《土质学与土力学》_1.pdf

土力学室内实验指导书 高凌霞 王秀伟 编写 土木建筑工程学院综合实验中心 试验须知 1.试验前要认真阅读试验指导书，明确所作实验的目的、要求和注意事项。2.必须遵守实验室规章制度，遵守课堂纪律保持安静。3.试验课必须专心听讲，服从指导教师的安排和指导，按照操作归程认真操作，正确读数，细心观察，认真记录，不得草率敷衍，拼凑数据。4.试验报告必须独立完成，不得抄袭别人的数据。5.爱护仪器设备，不准动用与本次试验无关的仪器设备。如发生仪器设备损坏要及时向指导教师报告，属责任事故的，按有关规定赔偿。6.试验完毕后做好整理工作，将试剂、材料、工具和仪器放回原处，洗刷器皿，清扫试验场地，切断电源、水源、气源，经指导教师检查合格后方可离开。目 录 一 颗粒分析试验 1 二 密度试验（环刀法）10 三 含水量试验 12 四 比重试验 14 五 界限含水量试验（液塑限联合测定法）17 六 压缩试验（杠杆式压缩仪法）20 七 直接剪切试验 24 八 三轴剪切试验 27 九 击实试验 31 一 颗粒分析试验 颗粒分析就是用试验的方法求出小于某种粒径的颗粒所占土质量的百分数。一、试验目的 通过颗粒组分分析可以了解土中颗粒大小的分配情况，并能为土的分类及概略判断其工程地质性质、建材选料提供所需的材料。二、试验方法 颗粒分析试验可分为筛析法和密度计法，对于粒径大于 0.075mm 的土粒可用筛析法测定，而对于粒径小于 0.075mm 的土粒则用密度计法来测定。筛析法是将土样通过各种不同孔径的筛子，并按筛子孔径的大小将颗粒加以分组，然后再称量并计算出各个粒组占总量的百分数。1 筛析法（一）仪器设备（1）标准筛一套：孔径分别为 5mm、2mm、1mm、0.5mm、0.25mm、0.075mm；（2）普通天平：感量 0.1g，称量 500g；（3）振筛机：筛析过程中能上下震动；（4）其他：磁钵及橡皮头研棒、毛刷、白纸、尺等。（二）操作步骤 1.用研棒轻轻碾压风干土，使之分散成单粒，用四分对角法取出代表性的试样，取样数量见表 11。2.将试样过孔径为 2mm 的筛，分别称出筛上和筛下土粒的质量。3.取 2mm 筛上试样倒入依次叠好的粗筛的最上层筛中；取 2mm 筛下试样倒入依次叠好的最上层筛中，进行筛析。细筛宜放在振筛机上震摇，震摇时间一般为 1015min。4.由最大孔径筛开始，顺序将各筛取下，在白纸上用手轻叩摇晃，如仍有土粒漏下，表 1-1 筛析法取样数量 颗粒尺寸（mm）取样数量（g）2 100300 210 3001000 1020 10002000 2040 20004000 40 4000 以上 应继续轻叩摇晃，至无土粒漏下为止。漏下的土粒应全部放入下级筛内。并将留在各筛上的试样分别称量，准确至 0.1g。5.各细筛上及底盘内土质量总和与筛前所取 2mm 筛下土质量之差不得大于 1%；各粗筛上及 2mm 筛下的土质量总和与试样质量之差不得大于 1%。（三）试验注意事项 1将土样倒入依次叠好的筛子中进行筛析。2筛析法采用振筛机，在筛析过程中应能上下振动，水平转动。3称重后干砂总重精确至2g。4.若 2mm 筛下的土，小于试样总质量的 10%，则可省略细筛筛析；若 2mm 筛上的土，小于试样总质量的 10%，则可省略粗筛筛析。（四）计算及误差分配 1.计算各粒组的百分含量，准确至小数后一位。%100siimmX 式中 iX 粒组百分含量，；im 某粒组质量，g；sm 试样质量，g 2.各筛盘及底盘上的土粒质量之和与筛前所称试样的质量之差不得大于 1。否则应重新试验。若两者差值1，可视试验过程中，误差产生的原因，分配给某些粒组，最终各粒组百分含量之和应等于 100。3.若粒径0.1mm 的含量大于 10，则将这一部分用沉降法继续分析。4.绘制颗粒大小分布曲线。以小于某粒径的土质量百分数为纵坐标，颗粒直径 （mm）的对数值为横坐标，绘制颗粒大小分配曲线。5.求不均匀系数（Cu）和曲率系数Cc 不均匀系数（Cu）按Cu 1060dd公式计算。式中 Cu 不均匀系数（Cu 5,不均匀土；Cu 3 或 Cc 1，级配不连续土）；d30 颗粒大小分布曲线上的某粒径，小于该粒径的土含量占总质量的 30。6.不均匀系数Cu和曲率系数Cc用于判定土的级配优劣：如果 Cu 5 且 C c =1 3，级配 良好的土；如果 Cu 3 或 Cc 1，级配 不良的土。