8土工试验与原理2016(固结)
土工试验教案
土工试验教案一、教学目标1、让学生了解土工试验的重要性和应用领域。
2、使学生掌握常见土工试验的基本原理、操作方法和数据处理。
3、培养学生的实验操作技能和严谨的科学态度。
二、教学重难点1、重点（1）土的物理性质试验，如密度、含水率、比重等的测定方法。
（2）土的力学性质试验，如固结试验、直剪试验的原理和操作。
2、难点（1）试验数据的准确测量和误差分析。
（2）根据试验结果对土的工程性质进行评价和分析。
三、教学方法1、课堂讲授：讲解土工试验的基本概念、原理和方法。
2、实验演示：教师现场演示关键试验步骤，让学生直观了解操作过程。
3、学生实践：学生分组进行试验操作，教师巡视指导，及时纠正错误。
4、数据分析与讨论：引导学生对试验数据进行分析和讨论，培养其解决问题的能力。
四、教学过程1、课程导入（约 15 分钟）通过实际工程案例，如建筑物地基沉降、道路边坡失稳等，引出土工试验在工程中的重要性。
提问学生对土的性质的初步认识，激发学生的学习兴趣。
2、土的物理性质试验（约 60 分钟）（1）密度试验讲解密度试验的目的和原理，介绍环刀法和灌砂法两种常用的测试方法。
演示环刀法的操作步骤，包括取环刀、削平土样、称重等。
学生分组进行环刀法密度试验，记录数据。
（2）含水率试验解释含水率的定义和意义，介绍烘干法测定含水率的过程。
展示烘干设备，强调烘干温度和时间的控制。
学生进行烘干法含水率试验，并计算含水率。
（3）比重试验阐述比重的概念和测定比重的常用方法，如比重瓶法。
演示比重瓶法的操作要点，如排气、称重等。
学生分组完成比重试验，处理数据得到土的比重。
3、土的力学性质试验（约 90 分钟）（1）固结试验讲解固结试验的原理和用途，即研究土在压力作用下的压缩特性。
介绍固结仪的结构和使用方法，演示装样、加载等操作步骤。
学生分组进行固结试验，观察土样在各级压力下的变形，记录数据。
（2）直剪试验说明直剪试验的目的是测定土的抗剪强度。
介绍直剪仪的工作原理和操作流程，演示如何施加垂直压力和水平剪力。
土工试验工作总结
土工试验工作总结
土工试验工作是土木工程中非常重要的一部分，它可以帮助工程师们了解土壤的物理和力学性质，为工程设计和施工提供重要的依据。
在进行土工试验工作时，需要严格按照标准操作程序进行，以确保获得准确可靠的试验数据。
在进行土工试验工作时，首先需要对采集的土样进行初步的物理性质测试，包括颗粒分析、含水量测试、密度测试等。
这些测试可以帮助工程师们了解土壤的成分和结构特点，为后续的力学性质测试提供基础数据。
力学性质测试是土工试验工作中的重点内容，包括压缩试验、剪切试验、抗拉试验等。
这些试验可以帮助工程师们了解土壤的承载能力、变形特性和抗剪强度，为工程设计提供重要参考。
在进行土工试验工作时，需要严格遵守安全操作规程，确保试验过程中不发生任何意外。
同时，还需要保证试验设备的准确性和可靠性，以确保获得的试验数据具有可信度。
土工试验工作的总结不仅包括试验数据的处理和分析，还需要对试验过程中遇到的问题和困难进行总结和反思，以便在今后的工作中能够更加高效地开展土工试验工作。
总之，土工试验工作是土木工程中不可或缺的一部分，它可以为工程设计和施工提供重要的依据。
通过严格的试验操作、准确的数据处理和深入的总结反思，我们可以不断提高土工试验工作的质量和效率，为工程建设贡献自己的力量。
《土力学》土的固结压缩试验
《土力学》土的固结压缩试验一、试验目的测定试样在侧限与轴向排水条件下的压缩变形△h和荷载P的关系，以便计算土的单位沉降量S1、压缩系数a v和压缩模量E s等。
二、试验原理土的压缩性主要是由于孔隙体积减少而引起的。
