土力学实验指导书

土力学实验指导书

土木工程

2018年

目录

实验一土的含水量实验

实验二土的容重和干密度实验<环刀法）

实验三 A、液限、塑限实验<用光电式液塑限测定仪法）

B、塑限实验<搓条法）

实验四土的抗剪强度实验

实验五土的固结实验

实验六土的渗透实验

实验一土的含水量实验

一、目的

本实验之目的在于测定土的含水量，借与其它实验配合计算土的干密度，孔隙比及饱和度等；

并查表确定地基土的承载力。

b5E2RGbCAP

二、解释

含水量为土在105℃~110℃

下烘至恒重时所失去水分的质量

和到达恒值后干土质量的比值，

用百分数表示<本实验方法适用于有机物的含量不超过干土质量的5%的土，如有机物含量在5~10%之间的土，仍采用本方法时，应在记录中注明）。p1EanqFDPw

三、仪器设备

<1）有盖的称量盒数只；

<2）天平、感量0.01克；

<3）烘箱<温度105℃~110℃）；

<4）有干燥剂<）干燥器。

四、操作步骤

<1）选取具有代表性的土样15~20克<砂性土、有机质土为50克），放入称量盒内，盖好盒盖，称盒加湿土质量。DXDiTa9E3d <2）打开盒盖、放入烘箱，在温度105℃~110℃下烘干至恒值,烘的时间一般为：对砂性土不得少于6小时,对粘性土不得少于8小时.RTCrpUDGiT

<3）将烘好的试样同称量盒一并放入干燥器内，让其冷却至室

温。

<4）从干燥器内取出试样，称盒加干土质量。

<5）本实验称量应准确至0.01克以上，同一实验进行两次平行

测定，取其算术平均值。

<6）按下列公式计算含水量

×100 %

式中：——为含水量，用%；

W1——称量盒加湿土质量，克；

W2——称量盒加干土质量，克；

W——称量盒质量，克。

本实验须进行2两次平行测定，其平行误差规定为：

<1）当含水量小于40%时，允许平行误差1%；

<2）当含水量等于或大于40%，允许平行误差2%。

五、注意事项

<1）使用称量盒前，应先检查盒盖和盒底号码是否一致，发现不一致时应另换相符者进行称量。

<2）使用天平时不准用手拿砝码，记重量时不要忘读某一砝码，也不要将砝码的质量读错。1克=1000毫克。5PCzVD7HxA <3）烘干土从烘箱内取出时，切勿外露在空气中，以免干土吸收水蒸气。

附：快速含水量实验法<酒精燃烧法）

<1）选取具有代表性实验土样若干克<粘土5~10克，砂土20~30克），放入称量盒内，称盒加湿土质量。jLBHrnAILg <2）用滴管将浓度为95%以上的酒精注入称量盒内，直至盒中呈现自由液面为止，使酒精渗透试样。

