土力学与地基基础实验指导书12

土力学与地基基础实验指导书Mechanicsofsoilandthefoundationengineering莫瑞蒋仓兰主编宋军伟主审江西蓝天学院土木工程学院1前言本试验指导书适用于土木工程、港口航道与海岸工程、水利水电等专业的本科生、研究生使用。本试验是《土力学》课程的重要实践教学环节。该试验指导书包括以下内容：土的密度试验、含水量试验、颗粒分析试验、液限和塑限试验、土的压缩试验、击实试验、直接剪切试验、三轴试验等试验项目，通过上述试验可以让学生熟悉各种仪器设备在试验项目中的使用方法，锻炼学生的试验基本技能，掌握试验内容和试验的基本方法，培养学生的动手能力及综合分析问题和解决问题的能力，使学生知道为什么要做这些试验，试验参数在工程设计和施工中如何应用，为今后的实际工程设计、施工和研究工作奠定了坚实的基础。本指导书主要依据中华人民共和国行业标准《公路土工试验规程》JTJ051-93和ＪＴＧＥ４０－２００７，中华人民共和国国家标准《岩土工程勘察规范》GB50021-2001、中华人民共和国行业标准《公路工程地质勘察规范》JTJ064-98等国家和行业标准，并结合工程实践经验及教材特点编制而成。本指导由土木工程学院莫瑞、蒋仓兰主编，宋军伟主审，本书适用于土木工程专业本科，根据本专业的特点，在内容上取舍。2目录第一部分教学试验注意事项………………………………………………………1第二部分实验………………………………………………………………………3实验一土的密度试验…………………………………………………3实验二土的含水量试验……………………………………………………4实验三土的颗粒分析试验…………………………………………………5实验四土的液限塑限试验…………………………………………………8实验五土的固结压缩试验…………………………………………………11实验六土的直接剪切试验…………………………………………………14实验七土的三轴压缩试验…………………………………………………17实验八土的击实试验……………………………………………………211第一部分教学实验注意事项为确保实验顺利进行，达到预定的实验目的，必须做到下列几点：一、作好实验前的准备工作：1．预习实验指导书，明确本次实验的目的、方法和步骤。2．弄清与本次实验有关的基本原理。3．对实验中所用到的仪器、设备实验前应事先阅读有关仪器的使用说明。4．必须清楚地知道本次试验需记录的数据项目及数据处理的方法，并事前作好记录表格。5．除了解实验指导书中所规定的实验方案外，亦可多设想一些其它方案。二、遵守实验室的规章制度：1．实验时应严肃认真，保持安静。2．爱护设备及仪器，并严格遵守操作规程，如发生故障应及时报告。3．非本实验所用的设备及仪器不得任意动用。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．注意听好教师对本次实验的讲解。2．清点实验所需设备，仪器及有关器材，如发现遗缺，应及时向教师提出。3．实验时，应有严格的科学作风，认真细致地按照实验指导书中所要求的实验方法与步骤进行。4．对于带电或贵重的设备及仪器，在接线或布置后应请教师检查，检查合格后，才能开始实验。5．在实验过程中，应密切观察实验现象，随时进行分析，若发现异常现象，2应及时报告。6．记录下全部测量数据，以及所用仪器的型号及精度、试件的尺寸、量具的量程等。7．教学实验是培养学生动手能力的一个重要环节，因此学生在实验小组中虽有一定的分工，但每个学生都必须自己动手，完成所有的实验环节。8．学生在完成试验全部规定项目后，经教师同意可进行一些与本实验有关的其它实验。9．实验记录需要教师审阅签字，若不符合要求应重做。四、写好实验报告实验报告是实验的总结，通过写实验报告，可以提高学生的分析能力，因此实验报告必须由每个学生独立完成，要求清楚整洁，并要有分析及自己的观点。实验报告应具有以列基本内容：1．实验名称、实验日期、实验者及同组人员。2．实验目的。