2 比重计法 比重计分析法是将一定量的土样(粒径0.1mm)放在量筒中，加水制成一定量的土悬液(例如 1000 cm3)，经过搅拌，使土的大小颗粒在水中均匀分布，成为均匀浓度的土 悬液。静止悬液，让土粒沉降，在土粒下沉过程中，用比重计在悬液中测读出对应于不同时间的不同悬液密度，根据比重计读数和土粒的下沉时间，计算出粒径小于某一粒径D(rnm)的颗粒占土样总重的百分数。（一）仪器设备 1.比重计 甲种比重计 刻度单位以 20时每 1000ml 悬液内所含土粒质量的克数表示，刻度550，最小分度值为 0.5。乙种比重计 刻度单位以 20时每 1000ml 悬液的密度表示，自 0.9951.020，最小刻度单位为 0.0002。2.量筒 容积 1000、500 和 250mL；3.筛 孔径 0.075mm、0.1mm、0.25mm、0.5mm、1mm、2mm；4.烘箱(自动恒温控制)；5.天平 称量 500g，感量 0.01g；6.温度计 刻度 050，最小刻度单位 0.5；7.搅拌器；8.煮沸设备（附冷凝管）；9.化学药品（浓度 25氨水，4六偏磷酸钠）；10.蒸馏水或清水（可取原地下水做比较试验，如对试验无影响可采用清水或自来 水）；11.三角烧瓶、洗瓶、烧杯、蒸发皿、瓷皿、钵及橡皮头研棒，量杯，秒表、干燥器等。（二）操作步骤 1.比重计分析可采用天然含水量的土样来进行，若土样在分析前无法测定代表性的 天然含水量时，允许用干土或风干土进行分析；2.取代表性干土样 100300g，放入瓷钵体内，用橡皮头研棒研散，然后过 0.5mm筛，如土中含大于 0.5mm 的颗粒时，需求出占试样总重的百分数，如数量多时则要用筛进行大于 0.5mm 的颗粒分析；3.根据干土或估计土的含水量，秤取一定数量的试样（秤量准确至 0.01g)；使试样干重约为：粘土 20g，粉质粘土 30g，粘质粉土 40g 作为分析之用。并另取两个以上土样测定风干含水量（试样中易溶盐含量0.5时须进行洗盐）；4.在盛有试样的三角烧瓶中，注入蒸馏水，使悬液体积约达 200cm3，将瓶稍加摇荡后，放在煮沸设备上，用连接冷凝管下端的橡皮塞塞紧瓶口，进行煮沸，沸腾 1 小时后，冷却至室温。5.取 1000cm3量筒一只，在量筒口放一大玻璃漏斗，并取 0.1mm 筛子 1 只，将烧瓶内土液倒入筛中，使过筛的土液进入量筒，反复用蒸馏水冲洗，直至小于 0.1mm颗粒全部进入量筒；6.将留在 0.1mm 筛上的砂粒洗入蒸发皿内，倾去上部清水，烘干秤重，准确至0.01g，然后进行筛分析，求出 0.50.25mm 和 0.250.1mm 粒粗土重。7.注蒸馏水（或清水）入量筒，加 4浓度的六偏磷酸钠 10mL，使筒内悬液达 1000 mL；8.另取量筒一只，盛蒸馏水（或清水）1000cm3，将比重计放在其中，每逢需用比重计时，在前 1 分钟读出并记录比重计在蒸馏水（或清水）中的读数。每次用毕后，洗净放回蒸馏水（或清水）中。9.用搅拌器在量筒内沿整个悬液深度上下搅拌约 1min，往返各约 30 次，使悬液均匀分布。10.取出搅拌器，同时立即计时。测经 1、2、5、15、30、60、120 和 1440min时的比重计读数和悬液温度。每次读数均应在预定时间前 1020s 将比重计小心放入悬液接近读数的深度，而且不得贴近筒壁。11.比重计读数均以弯液面上缘为准。甲种比重计应准确至 0.5，乙种比重计应准确至 0.002。每次读完后立即取出比重计放入有蒸馏水的量筒中。（三）试验注意事项 1.每次测得悬液密度后，应将比重计轻轻放在盛水的量筒中。2.比重计读数要迅速准确，不宜在悬液中放置时间过久。在正式试验前，必须多次 练习比重计的准确读数方法。3.试验前量筒应放在固定平稳的地方，不得移动，并保持悬液温度稳定。（四）计算及作图 1.L 值的求法 L=L0+L1 AV20 式中 L 土粒有效沉降距离（cm）；L0 浮泡中心至最底刻度的距离（cm）；L1 最底刻度至读数之间的距离（cm）；V0 比重计浮泡体积（cm3）；A 1000mL 量筒的横断面积（cm2）。2.计算土粒直径（d）tLKtgLdws)(1800 式中 d 土粒直径（mm）；水的动力粘滞系数（g/cms）；s 土粒密度（g/cm3）；w 水的密度（g/cm3）；g 重力加速度（cm/s2）；L 某一时间内的土粒沉降距离（mm）；t 沉降时间（s）；粒径系数。对于某一种土而言，当温度一定时，s、w及均为定值，故gKw)1800s（为一常数（表 12）。