<3）点燃酒精，烧至火焰灭。

<4）将试样冷却一分钟左右，重新注入酒精，再重复烧两次。

<5）称盒加干土质量。

<6）按前面含水量计算公式计算含水量。

<7）注意事项

①采用滴管加酒精于称量盒，酒精使用后应随时加盖，并使远离燃烧的称量盒。

②燃烧的称量盒应放在瓷盘内，以免烧坏木板及桌面。

③第二次加酒精于土中时，应等火焰完全熄灭后进行，切勿用酒精瓶倒入，以免火焰燃及瓶内酒精，发生爆炸危险。xHAQX74J0X 实验二土的容重和干密度实验

一、目的

本实验目的在于测定土的重度，借与其它实验配合以计算土的干重度，孔隙比及饱和度。

二、解释

土的重度是土单位体积的重量<包括颗粒及水的重量），用符号表示，其单位以计，即

式中：——土的密度，, ——重力加速度<）。

三、仪器设备

<1）环刀：内径6~8，高1.5~2；

<2）天平：感量0.01克；

<3）其它：修土刀、钢丝锯、玻璃板、凡士林等。

四、操作步骤

<1）削平土样两端，在环刀内壁涂一薄层凡士林。

<2）将环刀装入压土器，刀口向下，放在土样上。

<3）用修土刀<或钢丝锯）将土样削成略大于环刀直径上小下大的土柱，然后用压土器把环刀垂直压下，边压边削，直至土样顶部伸出环刀约1左右时为止。LDAYtRyKfE

<4）削去两端余土，并修平土样。

<5）擦净环刀外壁余土，称环刀及土质量，精确到0.1克。

<6）本实验须进行两次平行测定，取其平均值。

<7）按下式进行计算：

式中：——环刀加土质量，

——环刀质量，

——环刀体积，

两次测定的平行误差不大于0.03g/cm3，才能取其平均值，并计算至0.01g/cm3.结合含水量的测定计算干密度：Zzz6ZB2Ltk

实验三土的液限、塑限实验

一、目的

本实验的目的是测定粘性土的液限和塑限，从而算出塑性指数及液性指数，借以分类及确定土在天然状况下的状态，以备工程之用。dvzfvkwMI1

根据天然含水量与液限和塑限的比较，可以判断土属于哪种状

态，并借此可查《建筑地基基础设计规

范》，确定地基土的承载力。rqyn14ZNXI

液限<又叫流限）它只对粘性土有意

义。粘性土由于含水量的不同，它可处于

不同的状态。液限相当于粘性土从液态转

变到塑态的界限含水量。当粘性土的天然

含水量大于液限时，土处于液态，反之处

于塑态或固态。EmxvxOtOco

一、实验设备

1、光电式液、塑限测定仪一副；

2、调土刀一把；

3、称量盒几个；

4、分析天平一台<感量0.01克）；

5、玻璃片、滴管、蒸馏水、凡士林、酒精等；

6、电烘箱。

二、光电式液塑限仪用途原理及仪器结构

本仪器用以联合测定粒径＜0.5粘性土的液限和塑限，即当粘性土在可塑状态下的最大含水量和最小含水量。仪器采用电磁铁吸住圆锥仪，自动或手动控制磁铁吸放圆锥仪上30°角的入土5秒时间，由讯响器自动发出蜂鸣，入土深度则由圆锥仪上装有的光学微分尺通过光学系统放大后，在屏幕上精确显示。SixE2yXPq5仪器主要分三部分：见图3主机示意图。

三、使用与操作步骤

1、实验前将要求液限的土<天然含水量的或风干后的均可）过筛孔为0.5直径的筛子。

2、取土样若干置于调土杯内，加蒸

馏水，用调土刀反复拌合均匀，水量不

宜过多或过少，以达到接近液限为度<

拌合后的土样应放置24小时后再实

验，但实验课限于时间，拌合后即可进

行实验）。6ewMyirQFL

3、用调土刀将调拌均匀的土样少许

装于钢杯内，用调土刀将土样压实，以

排除气泡；再装入少许，继续压实。如

此分层装压土样至高出杯面，再将土样

齐杯顶刮平。刮平时以一次刮平为宜，不得用刀在土面上反复涂抹。kavU42VRUs

4、将钢杯放在液限仪的座上，涂凡士林一层于液限仪锥体尖处<必须很薄，为此可在涂完凡士林后，用手指擦抹圆锥体一次，使留下一薄层）y6v3ALoS89

5、调节底脚螺钉，使水准器水泡居中，接通电源；

6、将仪器后部开关打开，仪器前部电源灯亮，按下"吸/放"键，使"吸/放"指示灯亮；

7、放入圆锥仪，使磁铁吸牢圆锥仪。应注意锥体玻璃片上有微分尺，通过光学系统放大后显示在屏幕上。按下"吸/放"键，电磁线圈通电后吸住锥体，投影屏上可清晰地看到放大后的微分尺，每一小格代表0.1，量程是0~23<若圆锥仪有晃动，则说明

