土力學(xué)實驗報告

1、一、密度試驗(環(huán)刀法)（一）試驗?zāi)康臏y定土的濕密度，以了解土的疏密和干濕狀態(tài)，供換算土的其它物理性質(zhì)指標(biāo)和工程設(shè)計以及控制施工質(zhì)量之用。（二）試驗原理土的濕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。環(huán)刀法是采用一定體積環(huán)刀切取土樣并稱土質(zhì)量的方法，環(huán)刀內(nèi)土的質(zhì)量與體積之比即為土的密度。密度試驗方法有環(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。（三）儀器設(shè)備1環(huán)刀：內(nèi)徑68cm，高23cm。2天平：稱量500g，分度值0.01g。3其它：切土刀、鋼絲鋸、凡士林等。（四）操作步

2、驟1量測環(huán)刀：取出環(huán)刀，稱出環(huán)刀的質(zhì)量，并涂一薄層凡士林。2切取土樣：將環(huán)刀的刀口向下放在土樣上，然后用切土刀將土樣削成略大于環(huán)刀直徑的土柱，將環(huán)刀垂直下壓，邊壓邊削使土樣上端伸出環(huán)刀為止，然后將環(huán)刀兩端的余土削平。3土樣稱量：擦凈環(huán)刀外壁，稱出環(huán)刀和土的質(zhì)量。（五）試驗注意事項1稱取環(huán)刀前，把土樣削平并擦凈環(huán)刀外壁；2如果使用電子天平稱重則必須預(yù)熱，稱重時精確至小數(shù)點后二位。（六）計算公式按下列計算土的濕密度： 式中：密度，計算至0.01g/cm； m濕土質(zhì)量，g； m1環(huán)刀加濕土質(zhì)量，g； m2環(huán)刀質(zhì)量，g； V環(huán)刀體積，cm。密度試驗需進行二次平行測定，其平行差值不得大于0.03g/cm

3、，取其算術(shù)平均值。密度試驗(灌砂法)（一）試驗?zāi)康默F(xiàn)場測定粗粒土的密度。（二）試驗儀器1 密度測定器：由容砂瓶、灌砂漏斗和底盤組成（1-1）。灌砂漏斗高135mm、直徑165mm，尾部有孔徑為13mm的圓柱形閥門；容砂瓶容積為4L，容砂瓶和灌砂漏斗之間用螺紋接頭聯(lián)接。底盤承托灌砂漏斗和容砂瓶。1-1密度測定器2 天平：稱量10kg，最小分度值5g，稱量500g，最小分度值0.1g。（三）操作步驟：1 按規(guī)定挖好試坑尺寸，并稱試樣質(zhì)量。2 向容砂瓶內(nèi)注滿砂，關(guān)閥門，稱容砂瓶，漏斗和砂的總質(zhì)量，準(zhǔn)確至10g。3 將密度測定器倒置（容砂瓶向上）于挖好的坑口上，打開閥門，使砂注入試坑。在注砂過程中不應(yīng)

4、震動。當(dāng)砂注滿試坑時關(guān)閉閥門，稱容砂瓶、漏斗和余砂的總質(zhì)量，準(zhǔn)確至10g，并計算注滿試坑所用的標(biāo)準(zhǔn)砂質(zhì)量。（四）計算公式 容砂瓶的容積，應(yīng)按下式計算。標(biāo)準(zhǔn)砂的密度，應(yīng)按下式計算：試樣的密度，應(yīng)按下式計算：試樣的干密度，應(yīng)按下式計算，準(zhǔn)確至0.01g/cm3。試驗二、含水率試驗（烘干法）（一）試驗?zāi)康臏y定土的含水率，以了解土的含水情況，是計算土的孔隙比、液性指數(shù)、飽和度和其它物理力學(xué)性質(zhì)不可缺少的一個基本指標(biāo)。（二）試驗原理含水率反映土的狀態(tài)，含水率的變化將使土的一系列物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)隨之而異。這種影響表現(xiàn)在各個方面，如反映在土的稠度方面，使土成為堅硬的、可塑的或流動的；反映在土內(nèi)水分的飽和程度

