2021《土力学》试验指导书.pdf

一、含水量试验（-）试验仪器设备1.烘箱:能控制温度为105110。2.天平：精度为0.01g。3.称 量 合（铝土合）：合盖和合体有相同的编号。（二）试验步骤1.取有代表性试样，粘性土为1520g,砂性土、有机质土为5 0 g,放入称量合内，盖上合盖，称湿土+称量合质量（mo）；2.打开合盖，将合置于烘箱内，在105110的恒温下烘干。烘干时间对粘性土不得少于8 h,对砂性土不得少于6h。对含有机质超过5%的土，应将温度控制在6570的恒温下烘干；3.将称量合从烘箱中取出，盖上合盖，放入干燥容器内冷却至室温，称干土+称量合质量（皿）。（三）含水量计算试样的含水量计算，按下式计算，精确至0 ,md-m式中，m称量合的质量。含水量试验应进行两次平行测定，两次测定的差值，当含水量小于40%时不得大 于1%;当含水量等于、大于40%时不得大于2%。取两次测值的平均值。二、密度试验测定土的密度方法有环刀法、蜡封法、灌水法和灌砂法，环刀法适用于粘土，蜡封法适用于和形状不规则的坚硬土，灌水法和灌砂法适用于现场测定原状砂和砾质土的密度。这里只介绍环刀法。(-)试验仪器设备1 .环刀：内径为 6 1.8 0.1 5 m m 和 7 9.8 0.1 5 m m,高度为 2 0 0.0 1 6 m m。2 .天平：称量5 0 0 g,感量0.1 g；称量2 0 0 g,感量0.0 1 g。(二)试验步骤1 .试样切取。根据试验要求用环刀切取试样时，应在环刀内壁涂一薄层凡士林，刃口向下放在土样上，将环刀垂直下压，并用切土刀沿环刀外侧切削土样，边压边削至土样高出环刀，用钢丝锯整平环刀两端土样，擦净环刀外壁。2 .称环刀和土的总质量，并取余土测定含水量。(三)密度计算试样的密度按下式计算：试样的干密度按下式计算:1 +6 9 1式(1)、(2)中，m o 湿土的质量(g)；V 土的体积(c n?)；P o 一 土的湿密度(g/c n?)；P d 土的干密度(g/c n?)3 1 一 土的含水量。环刀法密度试验应进行两次平行测定，两次测定的差值不得大于O.O 3 g/c m 3,取两次测值的平均值。三、颗粒分析试验土的颗粒分析方法有筛析法、密度计法和移液管法。筛析法适用于颗粒直径小于、等 于 60m m,大于0.078mm的土；密度计法适用于颗粒直径小于0.075mm的土；移液管法适用于颗粒直径小于0.074mm的土。这里只介绍密度计法。(一)试验仪器设备1.土壤密度计：(1)甲种土壤密度计：刻度为-5 50,最小分度值为0.5 。(2)乙种土壤密度计(20/20)：刻度为0.995 1.020,最小分度值为0.0002。2.量筒：容积为1000m L内径为60mm,高度为35010m m,刻度为0 1000ml。3.洗筛漏斗：上口直径大于洗筛直径，下口直径略小于量筒直径。4.天 平:称 量 1000g,感量0.1 g,称量2 0 0 g,感量0.01g。5.温度计：刻度为050,精度为0.5。6.煮沸设备：附冷凝管装置。7.搅拌器：底板直径为50m m,孔径为3mm。8.锥形瓶：容积为500ml。(-)试验步骤1.密度计法颗粒分析试验的试样，宜采用风干试样。当试样中易溶盐会计师大于0.5%,应洗盐。2.取代表性试样200300g,风干并测定试样的风干含水量。3.称风干试样30g倒入锥形瓶，注入纯水200m l,浸泡过夜。4.将浸泡过夜的悬液煮沸，煮沸时间宜为40m in,冷却后过0.075mm筛，把留在筛上的试样用水冲洗入蒸发皿内，倒去清水，烘干，称烘干试样质量，并对试样进行筛分析。5.将过筛后的悬液倒塌入量筒，将纯水注入量筒，加入4%浓度的六偏磷酸钠10mh再注入纯水至1000ml6.用搅拌器沿悬液深度上下搅拌15次，时间为Imin。取出搅拌器，立即开动秒表，将密度计放入县液中，测 计 1,2,5,15,30,60,240和 1440min时密度计读数。7.密度计读数均以弯液面上缘为准。甲种密度计应精确至0.5,乙种密度计应精 确 至 0.0002o每次读数后，应取出密度计放入盛有纯水的量筒中，并应测定相应的县液温度，精确至0.5e o(三)计算1.