3．实验原理、方法及步骤筒述。4．实验所用的设备和仪器的名称、型号。5．实验数据及处理。6．对实验结果的分析讨论。3第二部分实验实验一土的密度试验一、实验目的测定土在天然状态下单位体积的质量。二、实验设备和器材1．符合规定要求的环刀，（内径6~8mm,高2~3mm）；2．精度为0.01g的天平；3．其他：切土刀，凡士林等。三、实验方法和步骤1、测出环刀的容积V，在天平上称环刀质量m1。2、取直径和高度略大于环刀的原状土样或制备土样。3、环刀取土：在环刀内壁涂一薄层凡士林，将环刀刃口向下放在土样上，随即将环刀垂直下压，边压边削，直至土样上端伸出环刀为止。将环刀两端余土削去修平（严禁在土面上反复涂抹），然后擦净环刀外壁。4、将取好土样的环刀放在天平上称量，记下环刀与湿土的总质量m2。5、计算土的密度四、试验要求1、密度试验应进行2次平行测定，两次测定的差值不得大于0.03g/cm3，取两次试验结果的算术平均值；2、密度计算准确至0.01g/cm3VmmVm12_4实验二土的含水量试验一、实验目的用烘干法测定土的含水率二、实验仪器、设备1．烘箱：采用电热烘箱；。2．天平：称量200g,分度值0.01g；3．其他：干燥器，称量盒。三、实验方法和步骤。1、取代表性试样，粘性土为15~30g，砂性土、有机质土为50g，放入质量为m0的称量盒内，立即盖上盒盖，称湿土加盒总质量m1，精确至0.01g。2、打开盒盖，将试样和盒放入烘箱，在温度105~110℃的恒温下烘干。烘干时间与土的类别及取土数量有关。粘性土不得少于8小时；砂类土不得少于6小时；对含有机质超过10%的土，应将温度控制在65~70℃的恒温下烘至恒量。3、将烘干后的试样和盒取出，盖好盒盖放入干燥器内冷却至室温，称干土加盒质量为m2，精确至0.01g。四、试验数据整理计算土的含水量：五、实验要求1．计算准确至0.1%；2．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%。%1000221mmmmmmwsw5实验三土的颗粒分析试验一、实验目的1测定干土中各种粒组所占该土总质量的百分数，借以明了颗粒大小分布及级配组成。2供土分类及概略判断土的工程性质及作建筑材料用。二、试验内容对粒径大于0.075mm且粒径大于2mm的颗粒不超过总质量的10%的无粘性土用标准细筛进行筛分试验。三、实验仪器和设备1标准细筛：孔径为2mm、1mm、0.5mm、0.25mm、0.075mm、底盘；2电子天平：称量200g，感量0.01g；称量1000g，感量0.1g；3摇筛机、恒温烘箱；4其他：毛刷、匙、瓷盘、瓷杯、白纸。四、实验方法与步骤1取有代表性的风干土样或烘干冷却至室温的土样200～500g，称量准确至0.1g。2将标准细筛依孔径大小顺序叠好，孔径大的在上，最下面为底盘，将称好的土样倒入最上层筛中，盖好上盖。进行筛析。标准细筛放在摇筛机上震摇与约10分钟左右。3检查各筛内是否有团粒存在，若有则碾散再过筛。4由最大孔径筛开始，将各筛取下，在白纸上用手轻叩摇晃，如有土粒漏下，应继续轻叩摇晃，至去土粒漏下为止。漏下的砂粒应全部放入下级筛内。逐次检6查至盘底。5并将留在各筛上的土样分别分别倒在白纸上，用毛刷将走色中砂粒轻轻刷下，再分别倒入瓷杯内，称量准确至0.1g。6各细筛上及底盘内砂土质量总和与筛前称量的砂土样总质量之差不得大于1%。五、试验数据整理1按下式计算小于某粒径的试样质量占总质量的百分数：BAmmx×100%式中x—小于某粒径的试样质量占试样总质量的百分数（%）；mA—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）。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①按下式计算颗粒大小分布曲线的不均匀系数：1060ddCu式中Cu—不均匀系数；d60—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；d10—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。