土力学实验指导书.docx

齐鲁理工学院试验须知土工试验主要是测定土的物理、力学性质指标，为工程设计、施工提供必要的计算参数和资料。学习土力学实验是土力学地基基础课程教学的一个重要环节，它不仅起着巩固课堂教学，增强对土的工程性质的理解等重要作用，而且是学习试验方法和实验技能的主要途径，培养学生学会分析和解决实际问题的能力。因此，要求学生必须认真对待每个试验环节，作好试验前的预习和准备，试验后的成果整理和分析。土的物理力学性质指标很多，试验项目和试验方法也很多，根据各专业的教学要求，本土力学实验指导书仅介绍我校土木有关专业的几个基本教学试验。目录前言错误!未定义书签。实验一土的粒度成分测定实验4实验二土的密度、重度、含水量实验7实验三土粒比重实验11实验四粘性土液限、塑性的测定13实验五土的压缩（固结）实验17实验六土的直接剪切试验23实验一土的粒度成分测定实验学时：2学时【实验目的】粒度分析是测定土中各粒组占土总质量百分数的方法，用以了解颗粒大小分配情况，为土的分类及判断土的工程性质、建材选料提供所需的资料。【实验原理】目前，土的粒度分析一般采用以下两种方法。（1）筛析法。适用于颗粒直径小于或等于60mm,大于0.075mm的土。（2）密度计法。适用于颗粒直径小于0.075mm的土。若土中粗细颗粒兼有，则联合使用筛析法和密度计法。筛析法是利用一套不同孔径的筛，将已知质量的土样，放入按孔径大小依次排列好的筛子顶层，振动筛子，粗粒留在筛子上，细粒漏到下面去，将士分离成与上下两筛孔径相适应的粒组，然后称各筛上剩余土粒的质量，计算出各粒组百分含量。筛析法操作迅速、设备简单，适用于分析无黏性土和粘性土中大于0075mm的各粒组，当土中小于0.075mm的粒组含量超过10%时，则用密度计法分析小于0.075部分的颗粒组成。【仪器设备】（1）细筛。孔径为2.0mm、0.5mm、0.25mm>0.075mm。（2）标准筛（粗筛）。孔径为60mm、40mm、20mm、IOmm、5mm、2mm（备用）。（3）天平。称量为IOOOg,最小分度值为0.1g；称量为5000g,最小分度值为Igo（4）研钵及带橡皮头研棒。（5）其他设备和用品。包括磁盘、铜丝刷、白纸、木尺、匙等。【操作步躲】（1）制备土样。将风干土用研棒轻轻碾压，使之分散成单粒，用四分法选取代表性土样。（2）土样称重。将按规定选取的试样，在托盘天平上或电子天平上称重，对于砾粒含量小于10%的取300go（3）振动过筛。将细筛按孔径大小依次选好，把已称重的土样倒入最上层筛中，盖上筛盖，振动筛子，直至筛中土粒不再下漏为止（振筛机振动10-15min即可）。（4）称筛余重。将留在各层筛上及底盘里的土样，依次分别称重。各筛上及底盘中总重与原来所取试样质量之差不得大于1%,否则应核对或重新实验。【记录与计算】记录格式见表1-1表1-1筛析法实验记录表图样编号：筛析前土样总重：实验日期：土样定名：筛析后土样总重：实验者：各筛上土粒质量各粒组百分含量小于某粒径土重及累积含量筛孔径（mm）筛上质量（g）粒组(mm)百分含量（%）小于某粒径（mm）小于某粒径土重（g）小于某粒径土重累计百分含量（%）40.0>4020.020-40<4010.010-20<205.05-10<102.025<50.50.5-2<20.250.25-0.5<0.50.10.10.25<0.25底盘<0.1<0.1（1）按下式计算小于某粒径的试样质量占总质量的百分数：/77X=jiOO%式中X一小于某粒径的试样质量占试样总质量的百分数（）；mA一小于某粒径的试样质量（g）;mB用标准细筛分析时所取的试样质量（g）o（2）以小于某粒径的试样质量占试样总质量的百分数为纵坐标，以粒径（mm）为对数横坐标，绘制颗粒大小分布曲线。（3）计算级配指标按下式计算颗粒大小分布曲线的不均匀系数：“60Cu=do式中Cu不均匀系数；d60一限制粒径，在粒径分布曲线上小于该粒径的土含量占总土质量的60%的粒径；diO有效粒径，在粒径分布曲线上小于该粒径的土含量占总土质量的10%的粒径。按下式计算颗粒大小分布曲线的曲率系数：Cc=-d（yd0式中CC一曲率系数；d30一在粒径分布曲线上小于该粒径的土含量占总土质量的30%的粒径。4对试样土料分类并作出级配良好与否的判断依据土的分类标准对±样进行分类，定名为粗砂、中砂、细砂、粉砂等;当颗粒大小分布曲线的Cu25且Cc=l3,则级配良好，否则为级配不良。【注意事项】（1）实验前必须检查筛的顺序是否按孔径的大小选好，并检查筛孔有无土粒堵塞，若有堵塞，用铜丝刷清扫干净，请勿用指甲抠筛眼，损害筛孔。（2）操作过程中应小心勿使土粒损失。（3）土样过筛后，应将堵塞在筛孔中的土粒从筛子反面全部刷下合并称重。【思考题】（1）什么是颗粒分析？颗粒分析有什么意义？（2）如何绘制颗粒累积百分曲线？曲线的陡缓程度说明什么问题？实验二土的密度、重度、含水量实验课时：2学时一、密度、重度实验。【实验目的】测定土的天然密度，以了解土的疏密和干湿状态，供换算土的其他物理性质指标和工程设计以及控制施工质量之用。