、天平、切土刀、钢丝锯、玻璃片、凡士林、烘箱、干燥器；铝盒；液、塑限联合测定仪等。三、实验原理1、环刀法测土的密度土的密度是单位体积土的质量。土单位体积中固体颗粒的质量称为土的干密度；土体孔隙中充满水时的单位体积质量称为土的饱和密度；在计算自重应力时，须采用土的重力密度，即重度，是指单位体积土的重量。ρ=(m2－m1)／V(1-1)式中：——土的湿密度（g/cm3）；m1——环刀的质量（g）；m2——环刀加土的质量（g）。v—环刀体积（cm3）ρd=ρ／(1＋0.01w)(1-2)式中：d——土的干密度（g/cm3）；——土的湿密度（g/cm3）；w——土的含水量（％）。2、烘干法测土的含水量土的含水量是土中水的质量与干土质量的比值，烘干法是根据加热后水份蒸发的原理，将已知质量的土样放入烘箱内，在100～105℃温度条件下烘干至恒重时，失去的水的质量与干土质量的比值，即是含水量，用百分数表示。0w=（dmm0－1）×100（1-3）式中：0w—土的含水量（%）0m—湿土的质量（g）dm—干土的质量（g）含水量实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%，当含水量大于、等于40%时，不得大于2%，取二者的算术平均值。3、液限、塑限联合测定根据用圆锥仪测得的入土深度与其相应的含水量在双对数坐标上具线性关系的特性，本实验用水电式液、塑限联合测定仪（见图1-1）测得土在不同含水量时的圆锥入土深度，绘制其关系直线图（见图1-2），据入土深度在图上找出该试样的液限和塑限。本实验适用条件同液限实验。%1000221mmmmw(1-4)式中：m1——湿土加盒重量m0——铝盒的重量m2——干土加盒的重量Ip=wL-wp(1-5)式中：Ip——塑性指数wL——液限含水率wp——塑限含水率PpIwwlI(1-6)式中：IL——液性指数四、实验步骤1、环刀法测土的密度1）调整天平平衡，称量环刀质量，并填入表1-1中。2）按工程需要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，刀口向下放在土样上。3）修土刀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，并用剩余土样测定含水量。4）擦净环刀外壁，称环刀与土的质量，准确至0.1g，并填入表1-1中。5）本实验需进行二次平行测定，其平行差值不得不大于0.03g/cm3，求其算术平均值，并填入表1-1中。2、烘干法测土的含水量1）先秤量好带有编号的盒盖、盒身的两个铝盒，分别记录重量数值g0并填入表1-2中。2）从原状或扰动土样中，选取具有代表性的试样约15～30g或用切环刀土样时余下的试样；对有机质土、砂类土和整体状构造冻土取样为50g左右，放在秤量盒内，立即盖好盒盖，称盒盖、盒身及湿土的重量，准确至0.01g，将数值g1填入表1-2中。3）打开盒盖，放入烘箱中在温度105～110OC下烘至恒重，烘干时间对粘性土、粉土不得少于8h,对砂土不得少于6h，对含有机质超过干土质量5%的土应将温度控制在65～70OC的恒温下烘至恒重。取出土样，盖好盒盖，秤重并记录干土及铝盒的重量，将数值g2填入表1-2中。3、液限、塑限联合测定1）调整天平平衡，称量铝制称量盒3个，将重量m0填入表1-3中。2）取筛过的土样200克分成三份，分别放入三个盛土容器中。加不同水量拌合成不同稠度的试样，置于试杯中，多次插导排除气泡。3）将仪器放置在平面工作台上，调整水平螺旋脚，使水泡聚中。4）将仪器的电源插头插好，打开电源开关，预热5分钟。测量前用手轻轻托起锥体至限位处。此时显示屏上的数字为随机数（有时出数字，有时出红点，测量时会自动消除）。5）将调好的土样放入试杯中，刮平表面，放到仪器的升降面上，这时缓缓地调节升降旋钮，当试杯中的土样刚接触锥尖时，接触指示灯立即发亮，此时停止旋动，然后按“测量”键。