土力学实验报告

土力学实验报告

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班级： XX： 学号： 小组成员：

中国矿业大学 筑工程学院岩土工程研究所

二〇一四年十二月

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试验一 含水量试验

一、目的

本试验之目的在于测定土的含水量，借与其它试验相配合计隙比及饱和度等；并查表确定地基土的容许承载力。

二、解释

（1）含水量w是土中水的质量与干土颗粒质量之比，用百分数表示。

（2）本方法适用于有机物含量不超过干土重5%的土。若土中有机物含量在5～l0%之间，应将烘干温度控制在65-70℃，并在记录中注明）。

三、设备

（1）有盖的称量盒数只； （2）天平，感量0.01克； （3）烘箱（温度100~110℃） （4）干燥器（内有干燥剂CaCl2）。

四、操作步骤

（1）选取具有代表性的土样l5-30克（砂土适当多取）放入称量盒。盖好盒盖，称盒加湿土质量。

（2）打开盒盖，放入烘箱。在105～110℃下烘至恒重。烘干的时间一般为：粘土、粉土不得少于8小时；砂土不得少于6小时。

（3）将烘好的试样连同称量盒一并放入干燥器内，让其冷却至室温。 （4）从干燥器内取出试样，称盒加干土质量。

（5）实验称量应准确至0.01克以上并进行2次平行测定，取平均值。 （6）按下式计算含水量 ：

1m2wmm2m100%

式中：

w——含水量，％；

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m1——称量盒加湿土质量，g； m2——称量盒加干土质量，g：

m——称量盒质量，g（根据盒上标号查表）。

本试验须进行2次平行测定，其平行误差允许值； 当含水量w小于5%时，允许平行误差为0.3%；

当含水量w等于或大于5%而小于40%时允许平行误差为l%； 当含水量w等于或大于40% 时，允许平行误差为2%。

五、注意事项

（1）称量盒使用前应先检查盒盖与盒体是否一致，如不一致应换相符者进行称重。 （2）禁止用手取用砝码。读记重量时，注意不要漏读砝码或读错（1克=1000毫克）。 （3）烘干土从烘箱内取出时，切勿外露在空气中以免干土吸收水蒸气。

六、附：快速含水量试验法（酒精燃烧法）

（1）选取有代表性土样若干克（粘土3～5克，砂土20～30克）。放入称重盒内，称盒加湿土质量。

（2）用滴管将浓度为96%以上的酒精注入称量盒内，直至盒中呈现自由液面为止，使酒精浸没试样。

（3）点燃酒精，烧至火焰熄灭。

（4）将试样冷却一分钟左右，重新滴入酒精，再重复烧两次。 （5）称盒加干土质量。 （6）注意事项

①应采用滴管加酒精，酒精瓶用后立即加盖，并远离燃烧的称量盒。 ②燃烧的称量盒应放在瓷盘内，以免烧坏木板及桌面。

③第二次加酒精于土中时，应等火焰完全熄灭后进行，切勿用酒精瓶倒入以免火焰燃及瓶内酒精．发生爆炸危险。

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七、实验数据及成果

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试验三 稠度试验

一、目的

本试验的目的是测定粘性土的液限和塑限，从而算出塑性指数与液性指数，以对土进行分类并确定土在天然含水量下的状态。

根据天然含水量与液限和塑限的比较，可以判断土的稠度状态，并据此查《建筑地基础设计规X》(GBJ7-89)，确定地基土的允许承载力。

二、解释

液限，粘性土由液态变为塑态的临界含水量。当粘性土天然含水置大于液限时，处于液态；反之处于塑态；塑限，粘性土从塑态变为半固态的临界含水量。当粘性土天然含水量大于塑限时，土处于塑态；反之，处于半固态。

三、设备

（1）液，塑限联合测定仪；

包括带标尺的圆锥仪、电磁铁、显示屏、控制开关和试样杯。圆锥质量为76g锥角为30°；读数显示宜采用光电式、 游标式和百分表式；试样杯内径为40mm，高度为30mm （如图2）。

