簡易土工實(shí)驗(yàn)講課稿

GuizhouBuildingMaterialQualitySupervisionTestingCenter實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

1、壓縮試驗(yàn)

2、液限、塑限的測定

3、直剪試驗(yàn)

4、擊實(shí)實(shí)驗(yàn)

5、顆粒分析試驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)一壓縮試驗(yàn)

土的壓縮是土體在荷載作用下產(chǎn)生變形的過程。壓縮試驗(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)系曲線。并根據(jù)孔隙

比和壓力關(guān)系曲線（e-p曲線）計(jì)算出壓縮系數(shù)和壓縮模量，以便判斷土的壓縮性和用于計(jì)算基礎(chǔ)沉降。對于飽和粘性土的壓縮試驗(yàn)，由于可以得到土某一壓力下變形與時間的關(guān)系曲線，從而估算土固結(jié)系數(shù)和滲透系數(shù)。由于砂土的壓縮性較小，且壓縮過程需時也很短，故一般不在實(shí)驗(yàn)室里進(jìn)行砂土的壓縮試驗(yàn)。試驗(yàn)室的壓縮試驗(yàn)通常只用于粘性土。

在壓縮試驗(yàn)進(jìn)行前，必須

先測定土樣的濕密度、含水量和相對密度（控制壓實(shí)質(zhì)量）。

A、實(shí)驗(yàn)方法

（1）根據(jù)工程需要提供原狀土樣或制備所需濕度密度的擾動土樣。

（2）用環(huán)刀法測土樣的濕密度。

（3）用烘干法測土樣的含水量。

（4）用比重瓶法測定土的相對密度。（5）利用單杠桿固結(jié)儀測定土的壓縮系數(shù)a和壓縮模量Es。

一、密度的測定（環(huán)刀法）

單位體積土的質(zhì)量稱為土的密度。

密度的測定，對一般粘性土采用環(huán)刀法，如試樣易碎或難以切削成有規(guī)則的形狀時可以采用蠟封法。本試驗(yàn)采用環(huán)刀法。

環(huán)刀:底面積30平方厘米,高2厘米削土刀電子天平（二）試驗(yàn)步驟：1、取原狀土或取按工程需要制備的重塑土，用切土刀整平其上下兩端，將環(huán)刀向內(nèi)壁涂一薄層凡士林，刀口向下放在土樣整平的面上。2、用切土刀將土樣上部修削成略大于環(huán)刀口徑的土柱，然后將環(huán)刀垂直均勻下壓，邊壓邊削，至土樣伸出環(huán)刀上口為止，削去環(huán)刀兩端余土并修平土面使與環(huán)刀口平齊。

3、擦凈環(huán)刀外壁，稱環(huán)刀加土的質(zhì)量（m1），準(zhǔn)確到0.1克。4、記錄m1、環(huán)刀號碼以及環(huán)刀質(zhì)量（m2）和環(huán)刀體積（V）。

（三）計(jì)算：

-土的密度又稱濕密度，克/立方厘米；

式中：m1-環(huán)刀加土的質(zhì)量，克；

m2-環(huán)刀的質(zhì)量，克；

V-環(huán)刀體積，立方厘米。

二、含水率的測定（烘干法）

土的含水率是土在100

～105℃下烘至恒重時所失去的水份質(zhì)量與土顆粒質(zhì)量的比值,用百分?jǐn)?shù)表示。

本試驗(yàn)采用烘干法，此法為室內(nèi)試驗(yàn)的標(biāo)準(zhǔn)方法。電烘箱干燥器烘干盒（二）試驗(yàn)步驟：

1、選取有代表性的試樣不少于15克（砂土或不均勻的土應(yīng)不少于50克），放入烘土盒內(nèi)立即蓋緊，稱烘土盒和濕土質(zhì)量（m1），準(zhǔn)確至0.01克，記錄、烘干盒號碼、烘干盒質(zhì)量（由試驗(yàn)室提供）（m3）。

