土木本土力學(xué)試驗(yàn)指導(dǎo)書及報(bào)告書銅陵

1、土力學(xué)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書編寫：崔樹琴 銅陵學(xué)院 羅傳華 安徽地礦局三二一地質(zhì)隊(duì)銅 陵 學(xué) 院2010年10月實(shí)驗(yàn)一 密度試驗(yàn)和含水量試驗(yàn)一、密度試驗(yàn)（一）、概述土的密度是指土的單位體積質(zhì)量，是土的基本物理性質(zhì)指標(biāo)之一，其單位為g/cm3。土的密度反映了土體結(jié)構(gòu)的松緊程度，是計(jì)算土的自重應(yīng)力、干密度、孔隙比、孔隙度等指標(biāo)的重要依據(jù)，也是擋土墻壓力計(jì)算、土坡穩(wěn)定性驗(yàn)算、地基承載力和沉降量估算以及路基路面施工填土壓實(shí)度控制的重要指標(biāo)之一。（二）、試驗(yàn)方法及原理密度試驗(yàn)方法有環(huán)刀法、蠟封法、灌水法和灌砂法等。對于細(xì)粒土，宜采用環(huán)刀法；對于易碎裂、難以切削的土，可用蠟封法；對于現(xiàn)場粗粒土，可用灌水法或灌砂法。環(huán)

2、刀法就是采用一定體積環(huán)刀切取土樣并稱土質(zhì)量的方法，環(huán)刀內(nèi)土的質(zhì)量與環(huán)刀體積之比即為土的密度。環(huán)刀法操作簡便且準(zhǔn)確，在室內(nèi)和野外均普遍采用，但環(huán)刀法只適用于測定不含礫石顆粒的細(xì)粒土的密度。1、儀器設(shè)備（1）恒質(zhì)量環(huán)刀，內(nèi)徑6.18cm(面積30cm2)或內(nèi)徑7.98cm（面積50cm2），高20mm，壁厚1.5mm；（2）稱量500g、最小分度值0.1g的天平；（3）切土刀、鋼絲鋸、毛玻璃和圓玻璃片等。2、操作步驟（1）按工程需要取原狀土或人工制備所需要求的擾動土樣，其直徑和高度應(yīng)大于環(huán)刀的尺寸，整平兩端放在玻璃板上。（2）在環(huán)刀內(nèi)壁涂一薄層凡士林，將環(huán)刀的刀刃向下放在土樣上面，然后用手將環(huán)刀垂

3、直下壓，邊壓邊削，至土樣上端伸出環(huán)刀為止，根據(jù)試樣的軟硬程度，采用鋼絲鋸或修土刀將兩端余土削去修平，并及時(shí)在兩端蓋上圓玻璃片，以免水分蒸發(fā)。（3）擦凈環(huán)刀外壁，拿去圓玻璃片，然后稱取環(huán)刀加土質(zhì)量，準(zhǔn)確至0.1g。3、成果整理按式下式分別計(jì)算濕密度和干密度： 式中 濕密度（g/cm3），精確至0.01g/cm3；濕土質(zhì)量（g）；環(huán)刀加濕土質(zhì)量（g）；環(huán)刀質(zhì)量（g）；環(huán)刀容積（cm3）。環(huán)刀法試驗(yàn)應(yīng)進(jìn)行兩次平行測定，兩次測定的密度差值不得大于0.03 g/cm3 并取其兩次測值的算術(shù)平均值。4、試驗(yàn)記錄密度試驗(yàn)記錄見試驗(yàn)報(bào)告中的土的側(cè)限壓縮試驗(yàn)（固結(jié)試驗(yàn)）中的表格。二、含水量試驗(yàn)(一）、概述土的含