（2）称量盒数个；

（3）分析天平一台（感量0.01克）．

（4）调土刀、调土杯、玻璃片、滴管、蒸馏水、凡士林、秒表等； （5）电烘箱（ 各组公用)。

四、操作步骤

（1）本试验直采用天然含水率试样：当土样不均匀时，采用风干试样：当试样中含有粒径大干0.5mm的土粒和杂物时，应过0.5mm筛。

（2）当采用天然含水率土样时，取代表性土样250g；采用风干试样时，取0.5mm筛下的代表性土样200g。将试样放在橡皮板上用纯水将士样调成均匀膏状，放入调土皿，浸润过夜。

（3）将制备的试样充分调拌均匀，填入试样杯中。填样时不应留有空隙。对较干的试样应充分搓揉，密实地填入试样杯中，填满后刮平表面。

（4）将试样杯放在联合测定仪的升降座上，在圆锥上抹一薄层凡士林，接通电源，使电磁铁吸住圆锥。

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（5）调节零点，将屏幕上的标尺调在零位，调整升降座、使圆锥尖接触试样表面；指示灯亮时圆锥在自重作用下沉入试样，经5s后测读圆锥下沉深度（显示在屏幕上）；取出试样杯，挖除锥尖入土处的凡士林：取锥体附近的试样不少于 l0g．放入称量盒内，测定含水率。

将全部试样再加水或吹干并调匀，重复本条3至5款的步骤分别测定第二点、第三点试样的圆锥下沉深度及相应的含水率。

注意：液塑限联合测定应不少于三点；圆锥入土深度宜分别为3～4mm，7～9mm, 15～17mm。 （7）以含水率为横坐标、圆锥入土深度为纵坐标在双对数坐标纸上绘制关系曲线（如图3），应在一直线上（图中A线）。

当三点不在一直线上时，通过高含水率的点和其余两点连成两条直线，在下沉为2mm处分别查得相应含水率；当两含水率的差值小于2%时，．应以两点含水率的平均值与高含水率的点连一直线（图中B线）；当两个含水率的差值大于、等于2% 时，应重做试验。

（8）在含水宰与圆锥下沉深度的关系图（线A或线B）上：下沉深度为l7mm时对应的含水量即为液限；下沉深度为10mm时对应的含水量即为l0mm液限；下沉深度为2mm对对应的含水量即为塑限。取值以百分数形式表示，精确至0.1l％

（9）塑性指数按下式计算：

IPwLwP式中：

IP——塑性指数

wL——液限（%） wP——塑限（%）

（10）液性指数按下式计算：

w0wPILwLwPIL——液性指数（计算至0.01）

W0——土的天然含水量 其余符号同前。

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五、注意事项

（1）本实验方法采用液、塑限联合测定仪测定黏性土的液限与塑限，适用于粒径小于0.5mm以及有机质含量不大于试样总质量5%的土。

（2）土样含水量测定方法遵照试验一。

六、实验数据及成果

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试验四 侧限压缩试验

一、目的

（1）掌握采用侧限压缩试验测定土的压缩系数的方法，并根据试验数据绘制孔隙比与压力的关系曲线（即压缩曲线）。

（2）根据求得的压缩系数评定土的压缩性。

二、解释

土样在外力作用下将产生压缩，其压缩量与作用在土样上的荷重及土质有关。在相同的荷重作用下，软土的压缩量较大，而坚密的土压缩量小；又如在同一土样条件下，压缩量随着荷重的加大而增加。因此，可以在同一种土样上，施加不同的荷重，一般分级不宜过大，视土的软硬程度及工程情况可取为0.125、0.25、0.5，1.0、2.0、3.0、4.0、5.0、6.0、30kgf／cm²等。最后一级荷重应大于土层的计算压力 l～2 kg f／cm²。这样可以得到不同的压缩量，从而绘制压缩曲线并求得压缩系数。

三、仪器设备：

（1）压缩已（或称固结仪） （2）杠杆加压设备：杠杆比1：12.