5、方面，使土成為稍濕、很濕或飽和的；反映在土的力學(xué)性質(zhì)方面，能使土的結(jié)構(gòu)強度增加或減小，緊密或疏松，構(gòu)成壓縮性及穩(wěn)定性的變化。測定含水率的方法有烘干法、酒精燃燒法、炒干法、微波法等等。（三）儀器設(shè)備1烘箱：采用溫度能保持在105110的電熱烘箱。2天平：稱量500g，分度值0.01g。3其它：干燥器、稱量盒等。（四）操作步驟1濕土稱量：選取具有代表性的試樣1520g，放入盒內(nèi)，立即蓋好盒蓋，稱出盒與濕土的總質(zhì)量。2烘干冷卻：打開盒蓋，放入烘箱內(nèi)，在溫度105110下烘干至恒重后，將試樣取出，蓋好盒蓋放入干燥器內(nèi)冷卻，稱出盒與干土質(zhì)量。烘干時間隨土質(zhì)不同而定，對粘質(zhì)土不少于8h；砂類土不少于6h。

6、（五）試驗注意事項1剛剛烘干的土樣要等冷卻后才稱重；2稱重時精確至小數(shù)點后二位。（六）計算公式按下式計算土的含水率： =（ m1m2）/（ m1mo）式中：含水率，計算至0.1%mo盒質(zhì)量，g；m1盒加濕土質(zhì)量，g；m2盒加干土質(zhì)量，g；m1m2土中水質(zhì)量，g；m1mo干土質(zhì)量，g含水率試驗需進行二次平行試驗，其平行差值不得大于2，取其算術(shù)平均值。酒精燃燒法酒精燃燒法是將試樣和酒精拌合，點燃酒精，隨著酒精的燃燒使試樣水分蒸發(fā)的方法。酒精燃燒法是快速簡易且較準(zhǔn)確測定細(xì)粒土含水率的一種方法，適用于沒有烘箱或土樣較少的情況。（一）儀器設(shè)備（1）恒質(zhì)量的鋁制稱量盒；（2）稱量200g、最小分度值0.0

7、1g的天平；（3）純度95%的酒精；（4）滴管、火柴和調(diào)土刀。（二）操作步驟（1）從土樣中選取具有代表性的試樣（粘性土510g，砂性土2030g），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，用滴管將酒精注入放有試樣的稱量盒內(nèi)，直至盒中出現(xiàn)自由液面為止，并使酒精在試樣中充分混合均勻。（3）將盒中酒精點燃，并燒至火焰自然熄滅。（4）將試樣冷卻數(shù)分鐘后，按上述方法再重復(fù)燃燒二次，當(dāng)?shù)谌位鹧嫦绾?，立即蓋上盒蓋，稱盒加干土質(zhì)量，準(zhǔn)確至0.01g。（三）成果整理酒精燃燒法試驗同樣應(yīng)對兩個試樣進行平行測定，其含水率計算同前，含水率允許平行差值與烘干法相同。 試驗三：界

8、限含水率試驗（液限、塑限聯(lián)合測定法）（一）試驗?zāi)康臏y定粘性土的液限L和塑限p，并由此計算塑性指數(shù)Ip 、液性指數(shù)IL，進行粘性土的定名及判別粘性土的軟硬程度。（二）試驗原理液限、塑限聯(lián)合測定法是根據(jù)圓錐儀的圓錐入土深度與其相應(yīng)的含水率在雙對數(shù)坐標(biāo)上具有線性關(guān)系的特性來進行的。利用圓錐質(zhì)量為76g的液塑限聯(lián)合測定儀測得土在不同含水率時的圓錐入土深度，并繪制其關(guān)系直線，在上查得圓錐下沉深度為17mm所對應(yīng)得含水率即為液限，查得圓錐下沉深度為2mm所對應(yīng)的含水率即為塑限。（三）試驗設(shè)備1液塑限聯(lián)合測定儀：如圖31，有電磁吸錐、測讀裝置、升降支座等，圓錐質(zhì)量76g，錐角30°，試樣杯等；2天

