《土力学》验指导书.docx

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1、土力学试验指导书王保林 编土木建筑学院试验中心2023 年 9 日前 言土力学是土木工程和交通工程道路与桥梁方向专业的一门重要的专业根底课。土力学试验是土力学课程教学的重要组成局部。土力学试验主要是测定土的物理力学性质指标，为土木工程的设计、施工供给必要的测试数据和资料。把握土力学试验技术，不但对于稳固课堂所学理论学问、增加对土的工程性质的理解起重要作用，而且是学习土工试验方法和试验技能的主要途径。因此，要求学生必需认真对待每个试验，做好试验前预习。土的物理力学性质指标很多，试验工程也很多。依据课程教学大纲要求，结合我院试验条件，本试验指导书仅列出土木工程和交通工程道路与桥梁方向专业的五个根本

2、教学试验有些试验可合并为综合试验。每个试验的方法和标准主要是依据土工试验方法标准GB/T 50123-1999结合教学要求而编写的。同时也参考了一些其他行业标准的标准。限于水平有限，不妥之处，请批判指正。编者2023 年 9 月目录试验一试验二试验三试验四试验五含水率试验烘干法 密度试验环刀法液限和塑限试验液、塑限联合测定法 直接剪切试验压缩试验试验一、含水率试验烘干法一、试验目的及用途土的含水率表示土中含水的比例，为土体中水的质量与干土质量的比值， 用百分数表示。m mw =w 100% = 0 -1100%mmdd式中： w 含水率 (%)；m 土样中水的质量gwm 土样中干土质量gdm

3、土样总质量g0土的含水率是土的几项根本物理指标中较重要的一个。利用含水率可计算土的干密度、重度、空隙比、饱和度及黏性土的状态指标。含水率测定方法比较多。烘干法适用于粗粒土、细粒土、有机质土和冻土。二、试验设备及用品1、烘箱枯燥箱：应能掌握温度在 105 110oC 之间；2、天平：称量 200g，最小分度值 0.01g；称量 1000g，最小分度值 0.1g；3、烘土盒、调土刀、枯燥器等。三、试验步骤1、记录烘土盒号码，称量或查阅烘土盒质量m3。取具有代表性土样，黏性土为 15 30g，砂性土、有机质土为50g，放入烘土盒内，盖上盒盖。在天平上称盒加湿土质量m1，准确到 0.01 g；2、翻开

4、盒盖，放在托盘上一起放入烘箱中，在 105 110oC 的恒温下烘干。烘干时间对黏性土、粉土不得少于 8 小时。然后连同托盘一起取出，加盖后， 马上放入枯燥器中冷却至室温；3、将烘土盒从枯燥器中取出马上称重，称得盒加干土质量m2g；，准确到 0.014、将干土倒入土盘中，晾干烘土盒。5、本试验须进展两次平行测定。四、成果整理1、按下式计算含水率：mw =1m2- m-2 100%(计算准确至 0.1%)m3式中 m - m12 土样中水的质量；m - m23 干土质量。2、两次平行测定结果的差值不应超过如下规定：含水率% 4040五、试验报告允许平行差值% 1.0 2.0含水率试验烘干法记录计

5、算表土样 烘土编号 盒号盒+湿土质量gm1盒+干土质量g盒的质量()水的质量 ()干土质量 ()含水率(%)平均含水率(%)备注m2m3m - mm - mww1223班级：小组：试验日期：试验者:计算者:校核者:试验二密度试验环刀法一、试验目的及用途 土的密度 r 为r = mvg / cm3式中m 土的质量， v 土样体积密度可用来计算土的其他物理指标。测定密度的方法有环刀法、蜡封法、灌水法、灌砂法等。环刀法适用于细粒土。二、试验设备及用品1、 天平：称量 500g，最小分度值 0.1g；称量 200g，最小分度值 0.01g。2、 环刀：内径为 6.18cm 或 7.98cm，高度 2c

6、m。三、试验步骤1、取原状土或人工配制的重塑土，用切土刀将上下端削平，在环刀内侧涂少许凡士林，抹匀，刀口向下，放在土样上面；2、用切土刀将土样上部削去略大于环刀的外侧局部，将环刀垂直下压，边压边削，直至环刀内土样略高出环刀，用钢丝锯沿环刀刀口锯下土样；3、用切土刀将环刀两端削平，擦净环刀外侧，称环刀与土的总质量 m ，1准确到 0.1g；4、记录环刀号码，抄写环刀质量m2，计算体积v ；该试验进展两次平行测定。四、成果整理1、计算mr =1- mv2 准确到 0.01g cm3式中： m1体积 cm3 环刀加土质量 (g) ； m2 环刀质量 (g)； v 环刀2、试样的干密度，应按下式计算：

