土力学试验

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1、土力学实验指导书编写 苏德利 张福燕 徐春波大连海洋大学职业技术学院二OO四年六月实验一 试样制备及饱和2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实验一 试样制备及饱和一、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

2、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 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

3、林等。三、试样制备（一）原状土试样的制备步骤1、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、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、

4、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。对于物理性试验土样，如液限、 塑限等试验，过0.5mm筛；对于力学性试验土样，过2mm筛；对于击实试验土 样，过 5mm 筛。对于含

5、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：m = （1 + O.Olw ）p V（11）0 0 d（ 1-1 ）式中 mo 制备试样所需的风干含水率时的土样质量（g）; w0 风干含水率（%）；p d 试样所要求的干密度（g/cm3）；

6、V 试样体积（cm3）。（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m0X 0.01(w - w )1-2)1 + 0.01 wi o 丿0式中mw制备试样所需要的加水量（g）；w 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。令令击样法 将根据环刀容积和要求干密度所需质量的湿土，倒

7、入装有环刀的击样器内， 击实到所需密度，然后取出环刀。令令压样法 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。令令击实法 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土 0.01g/cm3。（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填充的过

8、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O.lg，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

10、接通，启动抽气机，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lh,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，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。7:样; *-M./ “匚x r:g:-IflllllUUUllCLLJrirJ11 r.0 A1 .1,I- J”，L-J（a）框式（b）叠式图

11、1-1 饱和器1-夹板 2 -透水板 3-环刀 4-拉杆1-二通阀2-橡皮塞6-盛水器7-饱和器3-真空缸4-管夹5-引水管8-排气管9-接抽气机（二）饱和度计算 试样的饱和度可按式1-3）计算：wG&e1-3)(P-P )Gds-Ped式中r 试样的饱和度（%）；w 试样饱和后的含水量（ % ）P 试样饱和后的密度（g/cm3）；P d 试样的干密度（g/cm3）；Gs 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105110C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。

12、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105110C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105110C的自动

13、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) 恒质量的铝制称量盒。2、操作步骤( 1 )从土样中选取具有代表性的试样1 5 30g (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) 打开盒盖，将试样和盒一起放入烘箱内，在温度105110C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6570C的恒温下进行烘干。3)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。(4) 将试样和盒

14、从干燥器内取出，称盒加干土质量，准确至 0.01g。3、成果整理按式(2-1)计算含水率：w = mi -m2 x 10% m2 -m0(2-1)式中 w 含水率(%)，精确至 0.1%；1 称量盒加湿土质量( g)；2 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()允许平仃差值()100.54014024、试验记录 烘干法测含水率的试验记录见表2- 1。(二)酒精燃烧法 酒精燃烧法是将试样和酒精拌合，点燃酒精，随着酒精的燃烧使试样水分蒸 发的方法。酒精燃烧法是快速简易且较准确测定细粒土含水率的一种方法，适用 于没有烘箱或土样较少的情况。1、仪器设备( 1 )恒质量的铝制称量盒；(2)称量200g、最小分度值0.01g的天平；( 3 )纯度 95% 的酒精；( 4 )滴管、火柴和调土刀。2、操作步骤(1) 从土样中选取具有代表性的试样(粘性土 510g,砂性土 2030g),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) 打开盒盖，用滴管将酒精注入放有试样的称量盒内，直至盒中出现自 由液面为止，并使酒精在