【实验原理】土的密度是指单位体积内土的质量；土的重度是指单位体积土的重量，在天然状态下的重度称为天然重度。土的密度测定方法有以下四种，环刀法、蜡封法、灌砂法、放射性同位素法。本次实验主要介绍环刀法测定一般粘性土的密度。环刀法是利用一定容积的环刀切取土样，测定环刀容积，即为土样的体积，然后再称出土样的质量便可算出土样的密度。环刀法简易方便，是目前常用的方法。【仪器设备】（1）环刀。内径61.8mm,高20mm。（2）天平。称量为500g,最小分度值为0.1g。（3）其他设备和用品包括钢丝锯、修土刀、测径器、凡士林等。【操作步骤】（1）准备工作：用测径器测得环刀的内径（d）和高度（h）,算出环刀的容积（V）。将环刀在天平上称的质量mi。（2）切取土样：在环刀内壁上涂薄层凡士林，将环刀的刀口向下放在土样上面，用手将环刀垂直下压，使土样位于环刀内。然后用削土刀或钢丝锯沿环刀外侧切去两侧余土，边压边削至与环刀口平齐，两端盖上平滑的圆玻璃片，以免水分蒸发。（3）称土样重：擦净环刀外壁，称环刀和土样的合重m2。【记录与计算】记录格式见表2-1、表2-2.表2-1上的天然重度实验记录表实验小组编号：实验小组成员：计算者：实验日期：土样编号环刀土的质量(m2-m)密度(gcm3)环刀号质量mi(g)直径d(Cm)高度h(Cm)体积V(cm3)加土质量m2(g)单值平均表22士的干密度、重度记录表土样编号环刀号天然密度(g/cm3)天然重度(kNcm3)试样含水量()干密度(g/cm3)干重度(kNcm"平均密度(g/cn?)平均重度(kNcm3)(I)计算密度(2)计算试样的干密度1+0.0IG(3)计算试样的重度Y=PgYd=PdS【注意事项】(1)环刀取土时，为防止土样扰动，应一边削土柱，一边垂直轻压，切不可用锤或其他工具将环刀打入土中。(2)在切平环刀两端多余土样时要迅速细心，尽量保持土样体积与环刀容积一致。（3）称重时必须擦净环刀外壁的土，否则影响土样的质量。二、含水量实验【实验目的】测定土的含水量，以了解土的含水情况，它是计算土的孔隙比、液性指数、饱和度和其它物理力学性质不可缺少的一个基本指标。【实验原理】土的含水量是指土中含有水分的质量与该干土质量的比值，实际是土在IoO-105下烘干到恒重时所失去的水分质量和达到恒重后干土质量的百分比值来表示。土的含水量测定方法很多，目前实验室最常用的方法是烘干法。在没有烘干设备或要求快速测含水量的情况下可采用酒精燃烧法，对于砂土及含砾较多的土可用炒干法。烘干法是根据加热后水分蒸发的原理，将已知质量的土样放入烘箱内，在IOO-IO5下烘至恒重，冷却后称干土的质量，同时计算出失去水分的质量，即可算出含水率。此方法一般只适用于有机质含量不超过干土质量5%的土，如果土中有机质含量在5%-10%之间，仍允许采用此法，但需注明有机质含量。酒精燃烧法是将酒精加入土样中点火燃烧，使土中水分蒸发将土样烧干，重复燃烧数次，称出燃烧后土的质量，计算土的含水量。炒干法是将土样放在铁盘内在炉上炒干，称出炒干前后试样的质量，计算含水量。【仪器设备】（1）电热烘箱。烘箱保持恒温IoO-Io5。（2）天平。最小分度值为0.01g。（3）其他设备包括干燥器、铝盒。【操作步骤】（1）称湿土重。取代表性土样15-30g（粘性土少些，砂土多些），放入已知质量mo的铝盒内，盖上盒盖，在天平上称得铝盒和湿土合重°（2）烘干冷却。打开盒盖放入烘箱内，在IOo-105恒温下烘干至恒重后，将试样取出，放入干燥器内冷却，然后称铝盒和干土合重m2（烘至恒重时间因土的性质及土重不同而异，一般土重为15-30g时，砂土不少于6h,粉土不少于8h,粘土约为10h）o【记录与计算】记录格式见表3-1表3-1土的含水量实验记录表。实验小组编号：同组实验者：计算者：实验日期：土样编号铝盒水分质量mi-m2（g）干土质量r2-mo(g)土的含水量（）铝盒编号质量mo(g)加湿土质量mi（g）加干土质量m2（g）平行差（）平均含水量（）计算土的含水量:w=1l=!×100%?W2-W0计算准确至0.1%；本试验需要进行2次平行测定，取其算术平均值，允许平行差值应不大于1.0%O【注意事项】（1）打开土样后，应立即取样称湿土重，以免水分蒸发。（2）取样应注意取代表性土样，避免取土样外围的土。（3）土样在烘干时必须保持IOO-105恒温下烘至恒重，否则会得出不同含水量的数值。称重时精确至小数点后两位。（4）烘干后试样应冷却后再称重，以避免天平受热不均影响称量精度，防止热土吸收空气中的水分。实验三土粒比重实验学时：2学时【实验目的】测定土粒的相对密度（旧名称：比重），即测定土在温度100105°C下烘至恒重时的质量与同体积蒸馈水在4时质量之比。为计算土的孔隙比及土的其他物理力学性质提供必要的数据。【仪器设备】（1）比重瓶：容量IOOmL或50mL,分长颈和短颈两种。（2）天平：称量200g,感量0.001g。（3）温度计：量测范围0500°C,精确至0.5。