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Good is good, but better carries it.精益求精，善益求善。公路养护网水运地基基础-水运工程试验检测工程师考试土工试验及地基承载力检测第一章土工基础知识1、土的形成我国的土大部分形成于第四纪或是新第三纪时期，按照地质营力和沉积条件可分为残积土（风化后在原处）和运积土。根据来源分为有机土和无机土，当土中有机质含量大于5-10时会对工程产生不利影响。岩石可分为：岩浆岩、沉积岩、变质岩2、土的组成土由固相、液相和气相三相部分组成。1) 固相：土由原生矿物（石英云母长石等）和次生矿物（高岭石蒙脱石等）组成，通过颗粒分析试验可以对土的级配进行确定，级配好的土压实度高、渗透性小、强度高。2) 液相：分为结合水（吸附在颗粒表面）和自由水两种。结合水：物理化学作用，对细粒土的影响大。自由水：分为毛细管水和重力水。毛细管水的作用是表面张力和重力。重力水可以传递动水和静水压力，但不能承受剪力。含水率测得是两者含量之和。3) 气相：开口和闭口气泡。闭口气泡使得土的渗透性减小，弹性增大，承载力降低，密度减小，变形缓慢。3、国家标准土的工程分类规定:采用粗细粒统一体系分类法。工程用土主要是按照土的工程性质（如粒径、级配、塑性、有机质/压缩性等）进行分类。其中主要性质有：（1） 颗粒粒径工程上将相近粒径的土合成一组叫粒组，其中大于0.075mm的叫粗粒，其性质主要取决于粒径大小和级配。小于0.075mm的叫细粒，其性质主要取决于矿物组成。（2）塑性指数（Ip=Wl-Wp）塑性指数相同，土的性质不一定相同，因为随着液限的变化土的性质变化也很大。作为建筑地基的土，其分类可见教材第6页，要注意粒径和塑性指数对土分类的影响。如细粒土分类的依据有粒径、塑性指数、稠度。港口工程地质勘察规范（JTJ240-97）规定：按颗粒级配或塑性指数分为碎石土、砂土、粉土和粘性土碎石土按照大于2mm粒径进行再分类砂土按照小于2mm粒径进行再分类，用Cc、Cu表示组成特征（颗粒级配），密实度可由标贯击数判定。粉土按照大于0.075mm粒径和粘粒含量以及塑性指数（小于10）进行再分类。（冻胀最严重）粘性土按照小于0.075mm粒径以及塑性指数（大于10）进行再分类。天然含水率大于液限，天然孔隙比大于1.0的粘性土为淤泥性土填土由人类活动堆积的土塑性图（细粒土分类）：液限为横坐标，塑性指数为纵坐标。有机土的测定:(1)有机质呈黑色、青黑色或暗色，有臭味，弹性和海绵感。（2）将试样放在105-110烘箱中，如试样的液限小于烘前的液限1/3时，试样为有机质。需要说明的是：各种分类法中没有软土、冻土、盐渍土的称谓，也没有有机土、砂、石料等。4、土的结构土粒可分为三种类型：单粒结构：在动力作用下易液化，如粉土。絮凝结构：孔隙大，对扰动敏感。片堆结构：各向异性。5、土的物理性质指标是最基本的工程特征，是衡量土的工程性质的关键。（1）三相指标：土的物理指标分为2类指标试验指标（天然密度、含水率W、土粒比重Gs）换算指标（孔隙比、孔隙率、饱和度）1）天然密度：总质量与总体积之比。2）饱和密度sat：孔隙全为土水的质量与总体积之比3）浮密度：土粒质量与同体积的水质量之差与总体积之比（饱和密度1）4）干密度d：土粒质量与总体积之比，是填土施工的控制指标。饱和密度>天然密度>干密度>浮密度5）含水率w：水的质量与土粒质量之比。6）土粒比重Gs：土粒质量与同体积4摄氏度水的质量之比，数值上等于土粒密度。7）孔隙比e：孔隙体积与土粒体积之比（e=Gs/d1=土粒比重/干密度1）8）孔隙率n：孔隙体积与总体积之比(n=e/(1+e)9）饱和度Sr：水体积与孔隙体积之比.(含水率小并不意味着饱和度小)注意：孔隙体积充水的孔隙和未充水孔隙体积土的空隙体积为零不能说明土的密度最大。不同土样（甲、乙）含水率与饱和度没有关系。