土工试验详细步骤

1实验一土的密度（环刀法、腊封法）土的密度是指土的单位体积的质量。若用天然状态原状土样测得的密度，称天然密度。一般常用环刀法或蜡封法测定粘性土的密度，两者的主要区别在于测定土的体积的方法不同。环刀法适用于较均一、可塑的粘性土。蜡封法适用于土中含有粗粒，或者坚硬易碎难以用环刀切割的土．或者试样量少，只有小块、形状不规则的土样时使用。对于饱和松散土、淤泥、饱和软粘土，不易取出原状样的土，可采用放射性同位素在现场测定其天然密度。砂土、砾石土，可在现场挖坑用灌砂法测定。一、环刀法1．基本原理环刀法是用已知质量及容积的环刀，切取土样。使土样的体积与环刀容积一致，这样环刀的容积即为土的体积；称量后，减去环刀的质量就得土的质量。然后计算得土的密度。2．仪器设备(1)环刀：内径为6～8cm,高为2cm；(2)天平：感量为0.1g；(3)测径卡尺；(4)切土刀、钢丝锯、凡士林油及玻璃板等。3.操作步骤(1)测定环刀的质量及体积用测径卡尺测量环刀的内径及高度，计算得环刀的体积；然后，将环刀置于天平上称得环刀质量1m。(2)切取土样在环刀内壁上涂以薄层凡士林，将环刀刃口向下放在土样表面上，用修土刀把土样削成略大于环刀的土柱，然后垂直向下轻压环刀，边压边削，至土样高出环刀为止。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；然后削环刀刃口一端的余土，使与环刀刃口齐平。若两面的土有少量剥落，可用切下的碎土轻轻补上。(3)测定环刀和土样之质量擦净环刀外壁，称量环刀和土样的质量2m，准确至0.1g。(4)计算土的密度Vmm12式中：——土的密度，g／cm3；2m——环刀与土样之质量，g；1m——环刀的质量，g；V——土的体积，cm3。计算准确至0.01g／cm3。(5)平行测定本试验须进行两次平行测定，取其结果的算术平均值，其平行差值不得大于0.03g／cm3。4.注意事项(1)用环刀切取土样时，必须严格按实验步骤操作，不得急于求成，用力过猛或图省事不削2成土柱，这样就易使土样开裂扰动，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。二、蜡封法1.基本原理蜡封法是将已知质量的土块浸入融化的石蜡中，使试样有一层蜡的外壳，保持其完整外形，通过分别称得带有蜡壳的土样在空气中和水中的重量，根据阿基米德原理，计算出试样体积，便可以求得土的密度。2．仪器设备（1）石蜡及融蜡设备(电炉和锅)；（2）天平：感量为0.01g；（3）其它：切土刀、烧杯、细线、温度计和针等。3．操作步骤（1）切取土样切取体积约30cm3土样，削去松浮表土和尖锐棱角，使其成为较整齐的形状；系上细线，置于天平盘上称得试样的质量m。（2）封蜡持线将试样徐徐浸入刚过熔点(温度为50～70℃)的蜡中，待全部浸没后即将试样提出，重复2～3次，使试样表面复以一薄层蜡膜。注意检查蜡膜中有无气泡；若有用烧热之针刺破，再用蜡涂平孔口。（3）测定试样体积将封蜡试样放在天平上称量,得该试样之质量1m；用细线将试样吊在天平之一端，并浸没于盛蒸馏水的烧杯中(图1)，称其在水中的质量'm。将试样从水中取出，擦干蜡封薄膜表面水分．置于天平上称量．检查是否有水进入土样中。若此时试样质量大于浸水前之封蜡试样质量．并超过0.03g，则试验应重做。图1称封腊试样在水中的质量（4）计算土的密度a.计算试样的体积：312VVV式中：V——试样体积，cm3；1V-——封蜡试样体积，11'wmmV，cm3；2V——蜡膜体积，12nmmV，cm3；'m——封蜡试样在水中的质量，g；1m——封蜡试样的质量，g；m——试样质量，g；w——水的密度，g／cm3；n—石蜡的密度，常采用0．92g／cm3。b.计算土的密度：1112'wnmmmmmmVV(5)平行测定本实验须做两次平行测定，取其结果的算术平均值，平行误差不得大于0.03g／cm3。4.注意事项(1)在封蜡时，应将土样徐徐浸入蜡中．