7②按下式计算颗粒大小分布曲线的曲率系数：1060230dddCc式中Cc—曲率系数；d30—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土样进行分类，定名为粗砂、中砂、细砂、粉砂等；当颗粒大小分布曲线的Cu≥5且Cc=1～3，则级配良好，否则为级配不良。8实验四土的液限、塑限试验一、实验目的1了解细粒土界限含水量的特征、定义及测定方法。液性界限（ωL）是细粒土从塑性状态转变为液性状态的界限含水量，简称液限；塑性界限（ωP）是细粒土从半固体状态转变为塑性状态的界限含水量，简称塑限。2测定土的液、塑限，用以计算土的塑性指数和液性指数，作为细粒土分类及估计地基土承载力的一个依据。供设计、施工使用。二、试验方法在实验室中，液限（ωL）通常采用锥式液限仪测定；塑限（ωP）通常采用搓条法测定。目前工程中常用液、塑限联合测定仪一起测定粘性土的液限和塑限，本次试验采用液、塑限联合测定仪法，如图。三、实验仪器、设备1．液塑限联合测定仪：圆锥仪、读数显示；2．试样杯：直径40—50mm，高30—40mm；93．天平：称量200g，分度值0.01g；④其他：烘箱、干燥器、铝盒、调土刀、孔径0.5mm的筛、凡士林等。四、测试方法、步骤1．当采用天然含水量的土样时，应剔除大于0.5mm的颗粒，然后分别按接近液限、塑限和二者之间状态制备不同稠度的土膏，静置湿润。静置时间可视原含水量的大小而定。当采用风干土样时，取过0.5mm筛的代表性土样约200g，分成3份，分别放入3个盛土皿中，加入不同数量的纯水，使分别接近液限、塑限和二者中间状态的含水量，调成均匀土膏，然后放入密封的保湿器中，静置24小时。2．将制备好的土膏用调土刀调拌均匀，密实地填入试样杯中，应使空气逸出。高出试样杯的余土用刮土刀刮平，随即将试样杯放在仪器底座上。3．取圆锥仪，在锥体上涂以薄层凡士林，接通电源，使电磁铁吸稳圆锥仪。4．调节屏幕准线，使初读数为零。调节升降座，使圆锥仪锥角接触试样面，指示灯亮时圆锥在自重下沉入试样内，经5秒后立即测读圆锥下沉深度。5．取下试样杯，然后从杯中取10g以上的试样2个，测定含水率。6．按（2）-（5）的步骤，测试其余2个试样的圆锥下沉深度和含水率。五、试验数据整理1、计算含水量2、绘制圆锥下沉深度h与含水量w的关系曲线⑴三点连一条直线。%100*1smmw10⑵当三点不在一直线上，通过高含水量的一点分别与其余两点连成两条直线，在圆锥下沉深度为2mm处查得相应的含水量，当两个含水量的差值小于2%，应以该两点含水量的平均值与高含水量的点连成一线。⑶当两个含水量的差值大于或等于2%时，应补做试验。3、确定液限、塑限在圆锥下沉深度h与含水量w关系图上，查得下沉深度为17mm所对应的含水量为液限wL；查得下沉深度为2mm所对应的含水量为塑限wP，以百分数表示，取整数。4、计算塑性指数和液性指数塑性指数：液性指数：六、试验要求1．计算准确至0.1%；2．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%。PLPwwIPPLIwwI11实验五土的固结压缩试验一、实验目的1、测定试样在侧限与轴向排水条件下的变形与压力的关系，或孔隙比与压力的关系，变形与时间的关系。2、由测得的各关系曲线计算土的压缩系数av、压缩模量Es、压缩指数Cc、回弹指数Cs、固结系数Cv、地基的渗透系数k及土的先期固结压力Pc等，测定项目视工程需要而定。3、利用压缩试验所得的参数计算地基基础的变形量，预估地基承载力。二、实验设备、仪器1、压缩固结仪：由环刀、护环、透水板、加压上盖、量表架等组成；2、加压设备：采用量程为5～10kN的杠杆式加压设备；3、变形量测设备：百分表量程10mm，分度值为0.01mm；4、其他：快速烘箱（300°C～