（2）无粘性土的相对密度一般采用相对密度来衡量土的松紧程度emax-e0最大孔隙比-天然孔隙比Dr=_=_emax-e0最大孔隙比-最小孔隙比由三相指标换算可得相对密度的实用表达式：(天然干密度-最小干密度)最大干密度Dr=_（最大干密度-最小干密度）天然干密度按相对密度区分土：疏松土：0Dr1/3中密土：1/3Dr2/3密实土：2/3Dr1（3）粘性土的稠度三个界限含水量：液限（流动状态与可塑状态的分界含水量）、塑限（可塑状态与半固体状态的分界）、缩限（半固体状态与固体状态的分界）。土从液限到缩限体积是不断减小的，缩限以后不再改变。根据三个界限求得的指数为：塑性指数和液性指数。 塑性指数：Ip=WL-Wp，用整数表示（如15），可用来判别粘性土的分类。其值越大表示越具有高塑性，粘粒含量越多。液性指数：IL=(W-Wp)/Ip可判别粘性土状态。坚硬：IL0;可塑：0<IL1.0;流动：IL>1.0含水率与软硬程度无关。6、土中水的运动规律1) 土的毛细性：水的毛细作用主要存在于0.0020.5mm的孔隙中，如细砂土、粉土、湿砂中。湿砂土表现出的假粘聚力湿由于毛细压力形成的，不同于粘性土的粘聚力。2) 土的渗透性：达西定律(V=ki)：指水在土中的渗透速度与水力坡降成正比。认为渗透属于层流，一般只适用于砂性土。对于粘性土由于存在结合水的粘滞作用，需要加入起始水力坡降进行修正(V=k(i-io)。当渗透力向上时，常常造成流砂、管涌等危害。3) 冻土现象主要是指土体冻结时地面膨胀的冻胀现象和融化后土体强度急剧降低的冻融问题。例题1已知土样体积V37.5，湿土重Mo0.6711N，烘干后重M0.4915N，比重Gs=2.68，计算孔隙比和饱和度。解：公式：e=Gs/d1；d/（1W）;W=M水/M干土；Sr=V水/V孔隙；GsM干土/V土粒；可求得：(1)W=M水/M干土（0.67110.4915）/0.4915=36.5%d/（1W）=67.11/37.5(1+0.365)=1.311e=Gs/d1=2.68/1.311-1=1.04(2)V水=67.21-49.25=17.96V土粒M干土/Gs=49.15/2.69=18.27V孔隙V-V土粒=38.4-18.27=20.13Sr=V水/V孔隙=17.96/20.13=89.22%例题2某细粒湿土质量为190g，烘干后为145g，土样液限为36，塑限为18，则求土塑性指数、液性指数、状态并命名。解：（1）塑性指数Ip=36%-18%=18命名为粘土。（2） 液性指数（3） 含水率W=(190-145)/145=31.03%Il=(W-Wp)/Ip=(31.03%-18%)/18%=0.72为可塑状态。 1、某1.5m3的土样，重度为17.5KN/m3，含水率30，土粒重度27KN/m3，则土粒体积为多少？(0.748m3)2、若土样孔隙体积为土粒体积的0.95倍，若土样孔隙为水充满时（若土粒重度为27KN/m3），土样重度为多少?(13.8KN/m3)3、土样含水率15，干重度16KN/m3，孔隙率0.35，天然重度10KN/m3，求饱和度。（68.5） 4、土的天然密度为1.7g/cm3，含水率22.2，土粒比重2.727g/cm3，求孔隙比，孔隙率，饱和度。（0.96，49，62.9） 5、含水率为4的湿砂100kg，其中水的重量多少？7、土样和试样制备了解：土样的采样和试样的制备过程熟悉：原状土样与扰动土样的概念掌握：原状土样取土、运输、保管应满足的要求为保证试验成果的可靠性，要统一土样试样的制备方法和程序。试样质量不是越大越好。一般室内土工试验的土样粒径均需小于60mm的扰动土，并以含水率和密度作为控制指标。原状土：用铁皮筒或取土器（直径大于100mm）取土。扰动土：用四分法取样。（1）原状土试样制备注意：环刀内壁涂凡士林；环刀下压方向与天然土层方向一致；不立即进行试验时应保湿存放。余土进行含水量测定。平行试验或同一组试件的密度差值不大于0.03g/cm3，含水量差不得大于2%（2）扰动土试样制备1）碾压过筛加水浸润一昼夜备用，砂性土可酌量缩短物理性质试验（液塑缩限）过0.5mm；水理及力学性质试验（如直剪无侧限）过2mm：击实试验过5mm。