1、土工实验指导书湖南科技大学土木工程学院土工实验室20089土工实验指导书 第 1 页 共 9 页目 录1. 塑、液限联合测定实验 22. 固结实验 . 43. 直接剪切实验 . .74三轴不固结不排水剪切实验 9参考资料：1、 土工试验方法标准 GB/T 50123-19992、 公路土工试验规程 JTG E40-20073、 中华人民共和国行业标准土工试验规程 SL 237-1999土工实验指导书 第 2 页 共 9 页塑、液限联合测定实验（一）实验目的塑限是粘性土可塑状态和半固体状态分界点的含水率，液限是粘性土流动状态和可塑状态分界点的含水率。适用于粒径小于 0.5mm，以及有机质含量不大
2、于试样总质量 5%的土。本次实验目的采用液塑限联合测定仪法测定土的塑限和液限，并计算塑性、液性指数，供工程设计和施工使用。（二）仪器设备：1. LP100 数显式塑液限联合测定仪：锥质量 100 克，锥角为 30 ；02.天平：称量 500g，感量 0.01g；3.其它： 筛（孔径 0.5mm） ，调土刀，调土皿，称量盒，凡士林 ，烘土盒 ，烘箱等。(三) 实验步骤：1. 取有代表性的天然含水率或风干土样进行实验。如土中含大于 0.5mm 的土粒或杂物时，应将风干土样用带橡皮头的研仵研碎或用木棒在橡皮板上压碎，过 0.5mm 的筛。2. 取 0.5mm 筛下的代表性土样 200g，分开放入三个
3、盛土器中，加不同质量的蒸馏水，土样的含水率分别控制在接近液限（a 点） ，略大于塑限（c 点）和二者的中间状态(b 点)。用调土刀调匀，盖上湿布，放置18h 以上。测定 a 点的锥入深度应为 20（0.2）mm，测定 c 点的锥入深度应控制 5mm 以下。 3.土膏用调土刀充分调拌均匀，密实地填入试样杯中，应使空气溢出，高出试样杯的余土用刮土刀刮平。4. 接通电源，在锥体上涂一层凡士林，将试样杯放在升降台上。缓缓地逆时针方向调节升降旋纽，当试杯中的土样刚接触锥尖时，接触指示灯立刻发亮，此时应停止旋动，然后按“测量”键。锥体在自重下沉入试样，此时，时间音响发出“嘟！嘟”的声音。当测量时间一到，叫
4、声停止，此时显示屏上显示出 5 秒钟的入土深度值。第二次测量时，需将锥体再次向上托至限位处，顺时争方向调节升降旋纽至能改变锥尖与土的接触位置（锥尖两次锥入位置距离不小于 1cm） ，将锥尖擦干净，再次测量，重复上述步骤进行。5. 去掉锥尖入土处的凡士林，取 10g 以上的土样两个，分别装如烘土盒内，称质量，测定其含水率 ，1，计算含水率平均值 ；26.重复 35 步，对其它两个含水率土样进行实验，测其锥入深度和含水率。(四) 资料整理：1. 在双对数坐标纸上，以含水率 为横坐标，锥入深度 h 为纵坐标，三点连一直线，如三点不在同一直线上，通过高含水率的一点与其于两点连成两条直线，在圆锥下沉深度
5、 3mm 处查得相应的含水率，当两个含水率差值小于 2%时，以该两点含水率的平均值与高点含水率的连成一条直线。当两个含水率的差值大于或等于 2%时，应补做实验。2测定 a 点的锥入深度应为 20（0.2）mm,h 图上，查纵坐标入土深度 h=20mm 所对应的横坐标的含水率 ，即为该土样的液限 ；入土深度 h=3mm 处所对应的含水率 为该土样的塑限 ，以百L P分数表示。3.按下列公式计算塑性指数，液性指数：= ； 式中： I ：塑性指数，计算至 0.1； ：液限， （除PLPPLP L去%） ； ：塑限， （除去%） ； ：天然含水率， （除去 %） ； I ：液性指数，计算至 0.01；