并立即提上．以免蜡膜产生气泡，并防止土样扰动。(2)称封蜡土样时，应在另一砝码盘中放入一条与缚土样长度相等的细线，以平衡线的重量。(4）在称封蜡土样水中质量时，应注意勿使封蜡试样与烧杯壁接触，同时应排除附在其周围的气泡。实验二测定土的含水率(烘干法)1．基本原理含水率是指土中水分质量与干土质量之比值。湿土在温度为l00～105℃的长时间烘烤下，土中水分完全被蒸发，土样减轻的质量与完全干燥后土样的质量之比值，即为湿土的含水率，以百分数表示。测定含水率的方法很多，其区别是使士样干燥的方法不同，常用的有下列几种方法。(1)烘干法：将土样置于烘箱中烘烤除去水分。烘干法只能在实验室中有烘箱设备的条件下进行，一般适用于有机质含量小于5％的土，若有机质含量为5％～10％，仍允许用此法，但需注明有机质含量。(2)酒精燃烧法：将酒精倒入土样中，燃烧除去其水分。此法适用于野外勘测及施工等大量测定含水率的情况。酒精燃烧法的测定速度较快，故又称快速法。(3)砂土炒干法：砂土中结合水少，可以将它放在铝盒中置于电炉上炒干，直至完全干燥，测其含水率。2．仪器设备(1)铝盒2个；(2)天平：感量为0.01g；(3)烘箱；(4)干燥器。43．操作步骤(1)测湿土的质量先称得铝盒的质量0m后选取代表性的土样约15g，放人铝盒内，盖紧盒盖，称铝盒加湿土的质量1m。（2）烘干土样打开盒盖，将盛有土样的铝盒放入烘箱，在温度100～105℃下烘6h以上至恒重。（3）测干土的质量自烘箱中取出铝盒，盖上盒盖，立即放入干燥器中，冷却后称盒加干土的质量2m，减去铝盒质量0m即得干土质量。（4）按下式计算含水率1220100%mmmm式中：——土的含水率，%；1m——铝盒加湿土的质量，g；2m——铝盒加干土的质量，g；0m——铝盒的质量，g,计算准确至0.1％。（5）平行测定每一土样须做两次平行测定，取其结果的算术平均值。允许平行误差值如下：含水率允许平行误差值10％0.5％10～40％1.0％40％2.0％4．试验记录试验记录工程编号钻孔编号土样说明试验者计算者校核者含水量盒号盒＋土（g）盒＋干土（g）盒（g）湿土（g）干土（g）水（g）含水量（g/cm3）平均含水量（1）（2）（3）(4)=(1)-(3)(5)=(2)-(3)(6)=(4)-(5)(7)=(6)/(5)5．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，否则影响测试精度。(3)烘干的试样应冷却后称量，防止热土吸收空气中的水分，并避免天平受热不均影响称量精度。5实验三土的液限和塑限(锥式仪法和搓条法)1．基本原理在界限含水率中，意义最大的是从粘流状态过渡到粘塑状态的液限(L)和从塑态过渡到半固态的塑限(P)。土的塑性指数是液限与塑限之差(PLPI)，是表示土的塑性强弱的指标。从理论上讲，液限时，土出现一定的流动阻力，即有最小可量度的抗剪强度。国内外测定液限的方法，使用两种不同仪器，即瓦氏锥式仪和卡氏碟式仪。前者是前苏联A．M．瓦西里耶夫研制的。他经多次试验认为，锥角30、重76g的圆锥体，沉入土体的深度为10mm时的含水率就是液限。后者是美国卡萨格兰德专门研制的半圆形铜碟。实验时，将土平铺碟中，用划刀分成两半，以每秒2次的速率将碟由10mm高度落下。当下落击数为25次时，原来被划刀分成两半的土在碟底的合拢长度恰好达到13mm时的含水率就是液限。通过计算，对同一种土，用锥式仪测得液限土的抗剪强度为8．4kPa，用碟式仪测得液限土的抗剪强度为2．7kPa。国内外学者多数认为，碟式仪液限的抗剪强度值符合基本物理意义，但其手续较繁琐，强度带有扰动的性质，方法有改善的必要。锥式仪液限的抗剪强度过大，所得含水率偏小，但强度属静力性质，测试简易，适当改进可以推广运用。研究表明，瓦氏圆锥仪下沉17mm时的含水率，大致相当于用卡氏碟式仪测得的液限，可以等效碟式仪液限。因此，在使用液限时，应标明是用何种仪器测得的。