2）试样制备：击样法：就是根据环刀体积算出所需土样数量，用单层或三层法击实。压样法：就是用静力压到所需密度，粘性土压时最好有排气孔和透水石。两种方法对力学性质有一定的影响。（3）试样饱和根据土的性质选用饱和方法1）浸水饱和法：砂性土2）毛细管饱和法：渗透系数大于10-4cm/s的土，注意上下两端放滤纸和透水石，水面不要淹没试样，时间不少于2昼夜。3）抽气饱和法：渗透系数小于等于10-4cm/s的土（粘性土），需要凡士林密封，抽真空达到一个大气压力值时开始注水，注水过程真空保持不变，待水淹没饱和器停止抽气，粘性土需静置10小时，饱和度不应低于95。需要掌握试样加水量的计算 饱和度的计算加水量的计算第二章含水量及界限含水量试验土工试验分为室内和现场试验。含水量是施工质量控制的重要依据，界限含水量可用来计算塑性指数和液性指数，也是粘性土分类和估计地基承载力的依据。可以判断土体状态和塑性范围。1、含水量试验（试验步骤）（1）烘干法：适用于粘性土，砂性土及有机质土设备：烘箱、天平（感量0.01g）、干燥器数量：1530克，砂土稍多些。温度：105110，有机土（含量大于5）在6570度烘干，结果一般比实际偏大。时间：粘性土大于8小时，砂土大于6小时。烘干后放入干燥器冷却。（2）酒精法适用于现场。土样：粘土10g左右、砂土2030g。燃烧3次。结果略低于烘干法。试验结果精确到0.1（如15.2）测定原状土样的物理力学指标时，含水率可用重塑土样的含水率。2、界限含水量试验界限含水量是土的固有指标与环境无关。（1） 平衡锥式液限仪法平衡锥式液限仪使锥体在15秒入土10mm时就是土的液限。否则需要加水或吹干后再试验。试验需二次测定，取其平均值，但差值不得超过2%（2） 液塑限联合测定法液塑限联合测定仪理论依据：根据极限平衡理论，当圆锥角为30度时，圆锥入土深度与含水量在双对数坐标上呈直线关系。试验时使的锥体在5秒时分别下降3、17毫米左右（太大或太小时制样困难），然后再控制几组在317毫米之间，椎入应重复二、三次取平均值，然后将数据绘制在双对数坐标上，查找17和2毫米所对应的含水量就是土体的液限和塑限。土工试验方法标准和公路土工试验规程分别采用76克和100克的锥入土。（3）滚搓法当滚搓到3毫米直径断裂时，含水量就是塑限（不是含水率）。注意土体的断裂是水分减少的结果，而不是用力过大或土条太长的原因，其准确度取决于操作者的经验。搓成条状不断裂的土塑性越高。3、收缩试验4、成果应用（1）我国建筑地基基础设计规范GB50007-2002用塑性指数划分细粒土。（Ip>17为粘土，10<Ip<17为粉质粘土）（2）用液性指数判别粘土的状态。鉴定土层所处的稠度状态（坚硬：IL0;可塑：0<IL1.0;流动：IL>1.0）（3）工程中还应用其估算地基土的承载力第三章密度和比重试验方法主要有：环刀法（细粒土）、蜡封法（易破裂和形状不规则）、灌砂法（现场测定细粒土、砂质土和砾质土）。（1）环刀法环刀：截面面积30，高2cm；天平：感量0.01g，称量200g试验时先做比环刀内径大的土柱，环刀内壁涂凡士林，再压入环刀。（2）蜡封法适用于易破碎和不规则的土。用削土刀取体积大于30CM3，去掉松、浮和棱角土，称空气中重（0.01g），用蜡封法封闭土体测土体体积。蜡的温度刚过熔点，不要出现气泡，试样要缓慢放入。所用水的密度随温度变化，因此要测水温。称水中重（0.01g）。从水中取出称重，如增加超过0.03g，应重做；平行试验，取平均值。平行误差不得超过0.03g/cm3（3）灌砂法适用于现场测定细粒土、砂性土、和砾类土粒径小于15mm的试样。测定层厚度150200mm（注意标准砂密度测定步骤）标准砂密度的测定应按下列步骤进行标准砂应清洗洁净粒径宜选用密度宜选用0.250.5mm，密度宜为1.471.51g/cm31. 组装容砂瓶与灌砂漏斗螺纹联接处旋紧称其质量2. 注水，称测定器和水的总质量，并测水温。根据温度修正系数换算出水的体积，即为测定器的体积。注入砂称总重，计算砂重，算砂密度在试坑中灌入标准砂精确至10g，然后求得土的密度。