4、水量是指土在溫度105110下烘干至恒量時(shí)所失去的水質(zhì)量與達(dá)到恒量后干土質(zhì)量的比值，以百分?jǐn)?shù)表示。含水量是土的基本物理性質(zhì)指標(biāo)之一，它反映了土的干、濕狀態(tài)。含水率的變化將使土物理力學(xué)性質(zhì)發(fā)生一系列變化，它可使土變成半固態(tài)、可塑狀態(tài)或流動狀態(tài)，可使土變成稍濕狀態(tài)、很濕狀態(tài)或飽和狀態(tài)，也可造成土在壓縮性和穩(wěn)定性上的差異。含水率還是計(jì)算土的干密度、孔隙比、飽和度、液性指數(shù)等不可缺少的依據(jù)，也是建筑物地基、路堤、土壩等施工質(zhì)量控制的重要指標(biāo)。二、試驗(yàn)方法及原理含水量試驗(yàn)方法有烘干法、酒精燃燒法、比重法、碳化鈣氣壓法、炒干法等，其中以烘干法為室內(nèi)試驗(yàn)的標(biāo)準(zhǔn)方法。再此僅介紹烘干法。烘干法是將試樣放在溫度能

5、保持105110的烘箱中烘至恒量的方法，是室內(nèi)測定含水率的標(biāo)準(zhǔn)方法。1、儀器設(shè)備（1）保持溫度為105110的自動控制電熱恒溫烘箱；（2）稱量200g、最小分度值0.01g的天平；（3）玻璃干燥缸；（4）鋁制稱量盒。2、操作步驟（1）從土樣中選取具有代表性的試樣1530g（有機(jī)質(zhì)土、砂類土和整體狀構(gòu)造凍土為50g），放入稱量盒內(nèi)，立即蓋上盒蓋，稱盒加濕土質(zhì)量，準(zhǔn)確至0.01g。（2）打開盒蓋，將試樣和盒一起放入烘箱內(nèi)，在溫度105110下烘至恒量。試樣烘至恒量的時(shí)間，對于粘土和粉土宜烘810h，對于砂土宜烘68h。對于有機(jī)質(zhì)超過干土質(zhì)量5%的土，應(yīng)將溫度控制在6570的恒溫下進(jìn)行烘干。（3）將

6、烘干后試樣和盒從烘箱中取出，蓋上盒蓋，放入干燥器內(nèi)冷卻到室溫。（4）將試樣和盒從干燥器內(nèi)取出，稱盒加干土質(zhì)量，準(zhǔn)確至0.01g。3、成果整理計(jì)算含水量： 式中 含水量（%），精確至0.1%；稱量盒加濕土質(zhì)量（g）；稱量盒加干土質(zhì)量（g）；稱量盒質(zhì)量（g）。含水量試驗(yàn)須進(jìn)行二次平均測定，每組學(xué)生取兩次土樣測定含水量，取其算術(shù)平均值作為最后成果。但兩次試驗(yàn)的平均差值不得大于下列規(guī)定：  含水量測定的平行差值含水率（%）允許平行差值（%）<100.5<401402 4、試驗(yàn)記錄含水量的試驗(yàn)記錄見土的液、塑限試驗(yàn)中的表格及側(cè)限壓縮試驗(yàn)中的表格。實(shí)驗(yàn)二 土的液、塑限試驗(yàn)（

7、一）、試驗(yàn)?zāi)康?細(xì)粒土由于含水量不同，分別處于流動狀態(tài)、可塑狀態(tài)、半固體狀態(tài)和固體狀態(tài)。液限是細(xì)粒土呈可塑狀態(tài)的上限含水量；塑限是細(xì)粒土呈可塑狀態(tài)的下限含水量。 本試驗(yàn)的目的是測定細(xì)粒土的液限、塑限，計(jì)算塑性指數(shù)、給土分類定名，共設(shè)計(jì)、施工使用。 （二）、試驗(yàn)方法和適用范圍 1、試驗(yàn)方法 土的液、塑限試驗(yàn)：采用液塑限聯(lián)合測定法； 土的塑限試驗(yàn)：采用搓滾法； 土的液限試驗(yàn)：采用碟式儀法。2、適用范圍適用于粒徑小于0.5mm顆粒組成及有機(jī)質(zhì)含量不大于干土質(zhì)量5%的土。 （三）、液塑限聯(lián)合測定法試驗(yàn) 1、儀器設(shè)備 液塑限聯(lián)合測定儀：圓錐儀、讀數(shù)顯示；試樣杯：直徑4050mm，高3040mm；天平：稱