颗粒的百分含量小于某粒径的试样质量占试样总质量的百分比，按下式计算：1)甲种密度计：innx=Cc(Rin+T-RF)md(3 1)式中：CG-比重校正系数，查附表2；Rm-密度计读数；RF-分散剂校正值；T -温度校正值，查附表1。2）乙种密度计：X=CG+J P.V 2 0m.(3 2)式中：C G-比重校正系数，查附表2；R m 密度计读数；RF-分散剂校正值；T -温度校正值，查附表1；P w2 0 一温度2 0 时水的密度（g/cm3）,查有关物理手册。2.土颗粒的粒径土颗粒的粒径按下式计算：d=1807;L(Gs-Gw/)Pw4g t(3 3)式中：d 一 试 样 颗 粒 粒 径（m m）；H 一纯净水的动力粘滞系数（1 0-6 k P aS）；Gs-土颗粒比重；GWT 水的比重P w4 温度4 水的密度（g/cn r，）；L -某一时间内土粒沉降距离（c m）；T -沉降时间（s）；g 一 重 力 加 速 度（cm/s2）o附表1温度校正值悬液温度()甲种土壤密度计温度校正值(T)乙种土壤密度计温度校正值(T)悬液温度()甲种土壤密度计温度校正值(T)乙种土壤密度计温度校正值(T)10.0-2.0-0.001220.00.0+0.000010.5-1.9-0.001220.5+0.1+0.000111.0-1.9-0.001221.0+0.3+0.000211.5-1.8-0.001121.5+0.5+0.000312.0-1.8-0.001122.0+0.6+0.000412.5-1.7-0.001022.5+0.8+0.000513.0-1.6-0.001023.0+0.9+0.000613.5-1.5-0.000923.5+1.1+0.000714.0-1.4-0.000924.0+1.3+0.000814.5-1.3-0.000824.5+1.5+0.000915.0-1.2-0.000825.0+1.7+0.001015.5-1.1-0.000725.5+1.9+0.001116.0-1.0-0.000626.0+2.1+0.001316.5-0.9-0.000626.5+2.2+0.001417.0-0.8-0.000527.0+2.5+0.001517.5-0.7-0.000427.5+2.6+0.001618.0-0.5-0.000328.0+2.9+0.001818.5-0.4-0.000328.5+3.1+0.001919.0-0.3-0.000229.0+3.3+0.002119.5-0.1-0.000129.5+3.5+0.002220.0-0.0-0.000030.0+3.7+0.0023附表2土粒比重校正值土 粒 比 重比 重 校 正 值甲重土壤密度计（CG）乙重土壤密度计（CG）2.50L0381.6662.521.0321.6582.541.0271.6492.561.0221.6412.581.0171.6322.601.0121.6252.621.0071.6172.641.0021.6092.660.9981.6032.680.9931.5952.700.9891.5882.720.9851.5812.740.9811.5752.760.9771.5682.780.9731.5622.800.9691.5562.820.9651.5492.840.9611.5432.860.9581.5382.880.9541.532四、液、塑 限 试 验4-1液限试验本试验方法适用于颗粒直径小于0.5m m,以及有机质含量不大于试样总质量5%的土。（-）试验仪器设备I.锥式流限仪：锥质量为7 6 g,锥角为30刻度。2.天平：称量2 0 0 g,感量0.01g。3.秒表一只。4.铝盒2 只。（）试验步骤1 .液限测定法采用天然含水量试样和风干试样，当试样中含有粒径大于0.5mm的土粒和杂物时，就过0.5mm的筛。2.取 0.5mm筛下的代表性试样2 0 0 g,分成三份，放入盛土皿中，加不同数量的纯水，高 25m m,距锥尖10mm处刻有环状图4-1液限仪示意图制成不同稠度的试样。将试样调匀，盖上湿布，湿润过夜。3.将制备的试样搅拌均匀，填入试样杯中，对较干的试样应充分搓揉，密实填入试样杯中，填满后刮平试样表面。4.