土力学实验指导书(共14页).doc

《土力学实验指导书(共14页).doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《土力学实验指导书(共14页).doc（14页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、精选优质文档-倾情为你奉上土力学实验指导书适用专业：土木工程实验项目一：土的物性实验一、实验目的 1、测定土的天然密度，以便了解土的疏密状态与其它实验配合计算土的干密度、孔隙比及饱和度等物理性质指标；2、测定粘性土的液限和塑限从而计算塑性指数和液性指数，评价粘性土地基的容许承载力；并按塑性指数或塑性图进行土的分类。二、实验设备环刀、天平、切土刀、钢丝锯、玻璃片、凡士林、烘箱、干燥器；铝盒；液、塑限联合测定仪等。三、实验原理1、环刀法测土的密度土的密度是单位体积土的质量。土单位体积中固体颗粒的质量称为土的干密度；土体孔隙中充满水时的单位体积质量称为土的饱和密度；在计算自重应力时，须采用土的重力密

2、度，即重度，是指单位体积土的重量。=(m2m1)V (1-1)式中： 土的湿密度（g/ cm3）；m1 环刀的质量（g）； m2 环刀加土的质量（g）。环刀体积（cm3）d=(10.01w) (1-2)式中： 土的干密度（g/ cm3）； 土的湿密度（g/ cm3）； 土的含水量（）。2、烘干法测土的含水量土的含水量是土中水的质量与干土质量的比值，烘干法是根据加热后水份蒸发的原理，将已知质量的土样放入烘箱内，在100105温度条件下烘干至恒重时，失去的水的质量与干土质量的比值，即是含水量，用百分数表示。 = （1）100 （1-3）式中：土的含水量（%）湿土的质量（g） 干土的质量（g）含水量

3、实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%，当含水量大于、等于40%时，不得大于2%，取二者的算术平均值。3、液限、塑限联合测定根据用圆锥仪测得的入土深度与其相应的含水量在双对数坐标上具线性关系的特性，本实验用水电式液、塑限联合测定仪（见图1-1）测得土在不同含水量时的圆锥入土深度，绘制其关系直线图（见图1-2），据入土深度在图上找出该试样的液限和塑限。本实验适用条件同液限实验。 (1-4)式中：m1湿土加盒重量m0铝盒的重量 m2干土加盒的重量 Ip=wL-wp (1-5)式中：Ip塑性指数 wL液限含水率wp塑限含水率 (1-6)式中：IL液性指数四、实验步

4、骤1、环刀法测土的密度1）调整天平平衡，称量环刀质量，并填入表1-1中。2）按工程需要取原状土或制配所需状态的扰动土，整平两端，将环刀内壁涂一薄层凡士林，刀口向下放在土样上。3）修土刀将土样上部削成略大于环刀直径的土柱然后将环刀垂直下压，边压边削至土样伸出环刀上部为止。削去两端余土，使与环刀口面齐平，并用剩余土样测定含水量。 4）擦净环刀外壁，称环刀与土的质量，准确至0.1g，并填入表1-1中。5）本实验需进行二次平行测定，其平行差值不得不大于0.03g/cm3，求其算术平均值，并填入表1-1中。 2、烘干法测土的含水量1）先秤量好带有编号的盒盖、盒身的两个铝盒，分别记录重量数值g0并填入表1

5、-2中。2）从原状或扰动土样中，选取具有代表性的试样约1530g或用切环刀土样时余下的试样；对有机质土、砂类土和整体状构造冻土取样为50g左右，放在秤量盒内，立即盖好盒盖，称盒盖、盒身及湿土的重量，准确至0.01g，将数值g1填入表1-2中。3）打开盒盖，放入烘箱中在温度105110OC下烘至恒重，烘干时间对粘性土、粉土不得少于8h,对砂土不得少于6h，对含有机质超过干土质量5%的土应将温度控制在6570OC的恒温下烘至恒重。取出土样，盖好盒盖，秤重并记录干土及铝盒的重量，将数值g2填入表1-2中。3、液限、塑限联合测定1）调整天平平衡，称量铝制称量盒3个，将重量m0填入表1-3中。2）取筛过