在饱和土中，水具有流动性，在外力作用下沿着土中孔隙排出，从而引起土体积减少而发生压缩，试验时由于金属环刀及刚性护环所限，土样在压力作用下只能在竖向产生压缩，而不可能产生侧向变形，故称为侧限压缩。
固结试验通常只用于粘性土，由于砂土的固结性较小，且压缩过程需时也很短，故一般不在实验室里进行砂土的固结试验。
固结试验可根据工程要求用原状土或制备成所需要状态的扰动土。
可采用常速法或快速法。
本实验主要采用非饱和的扰动土样，并按常速法步骤进行，但为了能在实验课的规定时间内完成实验，所以要缩短加荷间隔时间（具体时间间隔由实验室决定）。
三、仪器设备1．固结仪：如图4所示。
2．量表：量程10mm，最小分度0.01mm。
3．其它：刮土刀、电子天平、秒表、称量盒等。
四、操作步骤1. 根据工程需要，切取原状土样或由实验室提供制备好的扰动土样一块。
2. 用固结环刀（内径61.8或79.8毫米，高20毫米）按密度试验方法切取试样，并取土留作测含水率。
如系原状土样，切土的方向与自然地层中的上下方向一致。
然后称环刀和试样总质量，扣除环刀质量后即得湿试样质量，计算出土的密度（ρ）。
3. 用切取试样时修下的土测定含水率（ω），平行测定，取算术平均值。
4. 在固结仪容器底座内，顺次放上一块较大的洁净而湿润的透水石和滤纸各一，将切取的试样连同环刀一起（环刀刀口向下）放在透水石和滤纸上，再在试样上按图依次放上护环以及试样面积相同的洁净而湿润的滤纸和透水石各一，加上传压板和钢珠。
安装好后待用。
5.检查加压设备是否灵敏，将手轮顺时针方向旋转，使升降杆上升至顶点，再逆时针方向旋转3～5转。
转动杠杆上的平衡锤使杠杆上的水准器对中（即杠杆取于水平）。
固结试验
固结试验一、试验目的测定试样在完全侧限与轴向排水条件下，变形和压力的关系或孔隙比与压力关系，变形和时间的关系，以便计算土的压缩系数、压缩指数、压缩模量等。
二、试验原理土在外荷载作用下，水和空气逐渐被挤出，土骨架颗粒之间相互挤密，封闭气体的体积缩小，从而引起土的固结变形。
三、试验方法1.快速固结法：规定试样在各级压力下的固结时间为1小时，仅在最后一级压力下除测记1小时的量表读数外，还应测读达压缩稳定时的量表读数，一般为24小时。
2.标准固结法：各级荷载以24小时为稳定标准，按照规定时间：6s、15s、1min、2min15s、4min、6min15s、9min、12 min 15s…….24h，至稳定为止。
读数计算沉降量。
四、仪器设备①三联固结仪；②环刀（高=2cm，面积=30cm2）、刮土刀、天平、秒表等。
五、试验步骤1.将环刀内侧涂上一层凡士林，刀刃相下放在土样上。
2.用刮土刀将环刀均匀压入土样，高出环刀上沿1-2mm为宜，然后用钢丝锯和刮土刀将土样两端刮平。
3.擦干净环刀外层称其质量，取贴近环刀的余土测含水率。
4.将土样放入固结容器内，试样上依次放置护环、滤纸、透水板、加压盖。
5.将固结容器放置于固结仪加压框中，安装百分表并施加1kPa预压力后百分表调零。
6.按照试验方案加初级荷载，加荷后按6s、15s、1min、2min15s、4min、6min15s、9min…时间顺序读数。
7.固结稳定后，施加下一级荷载并按上述时间读数直至加荷结束。
8.试验结束后，拆除试验，清理试验仪器。
六、成果整理1.计算公式1.试验记录表i 、i 、Es 公式：0(1)e 1s d w ρ+=- 2.71s d （其中取） 0001e e i i e h h +=-∆ 0h =20mm ，i h ∆为各级压力9min 读数之差。
11i i i i i e e a p p ++-=-1is ie E a +=3.判断土的压缩性。
土工试验
2. 贯入速率 • 如果贯入速率大于1cm/s 以上时，读数受贯入速率 的影响就很小了 • 事实上，静力触探的贯入 速率一般用2cm/s
3.温度影响.
