土力学试验教程

试验课程教学大纲一、目的与要求：《土力学》试验课程教学旨在十分密切地配合《土力学》理论课程的教学大纲要求，在其理论教学内容的基础上开设的基本试验教学课。通过这些相关试验课的开设，加强其专业理论的进一步深化理解和掌握，提高本专业学生的实验技能和动手能力，从而为今后后续专业课程的学习打下坚实的基础。试验教学要求本专业学生学好理论的同时，熟练地掌握土力学试验的基本原理、方法和基本仪器的操作技能，完成规定的试验课及试验报告的数据填写和整理工作。二、试验内容及提纲《土力学》试验课内容由八个部分组成，它们是：①测定砂类土的颗粒组成，②测定土的三项物理指标,③测定土的可塑性指标，④测定土的压缩性指标，⑤测定土的直接剪切强度指标，⑥测定土的静三轴抗剪强度指标。其具体内容见下表所列：序号试验项目试验方法试验主要设备学时1测定砂类土的颗粒组成筛分法标准土壤筛、天平、砝码等12测定土的三项物理指标环刀法、烘干法和比重瓶环刀、铝盒、比重瓶、天平、砝码等33测定土的可塑性指标锥式法、搓条法锥式液塑仪、天平、砝码等24测定土的压缩性指标固结仪法三联固结仪和砝码15测定土的直接剪切强度指标直剪仪法直接剪切仪和砝码16测定土的静三轴抗剪强度指标静三轴仪法静三轴仪（电动）2试验一筛析法测定砂土的粒度成分一、试验目的要测定小于某粒径的颗粒或粒组占土质量的百分数，以便了解土的粒径级配，并作为土的分类依据及供给土工建筑物选料之用。二、基本原理筛析法测定砂土的粒度成分，是利用一套孔径大小不同的标准土壤筛来分离一定量的代表性砂土中与筛孔径相应的粒组，通过天平称量，得其各粒组的质量，以便计算各粒组的相对含量，进而确定砂土的粒度成分。本试验方法适用于粒径小于或等于60mm，大于0.075mm的土。三、仪器设备1．标准土壤筛一套（见图）粗筛：孔径为100，80，60，40，20，10，5，2mm细筛：孔径为2,1,0.25,0.075mm本次试验用筛孔径为10、5、2、1、0.5、0.25、0.075mm筛盘及底盘共计8层2．托盘天平：感量1g,称量1000g3．磁体橡皮头研棒4．毛刷、镊子、白纸、钢直尺、糖果勺四、操作步骤1．制备土样（1）风干土样或烘干土样。若土样已干，可直接使用。（2）若试样中有结块时，应将试样倒入磁钵中，用橡皮头研棒研磨，使结块成为单独的颗粒为止，但须注意不应把颗粒研碎。2．四分法选取代表样品300g方法是：将土样用糖果勺在白纸上拌匀呈圆锥形然后用钢直尺以圆锥顶点为中心，向顺时针（或逆时针）方向旋转，使圆锥成为1~2cm的圆饼，然后在圆饼上用尺分为四等份，取其对角线相同的两份，将留下的两份样拌匀，重复上述步骤，直至剩下的土样满足需要量为止。3．称量四分法选取试样总质量（ms），准确至0.1g，并记录之。4．检查标准土壤筛大小孔径顺序，检查各层筛子是否干净，若有土粒需刷净，然后将已称量的试样300g倒入最顶层的筛盘中，盖好盖，用手托住筛析，一般粗粒上盘摇晃时间3~5min即可，经5~10min摇振，每只筛盘在相应时间摇振后取下，在白纸上用手轻扣，摇晃，直至筛净为止。把漏在白纸上的砂粒倒入下一层筛盘内。如此往复操作，直至最末一层筛盘筛净为止。可观看液限试验过程动画演示5．称量留在各筛盘上的土粒（mi），准确至0.1g，并测量试样中最大颗粒的直径，并记录之。五、计算及误差分配1．计算各粒组的百分含量，准确至小数后一位式中:xi——某粒组百分含量，%mi——某粒组质量，g,ms——试样质量，g2．各筛盘及底盘上土粒的质量之和与筛前所称试样之质量不得大于试样总质量的1%，否则应重新试验。若两者差值小于试样总质量的1%，可视试验过程中误差产生的原因，分配给某些粒组，最终各粒组百分含量之和应等于100%。3．若粒径0.1mm的含量大于10%，则将这一部分用沉降法继续分析。4．将试验成果填写在记录表格中，根据试样的粒度成分定出土的名称，绘制累积曲线，求不均匀系数（CU）和曲率系数(Cc)，并说明土的均一性。