将试样杯放在流限仪的底座上，在圆锥上抹一薄层凡士林，使圆锥尖接触试样面，松开手指使圆锥在自重下沉入试样，同时开动秒表，经 15s后观测圆锥下沉深度,若下沉深度小于（或大于）10m m,则表示土中的含水量小于（或大于）土的液限，取出试，从新调节土的含水量，然后重复步骤3、4,直到下沉深度为10m m,这时取部分试样测定含水量即得土的液限含水量。（三）液限含水量计算液限含水量含水量按下式计算，计算至0.1%：处=3 k x io omd-m(4-1)4-2塑限试验本试验方法适用于颗粒直径小于0.5m m,以及有机质含量不大于试样总质量5%的土。这里介绍手搓法测定土的塑限含水量。（一）试验仪器设备1.天平：称量2 0 0 g,感量0.01g。自吸2.毛玻璃一块。_ A n A_3.铝盒2 只。5 V（二）试验步骤 9 3 1 .按液限测定的方法制备土样。、99 =7 2.将试样取出一小块在手中揉捏，至不沾手为止，再用两手心搓成椭圆状；然后将土样放在毛玻璃板上并用手掌轻、一轻搓滚，搓滚时要均匀施力，不能过猛，图4-2塑限试验示意图也不允许进行无压力的滚动，而且土条在搓滚过程中不因产生空心现象。3.若或未达到3mm就产生横向裂缝和断裂现象，则表示土中的含水量大于（或小于）土的塑限，应从新调节土的含水量，然后重复步骤2、3,直至土条搓滚至3mm发生横向裂缝和断裂现象，其相应的含水量即为土的塑限含水量。4.将合符标准的断裂土条立即装入铝盒中，盖紧盒盖，继续搓滚，使土条的质量累计35g左右为止。然后测定土的含水量。（三）计算1.塑限含水量按下式计算，计算至0.1%：(42)2.塑性指数按下式计算:p=coL-a)p(43)附液、塑限联合测定法本试验方法适用于颗粒直径小于0.5mm以及有机质含量小于试样总质量5%的土。（-）试验仪器设备1.液、塑性联合测定仪：锥质量为7 6g,锥角为3 0 读数显示形式宜采用光电式、游标式、百分比式。2.天平：称量200g,感量0.01g。（二）试验步骤1.液、塑限联合测定法采用天然含水量试样和风干试样，当试样中含有粒径大于0.5mm的土粒和杂物时,就过0.5mm的筛。2 .取0.5m m筛下的代表性试样200g,分成三份，放入盛土皿中，加不同数量的纯水，制成不同稠度的试样。试样 图43液、塑性联合测定仪的含水量宜分别接近液限、塑限和二者的中间状态。将试样调匀，盖上湿布。湿润过夜。3.将制备的试样搅拌均匀，填入试样杯中，对较干的试样应充分搓揉，密实填入试样杯中，填满后刮平试样表面。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，调整升降座，使圆锥尖接触试样面，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，取出试样杯，取部分试样测定含水量。6.以相同的步骤分别测定3个试样的圆锥下沉的深度和含水量。7.以含水量为横坐标，圆锥下沉深度为纵坐标，在双对数坐标纸上绘制关系曲线，三点应在一条直线上。当三点不在一条直线上时，通过高含水量的点与其余两点连成两条直线，在下沉深度2mm处查得相应的两个含水量，当两个含水量的差值小于2%时，应以该两点含水量的平均值与高含水量的点连一直线。当两个含水量的差值大于、等于2%时，应重做试验。8.在含水量与圆锥下沉深度的关系图上，查得下沉深度为17mm所对应的含水量为液限，查得下沉深度为2mm所对应的含水量为塑限，取值至整数。（三）计算1.含水量按下式计算，计算至0.1%：i一 叫1md-mxlOO(44)2.塑性指数按下式计算:IP=a)L-a)P(45)五、渗 透 试 验土的渗透试验有常水头渗透试验和变水头渗透试验，前者适用于砂性土，后者适用于粘性土。这里主要介绍常水头渗透试验。（-）试验仪器设备常水头渗透试验所用的主要仪器设备为常水头渗透仪，它主要由金属封底圆筒、金属孔板、滤网、测压管和供水瓶等组成（如图所示）。金属圆筒内径为10cm,高为40cm。当使用其他尺寸的圆筒时，圆筒内径应大于试样的最大粒径的10倍。（二）试验步骤1.装好仪器，量测滤网至筒顶的高度，将调节器与供水管相联，从渗水孔躲避 筒充水至高出滤网顶面。2.取具有代表性的的风干土样34kg,测定其风干含水量。将风干土样分层装入圆筒内，应在滤网上铺2cm厚的粗砂作为过滤层，防止细粒流失。