表 12 粒径系数（）值表 温度（）土 粒 密 度 （g/cm3）2.45 2.50 2.55 2.60 2.65 2.70 2.75 2.80 2.85 5 0.1385 0.1360 0.1339 0.1318 0.1298 0.1279 0.1261 0.1243 0.1226 6 0.1365 0.1342 0.1320 0.1299 0.1280 0.1261 0.1243 0.1225 0.1208 7 0.1344 0.1321 0.1300 0.1280 0.1260 0.1241 0.1224 0.1206 0.1189 8 0.1324 0.1302 0.1281 0.1260 0.1241 0.1223 0.1205 0.1188 0.1182 9 0.1305 0.1283 0.1262 0.1242 0.1224 0.1205 0.1187 0.1171 0.1164 10 0.1288 0.1267 0.1247 0.1227 0.1208 0.1189 0.1173 0.1156 0.1141 11 0.1270 0.1249 0.1229 0.1209 0.1190 0.1173 0.1156 0.1140 0.1124 12 0.1253 0.1262 0.1212 0.1193 0.1175 0.1157 0.1140 0.1124 0.1109 13 0.1235 0.1214 0.1195 0.1175 0.1158 0.1141 0.1124 0.1109 0.1094 14 0.1221 0.1200 0.1180 0.1162 0.1149 0.1127 0.1111 0.1095 0.1080 15 0.1205 0.1184 0.1165 0.1148 0.1130 0.1113 0.1096 0.1081 0.1067 16 0.1189 0.1169 0.1150 0.1132 0.1115 0.1098 0.1083 0.1067 0.1053 17 0.1173 0.1154 0.1135 0.1118 0.1100 0.1085 0.1069 0.1047 0.1039 18 0.1159 0.1140 0.1121 0.1103 0.1086 0.1071 0.1055 0.1040 0.1026 19 0.1145 0.1125 0.1108 0.1090 0.1073 0.1058 0.1031 0.1088 0.1014 20 0.1130 0.1111 0.1093 0.1075 0.1059 0.1043 0.1029 0.1014 0.1000 21 0.1118 0.1099 0.1081 0.1064 0.1043 0.1033 0.1018 0.1003 0.0990 22 0.1103 0.1085 0.1067 0.1050 0.1035 0.1019 0.1004 0.0990 0.09767 23 0.1091 0.1072 0.1055 0.1038 0.1023 0.1007 0.09930 0.09793 0.09659 24 0.1078 0.1061 0.1044 0.1028 0.1012 0.09970 0.09823 0.09600 0.09555 25 0.1065 0.1047 0.1031 0.1014 0.09990 0.09839 0.09701 0.09566 0.09434 26 0.1054 0.1035 0.1019 0.1003 0.09879 0.09731 0.09592 0.09455 0.09327 27 0.1041 0.1024 0.1007 0.09915 0.09767 0.09623 0.09482 0.09349 0.09225 28 0.1032 0.1014 0.09975 0.09818 0.09670 0.09529 0.09391 0.09257 0.09132 29 0.1091 0.1002 0.09859 0.09706 0.09555 0.09413 0.09279 0.09144 0.09028 30 0.1008 0.0991 0.09752 0.09597 0.09450 0.09300 0.09176 0.09050 0.08927 3.