6、的土样200克分成三份，分别放入三个盛土容器中。加不同水量拌合成不同稠度的试样，置于试杯中，多次插导排除气泡。3）将仪器放置在平面工作台上，调整水平螺旋脚，使水泡聚中。4）将仪器的电源插头插好，打开电源开关，预热5分钟。测量前用手轻轻托起锥体至限位处。此时显示屏上的数字为随机数（有时出数字，有时出红点，测量时会自动消除）。5）将调好的土样放入试杯中，刮平表面，放到仪器的升降面上，这时缓缓地调节升降旋钮，当试杯中的土样刚接触锥尖时，接触指示灯立即发亮，此时停止旋动，然后按“测量”键。6）测量：按下“测量”键，锥体落下，与此同时，时间音响发出哆！哆的声音。当测量时间一到，叫声停止，此时显示屏上显示

7、出5秒钟的入土深度值，第一次测量下沉深度约为34mm，记录该读数填入表中，然后将试样杯中的试样取10克左右，称量湿土加铝盒的重量m1。将湿土样放入烘箱中，烘干后称量干土加盒的的重量m2，将结果填入表1-3中。向顺时针方向调节升降旋钮改变锥尖与土的接触位置、移出试杯，将锥尖擦干净。将称量过的三个试样，放入烘箱烘干8小时，取出称量干土加盒的重量，填入表1-3中。图1-1 液、塑限联合测定仪五、实验记录及结果表1-1 密度实验 试样编号环刀号湿土质量(g)环刀容积(cm3)密度(g/cm3)平均密度(g/cm3)备注校核者： 计算者： 实验者：表1-2 含水量实验 试样编号盒 号湿土质量（g）干土质

8、量（g）含水量（%）平均含水量（%）备注 ( 1)100校核者： 计算者： 实验者：表1-3 液限、塑限联合实验试样编号调土碗号称量盒号圆锥入土深度mm湿土质量g干土质量g含水量%( -1)100液限%塑限%塑限指数土质分类备 注校核者： 计算者： 实验者：图1-2 圆锥入土深度与含水量的关系图六、实验注意事项1、用环刀切取试样时，应垂直静压，边压边削，勿使环刀内壁与试样间留有空隙。2、切取试样时，一般不应填补。如确需填补，填补部分不得超过环刀体积的1%。3、称量土样时，应考虑系土样细线的质量。4、天然含水量实验，应在打开土样后立即取样测定，以免水分改变。烘干冷却后应立即称干土质量，以免吸收水

9、分，影响实验结果。5、烘样恒重的标准与试样数量有关，通常前后两次称量之差不大于称样天平的精度即为恒重。土工实验中常以控制烘样时间使其达到恒重。烘至恒重所需时间，用电热干燥箱，当试样重1530g时，一般砂土需1-2小时，粉质土约需6-8小时，粘土约10小时。风干土及含水量低的土，可适当缩短烘样时间；湿土量较多或块状土，应延长烘样时间。6、若土的有机质含量在5-10%时，以采用真空干燥箱低温（7080）烘干试样为宜。当有机质含量超过10%以上，必须采用真空干燥箱。7、对土中有机质含量不超过5%的粘性土和砂土，需现场测定其含水量时，可用酒精燃烧法测定。8、测液限时放锥方法应是锥尖接触土面时，使锥体自

10、由下落受自重力作用下沉，绝不能产生锥体的冲击作用。9、液限杯中装土时，必须把土中气泡排尽。杯口刮平时宜采用刀刃，刮平次数不宜太多（特别是对塑性指数小于10的轻亚粘土）注意水析现象。思考题1、 天然密度的测量方法是什么？2、 密度和干密度的区别是什么？3、 标准小环刀体积是多少？4、测定含水率的目的是什么？5、测定含水率常见的有哪几种方法？6、土样含水率在工程中有何价值？7、土壤液塑联合试验的目的是什么？8、根据试验Il的结果给粘性土状态分类？实验项目二： 固结实验一、实验目的测定试样在侧限与轴向排水条件下，变形和压力或孔隙比和压力的关系，绘制压缩曲线，以便计算土的压缩系数a、压缩模量Es等指标

11、，通过各项压缩性指标，可以分析、判断土的压缩特性和天然土层的固结状态，计算土工建筑物及地基的沉降等。二、实验设备图3-1 固结容器示意图1-固结容器 2-下护环 3-环刀 4-上护环 5-透水石 6-加压盖 7-量表套杆 8-量表架 9-试样固结仪（见图3-1）、环刀、天平、测微表、秒表、烘箱、修土刀、称量盒、滤纸等。三、实验原理土样在外力作用下便产生压缩，其压缩量的大小与在土样上所加的荷重大小和土样的性质有关。如在相同的荷重作用下，软土的压缩量就大，而坚密的土则压缩量小；在同一种土样的条件下，压缩量随着荷重的加大而增加。施加不同的荷重，可得相应的空隙比，一般分级不要过大。这样，便可绘制压缩曲