试坑尺寸必须与试样颗粒粒径相一致（P36）。开挖试坑时必须将松动的土全部取出，否则结果偏高。可以使用套环减少试坑表面不平带来的误差。灌砂过程中切忌不要震动。现场密度的测定方法主要有灌砂法、环刀法、核子密度仪法、钻芯法四种。2、比重试验（试验步骤）比重是土粒在105110度下烘干后与同体积4度纯水质量之比。数值上等于土粒密度。可以消除加速度带来的影响，是无量纲量。主要用来计算孔隙比和进行分类。方法有：比重瓶法、浮称法、虹吸筒法。(1)比重瓶法适用于粒径小于5mm的土。a) 比重瓶的校正：恒温水槽调至5OC或10OC，防入装了纯水的比重瓶，待水温稳定后，称瓶和水的总质量。以5OC一级调节水温，每个水温下称瓶和水的总质量两次取平均值，且差值不得大雨0.002g。绘制温度与瓶和水总质量的关系曲线。b) 试验步骤：Ø 100ml比重瓶烘干，装入15g干土（50ml瓶12g土），称量Ø 注入一半水，摇动并用砂浴煮沸是为了去掉土中的空气，砂和低液限粘土大于30分钟，高液限粘土不少于60分钟。Ø 注满水称瓶水土总重量，立即测出瓶内水的温度，准确至0.5OCØ 对含有一定量的可溶盐、不亲水胶体或有机质的土，必须用中性液体（如煤油）测定，并用真空排除土中气体，真空表读数宜为100Kpa抽气时间12小时（直至悬液无气泡）Ø 本试验称量应准确至0.001g（2）浮称法适用于粒径大于等于5mm，且粒径为20mm的质量应小于总质量的10。试样要洗净浸水1昼夜，然后放入篮中摇动排除空气。（3）虹吸筒法适用于粒径大于等于5mm，且粒径为20mm的质量应大于等于总质量的10。试样要洗净浸水1昼夜后晾干。注意事项：对于有可溶性盐或有机质的土样，可用中性液体代替纯水，用真空抽气代替煮沸法。3、砂的相对密度试验：适用于透水性良好的无粘性土仅仅用密度（孔隙比）不能完全说明砂土的状态，只有相对密度才能解释砂的紧密程度。（1）最大干密度试验（最小孔隙比）仪器设备：最小孔隙比试验设备（包括最小孔隙比、金属容器、振动叉、击锤等），天平：称量5Kg，感量1g用振动锤击法进行试验的步骤：4Kg土样烘干分三次倒试样进行锤击，振动叉以150200次/min敲打两侧，击锤3060次/min锤击表面。至体积不变为止（510min）每次锤击高度应该相同，水平振击时击数也应该相同。计算最小孔隙比：emin=Gs/dmax(2)最小干密度试验（最大孔隙比）用漏斗法。使砂从漏斗口离砂面12厘米，缓慢流入量筒中，测读砂体积，估读至5cm3，然后倒转量筒几次，记下体积最大值，取读数较大者计算的最小干密度。计算最大孔隙比：emax=Gs/dmin注意事项：（1）测最大干密度时用最优含水率（4%10%附近）的砂样。测最小干密度试验用干试样。（2）容器内径对结果有影响，内径越大，测得的干密度越大。 第四章颗粒分析试验了解：土的颗粒分级的概念；筛分析法、密度计法和移液管法的基本原理；引起试验误差的原因。熟悉：筛分析法、密度计法的仪器设备掌握：各种试验适用土类及应用；筛分析法、密度计法的试验操作方法和数据整理方法。颗粒分析是测定土中各不同粒径的粒组质量占总质量的百分数的方法。是各粒组的相对百分比含量。可以对土进行分类，判断工程性质。试验成果可以画成粒径分布曲线。横坐标为粒径的对数值，纵坐标为小于某粒径的土粒含量占总量的比例，曲线平缓说明：粒径相差大，级配好，易于压实。由此可计算某以粒径组的含量。砂土从曲线上可以计算两个有用的指标。不均匀系数Cu和曲率系数Cc（P45）。Cud60/d10（反映土粒分布范围）Ccd302/d10d60（反映土粒分布形状）d10、d30、d60小于某粒径的土粒含量分别为10、30、60的粒径。如果不均匀系数Cu5，同时曲率系数Cc13，那么该土级配好。同一类土级配均匀的比不均匀的压实干密度要低查得某土样颗粒级配曲线上A点(0.5mm,76%)和B点(0.3mm，58%)，则该土中粒径为0.3-0.5mm的土重占总干土重的百分数为(18%)方法主要有：筛分法、密度计、移液管法筛分法：适用于0.075mm<d60mm的土。