9、平：稱量200g，分度值0.01g；3其它：調(diào)土刀、不銹鋼杯、凡士林、稱量盒、烘箱、干燥器等。（四）操作步驟1土樣制備：當(dāng)采用風(fēng)干土樣時，取通過0.5mm篩的代表性土樣約200g，分成三份，分別放入不銹鋼杯中，加入不同數(shù)量的水，然后按下沉深度約為45mm，911mm，1517mm范圍制備不同稠度的試樣。2裝土入杯：將制備的試樣調(diào)拌均勻，填入試樣杯中，填滿后用刮土刀刮平表面，然后將試樣杯放在聯(lián)合測定儀的升降座上。3接通電源：在圓錐儀錐尖上涂抹一薄層凡士林，接通電源，使電磁鐵吸住圓錐。4測讀深度：調(diào)整升降座，使錐尖剛好與試樣面接觸，切斷電源使電磁鐵失磁，圓錐儀在自重下沉入試樣，經(jīng)5秒鐘后測讀圓錐下

10、沉深度。5測含水率：取出試樣杯，測定試樣的含水率。重復(fù)以上步驟，測定另兩個試樣的圓錐下沉深度和含水率。（五）試驗注意事項1土樣分層裝杯時，注意土中不能留有空隙。2每種含水率設(shè)三個測點，取平均值作為這種含水率所對應(yīng)土的圓錐入土深度，如三點下沉深度相差太大，則必須重新調(diào)試土樣。（六）計算公式1計算各試樣的含水率：式中符號意義與含水率試驗相同。2以含水率為橫坐標(biāo)，圓錐下沉深度為縱坐標(biāo)，在雙對數(shù)坐標(biāo)紙上繪制關(guān)系曲線，三點連一直線（如圖32中的A線）。當(dāng)三點不在一直線上，可通過高含水率的一點與另兩點連成兩條直線，在圓錐下沉深度為2mm處查得相應(yīng)的含水率。當(dāng)兩個含水率的差值2時，應(yīng)重做試驗。當(dāng)兩個含水率的

11、差值<2時，用這兩個含水率的平均值與高含水率的點連成一條直線（如圖32中的B線）。3在圓錐下沉深度與含水率的關(guān)系上，查得下沉深度為17mm所對應(yīng)的含水率為液限；查得下沉深度為2mm所對應(yīng)的含水率為塑限。14 圖31 光電式液塑限儀結(jié)構(gòu)示意1水平調(diào)節(jié)螺絲；2控制開關(guān)；3指示燈；4零線調(diào)節(jié)螺釘；5反光鏡調(diào)節(jié)螺釘；6屏幕7機殼；8物鏡調(diào)節(jié)螺釘；9電池裝置；10光源調(diào)節(jié)螺釘；11光源裝置；12圓錐儀；13升降臺；14水平泡；15盛土杯 圖3-2 圓錐入土深度與含水率關(guān)系試驗四、擊實試驗（一）試驗?zāi)康脑趽魧嵎椒ㄏ聹y定土的最大干密度和最優(yōu)含水率，是控制路堤、土壩和填土地基等密實度的重要指標(biāo)。（二）試

12、驗原理土的壓實程度與含水率、壓實功能和壓實方法有密切的關(guān)系。當(dāng)壓實功能和壓實方法不變時，土的干密度隨含水率增加而增加，當(dāng)干密度達到某一最大值后，含水率繼續(xù)增加反而使干密度減小，能使土達到最大密度的含水率，稱為最優(yōu)含水率op，與其相應(yīng)的干密度稱為最大干密度dmax。（三）儀器設(shè)備1擊實儀：如圖41所示。錘質(zhì)量2.5kg，筒高116mm，體積947.4cm。2天平：稱量200g，分度0.01g。3臺稱：稱量10kg，分度值5g。4篩：孔徑5mm。5其它：噴水設(shè)備、碾土器、盛土器、推土器、修土刀等。（四）操作步驟1制備土樣：取代表性風(fēng)干土樣，放在橡皮板上用木碾碾散，過5mm篩，土樣量不少于20kg。