计算小于某粒径土含量占土质量的百分数：甲种比重计：)100DlsssCnmRCgP（乙种比重计：20)(100DWsssCRRCgVP 或 cDlsssCnmRCVP020)1(g100 式中 P 小于某粒径土含量占土质量的百分数（）；V 悬液体积（1000ml）；Cs、sC 分别表示乙种、甲种比重计比重校正系数（表 13，表 14）；Rs 甲、乙种比重计悬液读数；RW 乙种比重计的清水（或蒸馏水）读数；C020 20时的水的密度（g/cm3）；lm、n、CD 分布代表温度、弯液面和分散剂校正值。4.以d（mm）土粒百分含量为纵坐标，颗粒直径的对数值为横坐标，绘制颗粒大小级配曲线（图 11）。表 13 土粒比重校正系数 土粒比重（g/cm3）2.60 2.62 2.64 2.65 2.66 2.68 2.70 2.72 校正值 1.012 1.007 1.002 1.000 0.998 0.993 0.989 0.985 土粒比重（g/cm3）2.74 2.76 2.78 2.80 2.82 2.84 2.86 2.88 校正值 0.981 0.977 0.976 0.969 0.965 0.961 0.958 0.954 表 14 温度校正值 悬液温度（）甲种比重计温度校正值 乙种比重计温度校正值 悬液温度（）甲种比重计温度校正值 乙种比重计温度校正值 10.0 10.5 11.0 11.5 12.0 12.5 13.0 13.5 14.0 14.5 15.0 15.5 16.0 16.5 17.0 2.0 1.9 1.9 1.8 1.8 1.7 1.6 1.5 1.4 1.3 1.2 1.1 1.0 0.9 0.8 0.0012 0.0012 0.0012 0.0011 0.0011 0.0010 0.0010 0.0009 0.0009 0.0008 0.0008 0.0007 0.0006 0.0006 0.0005 20.0 20.5 21.0 21.5 22.0 22.5 23.0 23.5 24.0 24.5 25.0 25.5 26.0 26.5 27.0+0.0+0.1+0.3+0.5+0.6+0.8+0.9+1.1+1.3+1.5+1.7+1.9+2.1+2.3+2.5+0.0000+0.0001+0.0002+0.0003+0.0004+0.0005+0.0006+0.0007+0.0008+0.0009+0.0010+0.0011+0.0013+0.0014+0.0015 17.5 18.0 18.5 19.0 19.5 0.7 0.5 0.4 0.3 0.1 0.0004 0.0003 0.0003 0.0002 0.0001 27.5 28.0 28.5 29.0 29.5 30.0+2.6+2.9+3.1+3.3+3.5+3.7+0.0016+0.0018+0.0019+0.0021+0.0022+0.0023 图 11 土的级配曲线 二 密度试验（环刀法）土的密度是指土的单位体积质量。一、试验目的 测定土的湿密度，以了解土的疏密和干湿状态，供换算土的其他物理性质指标和工程设计以及控制施工质量之用。二、试验方法 一般常用环刀法及蜡封法测定粘性土的密度，两者主要得区别在于测定土的体积的方法不同。环刀法适用于细粒土；蜡封法适用于土中含有粗粒或者坚硬易碎难以用环刀切割的土，或者试样量少，只有小块形状不规则时使用。三、仪器设备 1.环刀 内径 68cm，高 23cm；2.天平 感量 0.1g；3.其它 切土刀、钢丝锯、凡士林等。四、操作步骤 1.测出环刀的容积 V，在天平上称环刀质量。2.按工程需要取原状土或人工制备所需要求的扰动土样，其直径和高度应大于环刀的尺寸，整平两端放在玻璃板上。3.将环刀的刀口向下放在土样上面，然后用手将环刀垂直下压，边压边削使至土样上端伸出环刀为止，削去两端余土修平，两端盖上平滑的圆玻璃片，以免水分蒸发。4.擦净环刀外壁，拿去圆玻璃片，秤取环刀加土的质量，准确至 0.1g。五、试验注意事项 1.密度试验应进行 2 次平行测定，两次测定的差值不得大于 0.03g/cm3，取两次试验结果的算术平均值；2.密度计算准确至 0.01 g/cm3。六、计算公式 1.湿密度0 VmmVm010 （计算至 0.01g/cm3）式中 0 湿密度（g/cm3）；m 土的质量（g）；V 环刀的体积（cm3）；m1 环刀加土的质量（g）；m0 环刀质量（g）。2.干密度d w01.010d 式中 d 干密度（g/cm3）；0 湿密度（g/cm3）；w 土的含水率（）。