2、打開烘土盒蓋，放入電烘箱中在100

～105℃溫度下烘至恒重。（烘干時間一般自溫度達(dá)到100

～105℃算起不少于6小時）。然后取出烘干盒，加蓋后放進(jìn)干燥器中，使冷卻至室溫。

3、從干燥器中取出烘土盒，稱烘土盒加烘干土的質(zhì)量（m2），準(zhǔn)確至0.01克，并將此質(zhì)量記入表格內(nèi)。

4、本試驗(yàn)須進(jìn)行二次平行測定。

（三）計(jì)算

按下式計(jì)算含水率

計(jì)算至0.1%

式中：-試樣中所含水的含量；

-試樣土顆粒的質(zhì)量；三、相對密度的測定（比重瓶法）

土粒的相對密度是土在100°～105℃下烘至恒重時土粒的密度與水的密度之比值。比重瓶:容量100毫升

(m2)恒溫水槽電熱砂浴

（二）試驗(yàn)步驟：

1、試樣制備

將風(fēng)干或烘干之試樣約100克放在研缽中研碎，使全部通過孔徑為5mm的篩，如試樣中不含大于5mm的土粒，則不需過篩。將已篩過的試樣在100°～105℃下烘至恒重后放入干燥器內(nèi)冷卻至室溫備用。

2、將烘干土約15克，用漏斗裝入烘干了的相對密度瓶內(nèi)并稱其質(zhì)量，得瓶加土的質(zhì)量m1，準(zhǔn)確至0.001克。

3、將已裝有干土的相對密度瓶，注純水至瓶的一半處。4、搖動相對密度瓶，使土粒初步分散，然后將相對密度瓶放在電熱砂浴上煮沸（注意將瓶塞取下）。煮沸時要注意調(diào)節(jié)砂浴溫度，避免瓶內(nèi)懸液濺出。煮沸時間從開始沸騰時算起，砂土和粉土不少于30分鐘，粉質(zhì)粘土和粘土不少于1個小時。

5、將相對密度瓶從砂浴上取下，注入純水至近滿，然后放相對密度瓶于恒溫水槽內(nèi)，待瓶內(nèi)懸液溫度穩(wěn)定后（與水槽內(nèi)的水溫相同），測記水溫（T），準(zhǔn)確至0.5℃（注：本實(shí)驗(yàn)室槽內(nèi)水溫控制在20℃）。

6、輕輕插上瓶塞，使多余水分從瓶塞的毛細(xì)管上溢出（溢出的水必須是不含土粒的清水）。取出相對密度瓶，擦干相對密度瓶外部水分，稱瓶加水加土的總質(zhì)量（mbws），準(zhǔn)確至0.001克。（三）計(jì)算

按下式計(jì)算相對密度：

（式中：－干土質(zhì)量（克）

－瓶加土質(zhì)量（克）

－瓶質(zhì)量（克）

－瓶加水質(zhì)量（克）

－瓶加水加土質(zhì)量（克）

－水在t℃的密度，等于1克/厘米3。

－水在4℃的密度，等于1克/厘米3

B、實(shí)驗(yàn)要求

（1）要求在側(cè)限壓縮儀中測定土的壓縮性，繪制該土的壓縮曲線（e-p曲線）。

（2）求出a1-2和Es1-2，并判斷該土樣的壓縮性。

（3）仔細(xì)觀察土的變形與時間關(guān)系這一重要特征。

（可以繪制出每一級荷載作用下的s～t曲線）。儀器設(shè)備

1、小型固結(jié)儀；

2、百分表：量程10mm，精度0.01mm;

3、秒表和儀器變形量校正表等。單杠桿固結(jié)儀（二）試驗(yàn)步驟

1、在壓縮儀器底座內(nèi)，放置一塊略大于環(huán)刀的潔凈而濕潤的透水石，將切取的試樣連同環(huán)刀一起（刀口向下）放在透水石上，再在試樣上放上護(hù)環(huán)以及透水石、傳壓活塞和鋼珠，安裝好后待用；

2、將安裝好的壓縮儀容器放在框架內(nèi)橫梁上，使橫梁與球柱接觸后，插入活塞桿再裝上百分表使其接觸活塞桿頂面，并調(diào)節(jié)其伸長距離不小于8mm（注意檢查百分表是否靈活和垂直）。讀百分表讀數(shù)（為初數(shù)R0）后即可進(jìn)行試驗(yàn)；3、輕輕施加第一級荷載50千帕,并開動秒表，開始計(jì)時；