每层试样装完后，从渗水孔向圆筒充水至试样顶面，最后一层试样应高出测压管34cm,并在试样顶面2cm砾后作为缓冲层。当水面高出试样顶面时，应继续充水至溢水孔有水溢出。3.称剩余土样的质量，并计算试样质量和试样高度。4.检查测压管水位，当测压管水位与溢水孔水位不平时，用吸球调整测压管水位，直至两者水位齐平。5.提高调节管至溢水孔以上，将供水管放入圆筒内，开止水夹，使水由顶部注入圆筒，降底调节管到试样上部1/3高度处，水位差使水渗入试样，经过调节管流出。调节供水管止水夹，使进入圆筒的多于渗出的水量，溢水孔始终有水溢出，保持圆筒内水位不变，试样处于常水头下渗透。6.当测压管水位稳定后，测记水位。并计算各测压管之间的水位差。按规定时间记图5 1常水头渗透仪装置1-金属圆筒；2-金属孔板；3-测压孔;4-测压管；5-溢水孔;6-渗水孔；7-调节管；8-滑动支架；9-供水管；10-止水夹；11-温度计；12-量杯；13-试样；14-砾石层；15-铜丝筛布滤网；16-供水瓶录渗出水量，接取渗出水量时，调节管口不得浸入水中，测量进水和出水处的水温，取平均值。7.降底调节管至试样的不同高度重复测定，当不同水力坡降下测定的数据接近时,结束试验。(三)计算1.渗透系数按下式计算：式中 ki水温为TC时的试样的渗透系数(cm/s)；Q时间t秒内渗出水量(cm3)；L一一两测压管中心的距离(cm)；A一试样的断面积(cm2)；H-平均水位差(cm)；T时 间(s),2.标准温度下的渗透系数为：七。=%(52)20式 中k20标准温度(20)时试样的渗透系数(cm)；QTTC时水的动力粘滞系数(kPa s)；n2o20,C时水的动力粘滞系数(kPas)。粘滞系数比互查附表。20附表 水的动力粘滞系数n、粘滞系数比n ”n 20、温度校正TP温度C动力粘滞系数n(10)kPa,sn 17 n 20温度校正Tp温度动力粘滞系数n(io)kPa sn T/n 20温度校正Tp5.01.5161.5011.11715.51.1301.1191.585.51.4931.4781.1916.01.1151.1041.606.01.4701.4551.2116.5%1.1011.0901.626.51.4491.4351.2317.01.0881.0771.647.01.4281.4141.2517.51.0741.0661.667.51.4071.3931.2718.01.0611.0501.688.01.3871.3731.2818.51.0481.0381.708.51.3671.3531.3019.01.0351.0251.729.01.3471.3341.3219.51.0221.0121.749.51.3281.3151.3420.01.0101.0001.7610.01.3101.2971.3620.50.9980.9981.7810.51.2921.2791.3821.01.9860.9761.8011.01.2741.2611.4021.50.9740.9641.8311.51.2561.2431.4222.00.9630.9531.8512.01.2391.2271.4422.50.9520.9431.8712.51.2231.2111.4623.00.9410.9321.8913.01.2061.1941.4824.00.9190.9101.9413.51.1881.1761.5025.00.8990.8901.9814.01.1751.1631.5226.00.8790.8702.0314.51.1601.1481.5427.00.8590.8502.0715.01.1441.1331.5628.00.8410.8332.12六、固 结 试 验本试验方法适用于饱和的粘性土。当只进行压缩时，允许用非饱和土。（-）试验仪器设备1.固结容器：由环刀、护环、透水石、水槽、加压上盖组成（如图所示）。其中，环刀的直径为61.8和 79.8mm,高度为20mm；透水石由氧化铝或不受土腐蚀的金属材料组成，其渗透系数应大于试样的渗透系数。用固定式容器时，顶部透水石直径小于环刀内径0.20.5mm2.加荷设备：能垂直地在瞬间施加各级规定的荷重，且没有冲力，压力精度应符合相应的国家标准。3.