温度变化会引起探头内部的电阻应变片长度发 生变化，从而使其阻值发生变化，导致测量结 果的大误差。 产生温度变化的重要原因之一是地面温度与地 下温度的不同，特别在夏天与冬天。 措施：（1）采用温度补偿或自动温度补偿应变 片来补偿温度变化对探头测试数据的影响； （2）防止暴晒与受冻； （3）探头贯入地下约 0.5-1.0m，停止贯入5-10min，使探头的温度与 地下的温度一致，然后调零。
第一章 概述
一、土体原位测试的概念
原位测试（In-Situ Testing ）：在岩土体原有的位置上， 在保持岩土的天然结构、天然含水量以及天然应力 状态条件下测定岩土性质称为原位测试。 土体原位测试：一般指的是在工程地质勘察现场， 在不扰动或基本不扰动土层的情况下对土层进行测 试，以获得所测土层的物理力学性质指标及划分土 层一种土工勘察技术。
i.
铁道部TBJ37-93规则法
ii.
中国 地质 大学 法
iii.
国外法
3.确定土的物理力学性质指标
CPT可以确定如 c, , Cu, Dr, Es, sat, 等土的物 理力学性质指标。 表2-13为用静力触探评定砂土的密实度 图2-59为砂土的内摩擦角与锥尖阻力的关系图
土工试验工作总结
土工试验工作总结
土工试验是土木工程中非常重要的一部分，通过对土壤的各种性质进行测试和
分析，可以为工程设计和施工提供重要的依据。
在过去的一段时间里，我们进行了大量的土工试验工作，对不同类型的土壤进行了测试和分析，取得了一些成果和经验。
在此，我将对我们的土工试验工作进行总结，分享一些心得体会。
首先，我们进行了一系列的土壤力学性质测试，包括土壤的抗压强度、抗剪强度、压缩性质等。
通过这些测试，我们深入了解了不同类型土壤的力学性质，为工程设计提供了重要的参考数据。
同时，我们还进行了土壤颗粒分析和液限、塑限等指标的测试，这些数据对于土壤的分类和工程设计同样至关重要。
其次，我们还进行了一些现场土工试验工作，对工程中使用的土壤进行了取样
和测试。
通过现场试验，我们可以更加直观地了解土壤的实际情况，为工程施工提供更加准确的指导。
同时，我们还对一些工程中出现的土壤问题进行了分析和研究，为工程施工提供了技术支持。
在进行土工试验工作的过程中，我们也遇到了一些困难和挑战。
例如，一些土
壤样品的取样和保存需要特别小心，以免影响试验结果的准确性。
同时，一些试验设备的维护和操作也需要我们不断学习和提高。
但是通过不懈的努力和团队合作，我们克服了各种困难，取得了一些成果。
总的来说，我们的土工试验工作取得了一些成果，为工程设计和施工提供了重
要的支持。
但是在今后的工作中，我们还需要不断学习和提高，不断改进试验方法和技术，为工程建设提供更加可靠的土壤数据和技术支持。
希望我们的土工试验工作能够为工程建设贡献更多的力量。
土工实验工作总结
土工实验工作总结
土工实验是土木工程中非常重要的一部分，通过实验可以对土壤的物理性质、力学性质和工程性质进行研究和分析，为工程设计和施工提供重要的依据。
在过去的一段时间里，我们进行了一系列的土工实验工作，现在我将对这些工作进行总结和分析。
首先，我们进行了土壤的物理性质实验，包括颗粒分析、含水量测定、密度测定等。
通过这些实验，我们了解了土壤的颗粒组成、孔隙结构以及含水量和密度的变化规律，为土壤的工程性质提供了基础数据。
其次，我们进行了土壤的力学性质实验，主要包括压缩试验、剪切试验和抗压试验。
通过这些实验，我们得到了土壤的压缩特性、剪切特性和抗压特性的参数，为土壤的工程设计和施工提供了重要的参考依据。
最后，我们进行了土工材料的工程性质实验，主要包括渗透试验、压缩固化试验和抗拉强度试验。
通过这些实验，我们对土工材料的渗透性、压缩固化性和抗拉强度有了更深入的了解，为土工材料的选择和使用提供了科学依据。
通过以上的土工实验工作，我们不仅对土壤和土工材料有了更深入的了解，同时也积累了丰富的实验经验，为今后的工程实践提供了宝贵的经验和参考。
希望通过我们的努力，能够为土木工程领域的发展和进步贡献一份力量。
土工试验与原理固结
延长曲线中部的直线段和通过曲线尾部切线的 交点即为固结度U=100%的理论终点dl00。
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② 时间对数法
根据ds和dl00即可定出相应于固结度U=50%的纵 坐标d50＝(d0+d100)/2
卸压后的回弹稳定标准与加压相同，即每次 卸压后24小时测定试样的回弹量。