8、量200g，分度值0.01g；其他：烘箱、干燥器、鋁盒、調(diào)土刀、孔徑0.5mm的篩、凡士林等。 2、操作步驟 液限、塑限聯(lián)合試驗(yàn)，原則上采用天然含水量的土樣制備試樣，但也允許采用風(fēng)干土制備試樣。 （1）、本次試驗(yàn)原則上應(yīng)采用天然含水率的土樣進(jìn)行，也允許用風(fēng)干土制備土樣，土樣過0.5mm篩后，噴灑配制一定含水率的土樣，然后裝入密閉玻璃廣口瓶內(nèi)，潤濕一晝夜備用（土樣制備工作實(shí)驗(yàn)室已預(yù)先做好）。 (2)、將已制備好的土樣取出，放在搪瓷碗中加水或電吹風(fēng)吹干并調(diào)勻后，密實(shí)地裝入試樣杯中（土中不能有孔洞），高出試樣杯口的余土，用刮土刀刮平，隨即將試樣杯放在升降底座上。把空鋁盒的質(zhì)量m0稱出，并記錄盒蓋號（

9、盒蓋和盒身應(yīng)同號）。 (3)、接通電源，按下“開”按鈕，把裝有透明光學(xué)微分尺的圓錐儀，在錐體上抹以薄層凡士林，使電磁鐵吸穩(wěn)固錐儀。并使光學(xué)微分尺垂直于光軸（可從屏幕上觀察，刻度線清晰，并在屏幕居中位置）。 （4）、調(diào)節(jié)零點(diǎn)，使讀數(shù)屏幕上的零線與光學(xué)微分尺影像零線重合，按下“手”（即手動）按鈕，使儀器處于備用狀態(tài)。 （5）、轉(zhuǎn)動升降座，待試樣杯上升到土面剛好與圓錐儀錐尖接觸時(shí)，“接觸”燈亮，按“手動復(fù)位”按鈕，圓錐儀自由下落，歷時(shí)5秒，當(dāng)讀數(shù)綠燈亮?xí)r，立即從讀數(shù)屏幕上讀出圓錐儀下沉深度。 （6）、把升降座降下，細(xì)心取出試樣杯，剔除錐尖處含有凡士林的土，取出錐體附近的試樣不少于10g放入稱量鋁盒內(nèi)

10、，稱量得質(zhì)量m1，并記下盒號，測定含水率。 （7）、將稱量過的鋁盒，放入烘箱；在105110的溫度下烘至恒量，取出土樣盒放入玻璃干燥皿內(nèi)冷卻，稱干土的質(zhì)量m2。 （8）、重復(fù)27條的步驟，測試三種含水率土樣的圓錐入土深度和含水率（圓錐入土深度宜為34mm，79mm，1517mm）。 3、計(jì)算與制圖（1） 計(jì)算含水量： （2）繪制圓錐下沉深度h與含水量w的關(guān)系曲線 以含水量為橫坐標(biāo)，圓錐下沉深度為縱坐標(biāo)，在雙對數(shù)紙上繪制hw的關(guān)系曲線。如圖所示。三點(diǎn)連一條直線。當(dāng)三點(diǎn)不在一直線上，通過高含水量的一點(diǎn)分別與其余兩點(diǎn)連成兩條直線，在圓錐下沉深度為2mm處查得相應(yīng)的含水量，當(dāng)兩個(gè)含水量的差值小于2%，