（3）百分表：量程10mm，最小分度0.01mm。

（4）其它：天平、秒表、烘箱、切土刀、方玻璃片、铝盒、滤纸、凡士林、仪器表。

四、试验步骤

（1）按试验一所述方法用压缩仪环刀切取土样。测定土样试验前的容重，将装有土样的环刀用玻璃片盖好备用。

（2）按试验二所述方法，取环刀切剩下的土样（不用沾有凡士林部分的）。测定土样试验前的含水量，并熟悉压缩仪各细部的构造及作用。

（3）压缩仪底板上安置。块透水石（注意一定要平衡），接着安放护环，并固定护环。 （4）将湿润滤纸一X放在压缩仪底部的透水石上，然后将装有土样的环刀刀口向下放人护环内，再在土样上面放湿润滤纸一X，透水石一块，放下量表导杆和加压上盖。使各部分密切接触。保持平稳，然后在加压上盖周围放置潮湿棉花圈，以防水分蒸发（如土样取自地下水位以下，则须加水使其在浸入饱和状态下进行试验）。

（5）检查加压设备是否灵敏，利用平衡锤调整横粱至水平位置。

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（6）将装好试样的压缩仪放在加压台的正中，使加压上盖凹部位置的钢球与加压横粱的小孔密合，然后装上百分表，调节量表导杆缩进量不少于8mm (为保证土样压缩时量表导杆不致脱空）；并检查百分表一导杆是否灵活和垂直。

（7）为使压缩仪各部分紧密接触，借加压设备在试样上施加预压荷载约0.0lkgf/cm²。然后调整百分表的指针读数为零。

（8）去掉预压荷我，并立即施加第一级荷载，其大小视土的状态或土的工程可采用要求可采用；在加压的同时开动秒表，分别在l、2、3、5、10、15、20分钟······记录百分表读数，直到两次读数之差不大于0.0005mm时（限于学生实验时间．此处规定均与工程实验操作规程有差别），即认为该级荷载下的压缩变形已属稳定，即可进行下一级荷载。

（9）其后施加第二级荷载，按第八步规定的时间，测记百分表读数，依此类推。最后一级荷重应大予土层的计算压力1～2kgf/cm，在实验过程中，应始终保持加荷杠杆的水平。

（10）最后一级荷重作用下变形达到稳定并取得变形读数后。取下百分表，卸除全部荷重。取下压缩仪，分别拆除钢球，加压上盖、护环、透水石和滤纸等。小心地取出带士样的环刀并清理环刀等。

五、成果整理及计算

（1）各级荷载下的百份数稳定读数与初读数（预压荷载0.0lkgf/cm²）之差，即为该级荷载下的总变形量S总i

（2）计算各级荷载作用下土样稳定变形量Si

SiS总iS仪i

式中：

S仪i ——各级荷载作用下仪器变形量（实验室提供，依据仪器编号查表）

（3）计算土样初始孔隙比e0：

e0式中：

G(1w0)w1

0G——土的颗粒比重

w0——试验前土的初始含水量

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ρ0——试验前土的初始密度，kg/cm³。 ρw——水的密度，kg/cm³。