13、2加水拌和：預(yù)定5個不同含水量，依次相差2，其中有兩個大于和兩個小于最優(yōu)含水量。所需加水量按下式計算：式中：mw所需加水質(zhì)量，g； mwo風(fēng)干含水率時土樣的質(zhì)量，g； o土樣的風(fēng)干含水率，；預(yù)定達到的含水率，。按預(yù)定含水率制備試樣，每個試樣取2.5kg，平鋪于不吸水的平板上，用噴水設(shè)備向土樣均勻噴灑預(yù)定的加水量，并均勻拌和。 3分層擊實：取制備好的試樣600800g，倒入筒內(nèi)，整平表面，擊實25次，每層擊實后土樣約為擊實筒容積1/3。擊實時，擊錘應(yīng)自由落下，錘跡須均勻分布于土面。重復(fù)上述步驟，進行第二、三層的擊實。擊實后試樣略高出擊實筒（不得大于6mm）。4稱土質(zhì)量：取下套環(huán)，齊筒頂細(xì)心削平試

14、樣，擦凈筒外壁，稱土質(zhì)量，準(zhǔn)確至0.1g。5測含水率：用推土器推出筒內(nèi)試樣，從試樣中心處取2個各約1530g土測定含水率，平行差值不得超過1。按24步驟進行其它不同含水率試樣的擊實試驗。圖41 擊實儀示意（五）試驗注意事項1試驗前，擊實筒內(nèi)壁要涂一層凡士林。2擊實一層后，用刮土刀把土樣表面刨毛，使層與層之間壓密，同理，其它兩層也是如此。3如果使用電動擊實儀，則必須注意安全。打開儀器電源后，手不能接觸擊實錘。（六）計算及繪1按下式計算干密度：式中：d干密度，g/cm3； 濕密度，g/cm3； 含水率，。以干密度d為縱坐標(biāo)，含水率為橫坐標(biāo)，繪制干密度與含水率關(guān)系曲線（圖42）。曲線上峰值點所對應(yīng)的

15、縱橫坐標(biāo)分別為土的最大干密度和最優(yōu)含水率。如曲線不能繪出準(zhǔn)確峰值點，應(yīng)進行補點。圖42 關(guān)系曲線 試驗五、固結(jié)試驗（快速法）（一）試驗?zāi)康臏y定試樣在側(cè)限與軸向排水條件下的壓縮變形h和荷載P的關(guān)系，以便計算土的單位沉降量S1、壓縮系數(shù)av和壓縮模量Es等。（二）試驗原理土的壓縮性主要是由于孔隙體積減少而引起的。在飽和土中，水具有流動性，在外力作用下沿著土中孔隙排出，從而引起土體積減少而發(fā)生壓縮，試驗時由于金屬環(huán)刀及剛性護環(huán)所限，土樣在壓力作用下只能在豎向產(chǎn)生壓縮，而不可能產(chǎn)生側(cè)向變形，故稱為側(cè)限壓縮。（三）儀器設(shè)備1固結(jié)儀：如圖51所示，試樣面積30cm2，高2cm。2量表：量程10mm，最小分

16、度0.01mm。3其它：刮土刀、電子天平、秒表。（四）操作步驟（1）切取試樣：用環(huán)刀切取原狀土樣或制備所需狀態(tài)的擾動土樣。（2）測定試樣密度：取削下的余土測定含水率，需要時對試樣進行飽和。（3）安放試樣：將帶有環(huán)刀的試樣安放在壓縮容器的護環(huán)內(nèi)，并在容器內(nèi)順次放上底板、濕潤的濾紙和透水石各一，然后放入加壓導(dǎo)環(huán)和傳壓板。（4）檢查設(shè)備：檢查加壓設(shè)備是否靈敏，調(diào)整杠桿使之水平。（5）安裝量表：將裝好試樣的壓縮容器放在加壓臺的正中，將傳壓鋼珠與加壓橫梁的凹穴相連接。然后裝上量表，調(diào)節(jié)量表桿頭使其可伸長的長度不小于8mm，并檢查量表是否靈活和垂直（在教學(xué)試驗中，學(xué)生應(yīng)先練習(xí)量表讀數(shù)）。（6）施加預(yù)壓：為

