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1、土质学与土力学试验指导书（交通工程专业）张光永编华中科技大学土木学院二零零八年八月目 录前言2实验一 土的密度试验3实验二 土的含水量（率）试验4实验三 粘性土的液限、塑限的测定5实验四 土的侧限压缩试验（固结试验）7实验五 土的直剪试验10前言本试验指导书适用于交通工程专业的本科生使用。本试验是土质学与土力学等课程的重要实践教学环节。该试验指导书包括以下内容：密度、含水量、液限和塑限试验、固结试验、直接剪切等试验项目，通过上述试验可以让学生熟悉各种仪器设备在试验项目中的使用方法，锻炼学生的试验基本技能，掌握试验内容和试验的基本方法，培养学生的动手能力及综合分析问题和解决问题的能力，使学生知道
2、为什么要做这些试验，试验参数在工程设计和施工中如何应用，为今后的实际工程设计、施工和研究工作奠定坚实的基础。本指导书主要依据中华人民共和国行业标准公路土工试验规程JTJ051-93、中华人民共和国国家标准岩土工程勘察规范GB50021-2001、中华人民共和国行业标准公路工程地质勘察规范JTJ 064-98等国家和行业标准，并结合工程实践经验及教材特点编制而成。由于编者水平有限，若有不当之处，请批评指正。张光永2008年8月实验一 土的密度试验1.试验目的土的密度是指土的单位体积的质量，是土的基本物理性质指标之一。在天然状态下的密度称为天然密度，其单位为g/cm3。2.试验方法试验方法有环刀法
3、、蜡封法、灌水法、灌砂法等。对于细粒土，采用环刀法；对于易碎裂、难以切削或不规则的土体，可用蜡封法；对于现场粗粒土，一般用灌水法或灌砂法。本试验采用环刀法。3.仪器设备环刀；天平，感量0.1g；切土刀；推土器；白瓷盘；游标卡尺；凡士林等。4.试验步骤（1）用卡尺测出环刀的高和内径，并计算出环刀的体积V(cm3)。（2）称环刀的质量m1，准确至0.1g。（3）在环刀内壁涂一层薄薄的凡士林油，并将其刃口向下放在试样上。（4）用切土刀沿环刀外缘将土样削成略大于环刀直径的土柱，然后慢慢将环刀垂直下压，边压边削，到土样伸出环刀上部为止，削去环刀两端余土，使与环刀口面齐平。把削下的土样做含水量试验。（5）
4、擦净环刀外壁，称量环刀加土的质量m2，准确至0.1g。（6）用推土器将试样从环刀中推出。（7）本试验须进行二次平行试验，其平行差值不大于0.03g/ cm3,满足要求取其算术平均值。5.成果整理（1）按下式计算土的湿密度：=(m2-m1)V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）。（2）按下式计算土的干密度：d=(10.01w)式中：d土的干密度（g/ cm3）；土的湿密度（g/ cm3）；w土的含水量（）。（3）记录表格见实验报告。6.注意事项（1）操作要快，动作细心，以避免土样被扰动破坏结构及水份蒸发。（2）环刀一定要垂直，加力适当，方向要正。（3
5、）边压边削的时候，切土刀要向外倾斜，以免把环刀下面的土样削空。实验二 土的含水量（率）试验1.试验目的土的含水量指土在105110下烘至恒量时所失去的水分质量和达恒重后干土质量的比值，以百分数表示。2.试验方法烘干法、酒精燃烧法、炒干法、比重法等。本试验采用烘干法。3.仪器设备烘箱，采用电热烘箱，温度能保持在105110；天平，感量0.01g；干燥器；称量盒等。4.试验步骤（1）先称称量盒的质量（m1），精确至0.01g。（2）取具有代表性试样，细粒土不小于为15g，砂类土、有机质土不小于50g，放入已称好的称量盒内，立即盖上盒盖，称湿土加盒总质量（m2），精确至0.01g。（3）打开盒盖，将
6、试样和盒放入烘箱内，在温度105110的恒温下烘干。烘干时间与土的类别及取土数量有关。细粒土不少于8小时；砂类土不得少于6小时；对含有机质超过5%的土，应将温度控制在6570的恒温下烘干。（4）将烘干后的试样和盒取出，放入干燥器内冷却至室温。冷却后盖好盒盖，称盒和干土质量（m3），精确至0.01g。（5）本项试验要求进行二次平行测定，其平行差值需满足以下要求：当含水量小于5时，允许平行差值不大于0.3；当含水量大于5小于40时，允许平行差值不大于1；当含水量大于等于40时，允许平行差值不大于2。当满足上述要求时，含水量取两次测值的平均值。5.成果整理（1）按下式计算含水量：w=( m2m3)/
7、( m3 m1)100%式中：w含水量（）；m1称量盒的质量（g）；m2盒加湿土质量（g）； m3盒加干土质量（g）。（2）记录表格见实验报告。6.注意事项（1）测定含水量时动作要快，以避免土样的水分蒸发。（2）应取具有代表性的土样进行试验。（3）称量盒要保持干燥，注意称量盒的盒体和盒盖上下对号。（4）烘干、冷却由于时间较长，由实验室完成，同学另找时间来称盒加干土质量。实验三 粘性土的液限、塑限的测定（搓条法及平衡锥法）1.试验目的细粒土由于含水率不同，分别处于流动状态，可塑状态、半固体状态和固体状态。液限是细粒土呈可塑状态的上限含水率，塑限是细粒土呈可塑状态的下限含水率。本试验是测定细粒土的