12、线并求得压缩系数。四、实验步骤1、根据工程要求，用环刀切取试样备用，并测出土样的密度、含水量、和比重。(参见前面的试验)2、把下护环和大的透水石放入固结容器，并放上一张滤纸。3、将带有环刀的试样，刃口向下小心地装入压缩容器的下护环内。4、再套入上护环，放上滤纸和稍小的透水石，最后放上加压盖。5、轻轻抬起杠杆，将装好试样的压缩容器放在加压台的正中，使加压横梁的凹槽与加压盖的钢珠紧密结合，然后装上测微表（百分表），并预调百分表大于6mm以上，并检查表是否灵敏和垂直（学生在试验前应熟悉测微表如何读数）。6、在砝码吊盘上加相当于试样受压约为1 kPa的预压荷载，使固结仪的各部分接触良好，并调平加压杠杆

13、，然后调整测微表，使其大指针归零。7、卸去预压荷载，施加第一级荷载，其大小可视土的软硬程度或工程情况一般采用50、100、200、300、400 kPa，或按设计要求，模拟实际加荷情况进行调整。由于试验教学时间的关系，本试验加荷顺序为50、100、200、300、400 kPa。8、在加荷同时开动秒表计时，按规定的时间读数，做完一级，再加下一级荷载，直至全部荷载完成。在试验过程中，应始终保持加压杠杆的平衡。9、试验结束后，迅速顺次拆去测微表，卸除砝码，取出环刀，把仪器擦干净。五、实验记录及结果1、按下式计算试样的初始孔隙比 (3-1)2、各级荷载下，固结稳定后的孔隙比 (3-2)3、计算某荷载

14、范围内的压缩系数a（KPa-1） = (3-3)4、计算某荷载范围内的压缩模量ES (3-4)式中：G S 土比重 土样初始含水量（%）土样初始密度（g/cm3）土样初始高度（mm）在某荷载下试样固结稳定后的总变形量（等于该级荷载下固结稳定读数减去仪器变形量）5、绘制压缩曲线：以土孔隙比为纵坐标，以垂直荷载为横坐标，绘制e-p曲线。如图3-1所示。 图3-1 压缩曲线6、记录数据和计算结果填写表3-1。表3-1 固结（压缩）试验试验编号： 仪器编号： 试验日期：时间(分钟)压力KPa百分表读数(mm)仪器变形量(mm)试样变形量减少之孔隙比孔隙比压缩系数KPa-124(h)0.005mm/hG

15、s=2.75 = g/cm3 = % Es = MPa校核者： 计算者： 试验者：六、实验报告要求1、使用仪器前必须预习，严格按程序进行操作，对仪器不清楚的地方马上问老师。2、加第一级荷载时，应根据土质的软硬程度确定，软粘土加荷量要小些，较密实的硬试样，加荷可大些。试验过程中不能卸载，百分表也不用归零。3、随时调整加压杠杆，使其保持平衡。4、加荷时应轻拿轻放，不得对仪器产生震动。在试验过程中应保持杠杆水平。总荷重不能超过加压设备的最大承受荷载。5、试验前，应检查仪器各部件上是否灵敏，完好。如有必要应对压缩仪器进行校正，并测定压缩仪的变形量。试验完毕，卸下荷载，取出土样，把仪器打扫干净思考题1、

16、压缩系数a1-2和压缩模量ES有何关系？2、根据压缩系数a1-2的大小，来判断本实验土的压缩性高低？实验项目三： 直接剪切试验一、实验目的测定土的抗剪强度和土的内摩擦角、粘聚力，为计算地基强度和稳定性计算提供基本数据二、实验设备应变式直剪仪（见图4-1）、环刀、测微表、秒表、天平、烘箱、蜡纸、修土刀等。图4-16 应变控制式直接剪切仪1-剪切传动机构；2-推动器；3-下盒；4-垂直加压框架；5-垂直位移计；6-传压板； 7-透水板；8-上盒；9-储水盒；10-测力计；11-水平位移计；12-滚珠；13-试样三、实验原理测定土的抗剪强度指标和c，土的抗剪强度是指土体对于外荷载所产生的剪应力的极限