变形测量设备：量 程 10m m,最小分度为 0.01mm的百分表或精度为0.50.1%FS 的位移传感器。（二）试验步骤1.将带有试样的环刀装入固结容器内，套上护环，放上透水石和加压盖板，将容器置于加压框架正中，安装百分表或位移传感。2.施 加 IkPa的预压力使试样与仪器上下各部件之间接触，给百分表一个较大的初读数或将传感器调整到零位。3.确定需要施加的各级压力，压力等级宜为 12.5、25、50、100、200、400、800、1600、3200kPa,最后一级压力应比土层的计算压力大100200kPao4.需要确定原状土的先期固结压力时，初始段的荷重率应小于1,可采用0.5或 0.25。施加的压力应使测得的elog曲线下段出现较长期的直线段。对于超固结土，应进行卸荷，再加荷来评价其再压缩特性。5.第一级压力的值应视土的软硬程度而定，宜 用 12.5、25或 50kPa。对于饱和试样，施加第一级压力后应立即向水槽中注水浸没试样。6.需要测定沉降速率时，则施加每一级压力后宜按下列时间顺序测记试样的高度图6 1固结仪示意图1-水槽；2-护环；3-坚固圈：4-环刀;5-透水石；6-加压上盖7-量表导杆；8-量表架首载刚性护环|尹 刀样君：水.不：K、底度图62固结仪的压缩容器简图变化。时间为6、1 5、I 、2 1 5、4、6 1 5、9、1 2 1 5、1 6、20 1 5 、25 、30 1 5 、36 、497、64z、1 0 0 20 0 、40 0 、23h、24h,至稳定为止。课程试验时考虑到学时的安排，只分四级每级加荷（50、1 0 0、2 0 0 和 40 0 k P a）,每级加荷的时间为l O m in o7.试验结束后吸去容器中的水，迅速拆除仪器各部件，取出试样，测定含水量。（三）计算1.试样的初始孔隙比为仇：e产）G”一 （61）Po式 中 3。试样的初始含水量；P w 水的密度（g/c m 3）；P o-试样的初始密度（g/c m 3）；G s试样土的比重.2.各级压力下试样固结后的孔隙比G：et：=v e0 -J-A/?.I（62）式 中 h0试样的初始高度（mm）；hi某级压力下的试样固结稳定后的总变形量（mm）。七、直 接 剪 切 试 验测定土的抗剪强度指标C、e值室内试验有多种方法，这里介绍粘性土的快剪试验。（-）试验仪器设备1.应变控制式直剪仪：由剪切盒、垂直加荷设备、剪切传动装置、测力计、位移量测系统等 组 成（如图所示）.2.环刀：内径61.8mm,高20mm o3.位移量测设备：百分表或 传 感 器，百 分 表 量 程 为10mm,分度值为0.01mm,传感器的精度为0.50.1%F S。（二）试验步骤1.试样制备：应按要求制备四个试样，要求试样比环刀的体积稍大。在把试样装入环刀时，先在环刀内壁涂一薄层凡士林，然后把环刀刃口向下，缓慢压入试样，边压边削环刀四周的土。刮平环刀的两端，取剩余的土测定土的含水量。2.对准剪切容器的上下盒,插入固定销，在下盒内放入不透水板，将带有试样的环刀刃口向上，对准剪切盒口，在试样上放图7 1应变控制式直剪仪示意图1剪切传动机构；2推动座；3一下盒；4一垂直加荷框架；5一垂直位移量表；6一传压板；7透水板；8 一上盒；9一储水盒；10剪切力计量仪表;11 水平位移量表；12滚珠；13一试样一块不透水板，并将试样小心地推入剪切盒内。3.移动传动装置，使上盒前端钢珠刚好与测力计接触，依次加上传压板，加压框架等。4.根据工程实际和土的软硬程度施加各级垂直压力。课程教学试验时，施加的压力为0.5、1.0、2.0、4.0kg/cm2等四个压力（注意施加祛码的数量）。5.施加垂直压力，拔出固定销，立即开动秒表，以0.8mm/min（4转/min）的剪切速率进行剪切。6 .当测力计百分表读数不变或后退时，应继续剪切至剪切位移为4mm时停止，记下破坏值。当剪切过程中测力计百分表读数无峰值时，则剪切至剪切位移达6mm时停止。7.剪切结束，吸掉盒内的集水，退去剪切力和垂直压力，移动压力框架，取出试样，测定试样含水量。8.根据后面的计算，作。关系图，再求出土的c、。值。(三)计算剪 应 力 r 按下式计算：r=M R/AQ(71)式中 T-试样的剪应力(k P a)；M-测力计测力环变形系数(k N/O.O l m m);A o-试样的剪切面积(m?)。