（4）计算土颗粒高度hg（mm）

hh0g1e0

式中：

h0——土样的初始高度（等于环刀高度），mm。

（5）计算各级荷载下土样变形稳定后的孔隙比ei：

ehiih1g

式中：

hi——各级荷载下土样高度（mm）。hih0Si

（6）按比例绘制压缩曲线，并据此计算压缩系数αi-1及压缩模量Ei-1

六、实验数据及成果

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试验五 抗剪强度试验

一、目的

本试验的目的在于测定土的内摩擦角及内聚力，以供计算及复核地基土的强度、土坡稳定和土压力等用。

二、解释

土体内某一面上的抗剪强度就是抵抗该截面两侧土体发生相对滑动的最大阻力由该阻力由土的内摩擦力和内聚力所组成，可近似地用库仑经验公式表示如下：

粘性土：

tgc

砂 土：

式中：

σ——土所承受的垂直压力（kgf/cm²) Φ——土的内摩擦角（°）

tg

c——土的内聚力（kgf/cm²）

土的抗剪强度试验设备可分成两类：一类是能控制剪切面的仪器，其中广泛应用的是单剪切面应变控制式直接剪力仪和应力控制式直接剪力仪；另一类是三轴剪力仪。

根据剪切过程中土样中孔隙水的变化情况，常用的试验方法育：

（1）慢剪法：加垂直压力使土样压缩至稳定，再慢慢加水平剪力，水能渗透排出。

（2）快剪法：加垂直压力后，迅速加加剪力。在3～5分钟内剪断为止，剪切过程中土样含水量保持不变。

选定剪切方法时，应尽量与土在工程中的实际情况相符。 本试验采用应变控制式直接剪力仪作固结快剪。

二、仪器设备

（1）应变控制式直接剪力仪，该仪器主要部分分为：剪切盒、应力钢环、剪切推进装置和竖向加荷横梁。

（2）测微表（0.01mm）二只； （3）停表一只。

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四、试验步骤

（1）量取（或抄录）剪切面积，放好下盒中的透水石和滤纸，再放好上盒，插上销钉。 （2）用切土器细心地切取原状土，并用小刀将土样两面削平，然后移置到剪力盒上，对齐上盒凹口，盖上滤纸，将一块透水石放在土样上面。用手指均匀地推透水石和土样一并压入剪力盒中。

如系砂土，则用漏斗直接将砂土倒入盒中，厚约2～3厘米，并略用锤击至一定的空隙比，再在砂面上放好滤纸、透水石，每次装砂应大致相等。

（3）将竖向加压横框置于活塞钢球上，按规定垂直应力用砝码加荷。

（4）准备好记录和停表，拨去剪力盒销钉，剪切开始。转动手轮，快剪控制每10秒钟转一转，并每10秒读记测微表读数。手轮每一转轴的进程为0.2毫米。连续转动手轮直到土样剪断为止。快剪法全部剪切过程在3~5分钟内完成。

（5）取出土样，由（2）开始再作一次，取其平均值。

五、计算原理

借助于应力钢环的变形，应用下式计算土中剪应力；

sR式中：

s——剪应力，kgf/cm²;

ε——应力钢环的变形系数，kgf/cm²/0.01mm; R——剪切过程中应力钢环的变形值（测微表读数）

取剪切过程中应力钢环的最大变形值，则得到剪应力s的最大值τ，该值即为土样在该垂直荷重下的抗剪强度。

六、 记录及报告

根据报告纸上的实验数据，绘制各级垂直压力作用下剪应力与剪切变形关系曲线（图6）。并将不同垂直压力(0.5、1.0、1.5、2.0、2.5kgf/cm²)下的实验结果汇总，以σ为横坐标、抗剪强度τ为纵坐标，绘制抗剪强度曲线（图7）。根据该曲线可以求得土的内摩擦角φ及内聚力c（kg f／cm²）。

七、注意事项

（1）计算需要施加的垂直荷重（应包括竖向加压框的重量）。 （2）测徽表应装置稳固，并且具有足够的伸缩余地。 （3）试样每小时的压缩量不超过0.005mm时，视为稳定。

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（4）剪切过程中均匀旋转，不得有间断。 （5）剪切过程中不应使土样受震动。

（6）如系测定饱和土中的抗剪强度，可先将土样放在饱和容器中使之饱和，然后放入剪力盒内，再以水浸没，即可进行实验。

（7）再剪切过程中，当发现剪力钢环中测微表得读数不再变化或剪切位移达到5mm时，则认为土样已剪断；对于密砂或粘性土，还可以见到应力钢环中测微表读数有回落现象，此时说明土样已被剪断。

（8）拿下剪力盒时，应注意不要使盒下的钢球脱落。

（9）每种土应在3~5个不同的垂直压力下进行剪切，以绘制剪切图。在绘制τ~σ曲线时，如个别点和其他点不在一条直线上，应去除该点，将其他各点连成直线。

八、实验数据及成果

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