17、抵抗能力。通常采用不少于3个试样，分别在不同的垂直压力下，施加水平剪切力，测得试样破坏时的剪应力 ，然后根据库仑定律确定土的抗剪强度参数内摩擦角和粘聚力c。快剪试验：在试样上施加垂直压力后立即快速施加水平剪应力。固结快剪试验：在试样上施加垂直压力，待试样排水固结稳定后，快速施加水平剪应力。慢剪试验：在试样上施加垂直压力及水平剪应力的过程中，均使试样排水固结。本试验采用快剪试验四、实验步骤1、用环刀切取34个试样备用，并测相应的含水量和密度。2、安装好剪切盒，插入销钉，在下盒透水石上放一张腊纸。3、将带试样的环刀平口向下，对准上盒盒口放好，在试样上面顺序放腊纸和透水石，然后用将试样平稳推入剪切盒

18、中，移去环刀，放上加压盖。4、本试验的加荷顺序为，对一般的粘性土、砂土，宜采用50、100、200、300KPa或100、200、300、400KPa的垂直应力。5、按顺时针方向徐徐转动手轮至上盒前端的钢珠刚好与量力环接触（即量力环内的测微计指针刚好开始移动），调整测微计读数为零。6、拔去销钉，开动秒表，以每分钟412转的均匀速率转动手轮（本试验以每分钟6转为宜），转动过程中不应中途停顿或时快时慢。使试样在35分钟内剪损，手轮每转一圈应测记测微表读数一次，直至量力环的测微表指针不再前进或有后退，即说明试样已剪损。如测微表指针一直缓慢前进，说明不出现峰值，则破坏以变形控制进行到剪切变形达5mm时

19、为止。注：手轮每转一圈推进下盒0.2mm。7、剪切结束后，倒转手轮，顺序去掉荷载、加压框架、加压盖与上盒，取出试样。8、重复上述步骤，做其它各垂直压力下的剪切试验。9、全部做完后，取下土样，把仪器打扫干净。五、实验记录及结果1、按式下式计算剪应力：C1R (4-1)式中： 剪应力（kPa） ； R 量力环中测微表读数（0.0 lmm）； C1 量力环校正系数，（kPa /0.01mm）。2、按下式计算剪切位移：L20nR (4-2)式中：L 剪切位移（0.01mm）； n 手轮转数。 R 量力环中测微表读数（0.0lmm）。3、以剪应力为纵坐标，剪切位移L为横坐标，绘制剪应力与剪切位移L关系曲

20、线（见图4-2）；以剪应力为纵坐标，垂直压应力P为横坐标（注意纵、横坐标比例尺应一致），绘制剪应力与垂直压应力P的关系曲线（见图），该直线的倾角即为土的内摩擦角（），该直线在纵坐标上的截距即为土的粘聚力c（kPa）。图4-2 L关系曲线(kPa)L(mm)P4P3P2P1p（kpa）图4-3 p关系曲线4、记录数据和计算结果填写表4-1。表4-1 直接剪切试验工程编号： 仪器编号： 试验日期：试样编号： 固结时间： 小时仪器编号： 压 缩 量： mm手轮转速： 转 / 分 剪切历时： 分钟垂直压力： KPa 量力环系数： KPa0.01mm抗剪强度： KPa手轮转数（N）量力环百分表读数(0.

21、01mm)剪切位移(0.01mm)剪应力(KPa)手轮转数（N）量力环百分表读数(0.01mm)剪切位移(0.01mm)剪应力(KPa)校核者： 计算者： 试验者：六、实验报告要求1、透水石应经常保持平整、清洁、透水性良好。2、开始剪切时，一定要切记拔掉销钉，否则试样报废，而且会损坏仪器，若销钉弹出，还有伤人的危险。3、加第一级荷载时，应根据土质的软硬程度确定，软粘土加荷量要小些，较密实的硬试样，加荷可大些。4、加荷时应轻放砝码，避免冲击和摇晃。在实验过程中应保持杠杆水平。总荷重不能超过加压设备的最大承受荷载。5、实验前，应检查仪器各部件上是否灵敏，完好。如有必要应对压缩仪器进行校正，并测定压缩仪的变形量。思考题1、直接剪切试验目的是什么？ 2、直剪试验的方法有哪几种？ 3、库伦定律中各参数的含义是什么？专心-专注-专业