土质学与土力学实验指导书

土质学与土力学实验指导书左明汉编湖南工业大学土木工程学院目录前言 1 实验注意事项 2 实验一、土的含水量实验 4 实验二、土的密度实验 6 实验三、液塑限联合测定法测定土的液塑限实验8 实验四、土的固结实验10 实验五、直接剪切仪测定土的抗剪强度实验13 实验六、土的击实实验16 实验七、三轴剪切实验20前言本指导书是配合建筑工程专业、道路与桥梁专业“土质学与土力学”的教材而编写的，编写时注意了以下几点：1、实验与讲课的关系。

实验内容主要配合讲课，加强理论与实践的联系，使讲课中的重要内容和原理能通过实验进一步巩固、提高、深化。

2、加强基本操作和技能的训练。

常用仪器、主要操作技能都作了文字说明，某些最基本的操作技能则尽可能在不同实验中多次运用，以利于反复训练。

3、培养独立思考和独立工作的能力。

在配合讲课的同时，实验内容的安排尽可能根据循序渐进的原则，由浅入深，由简到繁。

逐步培养学生独立观察、分析实验现象并归纳出结论的能力。

有些实验还要求学生独立设计实验步骤，自己组合、安装仪器设备，进一步培养学生解决具体问题的能力。

在编写过程中，参考了有关院校的资料。

由于水平有限，缺点和错误在所难免，希望批评指正。

实验注意事项为了确保实验顺利进行，达到预定目的，应做到下列几点：一、作好实验前的准备工作：1、预习实验指导书，明确本次实验目的、方法、步骤和注意事项。

2、预习与本次实验有关的基本原理。

3、对实验中所用到的仪器、设备、实验前应有一定的熟悉和了解。

4、必须清楚地知道本次实验所需记录的项目及数据处理的方法，事先做好记录表格。

5、除了解指导书所提方案外，应多设想一些其它方案。

二、遵守实验室的规章制度：1、严肃认真，保持安静。

2、爱护设备及仪器，严格遵守操作规程。

3、非本实验所用设备及仪器切勿任意动用。

4、实验完毕后，应将设备和仪器擦试干净，并恢复到原来正常状态。

三、认真做好实验：1、认真听取教师讲解。

2、清点有关实验用设备和器材。

3、应有严格的科学作风、认真细致地按照要求的实验方法和步骤进行。

4、对于带电或贵重的设备及仪器，在接线或布置后，应经教师检查通过后，才能开始实验。

5、实验过程中，应密切观察实验现象，随时进行分析，若发现异常现象，应及时总结。

6、记录下全部所需测量数据，以及仪器型号、精度、量程，试件尺寸。

如实验结果与温度有关还应记录温度、湿度。

原始数据不得任意修改。

7、教学实验是培养学生动手能力的一个重要环节，在实验小组中虽有一定分工，但每个学生都必须自己动手，完成实验环节。

8、如学生希望观察一些与本实验有关的其他现象，或用另外方案进行测量，在完成本实验规定项目后，经教师同意可以进行。

四、写好实验报告：实验报告是实验的总结，通过实验报告的书写，可以提高分析问题的能力，因此必需独立完成。

报告要求整洁清楚，要有分析和自己的观点，并进行讨论。

一般实验报告应具有下列内容：1、实验名称，实验日期，实验者及同组成员。

2、实验目的。

3、实验的基本原理、方法及步骤。

4、设备及仪器型号、精度、量程等。

5、实验数据及其处理——应包括全部原始数据，并注明测量单位。

最好以表格形式，列出数据的运算过程。

6、讨论：应根据实验结果及实验中观察到的现象，结合基本原理进行分析讨论，如实验对象有理论解，则应与理论计算结果进行比较。

实验一土的含水量实验一、实验内容及要求1、实验内容由实验室提供扰动土样，要求用室内烘干法或酒精燃烧法测定其含水量，了解扰动土含水量情况。

2．实验要求要求了解实验原理，掌握实验方法，并对实验数据进行分析、整理。

二、实验目的、意义土的含水量是土在100～105℃下烘至恒温时所失去的水分质量和达到恒重后干质量的比值，以百分数表示。

其目的是测定土的含水量，了解土中含水量情况。