对于再加荷时间，因考虑到固结已完成，稳 定较快，因此可采用12小时或更短的时间。
❖ 第10步 对于饱和试样，在试样受第一级荷重后，应 立即向固结容器的水槽中注水浸没试样；
对于非饱和土样，须用湿棉纱或湿海绵覆盖 于加压盖板四周，避免水分蒸发。
应变控制连续加荷固结试验，是在试样上连续加荷， 并随时测定试样的变形量和底部孔隙水压力。
要求试验过程中，试样底部的孔隙水压力不超过轴向 压力的某一值。
控制标准是使试验时的任何时间内，试样底部产生的 孔隙水压力为同时施加轴向荷重的3%~20%。
应变控制连续加荷固结试验仪
通过固结试验，可以测定：
土工试验与原理 固结
七、固结试验
❖常规固结试验 ❖快速固结试验 ❖固结系数的计算 ❖黄土湿陷试验 ❖膨胀试验 ❖静止侧压力系数K0试验
（一）土的压缩机理和有效应力原理
❖压缩机理
由于土是固体颗粒的集合体，具有碎散性，因 而土的压缩性比钢材、混凝土等其他材料大得 多，并具有下列两个特点 : (1)土体的压缩变形主要是由于孔隙的减小所 引起的。 (2)饱和土的压缩需要一定时间才能完成，这 个过程称为土的渗流固结。
(2)如果土层的自重应力p0小于前期固结压力pc ，也就是说该土层历史上受过的最大的有效 压力大于土自重应力，这种土称为超固结土 ，如覆盖的土层由于被剥蚀等原因，使得原 来长期存在于土层中的竖向有效压应力减小 了，则OCR>1。
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a tg e e1 e2
p p2 p1
工 程 实 用 上 常 以
p=100~200kPa 时 的 压
缩系数a1-2 作为评价土 层压缩性的标准。
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根据e～p曲线，可以得到另一个重要的压缩指 标——压缩模量，用Es来表示。
压缩模量定义：土在完全侧限的条件下竖向应 力增量与相应的应变增量的比值，单位为 MPa。
5 放平土样
6 放上护环
7 土样上面放上潮湿的滤纸
8 再放上透水石
9 放上加压盖板
10 土样装好
❖ 第5步
将装有土样的固结容器，准确地放在加荷横 梁的中心；
对于杠杆式固结仪，应调整杠杆平衡，为保 证试样与容器上下各部件之间接触良好，应 施加1kPa预压荷载；
对于采用气压式压缩仪，可按规定调节气压 力，使之平衡，同时使各部件之间密合。
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该曲线的首段部分接近为抛物线，中部一段 为直线，末段部分随着固结时间的增加而趋 于一直线。
Tv
cvt H2
4t 2 t
t50
1.根据单向固结理论， 在U<60%之前，U与 Tv 成直线关系，即与 t 成直线关系。
2.若在曲线上取任一时 间t，相应的变形值da， 再取时间4t，相应的 变形值db，则a、b 两点的垂直坐标距离 Δd=db-da必然等于 a点与初始点之间的 垂直坐标距离da-ds
该级压力下的垂直向固结系数Cv按下式计算：
Cv
(Tv )90 h 2 t90
0.848h 2 t90
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② 时间对数法
对于某一级压力，以试样的变形为纵坐标，时 间的对数为横坐标，在半对数纸上绘制变形与 时间对数关系曲线(见图4-4)。
该曲线的首段部分接近为抛物线，中部一段为 直线，末段部分随着固结时间的增加而趋于一 直线。
hs
h0 1 e0
计算某级压力下固结稳定后土的孔隙比：
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ei e0
hi hs
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绘制e~p压缩曲线。 绘制半对数直角坐标系统的e~lgp曲线 。
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❖压缩性指标
在一般的压力变化范围内, 用一段割线近似地代 替该段曲线, 割线的斜率称为土的压缩系数a, 单 位为 MPa-1。
最后一级压力应使测得的e~logp曲线下段出 现直线段；
对于超固结土，应采用卸压、再加压方法来 评价其再压缩特性。
