土力學六種常見試驗實驗目的步驟等介紹

土工試驗

Soilexperiments1土的密度試驗

2土的含水量試驗

3土的液塑限試驗

4土的固結(jié)試驗

5土的直剪試驗

6土的三軸剪切試驗

1土力學六種常見試驗實驗目的步驟等介紹5/8/20241土的密度試驗

densitytest目的objectives測定土在天然狀態(tài)下單位體積的質(zhì)量

儀器設備apparatus①符合規(guī)定要求的環(huán)刀；

②精度為0.01g的天平；

③其他：切土刀，凡士林等。

2土力學六種常見試驗實驗目的步驟等介紹5/8/2024（1）測出環(huán)刀的容積V，在天平上稱環(huán)刀質(zhì)量m1。

（2）取直徑和高度略大于環(huán)刀的原狀土樣或制備土樣。

（3）環(huán)刀取土：在環(huán)刀內(nèi)壁涂一薄層凡士林，將環(huán)刀刃口向下放在土樣上，隨即將環(huán)刀垂直下壓，邊壓邊削，直至土樣上端伸出環(huán)刀為止。將環(huán)刀兩端余土削去修平（嚴禁在土面上反復涂抹），然后擦凈環(huán)刀外壁。

（4）將取好土樣的環(huán)刀放在天平上稱量，記下環(huán)刀與濕土的總質(zhì)量m2操作步驟procedure3土力學六種常見試驗實驗目的步驟等介紹5/8/2024計算土的密度

VmmVm12_???①密度試驗應進行2次平行測定，兩次測定的差值不得大于0.03g/cm3，取兩次試驗結(jié)果的算術平均值；

②密度計算準確至0.01g/cm3

要

求

4土力學六種常見試驗實驗目的步驟等介紹5/8/20242土的含水量試驗

用烘干法測定土的含水率

目的

①烘箱：采用電熱烘箱；②天平：稱量200g,分度值0.01g；③其他：干燥器，稱量盒。

儀器設備

5土力學六種常見試驗實驗目的步驟等介紹5/8/2024（1）取代表性試樣，粘性土為15—30g，砂性土、有機質(zhì)土為

50g，放入質(zhì)量為m0的稱量盒內(nèi)，立即蓋上盒蓋，稱濕土加盒總質(zhì)量m1，精確至0.01g。

（2）打開盒蓋，將試樣和盒放入烘箱，在溫度105——110℃的恒溫下烘干。烘干時間與土的類別及取土數(shù)量有關。粘性土不得少于8小時；砂類土不得少于6小時；對含有機質(zhì)超過10%的土，應將溫度控制在65——70℃的恒溫下烘至恒量。

（3）將烘干后的試樣和盒取出，蓋好盒蓋放入干燥器內(nèi)冷卻至室溫，稱干土加盒質(zhì)量m2為，精確至0.01g。

操作步驟

6土力學六種常見試驗實驗目的步驟等介紹5/8/2024計算土的含水量

（1）計算準確至0.1%；

（2）本試驗需進行2次平行測定，取其算術平均值，允許平行差值應符合下表規(guī)定。

要

求

%1000221?????mmmmmmwsw

含水率（%）

小于1010—40大于40允許平行差值（%）

0.51.02.07土力學六種常見試驗實驗目的步驟等介紹5/8/20243土的液限、塑限試驗

測定細粒土的液限、塑限，計算塑性指數(shù)、給土分類定名，共設計、施工使用。

目的

①液塑限聯(lián)合測定儀：圓錐儀、讀數(shù)顯示；

②試樣杯：直徑40—50mm，高30—40mm；

③天平：稱量200g，分度值0.01g；④其他：烘箱、干燥器、鋁盒、調(diào)土刀、孔徑0.5mm的篩、凡士林等。

儀器設備

8土力學六種常見試驗實驗目的步驟等介紹5/8/2024液限錐式儀

9土力學六種常見試驗實驗目的步驟等介紹5/8/2024液塑限聯(lián)合測定儀

10土力學六種常見試驗實驗目的步驟等介紹5/8/2024（1）當采用天然含水量的土樣時，應剔除大于0.5mm的顆粒，然后分別按接近液限、塑限和二者之間狀態(tài)制備不同稠度的土膏，靜置濕潤。靜置時間可視原含水量的大小而定。當采用風干土樣時，取過0.5mm篩的代表性土樣約200g，分成3份，分別放入3個盛土皿中，加入不同數(shù)量的純水，使分別接近液限、塑限和二者中間狀態(tài)的含水量，調(diào)成均勻土膏，然后放入密封的保濕缸中，靜置24小時。