目前，我国所测得的液限有三种：①锥式仪液限(下沉10mm)；②锥式仪液限(下沉L7mm)，等效碟式仪液限；③碟式仪液限。我国一直广泛使用10mm锥式液限仪，积累了大量资料．没有特别注明的液限均属于此种液限。土的塑态与固态间的界限含水率称土的塑限。塑限的测定依据主要是根据土处于塑态时可塑成任意形状且不产生裂纹；处于固态时则很难搓成任意形状，若勉强为之，则土面要发生裂纹或断折等现象。以这两种物理状态为特征，确定塑态和固态的界限。也就是说当土被搓成一定粗细的土条且表面开始出现裂纹时的含水率，即为塑限。此外，我国还采用圆锥式液塑限联合测定仪测定液限和塑限。它是用瓦氏圆锥仪在专门的仪器上测定土在不同含水率时的圆锥人土深度，在双对数坐标纸上绘成圆锥入土深度与含水率的关系直线。在直线上分别查得圆锥入土深度为17mm、10mm和2mm时的相应含水率，即为碟式仪液限(等效)、锥式仪液限和塑限。图2锥式液限仪1—手柄；2—锥体；3—平衡锤；4—试杯；5—底座；6—试样2．锥式液限仪测液限6(一)仪器设备(1)铝盒、调土杯及调土刀；(2)锥式液限仪(图2)；(3)天平:感量为0.01g(4)筛：孔径为0．5mm；(5)磁钵和橡皮头研棒；(6)烘箱；(7)干燥器。(二)操作步骤（1）制备土样取天然含水率的土样50g捏碎过筛；若天然土样已风干，则取样80g研碎，并过0.5mm筛；加蒸馏水调成糊状，盖上湿布或置保湿器内12h以上，使水分均匀分布。（2）装土样于调土杯中将备好的土样再仔细拌匀一次，然后分层装入试杯中；用手掌轻拍试杯，使杯中空气逸出；待土样填满后，用调土刀抹平土面，使之与杯缘齐平。（3）放锥①在平衡锥尖部分涂上一薄层凡士林，以姆指和食指执锥柄，使锥尖与试样面接触，并保持锥体垂直，轻轻松开手指，使锥体在其自重作用下沉入土中；注意．放锥时要平稳，避免产生冲击力。②放锥15s后，观察锥体沉入土中的深度，以土样表面与锥接触处为准；若恰为10mm(锥上有刻度标志)，则认为这时的含水率就为液限。若锥体入土深度大于或小于10mm时，表示试样含水率大于或小于液限；此时，应挖去沾有凡士林的土，取出全部试样放在调土杯中，使水分蒸发或加蒸馏水重新调匀，直至锥体下沉深度恰为10mm时为止。有些圆锥还刻有17mm的标志，若锥体下沉深度恰为17mm，此时的含水率即为17mm液限，等效碟式液限。（4）测液限含水率将所测得的合格试样，挖出沾有凡士林的部分，取锥体附近试样少许(约15～20g)放入铝盒中测定其含水率，此含水率即为液限。（5）平行测定本实验须做两次平行测定，计算准确至0．1％，取其结果的算术平均值；两次实验的平行差值不得大于2％。(三)试验记录试验记录工程编号钻孔编号土样说明试验者计算者校核者盒号盒＋土（g）盒＋干土（g）盒（g）湿土（g）干土（g）水（g）液限（％）平均（1）（2）（3）(4)=(1)-(3)(5)=(2)-(3)(6)=(4)-(5)(7)=(6)/(5)(四)注意事项(1)若调制的土样含水率过大，只许在空气中晾干或用吹风机吹干，也可用调土刀搅拌7或用手搓捏散发水量，切不能加干土或用电炉烘烤。(2)放锥时要平稳，避免产生冲击力。(3)从调土杯中取出土样时，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率。3．搓条法测塑限(一)仪器设备(1)铝盒、调土刀、调土杯、滴瓶；(2)磁钵及橡皮头研棒；(3)天平：感量为0.Olg；(4)烘箱、干燥器、电热吹风器；(5)筛：孔径为0.5mm；(6)毛玻璃板：约300mm×200mm。(二)操作步骤（1）制备土样按液限试验制备试样，但加的水分要少，使土团不沾手。（2）搓条取一小块试样在手中揉捏至不沾手，用手指捏成椭球形，置于毛玻璃板上，用手掌轻轻搓滚；手掌用力要均匀，土条长度不能超过手掌宽度，土条不能出现空心现象；当土条被搓至直径为3mm．且产生裂纹并开始断裂时，此时的含水率恰为塑限。若土条被搓至3mm仍未产