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❖ 第9步
当需要做回弹试验时，回弹荷重可由超过自 重应力或超过先期固结压力的下一级荷重依 次卸压至25kPa，然后再依次加荷，一直加至 最后一级荷重为止。
卸压后的回弹稳定标准与加压相同，即每次 卸压后24小时测定试样的回弹量。
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1 制备土样
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❖ 第2步 小心地边压边削，注意避免环刀偏心入土； 使整个土样进入环刀并凸出环刀为止； 用钢丝锯(软土)或用修土刀(较硬的土或硬土)， 将环刀两端余土修平，擦净环刀外壁。
❖ 第3步 测定土样密度； 在余土中取代表性土样测定其含水率 然后用圆玻璃片将环刀两端盖上，防止水分 蒸发。
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控制标准是使试验时的任何时间内，试样底部产生的
孔隙水压力为同时施加轴向荷重的3%~20%。
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应变控制连续加荷固结试验仪
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通过固结试验，可以测定：
试样在侧限与轴向排水条件下的变形与压力 的关系；
试样孔隙比与压力的关系及变形与时间的关 系；
确定土的压缩系数av、压缩模量Es、体积压缩 系数mv、压缩指数Cc、回弹指数Cs、竖向固 结系数cv以及先期固结压力pc。
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(二) 固结试验
根据工程需要，固结试验可以进行如下方 法的试验：
(1)标准固结试验；
(2)快速固结试验；
(3)应变控制连续加荷固结试验。
应变控制连续加荷固结试验，是在试样上连续加荷， 并随时测定试样的变形量和底部孔隙水压力。
要求试验过程中，试样底部的孔隙水压力不超过轴向 压力的某一值。
当测定cH时，需具备水平向固结的径向多孔
2020/3/7 环，环的内壁与土样之间应贴有滤纸。
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❖ 第12步
当不需要测定沉降速率时，则施加每级压力 后24小时测定试样高度变化作为稳定标准；
对于需测定压缩系数的试样，施加每级压力 后，每小时变形达0.01mm时，测定试样高度 变化作为稳定标准。
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将e～lgp曲线直线段的斜率用Cc来表示，称为压 缩指数，无量纲。
Cc
lg
e1 p2
e2 lg
p1
e1 e2 lg p2
p1
压缩指数Cc与压缩系数a不同，a值随压力变化 而变化，而Cc值在压力较大时为常数，不随压 力变化而变化。
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❖ 第4步 在固结仪的固结容器内装上带有试样的切土 环刀(刀口向下)； 在土样两端贴上洁净而湿润的滤纸 用提环螺丝将导环置于固结容器； 然后放上透水石和传压活塞以及定向钢球。
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2 打开固结仪器的压力盒
3 压力盒中底部放入透水石和潮湿的滤纸
4 将制备好的环刀土样韧口朝下放入压力盒中
(1)土体的压缩变形主要是由于孔隙的减小所 引起的。
(2)饱和土的压缩需要一定时间才能完成，这 个过程称为土的渗流固结。
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3
❖有效应力原理
对于饱和土，如果在土中某点截取某一水平截面， 截面上由土体的重力、静水压力及外荷载所产生 的应力，称为总应力σ。
总应力σ一部分是由土颗粒间的接触面承担，称 为有效应力σ’；另一部分是由土体孔隙内的水承 担，称为孔隙水压力u。
Tv ( / 4)0.92 =0.798；
2. 若按理论曲线上的 U=90%直接从公式可 算出 Tv 0.848 0.920