（2）將制備好的土膏用調(diào)土刀調(diào)拌均勻，密實地填入試樣杯中，應使空氣逸出。高出試樣杯的余土用刮土刀刮平，隨即將試樣杯放在儀器底座上。

（3）取圓錐儀，在錐體上涂以薄層凡士林，接通電源，使電磁鐵吸穩(wěn)圓錐儀。

（4）調(diào)節(jié)屏幕準線，使初讀數(shù)為零。調(diào)節(jié)升降座，使圓錐儀錐角接觸試樣面，指示燈亮時圓錐在自重下沉入試樣內(nèi)，經(jīng)5秒后立即測讀圓錐下沉深度。

（5）取下試樣杯，然后從杯中取10g以上的試樣2個，測定含水率。

（6）按（2）-（5）的步驟，測試其余2個試樣的圓錐下沉深度和含水率。

操作步驟

11土力學六種常見試驗實驗目的步驟等介紹5/8/2024計算與制圖

（1）計算含水量

%100*1??????????smmw（2）繪制圓錐下沉深度h與

含水量w的關系曲線

12土力學六種常見試驗實驗目的步驟等介紹5/8/2024

①三點連一條直線。

②當三點不在一直線上，通過高含水量的一點分別與其余兩點連成兩條直線，在圓錐下沉深度為2mm處查得相應的含水量，當兩個含水量的差值小于2%，應以該兩點含水量的平均值與高含水量的點連成一線。

③當兩個含水量的差值大于或等于2%時，應補做試驗。

13土力學六種常見試驗實驗目的步驟等介紹5/8/2024（3）確定液限、塑限

在圓錐下沉深度h與含水量w關系圖上，查得下沉深度為17mm所對應的含水量為液限wL；查得下沉深度為2mm所對應的含水量為塑限wP，以百分數(shù)表示，取整數(shù)。

14土力學六種常見試驗實驗目的步驟等介紹5/8/2024PLPwwI??PPLIwwI??塑性指數(shù)：

液性指數(shù)：

（4）計算塑性指數(shù)和液性指數(shù)

15土力學六種常見試驗實驗目的步驟等介紹5/8/20244土的固結(jié)試驗

目的

測定試樣在側(cè)限與軸向排水條件下的變形和壓力的關系，變形和時間的關系，以便計算土的壓縮系數(shù)、壓縮指數(shù)、壓縮模量、固結(jié)系數(shù)及原狀土的先期固結(jié)壓力等。

快速固結(jié)法：規(guī)定試樣在各級壓力下的固結(jié)時間為1小時，僅在最后一級壓力下除測記1小時的量表讀數(shù)外，還應測讀達壓縮穩(wěn)定時的量表讀數(shù)。

方法

16土力學六種常見試驗實驗目的步驟等介紹5/8/2024

①三聯(lián)固結(jié)儀；②刮土刀、天平、秒表等

儀器設備

三聯(lián)固結(jié)儀

17土力學六種常見試驗實驗目的步驟等介紹5/8/2024基本原理

Vv＝e0Vs＝1H0/(1+e0)

Vv＝eVs＝1H1/(1+e)

H1

s

土樣在壓縮前后變形量為s，整個過程中土粒體積和底面積不變

eHeH???11100土粒高度在受壓前后不變

)1(000eHsee???整理

1)1(000????wswGe＝其中

p根據(jù)不同壓力p作用下，達到穩(wěn)定的孔隙比e，繪制e-p曲線，為壓縮曲線

18土力學六種常見試驗實驗目的步驟等介紹5/8/2024操作步驟

（1）按要求取原狀樣或制備擾動土樣。

（2）取環(huán)刀樣，測試驗前的密度與含水量。

（3）在固結(jié)儀底的透水石上放一濾紙，將環(huán)刀和土樣放入壓縮儀，套上導環(huán)，在土樣頂面放上濾紙，再加上透水石，繼而放上傳壓板與鋼球，最后將固結(jié)儀放在容器板上。