未吸好，应重新吸好）；M2ub6vSTnP

8、转动微调旋纽，使投影屏零线与微分尺零线重合；

9、选择圆锥仪落下方式。若选择手动落下方式，则按下"手/自"键，使"手/自"指示灯灭，选择自动落下则相反；0YujCfmUCw

10、在"手动"状态下，放好调好土样的盛土杯，转动平台升降旋纽，使盛土杯上升，当土样与锥尖接触时，蜂鸣器发出一声讯响，此时停止工作台上升，按下"吸/放"键，电磁线圈失电，此时圆锥仪下落，仪器自动计时，5秒钟发出讯响，此时立即在投影屏上读出圆锥仪入土深度；eUts8ZQVRd

11、若"手/自"灯亮时，当土样与锥尖一接触，电磁线圈失电，此时圆锥仪自动下落，并开始计时，5秒后发出讯响，立即读数，数据即为锥体入土的深度；sQsAEJkW5T

12、如锥体在5秒钟入土深度为10时，表示土的含水量恰达液限，5秒钟入土深度为2时，土的含水量恰达塑限，若入土深度不足2，表明含水量小于塑限，需重新加水搅拌。若下沉

大于2时，表明含水量已超过塑限；GMsIasNXkA

12、转动平台升降旋纽，使盛土杯下降，取下圆锥仪与盛土杯；

13、按下"吸/放"键，使"吸/放"指示灯亮；

14、本实验须进行两次平行测定<即再按步骤重作一次），两次测定的平均值，即为土的液限。这两次测的数值可能不同，但相差不得超过2%。TIrRGchYzg

注：用酒精燃烧法烘干

四、注意事项

1、实验时不得在土样下垫绝缘物，各键应轻按，以免损伤各键；

2、周围不得有强磁场及强风；

3、"使用与操作"部分出现异常情况，按一下"复位"键，使仪器程序恢复正常，然后继续操作；

4、微分尺、光学元件如有污点，可用脱脂棉沾无水乙醇或乙醚擦拭；

5、注意保护锥尖，不得随意改变圆锥仪平衡环形状；

6、实验完后，要清擦锥尖、仪器面板等，应使整个仪器及用具保持清洁，并注意清查仪器附件及用具是否丢失。

项

别 符号

盒号 号 盒+湿土

质 量 盒+干土 质 量 盒质量 水质量 土质量 含水量 平均值

备注

<%） <%）

液

限

塑

限 塑性指数I L

液性指数I p 土分类名称 状 态 天然含水量w

仪器附件有：

<1）圆锥仪1套；<2）盛土杯2只；<3）环刀2只, <4）光源灯泡1只；

<5）垫板3块；<6）锥尖1只。

五、按下式进行计算

式中：

——液限<或塑限）<%），——称量盒加湿土

质量<） ——称量盒加干土质量<），——称量盒质量<）

试 验 表

7EqZcWLZNX 五、另外的方法

1、数据采集实验时可分别测定在多个不同含水量时锥体在5秒钟内的入土深度，将所得数据在双对数坐标纸上<以含水量为横坐标，圆锥下沉深度为纵坐标）作相应的曲线，在曲线上分别确定