3.两者之比0.920/0.798 =1.15，这一关系是时 间平方根法的主要依据
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① 时间平方根法
1.15倍的直线与变形~时间平方根关系曲线交点 所对应的时间的平方即为试样固结度达90%所 需的时间t90；
Es
p h
p e
1 e1 a
h1
1 e1
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当采用半对数的直角坐标来绘制室内压缩试验
e～p关系时，就得到了e～lgp曲线，可以看到，
在压力较大部分，e～lgp关系接近直线，这是这
种表示方法区别于e～p曲线的独特的优点
试验时以较小的压力开 始，采用小增量多级加 荷，并加到较大的荷载 为止，一般为12.5、25、 50、100、200、400、 800、1600、3200kPa。
σ= σ’+ u
这个关系式称为有效
应力公式。
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❖压缩变形Δh与孔隙比变化Δe的关系
在实际地基常遇到的压 力范围内，土颗粒本身 的压缩量很小，故常忽 略不计。
土样的压缩变形为孔隙 体积的减小，可建立压 缩变形Δh与孔隙比变化 Δe的关系为
h e2 e1 h1 (1 e1)
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(2)加荷设备
可采用量程为5~10kN的杠杆式、磅秤式或气压 式等加荷设备。
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WG系列三联固结仪
GDG-4S三联高压固结仪 11
KTG-GY气压式高压固结仪
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气压式固结仪
(3)变形量测设备
采 用 最 大 量 程 10mm 、 最小分度值0.01mm的 百分表，也可采用准 确度为全量程0.2%的 位移传感器及数字显 示仪表或计算机。
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延长曲线开始段的直线， 令其另一端的横坐标为前 交纵坐标于ds (理论零点) 一直线横坐标的1.15倍
后一直线与 变形~时间平 方根关系曲 线交点所对 应的时间的 平方即为试 样固结度达 90% 所 需 的 时间t90
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t90 3.2 t90 10.2
1.根据单向固结理论， 在U<60%之前，U与 Tv 成直线关系，大致 可用 Tv ( / 4) U 2来表 示，若将这直线延长 至U=90%，则可得
3.由db-da= da-ds，从而 有：ds=2da-db，由此 可得出理论零点ds
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② 时间对数法
在变形与时间对数关系曲线的开始段抛物线上， 任选一时间t1，查得相对应的变形值d1，再取时 间t2＝4t1，查得相对应的变形值d2，则 2d2-d1即 为d01。
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(4)其他
毛玻璃板、圆玻璃片、滤纸、切土刀、钢丝锯和 凡士林或硅油等。
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2．试验步骤
❖ 第1步
按工程需要选择面积为 30cm2或50cm2的切土环 刀；
环刀内侧涂上一层薄薄 的凡士林或硅油；
刀口向下放在原状土或 人工制备的扰动土上；
切取原状土样时应按天 然状态时垂直方向一致。
对于再加荷时间，因考虑到固结已完成，稳 定较快，因此可采用12小时或更短的时间。
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❖ 第10步 对于饱和试样，在试样受第一级荷重后，应 立即向固结容器的水槽中注水浸没试样；
对于非饱和土样，须用湿棉纱或湿海绵覆盖 于加压盖板四周，避免水分蒸发。
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