三 含水量试验 土的含水量(也称土的湿度)是土在温度 100105下烘到恒重时失去的水分质量与达到恒重后干土质量的比值，以百分数表示。一、试验目的 测定土的含水量，以了解土的含水情况，是计算土的孔隙比、液性指数、饱和度和其他物理力学性质不可缺少的一个基本指标。二、试验方法 本试验采用烘干法测定。烘干法适用于粘性土、砂土和有机质含量土类 三、仪器设备 1.烘箱 采用温度能保持在 105110的电热烘箱；2.天平 称量 500g，感量 0.01g；3.其它 干燥器、铝盒等。四、操作步骤 1.称空铝盒的质量，准确至 0.01g。2.取代表形试样 1530g，放入铝盒内，并立即盖好盒盖，称试样加铝盒的质量，准确至 0.01g。3.揭开盒盖，将盒盖套在盒底下，一起放入烘箱，在 100105下烘至恒定质量。烘干时间对粘性土不得少于 8 h，对砂性土不得少于 6 h。对有机质超过 5的土，应将温度控制在 6570的恒温下烘干。4.将烘干的试样与盒取出，盖好盒盖放入干燥器内冷却至室温，称干样加铝盒的质量，准确至 0.01g。五、试验注意事项 1.刚刚烘干的土样要等冷却后才称重；2.称重时精确至小数点后二位。3.本试验需进行 2 次平行测定，取其算术平均值，允许平行差值应符合下表规定。表 31 平均含水率允许值 含水率（%）10 1040 40 允许平行差值（%）0.5 1.0 2.0 六、计算公式 按下式计算土的含水率：1000221mmmmw (计算至 0.1)式中 w 含水量；1m 铝盒加湿土质量（g）；2m 铝盒加干土质量（g）；0m 铝盒质量（g）。四 比重试验 一、试验目的 测定土粒的比重，为计算土的孔隙比、饱和度以及为其他土的物理力学试验(如颗粒分析的比重计法试验、压缩试验等)提供必需的数据。二、试验方法 通常采用比重瓶法（适用于粒径小于 5mm 的各类土），在用比重瓶法测定土粒体积时，必须注意所排除的液体体积确能代表固体颗粒的真实体积。土中含有气体，试验时 必须把它排尽，否则影响测试精度，可用沸煮法或抽气法排除土内气体。所用的液体为蒸馏水。若土中含有大量的可溶盐类、有机质、胶粒时，则可用中性溶液，如煤油、汽油、甲苯和二甲苯，此时，必须采用抽气法排气。三、仪器设备 1.比重瓶容量 100cm3或 50cm3；2.分析天秤 感量 0.001g，称量 200g；3.砂浴（或可调电加热器）；4.真空抽气设备；5.温度计 测定范围 050，精确至 0.5；6.其他 恒温水槽；烘箱、蒸馏水、中性液体、小漏斗、干毛巾、小洗瓶、磁钵及研棒、孔径为 5mm 筛等。四、操作步骤 1.取有代表性的风干土样约 100g，充分研散并全部过 5mm 的筛。将过筛风干土及洗净的比重瓶在 100105下烘干，取出后置于干燥器内冷却至室温称量后备用。2.将比重瓶烘干，冷却后称得瓶的质量。3.称烘干试样 15g，经小漏斗装入比重瓶中，称得瓶加试样的质量。4.将已装有干试样的比重瓶，注蒸馏水至瓶的一半处，稍加摇动后放在砂浴上煮沸排气。煮沸时间自悬液沸腾时算起，粘土约 1h，粉土、砂土约 0.5h。煮沸时应注意不 使土粒溢出瓶外。然后，将比重瓶取下冷却。5.将事先煮沸并冷却的蒸馏水注入瓶中，如是短颈比重瓶，应注水近满瓶，如是长颈瓶，注水至略低于刻度处，然后置于恒温水槽内（水温 20），使瓶内外水温相同。6.取出比重瓶，用滴管加蒸馏水至满瓶（或刻度），擦干瓶表面，称得瓶、试样和水的总质量。7.倾去悬液，洗净比重瓶，注入与试验时同温度的煮沸过的蒸馏水近于满瓶（或刻度）然后放入恒温水槽 15min，取出后用滴管加蒸馏水至满瓶（或刻度），擦干瓶表面，称得瓶及水的质量。8.用中性液体代替蒸馏水测定可溶盐、粘土矿物或有机质含量较高的土的土粒密度时，常用真空抽气法排除土中空气。抽气时真空度应接近 0.101325MPa，从达到0.101325MPa 时算起，抽气时间一般为 12h，直至悬液内无气泡逸出为止，其余步骤同前。五、试验注意事项 1.煮沸（或抽气）排气时，必须防止悬液溅出瓶外，火力要小，并防止煮干。必须将土中气体排尽，否则影响试验成果。2.必须使瓶中悬液与蒸馏水的温度一致。3.称量必须准确，必须将比重瓶外水分擦干。4.若用长颈式比重瓶，液体灌满比重瓶时，液面位置前后几次应一致，以弯液面下 缘为准。5.本试验必须进行两次平行测定，两次测定的差值不得大于 0.02，取两次测值的平均值。