8、液限和塑限含水量，用作计算土的塑性指标和液性指数，按塑性指数或塑性图对粘性土进行分类，并可结合土体的原始孔隙比来评价粘性土地基的承载能力。2.试验方法可以采用液塑限联合测定法测定测定液限和塑限；也可用搓条法测定塑限，用平衡锥法测定液限。本试验采用搓条法测定塑限，平衡锥法测定液限，所用土样应过0.5mm的筛。3.仪器设备塑限：毛玻璃板约300mm200mm；液限：平衡锥仪（锥质量为76g，锥角30，距锥尖10mm处有环状刻度；其它共用设备：天平、称量盒、秒表、电吹风、烘箱、干燥器、调土碗、调土刀、凡士林、蒸馏水、滴管、研钵、带橡皮头的研棒及0.5mm筛等。4.试验步骤A、塑限试验（1）选取具有代
9、表性的天然含水量或风干土样，若土中含有较多大0.5mm的颗粒或夹有大量的杂物时，应将土样风干后用带橡皮头的研棒研碎或用木棒在橡皮板上压碎，然后再过0.5mm的筛。（2）取过筛的土样不少于100g放入调土碗里，加蒸馏水调拌、浸润，使其含水量接近塑限，然后用玻璃片或湿布覆盖，静止24h备用。（3）先称称量盒的质量m1。然后取接近塑限的土样一小块，用手捏成橄榄状，再用手掌在毛玻璃上轻轻地搓滚，搓滚时手掌要均匀施加压力于土条上，不得使土条在毛玻璃上无力滚动。土条宽度不宜超过手掌宽度。在滚动时，不应从手掌下任一边脱出，土条在任何情况下，不得产生中空现象。（4）当土条搓至直径为3mm时，土条产生裂缝或开始
10、断裂，此时土中含水量即为塑限含水量。当土条搓至3mm仍未发生裂缝或断裂，表示土含水量高于塑限；若土条搓至大于3mm时就产生裂缝或断裂，则表示含水量低于塑限。在这两种情况下，都应对土样重新进行调制后再进行试验，直至合格为止。（5）取搓滚合格的土条放入称量盒中，随即盖紧盒盖，待收集35g合格的土条后称盒加湿土质量m2。把土样烘干后再称盒加干土质量m3。（6）本试验进行平行测定，取二者算术平均值，其平行差值不得大于2，计算至0.1%。B、液限试验（1）按塑限试验制备土样程序调制含水量接近液限的试样（不少于200g）。（2）取浸润好的土样放入调土碗里，用调土刀充分调拌均匀后，分层密实的装入试样杯中，并
11、注意土中不能留有空隙，装满试杯后刮去余土使土样与杯口齐平，并将试样杯放在底座上。（3）将圆锥擦拭干净，并在锥尖上抹一薄层凡士林，两指捏住圆锥手柄，保持锥体垂直，当圆锥仪锥尖与试样表面正好接触时，轻轻松手让锥体自由沉入土中。（4）放锥后约经5s，锥体入土深度恰好达到10mm的圆锥环状刻度线处，此时土的含水量即为液限含水量了。（5）若锥体入土深度超过或小于10mm时，表示试样的含水率高于或低于液限，应用小刀挖去粘有凡士林的土，然后将试样全部取出，放在调土碗里，根据试样的干、湿情况，适当加纯水或边调边风干重新拌和，然后重复（2）（4）的试验步骤。（6）达到要求后，取出锥体，用调土刀挖去粘有凡士林的土
12、，然后将试样杯中的土样分装到两个称量盒里称其盒加湿土质量m2。把土样烘干后再称盒加干土质量m3。（7）本试验进行平行测定，取二者算术平均值，其平行差值不得大于2，计算至0.1%。5.成果整理（1）按下式计算塑限含水量和液限含水量：wp=( m2- m3)(m3- m1)100%wL=( m2- m3)(m3- m1)100%式中：wp塑限含水量（）；wL液限含水量（）；m1称量盒质量（g）；m2盒加湿试样质量（g）。m3盒加干试样质量（g）。（2）按下式计算塑性指数：Ip = wL-wp 式中：Ip塑性指数；wp塑限含水量（）；wL液限含水量（）；（3）按下式计算液性指数：IL = (w-wp
13、 )Ip式中：IL液性指数；wp塑限含水量（）；w天然含水量（）；（4）记录表格见实验报告6.注意事项（1）在搓条时用力要均匀，避免出现空心或卷心现象。保持手掌和毛玻璃的清洁。（2）在任何含水量情况下，试样搓到大于毫米就发生断裂，说明该土无塑性。（3）液限试验时，为提高工作效率，在试样调匀后，可用调土刀取出部分试样，先行试放锥体，初步校验是否接近液限含水量。（4）锥体下放时不能摇摆，必须稳定垂直的让锥尖与试样表面接触，再松手让其在自重下下沉，不能过早或过迟。实验四 土的侧限压缩试验（固结试验）1.试验目的本试验的目的是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
14、，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。2.试验方法试验方法有慢速法和快速法。根据学生试验的实际情况，本试验采用近似的快速法。3.仪器设备图4-1 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4-1；环刀:面积50cm3，高2cm；天平；测微表；精度；其它：秒表、烘箱、修土刀、称量盒、滤纸等。4.试验步骤（1）根据工程要求，用环刀（50cm3）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1 kPa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