6）测量：按下“测量”键，锥体落下，与此同时，时间音响发出哆！哆······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，第一次测量下沉深度约为3～4mm，记录该读数填入表中，然后将试样杯中的试样取10克左右，称量湿土加铝盒的重量m1。将湿土样放入烘箱中，烘干后称量干土加盒的的重量m2，将结果填入表1-3中。向顺时针方向调节升降旋钮改变锥尖与土的接触位置、移出试杯，将锥尖擦干净。将称量过的三个试样，放入烘箱烘干8小时，取出称量干土加盒的重量，填入表1-3中。图1-1液、塑限联合测定仪五、实验记录及结果表1-1密度实验试样编号环刀号湿土质量(g)环刀容积(cm3)密度(g/cm3)平均密度(g/cm3)备注○1○2○3○1○2○4校核者：计算者：实验者：表1-2含水量实验试样编号盒号湿土质量（g）干土质量（g）含水量（%）平均含水量（%）备注①②③○1(—－1)×100○2④校核者：计算者：实验者：表1-3液限、塑限联合实验试样编号调土碗号称量盒号圆锥入土深度mm湿土质量g①干土质量g②含水量%①③(—-1)×100②液限%塑限%塑限指数土质分类备注校核者：计算者：实验者：图1-2圆锥入土深度与含水量的关系图六、实验注意事项1、用环刀切取试样时，应垂直静压，边压边削，勿使环刀内壁与试样间留有空隙。2、切取试样时，一般不应填补。如确需填补，填补部分不得超过环刀体积的1%。3、称量土样时，应考虑系土样细线的质量。4、天然含水量实验，应在打开土样后立即取样测定，以免水分改变。烘干冷却后应立即称干土质量，以免吸收水分，影响实验结果。5、烘样恒重的标准与试样数量有关，通常前后两次称量之差不大于称样天平的精度即为恒重。土工实验中常以控制烘样时间使其达到恒重。烘至恒重所需时间，用电热干燥箱，当试样重15～30g时，一般砂土需1-2小时，粉质土约需6-8小时，粘土约10小时。风干土及含水量低的土，可适当缩短烘样时间；湿土量较多或块状土，应延长烘样时间。6、若土的有机质含量在5-10%时，以采用真空干燥箱低温（70～80℃）烘干试样为宜。当有机质含量超过10%以上，必须采用真空干燥箱。7、对土中有机质含量不超过5%的粘性土和砂土，需现场测定其含水量时，可用酒精燃烧法测定。8、测液限时放锥方法应是锥尖接触土面时，使锥体自由下落受自重力作用下沉，绝不能产生锥体的冲击作用。9、液限杯中装土时，必须把土中气泡排尽。杯口刮平时宜采用刀刃，刮平次数不宜太多（特别是对塑性指数小于10的轻亚粘土）注意水析现象。思考题1、天然密度的测量方法是什么？2、密度和干密度的区别是什么？3、标准小环刀体积是多少？4、测定含水率的目的是什么？5、测定含水率常见的有哪几种方法？6、土样含水率在工程中有何价值？7、土壤液塑联合试验的目的是什么？8、根据试验Il的结果给粘性土状态分类？实验项目二：固结实验一、实验目的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，以便计算土的压缩系数a、压缩模量Es等指标，通过各项压缩性指标，可以分析、判断土的压缩特性和天然土层的固结状态，计算土工建筑物及地基的沉降等。二、实验设备图3-1固结容器示意图1-固结容器2-下护环3-环刀4-上护环5-透水石6-加压盖7-量表套杆8-量表架9-试样固结仪（见图3-1）、环刀、天平、测微表、秒表、烘箱、修土刀、称量盒、滤纸等。三、实验原理土样在外力作用下便产生压缩，其压缩量的大小与在土样上所加的荷重大小和土样的性质有关。如在相同的荷重作用下，软土的压缩量就大，而坚密的土则压缩量小；在同一种土样的条件下，压缩量随着荷重的加大而增加。施加不同的荷重，可得相应的空隙比，一般分级不要过大。这样，便可绘制压缩曲线并求得压缩系数。