土工实验指导书

土力学试验指导书1 概述土工试验包括的内容很多，本讲义主要介绍室内试验的一部分；{建筑地基基础设计规范》GBJ7—89规定的试验项目为：一、粘性土：颗粒分析，天然密度，天然含水率、比重、可塑性及抗剪强度。

二、砂土：颗粒分析，天然密度，天然含水率，比重及自然休止角。

三、碎石土：必要时可作颗粒分析。

对含粘性土较多的碎石土，宜测定天然土的天然含水量和可塑发生。

必要时，可作现场大体积密度试验。

四、岩石：必要时，应测定饱和状态的无侧限抗压强度。

土木工程，教学大纲规定的试验项目为：天然密度，天然含水量，流塑限试验，压缩试验和抗剪强度试验。

本试验指导书按《土工试验方法标准》编写，试验最后结果为SI单位。

2 密度试验密度试验的目的是测定土的单位体积的质量（称为密度），以便了解土的疏密和干湿状态，供换算土的其他物理力学指标和设计之用。

对一般粘牲土，多采用环刀法，即用一定体积的环刀切土，然后称重，得出环刀内土的体积和质量即可算出土的密度。

如果土样易碎裂，难以切削，可改用蜡封法。

现场条件下，对粗颗粒土，可用灌砂法或灌水法。

环刀法1．仪器设备（1）环刀，内径61.8mm和79.8mm，高度20mm。

（体积分别为60cm3和100cm3）。

（2）天平：称量500g，最小分度值0.18或称量200g，最小分度值0.018。

（3）其它：修土刀、刮刀、凡士林油等。

2．操作步骤（1）在环刀内壁涂一层薄薄的凡士林油，并将其刃口向下放在土样上。

（2）用修土刀沿环刀外缘将土样削成略大于环刀直径的土柱，然后慢慢将环刀垂直下压，边压边削，到土样伸出环刀为止。

（3）用刮土刀仔细刮平两端余土，注意刮平时不得使土样扰动或压密。

（4）擦净环刀外壁，称量环刀加土的质量，准确至0.01g 。

（5）按下式计算土的密度()00ρ+-=m m m Vρ ——土的密度（3/g cm ）0m m +——环刀加土的质量（g ）V ——环刀体积（cm 3） 3．试验记录与计算测量时，为了减小误差，要求测两次，且两次平行测定的允许值，不得超过0.03g/cm 3密度试验 （环刀法）工程编号： 试验者： 钻孔编号： 计算者： 试样说明： 校核者：结果分析：附：1．当土样坚硬、易碎或含有粗颗不易修成很规则形状，采用环刀法有困难时，一般采有蜡封法——将要测定密度的土样，称出质量后浸入刚熔化的石蜡中，使试样表面包上一层蜡膜，分别称量蜡加土在空气及水中的质量，已知蜡的密度，通过简单的计算便可求得土的密度。

也可采用水银排出法一将土样称量后，压入盛满水银的器皿中，根据排出水银体积便可换算求得土的密度。

2．在野外现场遇到砂或砂卵石不能取原状土样的，一般可采用灌砂法进行现场密度测定—在测定地点挖一小坑，称量挖出来的砂卵石质量，然后将事先率定（知道质量和体积关系）的风干标准砂轻轻倒入小坑，根据倒入砂的质量可以计算出坑的体积，从而计算出砂卵石的密度。

思考题1．测定土的密度方法有哪几种，各适用于什么情况?2．测定密度用的环刀直径和高度比过大过小对密度测定会产生什么影响?3 含水率试验土的含水率是指土在100—105℃下烘到质量恒定时所失去的水分质量和达到恒定后干土质量的比值，以百分数表示。

在实验室通常用烘干法测定土的含水率——将土样放在烘箱内烘至质量恒定，在野外如无烘箱设备或要求快速测定含水率时，可根据土的性质和工程情况分别采用；红外线灯烘干法；酒精燃烧法；烘干法等。