11、應(yīng)以該兩點(diǎn)含水量的平均值與高含水量的點(diǎn)連成一線。當(dāng)兩個(gè)含水量的差值大于或等于2%時(shí)，應(yīng)補(bǔ)做試驗(yàn)。 （3）確定液限、塑限在圓錐下沉深度h與含水量w關(guān)系圖上，查得下沉深度為10mm所對應(yīng)的含水量為液限wL；查得下沉深度為2mm所對應(yīng)的含水量為塑限wP，以百分?jǐn)?shù)表示，取整數(shù)。（4）計(jì)算塑性指數(shù)和液性指數(shù) 塑性指數(shù)： 液性指數(shù)： （5）按規(guī)范規(guī)定確定土的名稱4、本試驗(yàn)記錄格式詳見實(shí)驗(yàn)報(bào)告。實(shí)驗(yàn)三 土的側(cè)限壓縮試驗(yàn)（固結(jié)試驗(yàn)） （一）、試驗(yàn)?zāi)康谋驹囼?yàn)的目的是測定試樣在側(cè)限與軸向排水條件下的變形和壓力，或孔隙比和壓力的關(guān)系，變形和時(shí)間的關(guān)系，以便計(jì)算土的壓縮系數(shù)、壓縮指數(shù)、壓縮模量、固結(jié)系數(shù)及原狀土的先期

12、固結(jié)壓力等。（二）、標(biāo)準(zhǔn)固結(jié)試驗(yàn) 1、儀器設(shè)備 固結(jié)容器；加壓設(shè)備；變形測量設(shè)備；其他：刮土刀、天平、秒表等。 2、試驗(yàn)步驟 （1）根據(jù)工程需要，切取原狀土試樣或制備給定密度與含水量的擾動土樣。 （2）按試驗(yàn)一、二的方法，測定試樣的密度及含水量。 （3）在固結(jié)容器內(nèi)放置護(hù)環(huán)、透水板和薄濾紙，將帶有環(huán)刀的試樣，小心裝入護(hù)環(huán)內(nèi)，然后在試樣上放薄濾紙、透水板和加壓蓋板，置于加壓框架下，對準(zhǔn)加壓框架的正中，安裝量表。 （4）施加1kPa的預(yù)壓壓力，使試樣與儀器上下各部分之間接觸良好，然后調(diào)整量表，使指針讀數(shù)為零。 （5）確定需要施加的各級壓力。根據(jù)教學(xué)要求，本次加壓等級為50、100、200kpa三級

13、。 （6）每級荷載經(jīng)30分鐘記下測微表讀數(shù)，讀數(shù)精確到0.01mm。 記錄測微表讀數(shù)R1、R2、R3（測微表的一小格是0.01mm）。（可在三聯(lián)固結(jié)儀上同時(shí)操作三組試樣，三組試樣的物理性質(zhì)指標(biāo)相同，加荷大小不同，可以分別是50、100、200kpa） （7）試驗(yàn)結(jié)束后，迅速拆除儀器部件，取出帶環(huán)刀的試樣。 3、計(jì)算與制圖 （1）按下式計(jì)算試樣的初始孔隙比e0式中：0試樣初始密度（做兩組試驗(yàn)取平均值） g/cm3； 其中環(huán)刀的容積V=30×2=60cm2；環(huán)刀質(zhì)量m1 （g）；環(huán)刀與濕土的總質(zhì)量m2 （g）。 w0試樣的初始含水量（烘干法，與塑限含水量測定方法同，做兩組試驗(yàn)取平均值）%