4、可按下列時間測記讀數(shù)：15′、1′、2′、10′、20′、60′、120′、24小時直至試樣沉降穩(wěn)定為止。當(dāng)不需要測定沉降速率時，則施加每級壓力后24小時，認(rèn)為土樣已穩(wěn)定，因時間關(guān)系可按教師指定的時間讀數(shù)。讀數(shù)精確到0.01mm；

5、記下穩(wěn)定讀數(shù)后，用同樣的方法施加第二、三、四、五級荷載（分別為100、200、300、400千帕），記錄各級壓力下試樣變形穩(wěn)定的百分表讀數(shù)（R1~R5）；

6、試驗(yàn)結(jié)果后，必須先卸除百分表，然后卸掉砝碼，升起加壓框，移出壓縮儀器，取出試樣并測定其含水量，最后將儀器擦洗干凈

.（三）成果整理

1、假設(shè)儀器變形量為零。

2、以P為橫坐標(biāo)，e為縱坐標(biāo)，繪制壓縮曲線（e-p曲線）。

3、計(jì)算壓縮系數(shù)：

實(shí)驗(yàn)二液限和塑限的測定

粘性土由于含水量不同，分別處于流動狀態(tài)、可塑狀態(tài)、半固體狀態(tài)或固體狀態(tài)。液限是粘性土的可塑狀態(tài)與流動狀態(tài)的界限含水量。塑限是粘性土的可塑狀態(tài)與半固體狀態(tài)的界限含水量。

聯(lián)合測定法

液塑限聯(lián)合測定儀（二）實(shí)驗(yàn)方法

儀器采用電磁平衡圓錐儀，其他儀器設(shè)備和土樣制備方法均與常規(guī)液限試驗(yàn)相同。實(shí)驗(yàn)時將試樣調(diào)成三種不同含水量，分別裝入試杯內(nèi)用電磁式圓錐儀測得三個不同錐體沉入深度。

為了提高試驗(yàn)精度。上述三個不同深度，最好控制在5～12mm之間，其間隔以2～3mm為宜。

將測定的三個含水量及相應(yīng)的三個深度點(diǎn)繪在雙對數(shù)坐標(biāo)紙上，聯(lián)三點(diǎn)繪一直線。當(dāng)三點(diǎn)不在一直線上時，通過高含水量的點(diǎn)與其余兩點(diǎn)連成兩條直線，

在下沉深度為2mm處查得相應(yīng)的二個含水量，當(dāng)兩個含水量的差值小于2%，應(yīng)以該兩點(diǎn)含水量的平均值與高含水量的點(diǎn)連一直線。當(dāng)兩個含水量的差值大于或等于2%時，應(yīng)重做試驗(yàn)。

在直線上取沉入深度為10mm和2mm的兩點(diǎn)，此兩點(diǎn)對應(yīng)的含水量即分別為液限（wL）和塑限（wp）實(shí)驗(yàn)三抗剪強(qiáng)度試驗(yàn)剪切試驗(yàn)的目的是測定土的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)，即土的內(nèi)摩擦角φ和粘聚力。

A、實(shí)驗(yàn)要求

由實(shí)驗(yàn)室提供制備土樣，要求用快剪法在直接剪切儀中測定該土的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)φ和c的數(shù)值。

B、實(shí)驗(yàn)方法

應(yīng)變控制式直接剪切儀快剪法

（一）儀器設(shè)備

1、應(yīng)變控制式直剪儀；（見圖）

2、百分表：量程10mm；精度0.01mm；（二）試驗(yàn)步驟要點(diǎn)

1、在試樣上施加垂直荷載。按第一個試樣上應(yīng)加的垂直壓力（100千

帕）計(jì)算出應(yīng)加荷載，扣除加壓設(shè)備本身質(zhì)量，即得應(yīng)加砝碼數(shù)。（試樣面積及加壓設(shè)備質(zhì)量可查實(shí)驗(yàn)室的資料表）。

2、拔出固定插銷。開動秒表，同時以每分鐘0.8mm的剪切速度均勻地轉(zhuǎn)動手輪，進(jìn)行剪切。當(dāng)量力環(huán)中百分表指針不再前進(jìn)而出現(xiàn)后退或剪切變形量達(dá)試樣直徑的1/15—1/10時，認(rèn)為試樣已經(jīng)剪損，記錄百分表指針最大讀數(shù)（代表峰值抗剪強(qiáng)度），用