密度计、移液管法：适用于d<0.075的土。1、 筛分析法：适用于粒径小于等于60mm，大于0.074mm的土试验步骤首先将试样过2毫米的筛分成粗粒和细粒两组；如果粗粒组含量少于10则不需要在分析粗粒组；如果细粒组含量少于10则不需要分析细粒组，如果量大则可四分法后再进行筛分，筛分摇震时间一般为1015分钟。注意事项：当小于2mm的颗粒用四分法取样时，结果为（P48）：X100ap/b2、 密度计法(试验步骤)（1）司笃克原理：土颗粒在水中开始使加速运动，由于受到水粘滞阻力作用最后会等速下沉，粒径太大太小都不适用。（2）试验原理：粒径为d的颗粒以速度v经过时间t后，下降距离为L=vt,粒径大于d的下降距离肯定大于L，所以L平面以上只有粒径小于d的颗粒，测出此处的比重与原来的比重相比较，即可求出粒径小于d的颗粒百分数。（颗粒越大下沉越快）均匀的悬液，在土颗粒下沉过程中，用密度计在悬液里测读出对应于不同时间的不同悬液密度，根据密度读数和土颗粒下沉时间，计算出小于某一粒径的颗粒占总土样的百分比试验开始：1) 土样首先进行分散处理，如果易溶盐含量大于0.5%还需要洗盐处理，然后风干备样2) 取代表性土样100g，测定风干含水量3) 称风干土样30g，注入200ml纯水，浸泡过夜4) 将浸泡过的悬液过0.075mm筛，煮沸40min5) 冷却后加入分散剂4%r浓度六偏磷酸钠10ml进行分散土粒，再注入纯水1000ml；上下搅拌各30次共1分钟，使土颗粒在水中均匀分布；将密度计放入液体1020秒后读数。密度计的作用：测量悬液密度；测量土粒沉降的距离。校正：当悬液不等于20度时，温度计要进行校正。甲乙密度计的可读和分度值范围。（P49）当含盐量大于0.5时需要洗盐。3、移液管法试验原理:按照固定的几组粒径颗粒在某一深度（10厘米或者5厘米）处所需要的时间,计算颗粒含量；上下搅拌各30次共1分钟，使土颗粒在水中均匀分布；将移液管放入液体10厘米10秒后吸取悬液。第五章击实试验（试验步骤）压实可以使土体强度增加、变形减小、渗透降低。土的压实与含水量、压实功、压实方法密切相关。击实试验可求得最大干密度dmax和最优含水量wop。可以用来计算压实度（d/dmax）。击实不是固结也不是压缩过程，而是在不排水条件下颗粒重组（排列）的过程，可减少土的塑性变形和渗透系数。主要影响因素：含水率、击实功、土种类、级配、粗粒含量等。击实（曲线）特征原理：含水率低时，土粒表面含水层薄，土粒错动困难土粒任意排列，干密度低；含水率增加后，吸水层厚，土粒易于错动，土粒定向排列，干密度增加。当含水率增加到某值后，由于封闭气泡在土体内，击实功消耗在孔隙气体上。体积不再变化。试验注意事项：（1）应根据塑限确定加水量。使得含水量一个在塑限附近，另外分别有2个试样含水量大于和小于塑限，且各个试样之间相差23。如9、11、13（塑限）、15、17。然后浸润一夜。（2）筒壁应涂油便于脱模，分层击实时应进行刨毛处理。（3）最后一层击实高出筒应小于5毫米（轻型）或6毫米（重型）。(4)击实曲线与饱和曲线不应该相交。(5)压实功不同，求得最大干密度和最优含水量也不同。（击实功越大，最大干密度值越大，最优含水量值越小）。当含水率很高时，提高击实功效果不大。（6）击实筒有大小之分试验，大击实筒（内径15.2cm）适用于粒径小于38mm颗粒，小击实筒（内径10.0cm）适用于粒径小于25mm颗粒。一般用大击实筒，轻重型区别：轻型:锤重2.5落高30击数27；重型:锤重4.5落高45击数98。（7）试样分为：干法和湿法最大干密度:干法大于湿法最优含水量:干法小于湿法。粘土试样不宜用烘干试样。（8）加水量公式(P57)：m=mo(W-Wo)/(1+Wo)(式中mo、Wo分别表示土现在的质量和含水量，m、W表示需要加水的质量和要达到的含水量)。（9）无粘性土击实曲线在含水较小含水率时，由于假粘聚力的存在，击实功消耗在克服假粘聚力上，出现最小干密度。随着含水率的增加，假粘聚力消失，得到了较高的干密度。