六、计算公式 试样的密度（s），应按下式计算：wtsssmmmm21 （精确至 0.01g/cm3）式中 ms 土粒的质量（g）；m1 瓶加水加土的质量（g）；m2 瓶加水的质量（g）；wt t时蒸馏水的密度（g/cm3，表 41）。表 41 不同温度时水的密度 水温 4.012.5 12.519.0 19.023.5 23.527.5 27.530.5 30.533.0 水的密度（g/cm3）1.000 0.999 0.998 0.997 0.996 0.995 五 界限含水量试验（液塑限联合测定法）一、试验目的 细粒土由于含水量不同，分别处于流动状态、可塑状态、半固体状态和固体状态。液限是区分粘性土的可塑状态和流动状态的界限含水量；塑限是区分粘性土可塑状态与半固体状态的界限含水量。测定土的液限时含水量，用以计算土的塑性指数和液性指数，作为粘土类土的分类以及估算地基土承载力等的一个依据；测定土的塑限，并与液限试验和含水量试验结合，来计算土的塑性指数和液性指数，作为粘性土的分类以及估算地基土承载力的一个依据。二、试验方法 土的液限试验：采用锥式法 土的塑限试验：采用搓条法 土的液、塑限试验：采用液塑限联合测定法 本次试验采用液塑限联合测定法（适用于粒径小于 0.5mm 颗粒组成及有机质含量不大于干土质量 5%的土）。三、仪器设备 1.液、塑限联合测定仪：包括带标尺的圆锥仪、电磁铁、显示屏、控制开关；2.试样杯：直径 4050mm，高 3040mm；3.天平：称量 200g，感量 0.01g 4.其他：烘箱、干燥器、铝盒、调土刀、孔径 0.5mm 的筛、凡士林等。四、操作步骤 1.本试验宜采用天然含水率试样，当土样不均匀时，采用风干试样，当试样中含有粒径大于 0.5mm 的土粒和杂物时应过 0.5mm 筛。2.当采用天然含水率土样时，取代表性土样 250g；采用风干试样时，取 0.5mm筛下的代表性土样 200g，分成 3 份，分别放入 3 个盛土皿中，加入不同数量的纯水，使分别接近液限、塑限和二者中间状态的含水量，调成均匀膏状，放入调土皿，浸润过夜。3.将制备的试样充分调拌均匀，填入试样杯中，填样时不应留有空隙，对较干的试样充分搓揉，密实地填入试样杯中，填满后刮平表面。4.将试样杯放在联合测定仪的升降座上，在圆锥上抹一薄层凡士林，接通电源，使电磁铁吸住圆锥。5.调节零点，将屏幕上的标尺调在零位，调整升降座、使圆锥尖接触试样表面，指示灯亮时圆锥在自重下沉入试样，经 5s 后测读圆锥下沉深度（显示在屏幕上），取出试样杯，挖去锥尖入土处的凡士林，取锥体附近的试样不少于 10g，放入称量盒内，测定含水率。6.按 35 的步骤分别测试其余 2 个试样的圆锥下沉深度及相应的含水率。液塑限联合测定应不少于三点。五、试验注意事项 1.土样分层装杯时，注意土中不能留有空隙。2.每种含水率设三个测点，取平均值作为这种含水率所对应土的圆锥入土深度，如果三点下沉深度相差太大，则必须重新调试土样。六、计算与制图 1.计算含水量按下式计算土的含水率 1000221mmmmw (计算至 0.1)式中 w 含水量；1m 铝盒加湿土质量（g）；2m 铝盒加干土质量（g）；0m 铝盒质量（g）。2.绘制圆锥下沉深度h与含水量w的关系曲线 以含水量为横坐标，圆锥下沉深度为纵坐标，在双对数纸上绘制 hw 的关系曲线。如图 51 所示。（1）三点连一条直线。（2）当三点不在一直线上，通过高含水量的一点分别与其余两点连成两条直线，在圆锥下沉深度为 2mm 处查得相应的含水量，当两个含水量的差值小于 2%，应以该两点含水量的平均值与高含水量的点连成一线。（3）当两个含水量的差值大于或等于 2%时，应补做试验。3.确定液限、塑限 在圆锥下沉深度h与含水量w关系图上，查得下沉深度为 17mm 所对应的含水量为液限WL；查得下沉深度为 2mm 所对应的含水量为塑限WP。百分数表示，准确至0.1。4.计算塑性指数和液性指数 塑性指数：PLPWWI 液性指数：PPLIWWI 式中 W、WL、WP分别为天然含水率、液限及塑限。A线B线含水率（）10203040 50 60 709080100234578910206圆锥下沉深度 h（mm）51 圆锥入土深度与含水率关系图 六 压缩试验（杠杆式压缩仪法）一、基本原理 土的压缩就是土在压力作用下体积逐渐缩小的过程，压缩试验是将土样放在金属容器内，在有侧限的条件下施加压力，观察在不同压力下的压缩变形量，测定土的压缩系数、压缩模量、固结系数等有关压缩性指标，了解土的压缩性，作为设计计算的依据。