六、注意事项1．在筛析进行中，尤其是将试样由一器皿倒入另一器皿时，要避免或尽量减少微小颗粒的飞扬。2．过筛后，要检查筛孔中是否夹有颗粒，若夹有颗粒，应将颗粒轻轻刷下，放入该筛盘上的土样，一并称量。3．颗粒粒径分配曲线应在对数坐标纸上绘制，并应取小段某粒径的试样质量占试样总质量的百分比为纵坐标，取粒径的对数为横坐标。七、思考题1．“粒组”与“粒度成分”两术语有何区别？2．试样数量的选取根据什么原则？3．你的试验有无误差？若有误差，你是如何分配的？试验二土的三相实测指标试验土的三相实测指标为土的天然密度、土的含水量、土粒密度。通过测定土的天然密度，了解土的疏密和干湿状态，供换算土的其它物理性质指标和工程设计以及控制施工质量之用。通过测定土的含水量，了解土的含水情况，供计算土的孔隙比、液性指数、饱和度和其它物理力学性质指标。通过测定土粒密度，为计算土的孔隙比、饱和度以及为土的其它物理力学试验提供必须数据。Ⅰ天然密度试验（环刀法）Ⅱ天然含水量（烘干法）Ⅲ测定土粒密度（比重瓶法）Ⅰ天然密度试验（环刀法）一、基本原理用已知质量及容积的环刀切取原状土样，使之与其体积保持一致，定义单位体积的土的质量即为土的密度，其计算公式如下式：式中：ρ——土的天然密度（g/cm3）m1——环刀的质量（g）m2——环刀与土样的质量（g）V——环刀的体积（cm3）二、仪器设备1．环刀V=60cm32．天平感量0.1g，称量500g，或感量0.01,称量2003．切土刀，钢丝锯，凡士林，玻璃等。三、操作步骤1．切取土样：环刀刃口朝下，放在土样表面上，用修土刀指把土样削成略大于环刀的土样，然后垂直向下轻压环刀，边压边削，至土样伸出环刀为止，先削平环刀上端之余土，使土面与环刀边缘齐平，再置于玻璃板上，然后削平环刀刃口一端的余土，使与环刀刀口齐平。若两面的土有少量剥落，可用切下的碎土渣，补上。2．测定环刀与土样之质量：擦净环刀外壁，称量得m2，准确到期0.1g。3．称量环刀质量m1，准确至0.1g,允许误差：±≤0.03g/cm3。4．本次试验需二次平行测寂定，允许误差≤0.03g/cm3。四、注意事项1．用环刀法切取土样时，必须严格步骤操作不得急于求成，用力过猛，或图省事不削成土柱，这样就使土样开裂扰动，结果事倍功半。2．修平环刀两端余土时，不得在试样表面往返压抹。对于较软的土宜先用钢丝锯将土样锯成几段然后用环刀切取。Ⅱ天然含水量（烘干法）一、基本原理土的含水量（也称土的含水率）指土在温度100℃~105℃下烘至恒重时失去的水分质量与恒重后的干土质量的比值，以百分数表示。二、仪器设备1．称量铝盒，削土刀2．烘箱，干燥器三、操作步骤本次试验为平行测定，允许误差≤±0.5%计算式如下：式中：W——土的含水率（%）m1——称量盒加温土之质量（%）m2——称量盒加干之质量（g）m0——称量盒之质量（g）计算精度（0.1%）四、注意事项1．打开土样后，应立即取样称湿土质量，以免水分蒸发。2．土样必须按要求烘至恒重，否则影响测度试精度。五、思考题1．根据试验室测定的土粒密度、土的密度、含水量，如何计算干密度、孔隙比、饱和度？2．干密度能够实测吗？Ⅲ测定土粒密度（比重瓶法）一、基本原理土粒的密度（比重）是指土在温度100~105℃下烘至恒重时的干土质量与同体积蒸馏水在4℃时质量的比值。本次试验主题词：比重瓶法；土粒密度二、仪器设备1．分析天平，称量200g，感量0.01g或0.001g。2．真空抽气设备，温度计，比重瓶100cm3或50cm3，烘箱，蒸馏水。三、操作步骤1．土样的制备取有代表性的风干土样约100g，充分研散并全部过2mm的筛。将过筛的样品及洗净的比重瓶在100~105℃下烘干，取出放置干燥器内冷却至室温后称重。2．测定干土的质量称烘干土15g通过漏斗倾入已知容量的烘干的比重瓶中，然后在分析天平上称得瓶加干土质量，精确至0.01g或0.001g，减去瓶的质量即得土粒质量md。3．抽气将盛有土样及装半满蒸馏水之比重瓶放在真空缸内，抽气1小时。