锥体在5秒钟内的入土深度为10对应的含水量即为10液

限，入土深度为17对应的含水量即为17液限，入土深度为

2对应的含水量即为塑限。lzq7IGf02E

2、搓条法测土的塑限

<1）毛玻璃板一块；

<2）直径3的钢丝一段<或卡尺一个）；

<3）称量盒几个；

<4）分析天平一台<感量0.01克）；

<5）调土杯、调土刀、滴管、蒸馏水等；

<6）电烘箱<或用酒精燃烧法）

操作步骤：

<1）实验前将土风干并通过直径0.5筛孔的筛。

<2）将过筛土样放入调土杯内，加蒸馏水调成不粘手的泥块，将泥块放在毛玻璃板上压成厚约6的土饼。

<3）用调土刀将土饼切成约6mm宽的土条，用手滚搓，常用3粗的铜丝进行比较。如土条搓至直径为3时，尚未出现裂

纹，即表明含水量高于塑限，应将土条捏成一团再搓；若土条还未搓到直径为3时而出现裂纹或断裂，即表明含水量小于塑限，

应加水调匀再搓。zvpgeqJ1hk

<4）如上反复滚搓，使土条正好搓至3直径，出现裂缝并开始断裂为止，这时土条的含水量即为要求的塑限含水量。NrpoJac3v1

<5）收集断裂的土条五六条以上<质量约3~5克）装入称量盒内，测定含水量。

<6）重复<3）、<4）步骤，再做一次实验。两次测定数值之差对粉质粘土不应大于2%，对粉土不应大于1%。1nowfTG4KI <7）算出塑性指数，并按《建筑地基基础设计规范》定出土的名称，即粘性土，粉质土。

注意事项：

<1）塑限实验必须耐心细致地操作才能做好。大致搓到4左右出现少许裂缝时方可继续搓成，否则即为过湿或过干，应重搓<过干时应加水）。fjnFLDa5Zo

<2）在搓土条时，土条长度不应超过手掌宽度。过长宜分两段进行。

<3）进行搓条时宜稍加压力,但用力过大,土条成中空状态，这时应弃去重搓。

实验四土的抗剪强度实验

一、目的

本实验的目的在于测定土的内摩擦角及内聚力，以供计算承载力、评价地基稳定性及计算土侧压力等用。

二、土的抗剪强度

土的抗剪强度是指土体抵抗剪切破坏的极限能力，土内某一面上的抗剪强度就是抵抗该面两侧土体发生滑动的最大阻力，这阻力由土的内摩擦力和内聚力所组成，可近似地用库仑公式表示如下：tfnNhnE6e5

粘土性 (>

砂土 (>

式中——土的抗剪强度 <）

——剪切面上土所承受的垂直压力，——土的内摩擦角<

度）

c——土的内聚力 <）

测定土的抗剪强度实验设备可分成两类：一类是具有能控制剪切面的仪器、其中广泛应用的是单剪切面应变控制式直接剪切仪和应力控制式直接剪切仪；另一类是三轴剪切仪。HbmVN777sL 就土样剪切过程中孔隙水变化情况的不同，采用直剪仪的实验方法有：

<1）慢剪法加垂直压力使土样压缩达到稳定，然后以小于0.02 mm／min的剪切速度慢慢施加水平剪力，固结渗出的水能及时排出。V7l4jRB8Hs

<2）快剪法加垂直压力后，以0.8mm／min的剪切速度迅速施加剪力，在3~5分钟内剪断为止，整个实验过程中土样的含水量基本保持不变。83lcPA59W9

<3）固结快剪先加垂直压力使土样完全固结，然后迅速施加剪力至剪断为止，在剪切过程中土样的含水量基本保持不变。mZkklkzaaP

选定剪切方法时，应尽量与土在工程中的情况相符。

本实验采用应变控制式直接剪切仪作固结快剪。

三、设备及仪器

1、ZJ-2型等应变直剪仪主要部分为:<1）剪切推动座部分；<2）剪切盒部分；<3）测力环部分；<4）竖向加荷部分.主要技术指标如表：AVktR43bpw

表 ZJ-型直剪仪主要技术指标

压力级别对应砝码重

量

30

0.2

高

2、百分表<精度0.01mm）两只；

3、停表一只。

四、仪器操作说明

1、仪器试用前，先校准杠杆水平<调节件16平衡锤），杠杆水平时，杠杆下沿应平齐立柱件<14）的中间红线。ORjBnOwcEd

2、将限位板10钢珠在导轨上放好，放上件18滑动框，按土工实验要求，放入土样，透水石，盖上传压板，放好钢珠<12），调节件5传压螺钉与钢珠接触，使杠杆下沿抬至立柱的上红线左右<若试样未经预压，可略抬高些），杠杆下沿处于上下红线之间，出力都有在精度范围内。2MiJTy0dTT