本试验采用杠杆式压缩仪。土样放在不能发生侧向变形的压缩环内，在垂直压力作用下，只有可能发生垂直方向的变形，因此，在试验时，只要测出在相应压力下的垂直变形，即可求的孔隙比与压力的关系。设压缩前试样的高度为 h0，孔隙比为 e0，试样中土粒的净高为 hs。在某一压力 Pi 作用下，其压缩量（即垂直变形）为hi，试样的高度由原来的 h0减小到 hi（如图 61），其相应的孔隙比为：ssiihhhe土粒体积孔隙体积 （1）因为试样的初始孔隙比按照定义应为 ss00hhhe （2）图 61 压缩过程中土样孔隙比的变化 所以 00se1hh （3）而初始孔隙比 e0 可按下式计算 1)1(e000WSWG （4）式中 SG 土粒的比重；0W 压缩前试样的含水量；W 水的密度（g/cm3）；0 压缩前试样的密度（g/cm3）。上式 h0，GS为已知，需在试验前测出0，0W，由（4）算出 e0，代入（3）式算出 hs，再在试验过程中测出各级压力 Pi作用下的hi（hih0hi），代入（1）式即算出 ei。二、仪器设备 杠杆式压缩仪，包括加压及传压装置，压缩容器和百分表（精度 0.01mm）；环刀，面积 30cm2，高为 2cm；其它 烘箱、铝盒、切土刀、凡士林、滤纸、钟表等 三、操作步骤 1.按工程需要取原状土或制备所需状态的扰动试样。2.将环刀内壁涂上一薄层凡士林，刃口向下，放在试样上端表面，先用两手将环刀轻轻地下压，再用削土刀将上下两端多余的土削去并与环刀齐平。3.擦净粘在环刀外壁的土屑，称环刀与土的重量（精确至 0.1g），求得试样在试验前的密度，同时去环刀四边修削下来的试样重约 10g 左右放入铝盒，称得铝盒与土的重量后，再放入烘箱烘至恒重，再称重量，以测得试验前的含水量。4.先在压缩仪底的透水石上加仪润湿的滤纸，再将试样连同环刀一起推入压缩仪内，在套上导环，然后在试样顶面再放一润湿的滤纸，继而加上透水石，再放上传压板和钢球最后将压缩仪放置在容器底板上。5.将压缩仪放置到容器的底板上后，适当移动并使传压板上的钢球正好对中加压横梁，此时轻轻按下杠杆，使加压横梁正好与钢球接触（注意：不能使其受力），与此同时将测微表固定在表夹上并使测微表的短针正好对准“5”，再将测微表上的长针调整到零。至此，试验的准备工作已经就绪。6.开始加荷试验 根据实际需要确定加荷级数及大小。荷重级数通常使按 25、50、100、200、400（kPa）的顺序施加，每级荷重的稳定历时，要求在一小时内变形量不超过 0.005mm。本次试验由于受课时的限制，统一按 50、100、200、400（kPa）等四级荷重顺序施加，每级荷重的历时为 10 分钟，即每加一级荷重经过 10 分钟，记下测微表的读数，然后加下一级荷重，余类推，直至第四级荷重施加完毕为止。四、试验注意事项 1首先装好试样，再安装量表。在装量表的过程中，小指针需调至整数位，大指针调至零，量表杆头要有一定的伸缩范围，固定在量表架上。2加荷时，应按顺序加砝码；试验中不要震动实验台，以免指针产生移动。五、成果整理 1.按下式计算试样的初始孔隙比 e0 1)1(e000WSwG 式中 SG 土粒的比重；0w 压缩前试样的含水量；W 水的密度（g/cm3）；0 压缩前试样的密度（g/cm3）。2.计算试样的颗粒（骨架）净高 hs 00se1hh 式中 h0 试样初始高度（mm）3.计算某级压力下变形稳定后的孔隙比 ei si0ihhee 式中 hi 某级压力下试样高度的累计变形量，mm；4.计算某级压力下的压缩系数 a 1-2和压缩模量 Es i1i1ii21ppeea（MPa-1）21isae1E （MPa-1）式中 Pi 某一级荷重值，MPa。求压缩系数 a 1-2时，统一规定：P1=100KPa，P2=200KPa。可以用压缩系数 a 1-2来判断土的压缩性：若 a 1-2 0.1MPa-1，为低压缩性；0.1MPa-1a 1-20.5MPa-1，为中压缩性；a 1-20.5MPa-1，为高压缩性。5.以孔隙比 e 为纵坐标、压力 p 为横坐标绘制孔隙比 e 和压力 p 的关系曲线。并将计算结果填入成果表中。七 直接剪切试验 一、试验目的 直接剪切试验是测定土的抗剪强度的一种常用方法。通常采用四个试样为一组，分别在不同的垂直压力下，施加水平剪应力进行剪切，求得破坏时的剪应力，然后根据库仑定律确定土的抗剪强度参数内摩擦角和凝聚力c。