0.01mm作單位，估讀至0.001mm。（即以百分表上大度盤的“格”作單位，估讀至0.1格）。

3、反轉(zhuǎn)手輪，卸除垂直荷載和加壓設(shè)備，取出已剪損的試樣，刷凈剪切盒，裝入第二個試樣。

4、第二、三、四個試樣分別施加200、300、400千帕垂直壓力后按同樣步驟進(jìn)行試驗(yàn)。

（三）成果整理

以垂直壓力P（kPa）為橫坐標(biāo)，抗剪強(qiáng)度為縱坐標(biāo)，將四個實(shí)測點(diǎn)繪在圖上，畫一視測的平均直線，若各點(diǎn)不在一條近似的直線上，可按相鄰的三點(diǎn)連成兩個三角形，分別求出兩個三角形的重心，然后將兩重心點(diǎn)連一直線，即為抗剪強(qiáng)度曲線。

抗剪強(qiáng)度曲線在軸上的截距即為粘聚力點(diǎn)c，精確至10千帕，其傾角為內(nèi)磨擦角，精確至0.1度。實(shí)驗(yàn)四擊實(shí)試驗(yàn)

土的人工壓實(shí)可以提高土的抗剪強(qiáng)度，降低其壓縮性與透水性，從而大大改善其工程性質(zhì)。

土的壓實(shí)效果與壓實(shí)方法或壓實(shí)功能以及含水量有關(guān)。壓實(shí)功能愈大，土愈易壓實(shí)。

如壓實(shí)方法一定，則土的密度又與土的含水量有密切關(guān)系。土的密實(shí)程度常以土的干密度這個指標(biāo)表示，在一定的壓實(shí)方法與壓實(shí)功能下能使土達(dá)到最大干密度的含水量稱為最佳含水量。本次實(shí)驗(yàn)的目的，是將實(shí)驗(yàn)室提供的土料在不同的含水量下采用規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)方法進(jìn)行擊實(shí)，從而測定其最大干密度及其相應(yīng)的最佳含水量，借以了解土的壓實(shí)性能。擊實(shí)試驗(yàn)所用儀器為輕重兩用標(biāo)準(zhǔn)手提擊實(shí)儀，分輕型擊實(shí)和重型擊實(shí)。按交通部標(biāo)準(zhǔn)，輕、重型試驗(yàn)方法和設(shè)備的主要參數(shù)如下表。試驗(yàn)方法類別錘底直徑(cm)錘質(zhì)量(Kg)落高(cm)試筒尺寸層數(shù)每層擊數(shù)擊實(shí)功(KJ/m3)內(nèi)徑(cm)高(cm)容積(cm3)輕型Ⅰ法Ⅰ.1Ⅰ.2552.52.530301015.212.7129972177332759598.2598.2重型Ⅱ法Ⅱ.1Ⅱ.2554.54.545451015.212.71299721775327982687.02677.2

A．實(shí)驗(yàn)要求

由實(shí)驗(yàn)室提供通過5mm篩或20mm篩的有代表性風(fēng)干土樣一種，在標(biāo)準(zhǔn)擊實(shí)方法下測定土的最大干密度和最佳含水量。

B．實(shí)驗(yàn)方法（一）儀器設(shè)備

1、擊實(shí)儀：（見圖）

2、臺稱：稱量10kg，感量5g

3、推土器：（見圖13）

4、盛土盤、量筒、噴水壺、小刀等

5、測含水量所需儀器輕重兩用電動擊實(shí)儀輕、重型擊實(shí)筒

（二）試驗(yàn)步驗(yàn)

