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1、 土 工 实 验 指 导 书 及 实 验 报 告编写 郭大州 河南理工大学高职学院二 OO 三 年三月2目 录实验一 试样制备 3实验二 含水率试验7实验三 密度试验10实验四 液限和塑限试验13实验五 颗粒分析试验21实验六 固结试验26实验七 直接剪切试验31实验八 击实试验35实验九 三轴剪切试验击实试验 39实训一 地质勘察报告与地基土野外鉴别49实训二 验槽 51实训三 桩基础523实验一 试样制备一、概述试样的制备是获得正确的试验成果的前提,为保证试验成果的可靠性以及试验数据的可比性,应具备一个统一的试样制备方法和程序。试样的制备可分为原状土的试样制备和扰动土的试样制备。对于原状土
2、的试样制备主要包括土样的开启、描述、切取等程序;而扰动土的制备程序则主要包括风干、碾散、过筛、分样和贮存等预备程序以及击实等制备程序,这些程序步骤的正确与否,都会直接影响到试验成果的可靠性,因此,试样的制备是土工试验工作的首要质量要素。二、仪器设备试样制备所需的主要仪器设备,包括:(1)孔径 0.5mm、2mm 和 5mm 的细筛;(2)孔径 0.075mm 的洗 筛;(3)称量 10kg、最小分度值 5g 的台秤;(4)称量 5000g、最小分度值 1g 和称量 200g、最小分度值0.01g 的天平;(5)不锈钢环刀(内径 61.8mm、高 20mm;内径 79.8mm、高20mm 或内径
3、 61.8mm、高 40mm);(6)击样器:包括活塞、导筒和环刀;(7)其他:切土刀、钢丝锯、碎土工具、烘箱、保湿器、喷水设备、凡士林等。三、试样制备(一)原状土试样的制备步骤41、将土样筒按标明的上下方向放置,剥去蜡封和胶带,开启土样筒取土样。2、检查土样结构,若土样已扰动,则不应作为制备力学性质试验的试样。3、根据试验要求确定环刀尺寸,并在环刀内壁涂一薄层凡士林,然后刃口向下放在土样上,将环刀垂直下压,同时用切土刀沿环刀外侧切削土样,边压边削直至土样高出环刀,制样时不得扰动土样。4、采用钢丝锯或切土刀平整环刀两端土样,然后擦净环刀外壁,称环刀和土的总质量。5、切削试样时,应对土样的层次、
4、气味、颜色、夹杂物、裂缝和均匀性进行描述。6、从切削的余土中取代表性试样,供测定含水率以及颗粒分析、界限含水率等试验之用。7、原状土同一组试样间密度的允许差值不得大于0.03g/cm3,含水率差值不宜大于 2%。(二)扰动土试样的制备步骤1、扰动土试样的备样步骤(1)将土样从土样筒或包装袋中取出,对土样的颜色、气味、夹杂物和土类及均匀程度进行描述,并将土样切成碎块,拌和均匀,取代表性土样测定含水率。(2)先将土样风干或烘干,然后将风干或烘干土样放在橡皮板上用木碾碾散,对不含砂和砾的土样,可用碎土器碾散,但在使用碎土器时应注意不得将土粒破碎。(3)将分散后的土样根据试验要求过筛。对于物理性试验土
5、样,如液限、塑限等试验,过 0.5mm 筛;对 于力学性试验土样,5过 2mm 筛;对于击实试验 土样,过 5mm 筛。对于含细粒土的砾质土,应先用水浸泡并充分搅拌,使粗细颗粒分离后,再按不同试验项目的要求进行过筛。2、扰动土试样的制样步骤(1)试样制备的数量视试验需要而定,一般应多制备 12 个试样以备用。(2)将碾散的风干土样通过孔径 2mm 或 5mm 的筛,取筛下足够试验用的土样,充分拌匀,并测定风干含水率,然后装入保湿缸或塑料袋内备用。(3)根据环刀容积及所要求的干密度,按式(1-1)计算试样制备所需的风干土质量:Vwmd)01.(0 (1-1)式中 0制备试样所需的风干含水率时 的