因此无粘性土的填筑需要不断加水才能压实。（无粘性土填筑一般通过相对密度来控制）（10）两次试验密度差值应小于0.05g/cm3。（11）压实度计算：Pds/dmax(12)塑性指数越高，其最大干密度越小。例题1击实试验时有试样2006g，含水量为10.2，如果要得到含水量为13.2%的试样，加水多少？解：m=mo(W-Wo)/(1+Wo)2006x(13.2%-10.2%)/(1+10.2%)=54.6g第六章渗透固结试验1、渗透试验（试验步骤）渗透是水在孔隙中的流动，水力坡降越大渗透力越大。渗透系数K是指：水力坡降为1时水的渗透速度。根据达西定律来确定。试验分为两种：常水头试验：适于粗粒土（砂性土）。测定在固定水位差下一定时间内的渗透量。渗透性大小主要取决于土的粒径和级配。(水流的快，如渗透量固定，时间难控制)。变水头试验：适于细粒土（粘性土）。测定在固定的渗透量下所需要的时间。达西定律的渗透属于层流，由于细粒土在起始比降以前、粗粒土在某一比降以后不属于层流，因此不适用达西定律。（1） 常水头试验仪器设备：常水头渗透仪，锤，秒表、天平试验步骤：取土样34kg称量准确至1.0g，测风干含水量土样分层装入圆筒，每层厚23cm，用木锤轻轻击实到一定厚度，以控制孔隙比。如粘粒多则需要铺2厘米的粗砂以防止细粒冲走；每层都需要从底部充水饱和；至试样表面高出上测压孔34cm，量出试样顶面至筒顶高度。计算试样高度。称剩余土质量，准确至0.1g。试样上方铺12厘米砾石层做缓冲层防止放水时冲散土颗粒；测压管应与溢水孔齐平,否则说明仪器有气。变水头试验饱和从试样上部进行；试验在固定的渗透量不同水位差下进行5-6次。注意事项：1）试验用水：进行脱气，或者使用土中的天然水。2）水温：比试样温度高34度,防止试样出现气泡。3）不同压实度的试样渗透系数不同，因此试验必须是在设计密度下测定。4）土的渗透速并不是实际流动的速度。5）保证试验效果措施：煮沸脱气、充分饱和、测压管水位稳定后记录水位2、固结试验（试验步骤）主要仪器：环刀、加压设备、百分表、秒表由于应力作用引起土应变随时间变化的过程叫固结。土体固结与渗透性有密切关系。可以得到压缩指标（P64）。本试验是单向固结试验，在压缩仪中指产生竖向压缩无侧向变形。假定（P15）：（1）土体是饱和的。（2）压缩是由于孔隙体积的减小。（3）排水在竖向发生。（4）符合达西定律。（5）荷载是均匀的一次施加有效应力：通过土体颗粒的接触面传递的应力。孔隙水应力：饱和土体中由孔隙水来承担或传递的应力。附加有效应力：是固结过程中有效应力的增量。超孔隙水应力：是固结过程中孔隙水应力的增量。它们与附加应力有关系。固结过程（如吹填土的固结）是超孔隙水应力和附加有效应力转化的过程，固结试验的数学表达式：p=+=（孔隙水压力是存在的，但超孔隙水压力不存在了）。固结度：是指在某一固结应力作用下，经过某一时间后土体发生固结或孔隙水应力消散的程度，公式为U=St/S。为了实用，将不同固结应力分布情况下土层的平均固结度与时间因数之间绘成曲线，供查找。如果知道了最终沉降量，那么可以求某一沉降量的值或其所需要的时间。固结试验是根据太沙基固结理论建立的。试验方法主要有：（1）常规固结试验每级加荷时间为24小时，加荷率为1（即每级压力比上一级增加1倍）。（2）快速固结试验砂性土加荷时间每级1小时，粘性土2小时。最后一级应为24小时。（3）前期固结压力试验主要是最后一级加荷应大于前期固结压力或自重压力的5倍以上，采用e-lgP曲线测定。注意事项：1）试样两端应放置滤纸和透水石。2）加荷前应预加1kpa的力使得仪器结合紧密。3）若为饱和试样应在容器内注满水，非饱和试样应用棉纱围住透水石避免水分蒸发。4）若需要确定前期固结压力，加荷率应小于1，最后一级应大于1000kpa，使曲线末端出现直线段。5）由增加的有效应力产生的固结为主固结，应力不变化下产生的固结为次固结。6）固结时间t与时间因数T、土层厚度H、固结系数Cv之间的关系有：t=TH2/Cv如果是双面排水，H应取土层厚度的一半。固结度相同时，时间因数T也相同。