四、实验步骤1、根据工程要求，用环刀切取试样备用，并测出土样的密度、含水量、和比重。(参见前面的试验)2、把下护环和大的透水石放入固结容器，并放上一张滤纸。3、将带有环刀的试样，刃口向下小心地装入压缩容器的下护环内。4、再套入上护环，放上滤纸和稍小的透水石，最后放上加压盖。5、轻轻抬起杠杆，将装好试样的压缩容器放在加压台的正中，使加压横梁的凹槽与加压盖的钢珠紧密结合，然后装上测微表（百分表），并预调百分表大于6mm以上，并检查表是否灵敏和垂直（学生在试验前应熟悉测微表如何读数）。6、在砝码吊盘上加相当于试样受压约为1kPa的预压荷载，使固结仪的各部分接触良好，并调平加压杠杆，然后调整测微表，使其大指针归零。7、卸去预压荷载，施加第一级荷载，其大小可视土的软硬程度或工程情况一般采用50、100、200、300、400kPa，或按设计要求，模拟实际加荷情况进行调整。由于试验教学时间的关系，本试验加荷顺序为50、100、200、300、400kPa。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，直至全部荷载完成。在试验过程中，应始终保持加压杠杆的平衡。9、试验结束后，迅速顺次拆去测微表，卸除砝码，取出环刀，把仪器擦干净。五、实验记录及结果1、按下式计算试样的初始孔隙比0e1)1(000wsGwe(3-1)2、各级荷载下，固结稳定后的孔隙比ie000)1(hheeeii(3-2)3、计算某荷载范围内的压缩系数a（KPa-1）a=iiiiPPee11(3-3)4、计算某荷载范围内的压缩模量ESaeEis1(3-4)式中：GS—土比重nw—土样初始含水量（%）0—土样初始密度（g/cm3）0h—土样初始高度（mm）ih—在某荷载下试样固结稳定后的总变形量（等于该级荷载下固结稳定读数减去仪器变形量）5、绘制压缩曲线：以土孔隙比为纵坐标，以垂直荷载为横坐标，绘制e-p曲线。如图3-1所示。图3-1压缩曲线6、记录数据和计算结果填写表3-1。表3-1固结（压缩）试验试验编号：仪器编号：试验日期：时间(分钟)压力KPa百分表读数(mm)仪器变形量(mm)试样变形量h减少之孔隙比)1(00ehhehM孔隙比eeei01iieeiiPP1压缩系数iPPeeiii11KPa-124(h)0.005mm/h00)1(heMGs=2.75ρ=g/cm3ω=%Es=MPa校核者：计算者：试验者：六、实验报告要求1、使用仪器前必须预习，严格按程序进行操作，对仪器不清楚的地方马上问老师。2、加第一级荷载时，应根据土质的软硬程度确定，软粘土加荷量要小些，较密实的硬试样，加荷可大些。试验过程中不能卸载，百分表也不用归零。3、随时调整加压杠杆，使其保持平衡。4、加荷时应轻拿轻放，不得对仪器产生震动。在试验过程中应保持杠杆水平。总荷重不能超过加压设备的最大承受荷载。5、试验前，应检查仪器各部件上是否灵敏，完好。如有必要应对压缩仪器进行校正，并测定压缩仪的变形量。试验完毕，卸下荷载，取出土样，把仪器打扫干净思考题1、压缩系数a1-2和压缩模量ES有何关系？2、根据压缩系数a1-2的大小，来判断本实验土的压缩性高低？实验项目三：直接剪切试验一、实验目的测定土的抗剪强度和土的内摩擦角、粘聚力，为计算地基强度和稳定性计算提供基本数据二、实验设备应变式直剪仪（见图4-1）、环刀、测微表、秒表、天平、烘箱、蜡纸、修土刀等。图4-16应变控制式直接剪切仪1-剪切传动机构；2-推动器；3-下盒；4-垂直加压框架；5-垂直位移计；6-传压板；7-透水板；8-上盒；9-储水盒；10-测力计；11-水平位移计；12-滚珠；13-试样三、实验原理测定土的抗剪强度指标φ和c，土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。通常采用不少于3个试样，分别在不