3、调整量力环、百分表对零。若需测下沉量，则安装垂直百分表、并对零。

4、按实验需施加垂直载荷，吊盘为一级荷重<50）重复实

验或连续实验中，无需每次将砝码、吊盘取下，加荷时可左旋手轮乙，使支起的杠杆慢慢放下，卸荷时右旋手轮乙，使传压螺钉脱离钢珠，容器部件能自由取放为止。gIiSpiue7A

5、待土样达到固结要求时，拧出螺丝插销，以均匀速率转动手轮甲，进行剪切，若量力环中的百分表指针不再前进，或有显著后退，表示土样已剪坏，记下所需数据。uEh0U1Yfmh

6、退回时，反方向旋转手轮甲，推动座上附有插销，以便每次实验结束后，拔出插销，手旋推进杆，可快速退至原位。IAg9qLsgBX

7、卸荷

8、实验结束后，应注意：<1）将砝码、吊盘取下，以保护刀口。<2）应将仪器全部擦拭干净，金属表面涂薄油脂，以防锈蚀，还要定期打开面板，在齿面、回转等处加适量黄油。WwghWvVhPE

五、实验步骤

<1）量取<或抄录）剪切面积，放好下盒中的透水石，再放好上盒，插上销钉。

<2）用切土器细心地切取原状土，并用小刀将土样两面修平，然后移置到剪切盒上，并对齐盒凹口，将另一块透水石放在土样上面，用手指均匀地推透水石使和土样一并压入剪力盒中。asfpsfpi4k

如系砂土，则用漏斗直接倒入盒中，厚约2~3cm，并用锤轻轻击至一定的孔隙比。再在砂面上放好透水石，每次装砂量应大致相等。ooeyYZTjj1

<3）将竖向加压横框置于活塞的钢球上，按规定的垂直应力用砝码加荷。

<4）准备好纪录纸和停表，拔去剪力盒销钉，剪切开始，转动手轮，快剪法控制每10秒钟转动一转，并在每10秒末读记百分表读数。手轮每转一转轴的进程为0.2mm。连续转动手轮，直到土样剪断为，快剪法全部剪切过程在3~5分钟内完成。BkeGuInkxI <5）取出土样，由<2）开始再作一次，取其平均值。

六、计算原理

借助应力钢环的变形，应用下式计算土的抗剪强度：

——剪应力，

——应力钢环的变形系数，即应力钢环直径缩短0.01时,

相应的在剪力盒中沿土样剪切面上的剪应力值

——剪切过程中应力钢环中百分表的变形值，取全部剪切过

程中应力钢环百分表的最大变形值，即与该垂直荷重下的抗剪强度

相对应。PgdO0sRlMo

七、记录及报告

按报告纸上表格填入记录数字。将以各种不同的垂直压力

<50、100、200、300）所得之结果汇总，以为横坐标，

及以各相应的剪切强度为纵坐标，绘出剪切强度曲线<图4）。由此即可求得内摩擦角和内聚力c。3cdXwckm15

八、注意事项

<1）计算需要施加的垂直荷重。

<2）百分表应装置稳固，并且有足够的伸缩余地。

<3）试样在每小时的压缩量不超过0.005时,视为稳定。 <4）剪切过程中应均匀旋转，不得有间断。

<5）剪切过程中不应使土样受振动。

<6）如系测定饱和土的抗剪强度，可先将土样在饱和容器中饱和，然后放入剪力盒内，再以水浸没，即可进行实验。h8c52WOngM <7）在剪切过程中，当发现应力钢环中百分表的读数不再变化或剪切位移达5mm 时，则认为土样已被剪断，对于紧砂或粘性土，还可以见到应力钢环中百分表读数有回落现象，此时说明土样已被剪断。v4bdyGious <8）拿下剪力盒时，应注意不要使盒下的钢球脱落。