三、仪器设备1．烘箱：可采用电热烘箱或温度能保持100～105℃的其它能源烘箱，也可用远红外线烘箱。

2．酒精：纯度95%。

3．天平：称量200g，最小分度值0.01g；称量1000g，最小分度值0.5g。

4．其它：干燥器、土盒、滴管、小勺、土样盘、调土刀等。

四、试样制备及准备工作1．取代表性扰动土样3～4kg，充分拌匀备用。

2．土盒称重列表备查。

五、操作步骤1．烘干法（1）选取代表性扰动土样约5～10g，放入质量为g。

土盒内（注意盒盖与盒底编号对应），立即盖好盒盖，称湿土加盒重g1，精确至0.01g。

（2）揭开盒盖并套在盒底下，一起放入烘箱，在温度100～105℃下烘至恒重（烘至恒重的时间因土的性质及土重不同而异，一般土重15～30g时，砂土需1～2h，粉土需6～8h，粘土约需10h）。

（3）将烘干后的试样连盒取出，盖好盒盖，放入干燥器内冷却至室温，称出干土加盒重g2，精确至0.01g。

2．酒精燃烧法（演示）（1）取代表性试样若干g（粘性土5～10g，砂性土20～30g），用小刀将试样分散，按烘干法称湿土重。

（2）揭开盒盖，用滴管将酒精注入试样，直至土盒中呈现自由液面为止。

为使酒精充分浸透试样，可将盒底在桌上轻轻敲击。

（3）将盛有酒精的试样放在非易燃物上（如水泥台面），点燃土盒中的酒精，烧至火焰熄灭。

（4）等试样稍为冷却，重新滴入酒精，再次燃烧。

一共需燃烧2～3次。

（5）最后一次火焰熄灭后，立即盖好盒盖，待稍冷却后，称干土重。

六、注意事项及说明1．含水量实验应采用能控制温度的烘干法作为标准方法，但此法常受设备和时间的限制，因此，在工地常用一些快速测定的方法，其中酒精燃烧法是比较准确、简易的一种方法。

2．土样的有机质（泥炭、腐植质等）含量不应超过干土重5%（由于在高温下长时间焙烘，可使有机质分解或氧化，其质量因而变化，故有机质含量过多，所测得的含水量就不准确。

）如果土的有机质含量在5%～10%之间的土，烘箱温度宜控制在65～70℃的恒温下烘干。

3．含水量实验应进行两次平行测定，取其算术平均值，两次测定允许平行差值见表1-1。

七、结果整理与分析试样含水量，应按下式计算：w （%）=1000221⨯--g g g g （1-1）式中 w ——含水量（%）；计算准确至0.1%； 1g ——土盒+湿土重（g ）；准确至0.01g ； 2g ——土盒+干土重（g ）；准确至0.01g ； o g ——土盒重（g ）（由实验室提供）。

实验二 土的密度实验一、实验内容及要求1．实验内容用实验室制备好，将扰动土经击实后的试件用环刀法测定其密度，用取土器法进行密度测定演示。

2．实验要求了解实验原理，掌握测定方法和结果计算整理。

二、实验目的、意义土的单位体积的质量称为密度。

在天然含水量情况下的密度称为天然密度。

测定密度的目的为了解土体内部结构的密实情况，计算土的自重压力。

三、仪器设备1．环刀法（1）环刀：内径为61.8mm ，高度为20mm 。

（2）天平：称量500g ，最小分度值0.1g ；称量200g ，最小分度值0.01g 。

（3）其它：修土刀、凡士林等。

2．取土器法（演示） （1）取土器（图2-1）：包括环刀、环盖、 定向筒和击锤系统（导杆、落锤、手柄）。

（2）其它：修土刀测定含水量设备等。

四、试样制备及准备工作1．取扰动土样风干（烘干），过2mm 筛， 按需要加水拌匀闷料一昼夜。

2．将扰动土按要求击实成试件备用，并测 其含水量。

3．在野外，选择一合适地面，整平其地面， 进行以土器法演示的准备。

五、操作步骤1．环刀法在环刀内壁涂一薄层凡士林，刃口向下放在土样上，将环刀垂直下压，并用修土刀沿环刀外侧切削土样，边压边削，直至土样高出环刀，然后用钢丝锯整平刀环刀两端土样，擦净环刀外壁，称环刀和土的总质量，并取余土测定含水量。