7、r=rd1+ 0.01w3、允许误差本试验应进展两次平行测定，两次测定的差值不得大于 0.03gcm3；取算术平均值作为计算结果。五、试验报告密度试验环刀法记录计算表班级：小组：试验日期：土样编号环刀号环刀+土 质量gm1环刀质量g土的质量 ()环刀体积(cm3)密度g/cm3平均密度g/cm3备注mm - mvrr212试验者:计算者:校核者:试验三液限和塑限试验液、塑限联合测定法一、试验目的及用途黏性土最主要的物理特征是土粒与土中水相互作用产生的稠度即软硬程度。黏性土随其含水量的变化，各不同状态之间的分界含水量具有重要的意义。黏性土呈液态与塑态之间的分界含水量称为液限 w 。l黏性土呈塑态

8、与半固态之间的分界含水量称为塑限w 。p液限和塑限也是计算塑性指数 Ip= w - wlp和液性指数 Il的根本量。w - wI =pw - w=plw - wIlpp测定液限的方法有锥式液限仪法、碟式液限仪法；测定塑限的方法有滚搓法。本试验用液、塑限联合测定法同时测定液限与塑限。其工作原理是利用电磁铁吸住圆锥仪，电路掌握或手动掌握使电磁铁吸放。圆锥仪上 30角局部的入土 5 秒时间，由讯响器自动发出笛声。圆锥入土深度由圆锥仪上装有的光学分微尺通过光学系统予以放大，在屏幕上准确显示。二、试验设备及用品1、光电式液塑限联合测定仪：圆锥质量为 76 克，锥角为 30；2、天平：称量 200g，分度

9、值 0.01g；3、烘箱、枯燥器、烘土盒、调土碗等。三、试验步骤1、宜承受自然含水率试样和风干试样。当试样中含有粒径大于 0.5mm 的土粒和杂物时，应过 0.5mm 的筛；2、取筛下的代表性试样 200g，分成三份，放入不同的盛土皿中，参加不同数量的纯水，制成不同稠度的试样。试样的含水量应分别接近塑限、液限和二者的中间状态。将试样调匀，盖上湿布，潮湿过夜。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，密实地填入试样杯中，填满后刮平外表；4、将试样杯放在联合测定仪的升降座上，在圆锥尖部抹少许凡士林，接通电源使电磁铁吸住圆锥；5、调整零点，调整升降座，使圆锥尖接触试样面，接触指

10、示灯微微发亮时， 搬动吸放开关，使圆锥在自重状态下沉入试样，经 5 秒钟仪器发出笛声，测读圆锥下沉深度。6、下降升降座取出土杯，取出局部试样，不少于10g，放入烘土盒中测定其含水量。7、按上述步骤，分别测定三个试样的圆锥下沉深度和含水率。注：圆锥入土深度宜为 3-4mm，7-9mm，15-17mm四、成果整理1、含水率按下式计算，计算准确至 0.1%mw =1m2- m-2 100%m3式中： m1m2m 湿土加盒质量g 干土加盒质量g 烘土盒质量g32、以含水率为横坐标，圆锥下沉深度为纵坐标，在双对数坐标纸上绘制关系曲线，三点应在始终线上。当三点不在始终线上时，通过高含水率的点与其余两点连成

11、两条直线，在下沉深度为 2mm 处查得相应的两个含水率。当两个含水率的差值小于 2%时，应以该两点含水率的平均值与高含水率的点连始终线。当两个含水率的差值大于、等于 2%时，应重做试验。3、在含水率与圆锥下沉深度关系图上，查得下沉深度为 17mm 所对应的含水率为 17mm 液限；下沉深度为10mm 所对应的含水量为 10mm 液限；下沉深度为 2mm 所对应的含水量为塑限，取值至整数。4、塑性指数按下式计算I= w - wplp式中： I 塑性指数；pw 液限含水率%；lw 塑限含水率%p5、液性指数应按下式计算：w - wI =p= w - wplw - wIlppw土的自然含水率%；五、

12、试验报告圆锥入土深度h(mm)烘土盒号土盒质量m g3盒+湿土质量m g1盒+干土质量m g2水的质量m - m g12干土质量m - m g23含水率%平均含水率%液限 w %l塑限 w%p塑性指数 Ip土样分类液塑限联合测定法记录计算表班级：第大组第小组试验日期：2023 年月日试验者：计算着：校核者：试验四直接剪切试验一、试验目的及用途土的抗剪强度是在极限应力条件下，土的一局部相对于另一局部滑动剪切时，土体抵抗剪切破坏的力量。其数学表达式是：t = stgj + c式中：t 为土的抗剪强度；s 为土体受到的与剪切方向垂直的压力；j 为土的内摩擦角； c 为土的内聚力。c,j 称为土的抗剪