17、確保壓縮儀各部位接觸良好，施加1kPa的預(yù)壓荷重，然后調(diào)整量表讀數(shù)至零處。（7）加壓觀測：1）荷重等級一般為50、100、200、400kPa。2）如系飽和試樣，應(yīng)在施加第一級荷重后，立即向壓縮容器注滿水。如系非飽和試樣，需用濕棉紗圍住加壓蓋板四周，避免水分蒸發(fā)。3）壓縮穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定為每級荷重下壓縮24小時，或量表讀數(shù)每小時變化不大于0.005mm認(rèn)為穩(wěn)定（教學(xué)試驗可另行假定穩(wěn)定時間）。測記壓縮穩(wěn)定讀數(shù)后，施加第二級荷重。依次逐級加荷至試驗結(jié)束。4）試驗結(jié)束后迅速拆除儀器各部件，取出試樣，必要時測定試驗后的含水率。（五）試驗注意事項1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)

18、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(yīng)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。（六）計算及制1按下式計算試樣的初始孔隙比：圖51 固結(jié)儀示意1水槽；2護環(huán)；3環(huán)刀；4加壓上蓋；5透水石；6量表導(dǎo)桿；7量表架；8試樣2下式計算各級荷重下壓縮穩(wěn)定后的孔隙比ei： 式中：Gs土粒比重；w水的密度，g/cm3；o試樣起始含水率，；o試樣起始密度，g/cm3；hi在某一荷重下試樣壓縮穩(wěn)定后的總變形量，其值等于該荷重下壓縮穩(wěn)定后的量表讀數(shù)減去儀器變形量（mm）；ho試樣起始高度，即環(huán)刀高度（mm）。 圖52 ep關(guān)系曲線3繪制壓縮曲線以孔隙比e為縱坐標(biāo)，壓

19、力p為橫坐標(biāo)，繪制孔隙比與壓力的關(guān)系曲線，如圖52所示。并求出壓縮系數(shù)av與壓縮模量Es。試驗六、直接剪切試驗（快剪法）（一）試驗?zāi)康闹苯蛹羟性囼炇菧y定土的抗剪強度的一種常用方法。通常采用四個試樣為一組，分別在不同的垂直壓力下，施加水平剪應(yīng)力進行剪切，求得破壞時的剪應(yīng)力，然后根據(jù)庫侖定律確定土的抗剪強度參數(shù)內(nèi)摩擦角和凝聚力C 。直剪試驗分為快剪（Q）、固結(jié)快剪（CQ）和慢剪（S）三種試驗方法。在教學(xué)中可采用快剪法。（二）試驗原理快剪試驗是在試樣上施加垂直壓力后立即快速施加水平剪切力，以0.81.2mm/min的速率剪切，一般使試樣在35min內(nèi)剪破?？旒舴ㄟm用于測定粘性土天然強度。圖61 應(yīng)變控制式直剪儀結(jié)構(gòu)示意1垂直變形百分表；2垂直加壓框架；3推動座；4剪切盒；5試樣；6測力計；7臺板；8杠桿；9砝碼（三）儀器設(shè)備1應(yīng)變控制式直接剪切儀：如圖61，有剪力盒、垂直加壓框架、測力計及推動機構(gòu)等。2其它：量表、砝碼等。（四）試驗步驟1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。如試樣需要飽和，可對試樣進行抽氣飽和。2安裝試樣：對準(zhǔn)上下盒，插入固定銷釘。在下盒內(nèi)放入一透