直剪试验分为快剪（Q）、固结快剪（CQ）和慢剪（S）三种试验方法。二、试验方法 快 剪 试 验是 在试 样 上施 加 垂 直压 力后，立即 快 速 施加 水平 剪 切力，以0.81.2mm/min 的速率剪切，一般使试样在 35min 内剪破。在整个试验过程中，不允许试样的原始含水率有所改变（试样两端用隔水纸），即在试验过程中孔隙水压力保持不变。快剪法适用于测定粘性土天然强度。三、仪器设备 1应变控制式直接剪切仪：如图 71，有剪力盒、垂直加压框架、测力计机构等。2其它：量表、砝码等。图 71 应变控制式直剪仪结构示意图 1垂直变形百分表；2垂直加压框架；3推动座；4剪切盒；5试样；6测力计；7台板；8杠杆；9砝码 四、试验步骤 1切取试样：按工程需要用环刀切取一组试样，至少四个，并测定试样的密度及含水率。如试样需要饱和，可对试样进行抽气饱和。2安装试样：对准上下盒，插入固定销钉。在下盒内放入一透水石，上覆隔水蜡纸一张。将装有试样的环刀平口向下，对准剪切盒，试样上放隔水蜡纸一张，再放上透水石，将试样徐徐推入剪切盒内，移去环刀。3施加垂直压力：转动手轮，使上盒前端钢珠刚好与测力计接触，调整测力计中的量表读数为零。顺次加上盖板、钢珠压力框架。每组四个试样，分别在四种不同的垂直压力下进行剪切。在教学上，可取四个垂直压力分别为 100、200、400kPa。4进行剪切：施加垂直压力后，立即拔出固定销钉，开动秒表，以每分钟 46 转的均匀速率旋转手轮（在教学中可采用每分钟 6 转）。使试样在 35 分钟内剪破。如测 图 72 关系曲线力计中的量表指针不再前进，或有显著后退，表示试样已经被剪破。但一般宜剪至剪切变形达 4mm。若量表指针再继续增加，则剪切变形应达 6mm 为止。手轮每转一圈，同时测记测力计量表读数，直到试样剪破为止。（注：手轮每转一圈推进下盒 0.2 毫米）。5拆卸试样：剪切结束后，吸去剪切盒中的积水，倒转手轮，尽快移去垂直压力、框架、上盖板，取出试样。五、试验注意事项 1先安装试样，再装量表。安装试样时要用透水石把土样从环刀推进剪切盒里，试验前量表中的大指针调至零。2加荷时，不要摇晃砝码；剪切时要拔出销钉。六、计算及制图 1按下式计算各级垂直压力下所测的抗剪强度：CRf 式中 f 土的抗剪强度，kPa；C 测力计率定系数，kPa/0.01mm；R 测力计量表最大读数，或位移 4 毫米时的 读数(0.01 毫米)，0.01mm。2绘制f曲线 以垂直压力为横坐标，以抗剪强度f为纵坐 标，纵横坐标必须同一比例，根据图中各点绘制f关系曲线，该直线的倾角为土的内摩擦角，该直线在纵轴上的截距为土的凝聚力c，如图 72。八 三轴剪切试验 一、试验目的 土的抗剪强度是指土本身所具有抵抗剪切破坏的极限强度，即土体在各向主应力的作用下，在某一应力面上的剪应力（）与法向应力（）之比达到某一比值，土体就将沿该面发生剪切破坏。三轴剪切试验是在三向应力状态下，测定土的抗剪强度参数的一种剪切试验方法。通常用 34 个圆柱体试样，分别在不同的恒定围压下，施加轴向压力，进行剪切，直至破坏；然后根据极限应力圆包络线，求得抗剪强度参数。二、试验方法 根据排水条件不同，三轴剪切试验分为不固结不排水试验（UU）、固结不排水剪切(CU)和固结排水试验（CD）。本试验只作部固结不排水剪切试验。三、仪器设备 1.应变控制式三轴剪切仪，由周围压力系统、反压力系统、孔隙水压力量测系统和主机组成。2.附属设备：包括击实器、饱和器、切土器、分样器、切土盘、承膜筒和对开圆模。3.天平：秤量 200g，感量 0.01g；称量 1000g，感量 0.1g。4.橡皮膜：应具有弹性，厚度应小于橡皮膜直径的 1/100，不得有漏气孔。四、操作步骤 1.试样制备 （1）本试验需要 34 个试样，分别在不同周围压力下进行试验。（2）试样尺寸：最小直径为35mm，最大直径为101mm，试样高度宜为试样直径的 22.5 倍。对于有裂缝、软弱面和构造面的试样，试样直径宜大于 60mm。（3）原状试样制备，应将土切成圆柱形试样，试样两端应平整并垂直于试样轴，当试样侧面或端部有小石子或凹坑时，允许用削下的余土修整，试样切削时应避免扰动，并取余土测定试样的含水量。（4）扰动试样制备，应根据预定的干密度和含水量，在击实器内分层击实，粉质土宜 35 层，粘质土宜为 58 层，各层土料数量应相等，各层接触面应刨毛。（5）对