13、强度指标。这两个指标是工程设计中计算地基承载力、土压力、土坡稳定、地基稳定等不行缺少的重要参数。本试验方法适用于细粒土。二、试验设备及用品1、应变掌握式直剪仪：由剪切盒、垂直加荷部件、剪切传动部件、测力计等组成、位移两侧系统、杠杆比为 1:10。2、百分表：量程 10 mm，精度 0.01 mm。3、环刀：内径 61.8 mm，高 20 mm，内圆面积 30 cm2 。三、试验步骤1、土样制备。依据工程或试验需要，从原状土或制备成所需状态的扰动土中用环刀切取四个土样。如系原状土样，切土样的方向应与自然地层中土样的上下方向全都。2、在剪切盒内依次放入透水石和滤纸塑料片，用插销将上下盒固定，再将内

14、含土样的环刀刀口向上对准剪切盒口，在土样上放滤纸塑料片 和透水石，将土样从环刀中推入剪切盒内。上置传压板、钢球和垂直加压框架， 并使加压杠杆和加压框架接触良好。3、在量力环上安装百分表。百分表的测杆应平行于量力环受力的直径方向并位于环中间，推动百分表使表针偏转少许，紧固表座螺丝，调整百分表表盘使指针指零。4、转动手轮，使整个剪切及量力系统接触良好为止量力环中百分表指针刚刚触动。5、在土样上施加垂直荷载。按第一个土样上垂直荷载为 100 kPa(1.0 kg cm2 )，依据 1:10 的杠杆比和 30 cm2 的土样面积计算应当施加 3 kg 的荷载一个 1.5 kg 砝码，砝码盘重 1.5

15、kg 。6、拔出固定插销，以 4 转分钟0.8mmmin的剪切速度，进展剪切， 试样每产生剪切位移 0.2-0.4mm 测记测力计和位移读数，直至测力计读数消灭峰值，应连续剪切至剪切位移为 4mm 时停机，登记破坏值；当剪切过程中测力计读数无峰值时，应剪切至剪切位移为 6mm 时停机。7、快速反转手轮，卸除垂直荷载和加压框架，取出已剪损的土样，装入其次个土样。8、其次、三、四个土样分别施加 200、300、400 kPa2.0、3.0、4.0 kgcm2的垂直压力，按同样步骤进展可得到相应的最大读数 R2、 R 、 R。34直剪试验分为慢剪试验、固结快剪试验、快剪试验。三种试验方法的差异主要靠

16、剪切速度来掌握，其它根本一样，具体步骤请参考相关标准。四、成果整理1、计算土样在肯定垂直压力下的抗剪强度tit= C Rii式中：C 为量力环系数，单位 kPa0.01mm由试验室供给；Ri 为土样剪坏时的百分表最大读数，单位格0.01mm。2、绘制抗剪强度曲线以垂直压力s (kPa)为横坐标，抗剪强度t (kPa)为纵坐标，将四个实测点绘在图上，画一走向直线，即为抗剪强度曲线。要求该直线既要表示点位的变化趋势，又要尽可能地靠近各个点。3、确定抗剪强度指标抗剪强度曲线实为直线在纵轴 t 轴上的截距即为内聚力 c ，准确到 1 kPa；直线的倾角即为土的内摩擦角j ，准确到 0.1o 。五、试验

17、报告直接剪切试验记录计算表班级:第大组第小组量力环编号量力环系数 C (kPa0.01mm)试验日期: 200 年 月 日垂直压力 (kPa)100200300400iii百分表最大读数 R (0.01mm) 峰值抗剪强度 =CR (kPa)试验结果 =C =试验者:计算绘图者:校核者:抗剪强度曲线抗剪强度(kPa) 3002001000100200300400垂直压力(KPa)一、试验目的及用途试验五压缩试验土的压缩是土体在荷重作用下产生变形的过程。其变形实际上是由于土中孔隙体积的减小而引起的。土的压缩试验目的是：测定土样在完全侧限与竖向排水条件下的变形和压力或孔隙比和压力的关系曲线。并依据