6、土样质量(g);风干含水率(% );d试样所要求的干密度(g/cm 3);V试样体积(cm 3)。(4)根据试样所要求的含水率,按式(1-2)计算制备试样所需的加水量:)(01.010wwmw(1-2)式中 制备试样所需要的加水量(g);1试样所要求的含水率(%);(5)称取过筛的风干土样平铺于搪瓷盘内,根据式(1-2)计算得到的加水量,用量筒量取,并将水均匀喷洒于土样上,充分拌匀后装入盛土容器内盖紧,润湿一昼夜。(6)测定润湿土样不同位置处的含水率,不应少于两点,一6组试样的含水量与要求的含水量之差不得大于1%。(7)扰动土试样的制备,可采用击样法、压样法和击实法。 击样法将根据环刀容积和要
7、求干密度所需质量的湿土,倒入装有环刀的击样器内,击实到所需密度,然后取出环刀。 压样法将根据环刀容积和要求干密度所需质量的湿土,倒入装有环刀的压样器内,采用静压力通过活塞将土样压紧到的所需密度,然后取出环刀。 击实法采用击实仪,将土样击实到所需的密度,用推土器推出,然后将环刀内壁涂一薄层凡士林,刃口向下放在土样上,将环刀垂直向下压,边压边削,直至土样伸出环刀为止,削去两端余土并修平。(8)擦净环刀外壁,称环刀和试样总质量,准确至 0.1g,同一组试样的密度与要求的密度之差不得大于0.01g/cm 3。(9)对不需要饱和,且不立即进行试验的试样,应存放在保湿器内备用。四、试样饱和土的孔隙逐渐被水
8、填充的过程称为饱和,当土中孔隙全部被水充满时,该土则称为饱和土。根据土样的透水性能,试样的饱和可分别采用浸水饱和法、毛细管饱和法和真空抽气饱和法三种方法。(1)对于粗粒土,可采用直接在仪器内对试样进行浸水饱和法的方法;(2)对于渗透系数大于 10-4cm/s 的细粒土,可采用毛细管饱7和法;(3)对于渗透系数小于、等于 10-4cm/s 的细粒土,可采用真空抽气饱和法。(一)试样饱和步骤1、毛细管饱和法(1)选用框式饱和器,在装有试样的环刀上、下面分别放滤纸和透水石,装入饱和器内,并通过框架两端的螺丝将透水石、环刀夹紧。(2)将装好试样的饱和器放入水箱内,注入清水,水面不宜将试样淹没,以使土中
9、气体得以排出。(3)关上箱盖,浸水时间不得少于两昼夜,以使试样充分饱和。(4)试样饱和后,取出饱和器,松开螺母,取出环刀擦干外壁,取下试样上下的滤纸,称环刀和试样的总质量,准确至 0.1g,并计算试样的饱和度,当饱和度低于 95%时,应继续饱和。2、抽气饱和法(1)选用重叠式或框式饱和器和真空饱和装置。在重叠式饱和器下夹板的正中,依次放置透水石、滤纸、带试样的环刀、滤纸、透水石,如此顺序重复,由下向上重叠到拉杆高度,将饱和器上夹板盖好后,拧紧拉杆上端的螺母,将各个环刀在上、下夹板间夹紧。(2)将装有试样的饱和器放入真空缸内,真空缸和盖之间涂一薄层凡士林,并盖紧。(3)将真空缸与抽气机接通,启动
10、抽气机,当真空压力表读数接近当地一个大气压力值后,继续抽气不少于 1h,然后微开管夹,使清水由引水管徐徐注入真空缸内。在注水过程中,微调管夹,8以使真空气压力表读数基本保持不变。(4)待水淹没饱和器后,即停止抽气,开管夹使空气进入真空缸,静止一段时间,对于细粒土,为 10h 左右,借助大气压力,从而使试样充分饱和。(5)打开真空缸,从饱和器内取出带环刀的试样,称环刀和试样总质量,并计算试样的饱和度,当饱和度低于 95%时,应继续抽气饱和。(二)饱和度计算试样的饱和度可按式(1-3)计算:eGSdsr)(或 ewGSsr(1-3) 式中 r试样的饱和度(%) ;w 试样饱和后的含水量(%) ;试