2．取土器法（粘性土）（1）在实验地点，将面积30cm ×30cm 的一块地面铲平。

如系检查填土压实密度时，应将表面未压实土层清除干净，并将压实土层铲去一部分（其深度视需要而定），使环刀打下后能达到规定的取土深度。

（2）利用齿钉将定向筒固定于铲好的地面上，顺次将环刀、环盖放入定向筒内。

（3）按土质干湿和紧密情况，可采用下列方法之一将环刀压入或打入土中。

a、直接压入法：将导杆座对准环刀盖上面凹槽，两手按住手柄，以均匀压力将环刀垂直压图 2－1 取土器1、手柄2、导杆3、落锤4、环刀盖5、环刀6、定向筒7、齿钉8、实验表面入土中，至环盖顶面与定向筒上口齐平为止。

b 、落锤打入法：若土质坚硬不能直接压入时，可用落锤将环刀打入土中，至环盖顶面与定向筒上口齐平为止。

c 、手锤打入法：若用落锤打入有困难时，应另换地方用手锤再行锤击。

（4）去掉击锤（或手锤）和定向筒，用镐将环刀及土样挖出。

（5）轻轻取下环盖，用修土刀削去环刀两端余土，并将其修平。

（6）擦净环刀外壁，称环刀和土的总质量，精确至1g 。

（7）自环刀中取出具有代表性的试样测定其含水量。

（8）如为湿润的砂土，实验时可不需用击锤和定向筒，在铲平的地面上，细心挖出一个直径较环刀外径略大的砂土柱，环刀刃口向下，置于砂土上，用手平稳地将环刀垂直压下，直至砂土桩突出环刀上端约2cm 时为止。

削平环刀上口余砂土，用直尺刮平。

在环刀上口盖一平滑的木板，一手按住木板，另一手用小铲将试样从环刀底部切断。

然后将装满试样的环刀反转过来，削去环刀刃口上的余砂土。

并用直尺刮平，擦净环刀外壁，称环刀和土的总质量并测其含水量。

六、注意事项及说明1．原状土样用环刀取样时，土样应按自然沉积方向放置。

原状土样和需要保持天然湿度的扰动土样在实验前应妥善保管，并应采以防止水分蒸发的措施。

2．对含水量较高的土，在刮平环刀两面时要细心，最好一次刮平，防止水分损失。

3．环刀由于经常使用，会和生不断磨损，应根据使用情况加以校正，以保证实验精度。

七、结果整理与分析1．试样湿密度应按下式计算（环刀法）：Vm oo =ρ （2-1） 式中o ρ——试样湿密度（g/cm 3）o m ——试样质量（g ）； V ——环刀体积（cm 3）。

2．试样干密度按下式计算：11W od +=ρρ （2-2）式中d ρ——试样干密度（g/cm 3）1W ——试样含水量（%）3．环刀法密度实验应进行平行测定。

两次测定的差值不得大于0.03g/cm 3。

求其算术平均值。

实验三 液塑限联合测定法测定土的液塑限实验一、实验内容及要求液塑限联合测定法是根据圆锥仪的圆锥入土深度与其相应的含水率在双对数坐标上具有线性关系的特征来进行的。

利用电磁吸力代替手工提放锥，将圆锥质量为76g （或100g ）的圆锥吸起后放锥，测得土在不同含水率时圆锥的入土深度，并绘制其关系直线图，在图中查得圆锥下沉深度为10mm （或17mm ）所对应的含水率既为液限，查得圆锥下沉深度为2mm 所对应的含水率既为塑限。

二、实验目的及意义液限粘性土可塑状态和流动状态的界限含水率。