1、試樣制備

a．輕型擊實(shí)取過5mm篩的土樣3kg；重型擊實(shí)取過20mm篩的土樣6.5kg。

b．將土樣加水潤濕，拌勻后用濕布蓋上，靜置12小時至一晝夜（因時間所限，靜置時間從略）。一般最少做5個含水量，依次相差約2%，且其中有兩個大于最優(yōu)含水量及兩個小于最優(yōu)含水量。2、試樣擊實(shí)

a．將擊實(shí)儀放在堅(jiān)實(shí)的地面上，擊實(shí)筒內(nèi)壁和底板涂一薄層潤滑油，聯(lián)接好擊實(shí)筒與底板。

b．從制備好的一份試樣中稱取一定量土料，分3層或5層倒入擊實(shí)筒內(nèi)。對于分3層擊實(shí)的輕型擊實(shí)法，每層土料的質(zhì)量為600～800g（其量應(yīng)使擊實(shí)后試樣的高度略高于擊實(shí)筒的1/3）；對于分5層擊實(shí)的重型擊實(shí)法，每層土料的質(zhì)量宜為900～1100g（其量應(yīng)使擊實(shí)后的試樣高度略高于擊實(shí)筒的1/5）；對于分3層的重型擊實(shí)法，每層需試樣1700g左右。整平表面，并稍加壓緊，然后按規(guī)定的擊數(shù)進(jìn)行第一層的擊實(shí)，擊實(shí)時擊錘應(yīng)自由垂直落下，錘跡必須均勻分布于土樣面。c.第一層擊實(shí)完后，將試樣層面“拉毛”，然后再裝入護(hù)筒，重復(fù)上述方法進(jìn)行其余各層土的擊實(shí)。小試筒擊實(shí)后，試樣不應(yīng)高出筒頂面5mm；大試筒擊實(shí)后，試樣不應(yīng)高出筒頂面6mm。

d．用修土刀沿護(hù)筒內(nèi)壁削刮，使試樣與護(hù)筒脫離后，扭動并取下護(hù)筒，齊筒頂細(xì)心削平試樣，拆除底板，擦凈筒外壁，稱量，

準(zhǔn)確至1g。

e．用推土器推出試樣，取中心部分試樣測定其含水量（取兩個含水量試樣），測定的含水量應(yīng)在允許的平行差值以內(nèi)。

f．按上述的步驟進(jìn)行其它含水量試樣的擊實(shí)試驗(yàn)。（三）成果整理

計(jì)算不同含水量下?lián)魧?shí)后試樣的密度；

式中：——擊實(shí)后試樣濕密度；

wi——擊實(shí)后試樣含水量。

繪制干密度與含水量關(guān)系曲線（如下圖）；

在曲線上取峰點(diǎn)的坐標(biāo)即為最大干密度和最佳含水量。實(shí)驗(yàn)五顆粒分析試驗(yàn)顆粒分析是測定干土中各種粒組所占該土總重的百分?jǐn)?shù)的方法。其目的是借以了解土的粒徑組成情況，供土的分類和概略判斷土的工程性質(zhì)及土工建筑物選料之用，試驗(yàn)方法較多，通常以下述幾種方法使用較多。

1、篩分法：適用于粒徑大于0.075mm的土；

2、比重計(jì)法和移液管法，適用于顆粒小于0.075mm的土；

3、若土中粗細(xì)顆粒兼有，要聯(lián)合使用各種方法，即聯(lián)合分析法。

本次試驗(yàn)只采用篩分法和甲種比重計(jì)法。A、實(shí)驗(yàn)要求（1）由實(shí)驗(yàn)室提供過篩（0.5mm）并浸潤一晝夜的土樣用比重計(jì)法進(jìn)行粒徑分析，求出該土的粒度成分。

（2）要求了解比重計(jì)法的試驗(yàn)步驟。

（3）篩分法要求根據(jù)給出的數(shù)據(jù)得出該土的粒徑級配曲線，不均勻系數(shù)和曲率系數(shù)。

B、實(shí)驗(yàn)方法

比重計(jì)法

（一）儀器設(shè)備

1、比重計(jì)：乙種比重計(jì)，刻度單位以20℃時懸液的比重表示，自0.995～1.05最小刻度單位是0.001；TM85型甲種比重計(jì)，刻度中含土的質(zhì)量表示單位以20℃時1000cm3水土混合液（克），以度為單位，最小分度值0.5°，測量范圍為5°～50℃；

2、量筒：容積1000cm3和500cm3各一個；

3、天平：感量0.01克；4、三角燒瓶：容量500cm3；

5、附有循環(huán)冷凝管的煮沸裝置；6、沖洗瓶；7、攪拌器；

8、溫度計(jì)；9、秒表；

10、25%濃度的氨水或1%濃度的六偏磷酸鈉溶液；

11、儀器