11、样饱和后的密度(g/cm 3) ;(a)框式 (b)叠式图 1-1 饱和器1-夹板 2 -透水板 3-环刀 4-拉杆图 1-2 真空饱和装置1-二通阀 2-橡皮塞 3-真空缸 4-管夹 5-引水管6-盛水器 7-饱和器 8-排气管 9-接抽气机7-9d试样的干密度(g/cm 3) ;sG土粒比重;e试样的孔隙比。实验二 含水率试验一、概述土的含水率 w是指土在温度 105110下烘干至恒量 时所失去的水质量与达到恒量后干土质量的比值,以百分数表示。含水率是土的基本物理性质指标之一,它反映了土的干、湿状态。含水率的变化将使土物理力学性质发生一系列变化,它可使土变成半固态、可塑状态或流动状态,可使
12、土变成稍湿状态、很湿状态或饱和状态,也可造成土在压缩性和稳定性上的差异。含水率还是计算土的干密度、孔隙比、饱和度、液性指数等不可缺少的依据,也是建筑物地基、路堤、土坝等施工质量控制的重要指标。二、试验方法及原理含水率试验方法有烘干法、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试验的标准方法。再此仅介绍烘干法和酒精燃烧法。(一)烘干法烘干法是将试样放在温度能保持 105110的烘箱中烘至恒量的方法,是室内测定含水率的标准方法。1、仪器设备(1)保持温度为 105110的自动控制电热 恒温烘箱;(2)称量 200g、最小分度值 0.01g 的天平;(3)玻璃干燥缸;(4)恒质量
13、的铝制称量盒 2 个。102、操作步骤(1)称盒加湿土质量:从土样中选取具有代表性的试样 1530g(有机质土、砂类土和整体状构造冻土为 50g),放入称量盒内,立即盖上盒盖,称盒加湿土质量,准确至 0.01g。(2)烘干土样:打开盒盖,将试样和盒一起放入烘箱内,在温度 105110下烘至恒量。试样烘至恒量的时间,对于粘土和粉土宜烘810h,对于砂土宜烘 68h。对于有机质 超过干土质量 5%的土,应将温度控制在 6570的恒温下进行烘干。(3)称盒加干土质量:将烘干后试样和盒从烘箱中取出,盖上盒盖,放入干燥器内冷却到室温。将试样和盒从干燥器内取出,称盒加干土质量,准确至 0.01g。3、成果
14、整理按式(2-1 )计算含水率:%1021mw(2-1)式中 含水率(%),精确至 0.1%;1称量盒加湿土质量(g);2m称量盒加干土质量(g);0称量盒质量(g)。含水量试验须进行二次平均测定,每组学生取两次土样测定含水量,取其算术平均值作为最后成果。但两次试验的平均差值不得大于下列规定: 含水率测定的平行差值含水率(%) 允许平行差值(%)110.075mm )土的分类细粒土(60(%) 砾(%) 砂(%) 106/dCu10623/dc 0.0750.05 0.050.05 0.05大 于 粒 径 之 土 质 量 百 分 数 ( %) 0.0010.010.1110100小 于 粒 径
15、 之 土 质 量 百 分 数 ( %)土粒直径(mm)图 5-1 颗粒大小分布曲线35实验六 固结试验一、概述土的压缩性是指土在压力作用下体积缩小的性能。在工程中所遇到的压力(通常在 16kg/cm2 以内)作用下,土的 压缩可以认为只是由于土中孔隙体积的缩小所致(此时孔隙中的水或气体将被部分排出),至于土粒与水两者本身的压缩性则极微小,可不考虑。压缩试验是为了测定土的压缩性,根据试验结果绘制出孔隙比与压力的关系曲线(压缩曲线),由曲线确定土在指定荷载变化范围内的压缩系数和压缩模量。二、仪器设备1、小型固结仪:包括压缩容器和加压设备两部分,环刀(内径 61.8mm,高 20mm,面积 30cm2),单位面积最大压力4kg/cm2;杠杆比 1