注意抽尽空气。4．将抽气后的比重小心装满蒸馏水，并加盖，恒温至室温即可，并称量之（0.01g或0.001g）。注意擦净比重瓶外缘。5．测定瓶加水之质量倾倒称量后的瓶加水加土，洗净后装满蒸馏水，注意擦净比重瓶外缘，然后称量之，得瓶加水之质量mbw。6．计算土粒的密度式中：ρs--土粒之密度（g/cm3）md--土粒之质量（g）mbw--比重瓶+水（g）mbws--比重瓶+水+土总质量（g）ρw--4℃时蒸馏水的密度（g/cm3）7．本次试验需进行两次平行测定，试验允许误差≤±0.02g/cm3四、注意事项1．煮沸（或抽气）排气时，必须防止悬液溅出瓶外，火力要小，并防止煮干。必须将土中气体排尽，否则影响试验成果。2．必须使瓶中悬液与蒸馏水的温度一致。3．称量必须准确，测定mbw及mbws时，必须将比重瓶外水分擦干。4．若用长劲式比重瓶，液体灌满比重瓶时，液面位置前后几次应一致，以弯液面下缘为准。五、思考题1．土中空气如不排除，所得土粒比重]偏大还是偏小？为什么？2．在测定粘粒含量多的土粒比重时用蒸馏水测得的结果是偏大还是偏小？为什么？试验三测定粘性土的液限、塑限含水率I测定粘性土的液限含水率（锥式仪法）一、基本原理粘性土处于液态到塑态的物理稠度状态时，平衡锥下沉10mm，并延时15sec不变，即为土的液限含水率。本次试验主题词：液态；塑态；液限含水率；锥式仪法二、仪器设备1．锥式液限一套（质量76g，角度30°）2.分析天平（1%或1‰）3．铝合，烘箱，调土刀，凡士林三、操作步骤1．将试样（已备）调至成一定稠度状态（不宜太湿）用刀反复调制均匀。2．在试样杯内，填入试样（先四过后中间）压密并刮平。3．手持平衡锥上端，自由落体（锥尖接触土体表面），放锥，下沉10mm。并延时15sec，即为土的液限（锥尖涂抹薄层凡士林）。4．重复上述操作，测第二次，做平行测定。5．在100~105℃温度下，经6h以上温度恒温烘干，称量之（0.01或0.001g）。可观看液限试验过程录象与动画演示四、计算及试验误差式中：WL--土的液限含水率（%）m1--湿土+盒的质量（g）m2--干土+盒的质量（g）ms--干土的质量（g）本次试验需二次平行测定，允许误差≤±1%。五、注意事项1．若调制土样含水量过大，只许在空气中晾干或用吹风机吹干，也可用调土刀搅拌或用手搓捏，切不能加干土或放在电炉上烘烤。2．放堆时要平稳，避免产生冲击力。3．从试杯中取出土样时，必须将沾有凡士林的土弃掉，方能重新调制或者取样测含水量。六、思考题1．平衡锥放入土中时，为何不能随意放下？2．放锥后土面发生什么样的变化？Ⅱ测定粘性土的塑限含水率（搓滚法）一、基本原理粘性土处于塑态至半固态的界限含水率，即土的塑限。本试验用搓条法。本次试验主题词：塑态；固态；塑限含水率；搓条法二、仪器设备1．毛玻璃板2．其他如用液限试验。三、操作步骤1．将不粘手的试样（已备）放在毛玻璃板上来回轻轻反复捏，压，搓滚，至3mm断裂垂直裂纹的土条。2．装入搓好的土条约8-10条入铝盒内（半满即可）并称量之（0.01或0.001g）。3．在100~105℃温度下，经6h以上恒温温度烘干，并称量之（0.01或0.001g）。4．计算及试验误差：式中：Wp——土的塑限含水率（%）m1——湿土+盒之质量（g）m2——干土+盒之质量（g）ms——干土之质量（g）本次试验需二次平行测定，允许误差≤±1%计算液限、塑限及塑性指数，并按规范要求定出土名，按液性指数，确定土的稠度状态。式中:IP——土的塑性指数（%）IL——土的液性指数（一）可观看液限试验过程录象四、注意事项1．搓滚土条时必须用力均匀，以手掌轻压，不得作无压滚动，应防止土条产生中空现象，所以搓滚前土团必须经过充分的揉捏。2．土条在数处同时产生裂纹始达塑限，如仅有一条断裂可能由于用力不均而产生的裂纹必须呈螺纹状。五、思考题1．为什么搓滚土条规定为3mm粗细？为什么搓滚到规定状态即认为过到塑限