土力学试验教学指导书

土力学试验教学指导书 -CAL-FENGHAI-(2020YEAR-YICAI)_JINGBIAN

《土力学》

学生实验指导书

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土木工程防灾减灾实验教学示范中心

试验一界限含水率试验

1.实验目的和要求

界限含水率试验的目的是测定土的液限、塑限，对黏性土进行工程分类，判断土的状态，供设计施工使用。本实验要求学生掌握液塑限联合测定仪的使用方法，并使用该仪器进行圆锥下沉深度的测试。能应用双对数坐标系采用作图的方法处理实验数据。

2.实验原理

对于同一种黏性土，土粒与土中水相互作用很显著，含水率的变化会产生力学性质的变化。黏性土随着土中含水率的不同，处于不同的状态。1911年瑞典科学家阿太堡（Atterberg）将土从液态过渡到固态的过程分为流动状态、可塑状态、半固态、固态，并规定了各个界限含水率，称为阿太堡限度，分别为液限、塑限和缩限。

w表示；土由可塑状土由可塑状态转为流动状态的界限含水率称为液限，用符号

L

w表示；土由半固态不断蒸发水分，则态转为半固态的界限含水率称为塑限，用符号

p

体积逐渐缩小，直到体积不再收缩时，对应的界限含水率称为缩限，即土由半固态转

w表示，低于缩限的土样含水率的减少不会引起土体积为固态的界限含水率，用符号

s

的缩小。

所谓可塑状态，是指黏性土在某个含水率范围内，可用外力塑成任何形状而不产生裂纹，并且当外力移去后，仍能保持既得的形状，土的这种性能称为可塑性。液限和塑限为可塑状态的上限、下限含水率。

土的界限含水率决定于土的散布程度、颗粒形状、矿物成分以及填充于土的孔隙中的盐类成分和浓度，与土的生成条件有密切关系。

界限含水率均用百分数表示，习惯上不带%符号。

3.仪器设备

1）电子天平：称量1000g，感量0.01g；

2）烘箱：电热烘箱或温度能保持105℃～110℃的其他能源的烘箱

3）液、塑限联合测定仪：光电式

4）试杯：内径为40mm，高度30mm

5）其他：筛(孔径0.5 mm)、调土刀、调土皿、毛玻璃板、称量盒、研钵(附带橡皮头的研杵或橡皮板、木棒)干燥器、吸管、蒸馏水等。

4.实验方法和操作

4.1 土的含水率测定

土的含水率是试样在105℃～110℃下烘至恒重时所失去的水质量和干土质量的比值，用百分比表示。含水率是土的基本物理性质指标之一，它是计算土的干重度、孔隙比、饱和度等必要指标，也是检测土工构筑物施工质量的重要指标。

目前国内外测定含水率的方法有多种。但能确保质量，操作简便又能符合含水率定义的试验方法仍以烘干法为主。该方法是室内试验的标准方法，适用于有机质含量不超过干质量5%的土。

采用烘干法测定土样含水率的步骤如下：

1）称空的称量盒质量0m 精确至0.01g ；

2）取具有代表性试样，粘性土为15～20g ，砂性土、有机土为50g ，放入称量盒内，盖上盒盖，称盒加湿土质量1m ，精确至0.01g 。

3）打开盒盖，将铝盒置入烘箱内，在105℃～110℃的恒温下烘干 。烘干时间对粘性土不得少于8h ，对于砂性土不得少于6h 。对于含有机质超过5%的土，应将温度控制在65～70℃的恒温下烘干。

4）将称量盒从烘箱中取出，盖上盒盖，放入干燥器内冷却至室温，称盒加干土质量2m ，精确至 0.01g 。

5）计算含水率： %100)(%1000

221⨯--=⨯=m m m m m m w d w （1-1） 式中：

w ——土的含水量 （％）； w m ——水的质量（g ）； d m ――干土样的质量（g ）。

1m ——湿试样+盒质量（g ）；2m ——干试样+盒质量（g ）；0m ——空盒的质量（g ）

6）每份土样需进行两次平行测定，取其算术平均值作为该土样的含水率测定值。两次测定的差值不得大于下列数值：当含水率小于10%时为0.5%，当含水率大于10%小于或等于40%时为1%；当含水率大于40%时为2%。

4.2圆锥法测液限

1）土样制备：原则上采用具天然含水率的土样进行测定，当土样含水率较小或因土样中含较多大于0.5mm的颗粒或较多的杂物时，可将土样风干研磨过0.5mm筛的土加蒸馏水调成均匀膏状，用玻璃板覆盖或放在盛水的干湿器中静止一昼夜，使水分浸透土样。

2）将土样用调土刀充分调拌均匀后，分层装入试样杯中，并注意土中不能留有空隙，装满试杯后刮去余土使土样与杯口齐平，并将试样放在底座上。

3）将圆锥仪擦拭干净，并在锥尖上抹一薄层凡士林，两指捏住圆锥仪手柄，保持锥体垂直，当圆锥仪锥尖与试样表面正好接触时，轻轻松手让锥体自由沉入土中。放锥时要平稳,避免冲击。

4）观察平衡锥下沉，放锥后约经5s，锥体入土深度恰好在10mm的圆锥环状刻度线处，此时土的含水率即为液限。

5）若锥体入土深度超过或小于10mm时，表示试样的含水率高于或低于液限，应该用小刀挖去粘有凡士林的土，然后将试样全部取出，放在橡皮板或毛玻璃板上，根据试样的干、湿情况，适当加纯水或边调边风干重新拌和，然后重复试验。直到椎体入土深度恰好为10mm为止。

6）取出锥体，用小刀挖去粘有凡士林的土，然后取锥孔附近土样约10~15g，放入称量盒内，测定其含水率，此时测出的含水率即为液限。

4.3 搓条法测塑限

塑限是区分粘性土可塑状态与半固体状态的界限含水率，测定土的塑限的试验方法主要是滚搓法。滚搓法塑限试验就是用手在毛玻璃板上滚搓土条，当土条直径达

3mm时产生裂缝并断裂，此时试样的含水率即为塑限。

1）制备土样。取代表性天然含水率试样或过0.5mm筛的代表性风干试样100g，放在盛土皿中加纯水拌匀，盖上湿布，静置24小时，使水分浸透。

2）捏揉土样。将制备好的试样在手中揉捏至不粘手，然后将试样捏扁，若出现裂缝，则表示其含水率已接近塑限。

3）用手搓条。取接近塑限含水率的试样8~10g，先用手捏成手指大小的土团（椭圆形或球形），然后再放在毛玻璃上用手掌轻轻滚搓，滚搓时应以手掌均匀施压于土