14、。 （2）按下式計(jì)算各級壓力下固結(jié)穩(wěn)定后的孔隙比ei 式中：Si某級壓力下試樣的變形量，mm； h0試樣初始高度，mm。 （3）按下式計(jì)算某一級壓力范圍內(nèi)的壓縮系數(shù) （4）繪制ep的關(guān)系曲線 以孔隙比e為縱坐標(biāo)，壓力p為橫坐標(biāo)，將試驗(yàn)成果點(diǎn)在圖上，連成一條光滑曲線。 （5）要求：用壓縮系數(shù)（工程上常用P1=0.1Mpa，P2=0.2Mpa）判斷土的壓縮性。4、本試驗(yàn)記錄格式詳見實(shí)驗(yàn)報(bào)告 注意事項(xiàng)：1、 測微表的轉(zhuǎn)動是倒轉(zhuǎn)，讀數(shù)是表內(nèi)圈小字的數(shù)。如外圈是70，讀數(shù)是內(nèi)圈30。2、 加荷載時(shí)砝碼質(zhì)量值是累加的。如50kpa是吊盤+0.319kg。3、 節(jié)約濾紙，可重復(fù)使用，不可扔掉。4、 請各組長

15、嚴(yán)格監(jiān)督本組實(shí)驗(yàn)過程及打掃好衛(wèi)生。實(shí)驗(yàn)四 土的剪切試驗(yàn) （一）、試驗(yàn)?zāi)康?直接剪切試驗(yàn)是測定土的抗剪強(qiáng)度的一種常用方法。通常采用4個(gè)試樣，分別在不同的垂直壓力p下，施加水平剪切力進(jìn)行剪切，測得剪切破壞時(shí)的剪應(yīng)力。然后根據(jù)庫侖定律確定土的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)：內(nèi)摩擦角和粘聚力c。 （二）、試驗(yàn)方法與適用范圍 1、試驗(yàn)方法 快剪試驗(yàn)：在試樣上施加垂直壓力后立即快速施加水平剪應(yīng)力。 固結(jié)快剪試驗(yàn)：在試樣上施加垂直壓力，待試樣排水固結(jié)穩(wěn)定后，快速施加水平剪應(yīng)力。 慢剪試驗(yàn)：在試樣上施加垂直壓力及水平剪應(yīng)力的過程中，均使試樣排水固結(jié)。 2、適用范圍：適用于測定細(xì)粒土的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)c和及土顆粒的粒徑小于2mm的砂

16、土的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)。滲透系數(shù)k大于10-6cm/s的土不宜作快剪試驗(yàn)。 （三）快剪試驗(yàn) 1、儀器設(shè)備 應(yīng)變控制式直剪儀：剪切盒、垂直加壓框架、測力計(jì)、推動機(jī)構(gòu)等； 位移計(jì)（百分表）：量程510mm,分度值0.01mm； 天平、環(huán)刀、削土刀、飽和器、秒表、濾紙、直尺等。 2、操作步驟 （1）試樣制備（a、粘性土）：從原狀土樣中切取原狀土試樣或制備給定干密度和含水量的擾動土試樣。按規(guī)范規(guī)定，測定試樣的密度及含水量。對于擾動土樣需要飽和時(shí)，按規(guī)范規(guī)定的方法進(jìn)行抽氣飽和。 試樣制備（b、砂土）：取過2mm的風(fēng)干砂樣（需風(fēng)干、碾碎后過篩）進(jìn)行試驗(yàn)。（2） 試樣安裝： 對準(zhǔn)上下盒，插入固定銷。在下盒內(nèi)放濕濾

17、紙和透水板。將裝有試樣的環(huán)刀平口向下，對準(zhǔn)剪切盒口，在試樣頂面放濕濾紙和透水板，然后將粘土試樣徐徐推入剪切盒內(nèi)，移去環(huán)刀，放入傳壓板。（是砂土則放干濾紙，將砂裝入剪切容器內(nèi)，拂平表面，用硬木塊或壓樣器輕輕敲打，達(dá)到預(yù)定干密度，依次放上干濾紙和透水板和傳壓板）轉(zhuǎn)動手輪，使上盒前端鋼珠剛好與測力計(jì)接觸。調(diào)整測力計(jì)讀數(shù)為零。依次加上加壓蓋板、加壓框架，安裝垂直位移計(jì)，測記起始讀數(shù)。 （3）施加垂直壓力：一個(gè)垂直壓力相當(dāng)于現(xiàn)場預(yù)期的最大壓力p，一個(gè)垂直壓力要大于p，其他垂直壓力均小于p。但垂直壓力的各級差值要大致相等。也可以取垂直壓力分別為100、200、300、400kPa，各級垂直壓力可一次輕輕施