（4）安裝測微表并調(diào)零

（5）加荷。按50、100、200、400（kpa)四級荷重加荷，每級荷載歷時10分鐘，即每級荷重加上10分鐘時，記測微表讀數(shù)一次，然后加下一級荷載，依些類推，直到第四級荷載施加完畢為止。

19土力學六種常見試驗實驗目的步驟等介紹5/8/20241．首先裝好試樣，再安裝量表。在裝量表的過程中，小指針需調(diào)至整數(shù)位，大指針調(diào)至零，量表桿頭要有一定的伸縮范圍，固定在量表架上。

2．加荷時，應按順序加砝碼；試驗中不要震動實驗臺，以免指針產(chǎn)生移動。

注意事項

20土力學六種常見試驗實驗目的步驟等介紹5/8/2024成果整理

（1）按下式計算土的初始孔隙比

1)1(000?????wswGe2.計算試樣的顆粒（骨架）凈高hs

00se1hh?＝

式中：h0

—

試樣初始高度（mm）

21土力學六種常見試驗實驗目的步驟等介紹5/8/2024si0ihhee??－＝i1i1ii21ppeea????－＝21isae1??＝E3.計算某級壓力下變形穩(wěn)定后的孔隙比ei

（MPa-1）

式中Pi—

某一級荷重值，MPa。

—

某級壓力下試樣高度的累計變形量，mm；

式中：

iH??4.計算某級壓力下的壓縮系數(shù)a1-2和壓縮模量Es（MPa）

22土力學六種常見試驗實驗目的步驟等介紹5/8/20245.作孔隙比e和壓力p的關系曲線

以孔隙比e為縱坐標，壓力p為橫坐標，繪制孔隙比與壓力的關系曲線。

23土力學六種常見試驗實驗目的步驟等介紹5/8/20245土的直剪試驗

目的

直接剪切試驗是測定土的抗剪強度的一種常用方法。通常采用4個試樣，分別在不同的垂直壓力p下，施加水平剪切力進行剪切，測得剪切破壞時的剪應力τ。然后根據(jù)庫侖定律確定土的抗剪強度指標：內(nèi)摩擦角φ和粘聚力c。

快剪：在試樣上施加垂直壓力后立即快速施加水平剪應力。

固結(jié)快剪：在試樣上施加垂直壓力，待試樣排水固結(jié)穩(wěn)定后，快速施加水平剪應力。

慢剪：在試樣上施加垂直壓力及水平剪應力的過程中，均使試樣排水固結(jié)。

方法

24土力學六種常見試驗實驗目的步驟等介紹5/8/2024固結(jié)快剪試驗

儀器設備

（1）應變控制式直剪儀：剪切盒、垂直加壓框架、測力計、推動機構等；

（2）位移計（百分表）：量程5~10mm,分度值0.01mm；

（3）天平、環(huán)刀、削土刀、飽和器、秒表、濾紙、直尺等。

25土力學六種常見試驗實驗目的步驟等介紹5/8/20241.切取試樣：按工程需要用環(huán)刀切取一組試樣，至少四個，并測定試樣的密度及含水率。

2.安裝試樣：對準上下盒，插入固定銷釘。在下盒內(nèi)放入一透水石，上覆隔水蠟紙一張。將裝有試樣的環(huán)刀平口向下，對準剪切盒，試樣上放隔水蠟紙一張，再放上透水石，將試樣徐徐推入剪切盒內(nèi)，移去環(huán)刀。

3.施加垂直壓力：轉(zhuǎn)動手輪，使上盒前端鋼珠剛好與測力計接觸，調(diào)整測力計中的量表讀數(shù)為零。順次加上蓋板、鋼珠壓力框架。每組四個試樣，分別在四種不同的垂直壓力下進行剪切。在教學上，可取四個垂直壓力分別為100、200、400kPa。