烘箱烘干法1．仪器设备（1）烘箱：可采用电热烘箱或温度能保持在是100—105℃的其它能源烘箱。

（2）天平：称量100g，最小分度值0.01g。

（3）其它：称量盒、干燥器（内有硅胶或氯化钙作为干燥剂）等。

2．试验步骤（1）取代表性土样15—30g，放入称量盒内，立即盖好盒盖。

（2）放天平上称量，准确至0.01g。

（3）揭开盒盖，套在盒底，放入烘箱，在温度100—150℃下烘至质量恒定。

（4）将烘干后的土祥和盒从烘箱中取出，盖好盒盖收入干燥器内冷却至室温，称干土质量（准确至0.01g ）。

（5）按下式计算含水量()()()0000100%s s m m m m w m m m +-+=⨯+-式中：w ——含水率（%） m 0——盒质量（g ）（m 0+m ）——盒加湿土质量（g ） （m 0+m s ）——盒加干土质量（g ） 3．试验记录密度试验 （环刀法）工程编号： 试验者： 钻孔编号： 计算者： 试样说明： 校核者：附：酒精燃烧法——取代表性的土样（粘性土5—10g ，砂性土20—30g ），放入称量盒内称量，然后用滴管将酒精注入盒内，直到盒内出现自由液面为止，为使酒精和土样混盒均匀，可将盒在桌上轻轻敲击，点燃盒中酒精，烧至火焰熄灭，重复二次，盖好盒盖立即称干土质量，便可计算出含水率。

思考题含水率试验烘箱温度为什么要在100—105℃间，高了、低了有什么影响?4 液限试验粘性土由于其含水量的变化，其状态可呈固定、半固态、可塑态及流动态等。

粘性土由一种状态转到另一种状态的分界含水率叫界限含水率。

界限含水率对粘性土的工程分类及其性质评价都具有重要意义。

液限，就是指土由可塑状态转到流动状态时的界限含水率。

如果从强度来考虑，也可以说是土体的抗剪强度“从无到有”的分界点，液限用符号wI表示。

液限用圆锥式液限仪测定。

在试验时，当其它条件不变时，仅改变含水量，则液限仪的圆锥入土深度必将随着土样中的含水量的增加而增加。

经过多次反复进行无侧限抗压强度和圆锥仪的对比试验中，发现当圆锥的入土深度达到l0mm时，土样的抗剪强度最小。

因此，在工程上取圆锥的入土深度为l0mm时，土样的含水率作为液限。

锥形液限仪法1．仪器设备重76g的液限仪、秒表、铝盒、切土刀、凡士林等。

2．试验步骤（1）应尽可能采用天然含水量的土样进行测定。

如为风干土时，应预先进行研碎并过0．5mm筛。

再喷洒适当的水拌和后放在有盖的玻璃瓶中湿润静止24小时。

（2）取制备好的土样180g左右于磁碗中，加蒸馏水或清水用调土刀调成均匀的粘糊状。

然后用刮土刀分层装入试验杯中，填装时勿使土内留有空隙或气泡。

再刮去多余的土，使与杯口平齐。

注意，刮去多余土时，不得用刮土刀在土面上反复涂抹。

（3）将盛满土样的试验杯连同底面的玻璃一起拿起，检查底部有无孔隙，同时检查液限仪的锥尖是否在平衡环的正中并保持垂直状态。

（4）用布擦净锥式液限仪，并在锥尖上涂一薄层凡士林，提住锥体上端手柄，放在试样表面中部，至锥尖与试样表现接触时，放开手指，使锥体在其自重作用下下沉入土中。

（5）在松开手指的同时，打开秒表，当锥体经约15秒钟深入土中的深度恰等于l0mm时，表示土的含水率刚好为液限。

如果锥尖在15秒内入土深度大于或小于l0mm时，则说明试样的含水率高于或低于液限，须重新试验。

此时，应先用调土刀将锥体深入处沽有凡士林的土样挖去后将全部土样挖出，放入磁碗中，如含水量过高，则放子红外线烘箱中适当烘烤或用电吹风吹干，降低含水量。

含水量小时，加适量清水后再行调拌，如此直至试锥尖沉入度刚好是l0mm时为止。

（6）将所得合格试样挖去沾有凡士林的那部分土，取试杯中央约15g放入盒中，盖好盒盖称重，精确至0.0lg，而后在105℃下烘干至恒重，冷却后称得其干土重，测定含水率。