<9）每种土应在3~5个不同的垂直压力下进行剪切，以绘制剪

切图。在绘制曲线时，如果发现个别和其它点不在一条直线上，应去掉此点，而将其它各点连成直线。J0bm4qMpJ9垂直压应力

抗剪强度与垂直压力的关系曲线

实验五土的固结实验

一、实验目的

本实验用于测定土的压缩性指标，主要包括土的压缩系数、压缩指数Cc及固结系数Cv等，为估算建筑物沉降量及历经不同时间的固结度提供必备的计算参数。本次实验采用非饱和粘性土。XVauA9grYP

二、仪器设备

使用单向固结仪，试样面积30 cm或50 cm，高2 cm，使用杠杆加荷装置。

三、实验步骤

图 4

1、将用环刀切取的试样连同环刀装人固结容器中，置于压力框架下正中位置，施加1 kPa 的接触压力，调整百分表指针读数为零。bR9C6TJscw 3、一般按0 kPa,12.5 kPa,25 kPa,50 kPa,100 kPa,200 kPa,400 kPa,800 kPa,1 600 kPa,3 200 kPa 逐级加荷与读数，最终级荷重应大于计算压力<即P0＋DP ）100～200 kPa 。慢速法固结稳定标准的时间为24 h 。如用常规快速法，间隔1或2 h 逐级加荷并读数，并加测最后级荷重下24 h 的稳定读数。pN9LBDdtrd 四、实验数据的整理与分析

1、 计算初始孔隙比

2、 计算各级压力下，压缩稳定时的孔隙比：

3、计算某一压力范围内的压缩系数<

），压缩模量

以上个式中的为土粒的相对密度

<），可在实验室采用

“比重瓶法”测定，其值变化幅度不大，若为粉质黏土，可取

2.73,若为黏性土,可取2.75计算.为试样的初始密度

值用前几个实验的相应数据代入后计算。为某级压力值

4、以压力p<或lg p）为横坐标，孔隙比e为纵坐标，绘制e-p曲线<或e-lg p曲线）。

固结实验中，量表测得的总变量，并非试样的实际变形量，其中包括仪器变形量。在成果计算时，宜以试样的实际变形量计算，即：实际变形量＝实测变形量－仪器变形量。仪器变形的校正如下：QF81D7bvUA

1．以钢块代替土试样，按固结实验步骤装入容器内．间隔10 min逐级加荷至最大何重后、再以10 min间隔逐级卸荷，至荷重卸完为止。测得各荷重下加荷与卸荷的变形读数。4B7a9QFw9h 2．拆除容器，重新安装，再按上述步骤进行测试，取2～3次平均值作为各级荷重下的仪器变形量，平行实验差值不得超过

0.01 mm。ix6iFA8xoX

3．绘制仪器变形量与压力的校正曲线。

六、问题思考

若要测量压缩指数Cc和固结系数Cv应按什么方法确定？

实验六土的渗透实验

渗透系数k是综合反映土体渗透能力的一个指标，其数值的正确确定对渗透计算有着非常重要的意义。影响渗透系数大小的因素很多，主要取决于土体颗粒的形状、大小、不均匀系数和水的

粘滞性等，要建立计算渗透系数k的精确理论公式比较困难，通常可通过实验方法或经验估算法来确定k值。 wt6qbkCyDE

实验室测定法实验室测定渗透系数k值的方法称为室内渗透实验，根据所用实验装置的差异又分为常水头实验和变水头实验。本次采用常水头实验法。Kp5zH46zRk

常水头实验的仪器设备可参见图。实验时将高度为l，横截面积为A的土试样装入垂直放置的圆筒中，从土样的上端注入与现场温度完全相同的水，并用溢水口使水头保持不变。土样在不变的水头差△h作用下产生渗流，当渗流达到稳定后,量得时间t内流经试样的水量为Q，而土样渗流流量q=Q/t，根据式下可求得Yl4HdOAA61

常水头实验适用于透水性较大10-3cm/s）的土，应用粒组

范围大致为细砂到中等卵石,实验装置示意图:ch4PJx4BlI

数据记录：

回答问题：影响结果的主要因素都有那些？

申明：

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