操作步驟

26土力學六種常見試驗實驗目的步驟等介紹5/8/20244．進行剪切：施加垂直壓力后，立即拔出固定銷釘，開動秒表，以每分鐘4～6轉(zhuǎn)的均勻速率旋轉(zhuǎn)手輪（在教學中可采用每分鐘6轉(zhuǎn)）。使試樣在3～5分鐘內(nèi)剪破。如測力計中的量表指針不再前進，或有顯著后退，表示試樣已經(jīng)被剪破。但一般宜剪至剪切變形達4mm。若量表指針再繼續(xù)增加，則剪切變形應達6mm為止。手輪每轉(zhuǎn)一圈，同時測記測力計量表讀數(shù)，直到試樣剪破為止。（注：手輪每轉(zhuǎn)一圈推進下盒0.2毫米）。

5．拆卸試樣：剪切結(jié)束后，吸去剪切盒中的積水，倒轉(zhuǎn)手輪，盡快移去垂直壓力、框架、上蓋板，取出試樣。

27土力學六種常見試驗實驗目的步驟等介紹5/8/20241．先安裝試樣，再裝量表。安裝試樣時要用透水石把土樣從環(huán)刀推進剪切盒里，試驗前量表中的大指針調(diào)至零。

2．加荷時，不要搖晃砝碼；剪切時要拔出銷釘。

注意事項

28土力學六種常見試驗實驗目的步驟等介紹5/8/2024成果整理

1．按下式計算各級垂直壓力下所測的抗剪強度：

CRf??式中：τf—土的抗剪強度，kPa；

C—測力計率定系數(shù)，kPa/0.01mm；

R

—測力計量表最大讀數(shù)，或位移4毫米時的

讀數(shù)(0.01毫米)，0.01mm。

29土力學六種常見試驗實驗目的步驟等介紹5/8/20242．繪制τf～σ曲線

30土力學六種常見試驗實驗目的步驟等介紹5/8/20246土的三軸剪切試驗

三軸剪切試驗是在三向應力狀態(tài)下，測定土的抗剪強度參數(shù)的一種剪切試驗方法。通常用3～4個圓柱體試樣，分別在不同的恒定圍壓下，施加軸向壓力，進行剪切，直至破壞；然后根據(jù)極限應力圓包絡線，求得抗剪強度參數(shù)。

目的

根據(jù)排水條件不同，三軸剪切試驗分為不固結(jié)不排水試驗（UU）、固結(jié)不排水剪切(CU)和固結(jié)排水試驗（CD）。本試驗只作部固結(jié)不排水剪切試驗。

方法

31土力學六種常見試驗實驗目的步驟等介紹5/8/20241.應變控制式三軸剪切儀，由周圍壓力系統(tǒng)、反壓力系統(tǒng)、孔隙水壓力量測系統(tǒng)和主機組成。

2.附屬設備：包括擊實器、飽和器、切土器、分樣器、切土盤、承膜筒和對開圓模。

3.天平：秤量200g，感量0.01g；稱量1000g，感量0.1g。

4.橡皮膜：應具有彈性，厚度應小于橡皮膜直徑的1/100，不得有漏氣孔。

儀器設備

3.剪切試樣

操作步驟

1.試樣制備

2.試樣的安裝

32土力學六種常見試驗實驗目的步驟等介紹5/8/2024

（1）

本試驗需要3～4個試樣，分別在不同周圍壓力下進行試驗。

（2）

試樣尺寸：最小直徑為φ35mm，最大直徑為φ101mm，試樣高度宜為試樣直徑的2～2.5倍。對于有裂縫、軟弱面和構造面的試樣，試樣直徑宜大于60mm。

（3）

原狀試樣制備，應將土切成圓柱形試樣，試樣兩端應平整并垂直于試樣軸，當試樣側(cè)面或端部有小石子或凹坑時，允許用削下的余土修整，試樣切削時應避免擾動，并取余土測定試樣的含水量。

（4）

擾動試樣制備，應根據(jù)預定的干密度和含水量，在擊實器內(nèi)分層擊實，粉質(zhì)土宜3～5層，粘質(zhì)土宜為5～8層，各層土料數(shù)量應相等，各層接觸面應刨毛。

（5）

對制備好的試樣，應量測其直徑和高度。試樣的平均直徑應按下式計算：

（式中D1，D2，D3分別為試樣上、中、下部位的直徑）

取余土，測定含水率。

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