可见固结时间与试样厚度平方成正比。因此单面排水是双面排水时间的4倍。7）土体中实际渗透速度比理论的要小。8）若只测压缩系数，则稳定标准为每级荷载下试样变化小于0.05mm/h.若需测固结系数，则稳定标准一般为每级荷载24小时。例题1已知用2厘米厚试样做双面排水试验，达到某一固结度时用8分钟时间，那么同样土样如果厚为8米时，达到相同固结度需多长时间？解：公式：t=TH2/Cv由于两者试样和固结度（决定时间因数）均相同，故Cv、T也均相同，双面排水取厚度的一半，两者T/Cv比值相同，则：t1=T1H12/Cv1;t2=T2H22/Cv2t2=8x8002/4=1280000分钟第七章抗剪强度试验1、土的抗剪强度理论（1）莫尔圆（三轴剪切原理）在三轴压力作用下，在土体内任何一个平面上都作用着一个合应力，可以分解法向应力和切向应力，如果某一个平面上只有法向应力而没有切向应力，则该平面称为主应力面。由材料力学可知：一个微小单元体（立方体）的三个主应力面是正交的，则三个主应力1、2、3也是正交的。其中最大最小的主应力分别就是1、3（利用P18公式可进行换算）。利用大小主应力可以画出莫尔圆。莫尔圆示意图（2）库仑定律（直剪试验原理）土体中任何一个滑动面上存在着库仑定律，近似直线表示：C+tg土的抗剪强度C土的粘聚力滑动面的法向应力内摩擦角通过剪切试验可以得到不同法向应力下的抗剪强度，把它们绘制在坐标上,得到直线的截距和倾角就是该土的C和。（3）极限平衡和强度理论利用库仑直线和莫尔圆判断土体是否破坏！看图：如果利用土体试验数据可以得到库仑定律直线，那么根据土体存在的状态数据画出的莫尔圆C与直线相交，那么土体已经破坏，如果莫尔圆B相切则是极限状态，如果是莫尔圆A则没有破坏，或者说数据点在直线外侧则破坏了，内侧没有破坏。同时可得到：土中某点破坏时，与中主应力2无关。破坏面与大主应力作用面（1）夹角为45/2。有关土的极限平衡状态的说法：1.莫尔应力圆与抗剪强度线相切，土体达到极限状态。2.土中任意面达到抗剪强度时，土体处于极限平衡状态。3.剪切破坏面与最大剪应力作用面有夹角（45/2）。4.土体剪切破坏只有莫尔应力圆与抗剪强度线相切后才发生。例题1：设地基土的内摩擦角为30，粘聚力C为10，地基中某点的大小主应力1、3分别是138.4、100，问该点是否已经破坏？根据C和确定库仑直线和莫尔圆。据图计算得到OA=Cctg+(1+3)/2sin=68.2>莫尔圆的半径=19.2。3、 因此可确定该地基土处于稳定状态。直接剪切试验绘制剪应力随位移变化的曲线，确定抗剪强度，然后画出法向应力与抗剪强度的直线关系，即可确定粘聚力和内摩擦角两个强度指标。仪器有应力控制和应变控制式两种。一般用应变控制式。剪切方法有：快剪、固结快剪和慢剪。剪切强度指标可以估算地基承载力、评价土体稳定性、计算地基沉降量。1） 快剪：施压后立即快速剪切（35分钟破坏），不发生固结（需放置不透水设施，周围涂凡士林）。多用于渗透系数小于10-6cm/s的粘性土。模拟现场土体的土层较厚，渗透性较小，施工速度较快，基本上来不及固结就加载剪损2）固结快剪固结后立即剪切，剪切过程中不固结。适用渗透系数小于10-6cm/s的粘性土和砂性土（砂土即使施工速度很快，土体也会很快就排水固结完成）。用来模拟已经完全固结后又突然施加荷载的情况。3）慢剪施加压力经过316个小时固结，然后再剪切约14小时。实际工程中很少。所测得强度指标可用于有效应力的分析。仪器设备：应变控制直剪仪、环刀、测微表、秒表、天平试验步骤1 环刀切取试样，称重，测出密度，四块试样的密度误差不大于0.03g/cm32 擦盒内壁，插入固定销,下盒透水石上放一张滤纸3 环刀刃口向下放好，试样上面按顺序放滤纸和透水石，然后用推土器将试样平稳推入上下盒中，移去环刀。4 依次放上传压板、钢珠、和加压板，按规定加垂直荷重（一般一组四次试验，建议采用100、200、300、400Kpa）5 顺时针转动手轮至钢珠刚好与量力环接触,调整测微计读数为零6 开动秒表,拔除固定销,以每分钟412转均匀速率转动手轮(6转为好),使试样在3内剪损，每转一圈记录读数一次，指针不在前进或有后退，说明试样已经剪损。