18、 e - p 曲线计算出土的压缩系数和土的压缩模量等压缩性指标。土的压缩系数a1-2和压缩模量E是用来判别土的压缩性及计算根底沉降的重要参数。s二、试验设备及用品1、固结容器：由环刀、护环、透水板、水槽、加压上盖组成。1） 、环刀：内径为 61.8 mm，高 20 mm，环内面积 30 cm2 。环刀应具有肯定的刚度，内壁应保持较高的光滑度，宜涂一薄层硅脂或聚四氟乙烯。2） 透水板：氧化铝或不受腐蚀的金属材料制成，其渗透系数应大于试样的渗透系数。用固定式容器时，顶部透水板直径应小于环刀内经 0.2-0.5mm； 用浮环式容器时上下端透水板直径相等，均应小于环刀内经。2、加压设备：应能垂直地在瞬

19、间施加各级规定的压力，且没有冲击力。3、变形量测设备：量程 10 mm，最小分度值为 0.01 mm 的百分表或准确度为全量程 0.2%的位移传感器。三、试验步骤1、按密度试验方法用环刀切取土样土样由试验室供给，测其密度 r ；2、用切取土样时的余土取两份测定含水量 w ，作平行测定取其平均值；3、在压缩仪容器底座内，依次放置下护环、大透水石和定位环，将环刀连同土样刀口向下一起放在定位环内、大透水石上；然后在环刀上放置上护环，在土样上放置小透水石，加压上盖及钢珠；4、将装好土样的压缩仪容器置于加压框架下，使横梁与钢珠接触好；再装上百分表使其测杆与横梁顶部中间接触，并上下移动百分表使其测杆压入

20、8mm 左右不能顶死，紧固表座螺丝。5、将一个带有挂钩的25g 的小砝码挂在加压杠杆上土样上施加1 kPa 的压力，使各局部接触良好；轻抬杠杆然后放下几次，观看百分表读数的变化，将百分表读数比较集中的位置作为零点，调整百分表使该点为零。6、施加第一级荷载 50 kPa，即在砝码盘上放置一个 0.312kg 和一个 0.625kg 的砝码砝码盘自重 0.312kg，取下 25g 小砝码，挂上砝码盘，并开头计时。 7、在以下时间读取百分表读数：1、2、4、7、10，读数准确到1 格(0.01mm)。8、以 10时读数作为该级荷载的稳定读数 S1 ；然后重复 6、7 步骤给土样施加其次、三、四、五级

21、荷载，即压应力为 100、200、300、400kPa,记录各级荷载下的百分表稳定读数即 10时的百分表读数 S2 、S3 、S4 、S5 。9、试验完成。先卸除百分表，然后逐个卸掉砝码，抬高加压框架，移出压缩仪容器，取出土样，并将透水石等部件擦洗干净。10、压缩期间，假设加压杠杆消灭较明显倾斜，可调整手轮，使杠杆平衡。四、成果整理、按下式计算初始孔隙比e0e= ds r0(1+ w) -1wr式中：ds为固体颗粒比重或称土粒相对密度；r为为水的密度，一般取r= 1tm3 ；www 为为试验前所测的土样含水量；r 为试验前所测的土样湿密度；2、按下式计算土样在各级压力pi；eis(kPa)作用

22、下，土样变形稳定时的孔隙比e = e -i (1+ e )式中：i0h00e 初始孔隙比；0s 在某一级压力 pii作用下，土样变形稳定时的百分表读数格，0.01mm；h 试验前土样初始高度，这里应取 2023 单位0.01mm;03、以压力 p 为横坐标，孔隙比e 为纵坐标，绘制该土样的压缩曲线 e - p 曲线。4、计算 p1=100 kPa， p2=200kPa 时的压缩系数a1-2和压缩模量Es1-2a= 1000 e - e12(MPa -1 )E1 + e=1(MPa)1-2五、试验报告 附后。p- p21s1-2a1-2快速压缩试验记录计算表班级:第大组 第小组试验日期: 200

23、 年 月 日土粒比重ds土样初始i高度 h 0压力(kPa)50100200300400湿土质量 g湿土密度0初始孔隙比e环刀面积含水量时间 (分)w12百分表读数 s(0.01mm)4edsw (1+w)0 =- 17=-)0eesi0hi0(1+e10压缩系数 -e e=1-2 (1+e )s /h0i01 2 -1000 (MPa )e =e -上项21i0压缩模量1 + e1Es1-2 =1-2(MPa)- =E- =1 2s 1 2试验者:计算绘图者:校核者:压缩曲线e盒号盒重盒 +湿土重盒 + 干土重含水量平均 含水量环刀编号环刀质量环刀 + 湿土质量0100200300400垂直压力(KPa)