18、加，若土質(zhì)軟弱，也可以分級施加以防試樣擠出。 （4）（此處注意）拔去固定銷，開動秒表，以0.81.2mm/min的速率剪切（手輪調(diào)節(jié)檔中的慢速檔），使試樣在35min剪損。 剪損的標(biāo)準(zhǔn)：當(dāng)測力計(jì)的讀數(shù)達(dá)到穩(wěn)定，或有明顯后退表示試樣剪損；一般宜剪切至剪切變形達(dá)到4mm；若測力計(jì)的讀數(shù)繼續(xù)增加，則剪切變形達(dá)到6mm為止。 （5）剪切結(jié)束后，吸去剪切盒中積水，倒轉(zhuǎn)手輪（手輪調(diào)節(jié)檔中的快速檔），盡快移去垂直壓力、框架、加壓蓋板等。取出試樣，測定剪切面附近的含水量。 3、計(jì)算與制圖 （1）計(jì)算： 按下式計(jì)算試樣的剪應(yīng)力 式中：C測力計(jì)率定系數(shù)，kpa/0.01mm；（查操作臺上的儀器說明，按本組量力環(huán)編

19、號查詢） R測力計(jì)讀數(shù)，0.01mm； （2）制圖：以抗剪強(qiáng)度f為縱坐標(biāo)，垂直壓力p為橫坐標(biāo)（縱橫坐標(biāo)比例相同），繪制抗剪強(qiáng)度f與垂直壓力p的關(guān)系曲線。4、本試驗(yàn)記錄格式詳見實(shí)驗(yàn)報(bào)告。 土力學(xué)實(shí)驗(yàn)報(bào)告日 期_專 業(yè)_班 級_實(shí) 驗(yàn) 人_組 長_成 員 銅 陵 學(xué) 院15 / 15文檔可自由編輯打印試驗(yàn)一 密度試驗(yàn)和含水量試驗(yàn)密度試驗(yàn)的記錄填在試驗(yàn)三中表格中。含水量試驗(yàn)的記錄填在試驗(yàn)二、三中表格中。試驗(yàn)二 粘性土的液限、塑限的測定一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康亩?、儀器設(shè)備三、操作步驟四、記錄格式 試 樣 編 號圓錐下沉深度鋁盒號鋁盒質(zhì)量g （1）（鋁盒+濕土）質(zhì)量g （2）（鋁盒+干土）質(zhì)量g （3）含水量 (%) （2）-（3）/ （3）-（1）平均含水量 (%)塑 限 (%) wp （縱坐標(biāo)2mm對應(yīng)的橫坐標(biāo)） 液 限 (%) wL （縱坐標(biāo)10mm對應(yīng)的橫坐標(biāo)）塑 性 指 數(shù)Ip= wL- wp=液 性 指 數(shù)（w0=18%）I L= (w0- wp ) / (wL- wp)=土的名稱試驗(yàn)日期 計(jì)算者： 校核者： 六、心得體會（寫出試驗(yàn)得到指標(biāo)的用途，分析試驗(yàn)的成敗原因及注意事項(xiàng)）五、錐尖入土深度與含水量關(guān)系曲線 試驗(yàn)三 土的側(cè)限壓縮試驗(yàn)（固結(jié)試驗(yàn)） 一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康亩?、儀器設(shè)備三、操作步驟四、記錄格式 試驗(yàn)日期 計(jì)算者： 校核者： （1）密度記錄表環(huán)