如一直指针缓慢前进，说明不出现峰值，则破坏以变形达时为止7 取出试样。重复上述步骤，做其他垂直压力下的剪切试验。8 结果整理抗剪强度：f=C0RC0：量力环率定系数；R：量力环测微表最大读数剪切位移量的计算：L=20nRn:手轮转数注意事项：1）渗透系数大于10-6cm/s的不能做快剪试验。2）剪切标准：一种是有峰值。二是剪切曲线上无峰值出现，则应使位移达到6mm，取剪切位移为4mm时的剪应力为抗剪强度。三是介于二者之间，可测记手轮转数与量力环相应读数，以便绘制剪应力剪切变形曲线，据此确定抗剪强度的破坏值。3）固结快剪和慢剪时主固结完成的标准是变形小于0.005mm/h。4）抗剪强度：正常固结：快剪<固结快剪<慢剪。超固结：固结快剪最大5）与剪切速率有关，越快强度越大。（不考虑固结）6）饱和粘性土的抗剪强度指标与排水条件和剪切速率有关，与孔隙水压力、试样大小无关。（注意：无粘性土的粘聚力为0）.4、无侧限抗压强度仪器设备：应变控制式允许膨胀压缩仪、切土器、重塑筒、量表、天平、秒表试验步骤：1 原状土按天然层次方向放在桌上，细心切削。要求端面平整切与侧面垂直上下均匀2 试件直径和高度与重塑筒相同，一般直径为4.0cm,高度为10.0cm.。直径与高度比2.02.5之间3 立即称重，准确0.1g,取余土测含水量4 在试样两端以及侧面涂凡士林。防止水分蒸发5 放试件，对零点6 以每分钟轴向应变1的速度转动手轮，使实验在min内完成。7 应变在以前，每.应变记读数一次，应变达以后每应变记百分表读数一次8 当读数达到峰值或读数达到稳定，再继续剪应变值可停止，如无峰值，则轴向应变达时即可停止。9 试验结束，取下试样描述破坏情况10 当需要测灵敏度时，将破坏的试件去掉表面凡士林，再加少许余土，包以塑料布，用手搓捏，破坏其结构，重塑为圆柱形，防入重塑筒，成与前尺寸相等。重复上述步骤试验11 成果整理：） 计算试件平均直径（+）/、：试件上中下各部位直径） 计算试件的轴向应变轴向应变轴向变形L：试件起始高度；：螺杆上升转数；：量表读数，0.01mm（化为cm代入）；L螺杆上升以转的垂直距离。） 计算试件平均断面积校正后的面积Aa0/（1-）0：试验前试件面积） 计算试件所受的轴向应力*：量力环校正系数） 绘制应力应变曲线注意事项：1. 在试样两端以及侧面涂凡士林。2. 试验时如有峰值出现，则剪到35轴向应变时可停止，如无峰值出现则应剪到25轴向应变时停止，取15对应值。3. 破坏面是沿最软弱面（但直剪试验不是）。对于脆性土，破坏面与水平面的夹角45/2。4. 如果是饱和软粘土（0），则其不排水抗剪强度是无侧限抗压强度的1/2。5. 灵敏度是原状土与重塑土无侧限抗压强度的比值。公式（P71）为：Sq/q。两土样应有相同的密度和含水量，重塑土样应立即进行试验，防止强度恢复。5、三轴剪切试验使34个试样（试样高度与试样直径的比应为2.02.5）分别在不用的围压（x、y、z三个方向）下施加变化的轴向压力，直到破坏，确定抗剪强度参数（内摩擦角和凝聚力）。该试验可控制排水条件，且剪切面不固定的。分3类：不固结不排水UU、固结不排水CU、固结排水CD（1）不固结不排水试验（UU）在试验中不允许排水，可得到总的或有效的强度参数和孔隙水压力。其强度包线不是直线。试验时如测力计出现峰值则剪切到5轴向应变就可停止，如无峰值应剪切到1520的轴向应变。（2）固结不排水试验（CU）试样在某一压力下固结，然后在不排水情况下剪切破坏。可得到总的或有效的强度参数和孔隙水压力。若土层薄，渗透性大，施工速度慢可采用此种方法。（3）固结排水试验（CD）试验中允许排水固结，可得到有效的强度参数。剪切过程中应打开排水阀排水。CU与CD测得的有效应力指标差值较大。注意事项：1）试样饱和分三种方法：抽气法、水头法、反压力法。2）试样的制备：原状土用切土器即可。对扰动试样可以采用压样法和击样法，一般因为时间短多采用击样法，粘性土分58层制样，粉质