3．试验记录与计算液限试验（环刀法）工程编号：试验者：钻孔编号：计算者：试样说明：校核者：天然含水率w=I液性指数L根据液性指数此土处于状态。

结果分析：5 塑限试验塑限是指粘性土可塑状态的界限含水率。

试验目的是测定塑限。

并与液限试验 结合计算的塑性指数，作为粘土分类以及估计地基承栽力的依据。

塑限试验的方法 一般采用搓条法。

1．仪器设备（1）毛玻璃板 约20×30cm （2）卡尺：分度值为0.02mm（3）天平：称量200g ，最小分度值0.01g （4）其它：称量盒等。

2．操作步骤（1）按做液限试验制备土样（100g ）（2）为使试验土样的含水量接近塑限，可将土样放在手中捏揉至不粘手，或用吹风机稍吹干些，然后将土样捏成扁饼状如出现裂缝，表示土样含水量接近塑限。

（3）取接近塑限土样的一小块，先用手搓成橄榄状，然后再用手掌在毛玻璃上轻轻地搓滚，搓滚时手掌要均匀施加压力于土样条上，不得使土样条在毛玻璃上无力滚动。

土条长度不宜超过手掌宽度。

在滚动时，不应从手掌下任一边脱出，土样条在任何情况下，不得产生中空现象。

（4）若土条搓至直径3mm 时。

（5）取合格的断裂土样条放入称量盒中，随即盖紧盒盖，待收集约3—5g 后（至少10条以上）称量，测定其含水率，即得该土的塑限。

（6）计算公式()()()0000100%s p s m m m m w m m m +-+=⨯+-式中：p w ——塑限0m m +——盒+湿土质量（g ）0s m m +——盒+干土质量（g ）0m ——盒质量（g ）塑性指数（p I ）P L P I w w =-根据塑性指数，可对粘性土进行分类。

定出土的名称。

3．试验记录工程编号： 试验者 钻孔编号： 计算者： 土样说明： 校对者：天然含水量 w = 塑性指数 P I =按塑性指数定出土的名称为 土。

结果分析：思 考 题1．塑限的大小与哪些因素有关，工程上为什么按塑性指数对粘性上进行分类? 2．土的天然含水率越大，其塑性指数是否也越大?3．采用原状土和扰动土测定的塑限值是否一样?为什么?6 压缩试验土在压力作用下体积缩小的特性称为土的压缩性。

其压缩量的大小与土样上所施加的荷重大小和土样的性质有关，如在相同的荷重下，软土的压缩量就大。

而坚密土的压缩量就小。

又如在同一个土样的情况下，压缩量随着荷重的加大而增加。

那么，在外力作用下为什么会引起土体的压缩?这是因为在荷载作用下，土体产生下面三种变形：（1）土体本身的压缩；（2）土体孔隙中的水和空气的压缩；（3）土孔隙中的水和空气被挤出。

土的颗粒互相靠拢。

孔隙体积变小。

实际上，土体和水本身的压缩量很小，可以忽略不计。

所以土体的压缩通常是指土体在某一外力作用下，其孔隙体积变小的现象。

压缩试验的目的就是测定一般粘性土在外侧限条件下受荷的稳定压缩量及固结过程。

绘制孔隙比与压力之间的关系曲线——压缩曲线。

从而确定压缩系数12α-，压缩模量Es 。

为评价土的压缩性及为计算建筑物的沉降量提供必要的资料。

压缩试验目前通常采用单向压缩仪。

土样是放在不能发生侧向变形的压缩环内。

在垂直压力作用下，只可能发生垂直方向的变形。

因此试验中只要测出应压力下的垂直变形。

即可求得孔隙比与压力的系数。

一般的可在同一种土样上，施加不同的荷重，荷重分级不宜过大。

可依土的软硬程度及工程情况取为0.125、0.25、0.5、1.0、2.0、3.0、4.0、6.0、8.0、kg ／cm2等。