6、L土工实验指导书 第 3 页 共 9 页塑、液限联合测定实验记录实验者: 实验日期:次 数项 目 1 2 3h1h2入土深度(mm) (h1+ h2) / 2盒 号盒质量湿土加盒质量（g）干土加盒质量（g）水分质量（g）干土质量（g）含水量（%）含水量（%）平均含水量（%）= ; = ; I = ; I =PLPL含水量（%）土工实验指导书 第 4 页 共 9 页固 结 实 验（一）实验目的固结实验的目的是测定试样在有侧限与轴向排水条件下的变形和压力或孔隙比和压力的关系，变形和时间的关系，以便计算土的单位沉降量 S ，压缩系数 a ,压缩指数 C ,回弹指数 C ，压缩模量 E ，固i v s
7、s结系数 C ，及原状土的先期固结压力 P 等，测定项目视工程需要而定。V C本实验方法适用于饱和粘性土，当只进行压缩时，允许用于非饱和土。本次实验为学生实验课，所用土样为非饱和重塑粘性土。在实验课里，要求学生：（1）测定试样的轴向变形与压力之间的关系，绘制ep 曲线，从而求得试样在 100200kpa 压力范围内的压缩系数 a ，压缩模量 E ；(2) 测定试样在21v21s200kpa 压力下， 变形与时间平方根 d 的关系曲线.t（二）仪器设备：1双联固结仪：由下列三部分组成；容器及附件：环刀，护环，导环，透水石，水槽，加压上盖等；加压设备： 砝码，杠杆，框架，平衡锤；变形测量设备： 量
8、表导杆，量表架，百分表(量程 10mm)；2其它 ： 秒表，天平，烘箱，干燥器，切土刀，凡士林等。(三) 实验步骤：1. 按土的密度实验方法，用环刀切取试样，擦净环刀外壁，并测定其密度及含水率。2. 在固结容器内放置护环，透水石和滤纸，将带有试样的环刀小心地装入护环内，装上导环，试样上依次放上滤纸，透水石和加压上盖。3. 将装好试样的容器置于加压框架下，对准框架的正中，安置好量表导杆，在导杆上端装好百分表，并将百分表之短指针指在 78mm 处。4. 施加 1kpa 的预压力，使试样与仪器上下各部件之间接触，并将百分表长、短针调至同步，记录初读数（估读到 0.001mm） 。5. 施加第一级压力
9、 50kpa，至土样变形稳定为止（学生实验时，因为时间有限，加压后 9 分钟即假定变形稳定） ，测记百分表读数后，施加下一级压力。6. 依次施加压力 100，200 ，300，400kpa ，各级压力下试样变形稳定时间均为 9 分钟，分别测记百分表读数（精度同上） 。7. 施加第 3 级压力（ 200kpa）后，需测定试样的沉降速率，按下列时间顺序测记试样的高度变化，时间(累计)为 15；1；215；4；615；9。8. 加压结束后，迅速拆除仪器各部件，取出试样，如需要，测定其密度和含水率。(四) 资料整理：1.试样的初始空隙比，应按下式计算：式中 e 试样的初始孔隙比（精确至 0.001）
10、； 试样的初始含水率（%） ；0 0G 土粒比重(学生若未做此实验,采用 2.70)； 4 C 时水的密度( )；S 3cmg 试样的初始湿密度( )。03cmg1100sG土工实验指导书 第 5 页 共 9 页2.各级压力下试样固结稳定后的孔隙比 e ，应按下式计算：i式中 e 各级压力下试样固结稳定后的孔隙比（精确至 0.001） ；ie 试样的初始孔隙比；0h 试样的初始高度；（20mm0； 在 i 级压力下试样固结稳定后的总变形量（mm） 。等于该级压力下稳定后的百分表读数i与初读数之差，再减去仪器在该级压力下的变形量。学生实验时，仪器变形量不计。3.绘制压缩曲线：以压力（kpa）为横
11、坐标，孔隙比为纵坐标，绘制孔隙比与压力之间的关系曲线，即eP 曲线。4.绘制 d 的关系曲线：在 200kpa 压力下，以百分表读数（非读数差）d(mm)为纵坐标；时间平方根t（min）为横坐标，绘制变形与时间关系曲线（不要求 t ） 。t 905.由实验所得的 eP 曲线，计算试样在 100200kpa 压力范围内的压缩系数和压缩模量；（1）式中： a 试样在 100200kpa 压力范围内的压缩系数，单位为 MPa (精确至 0.01)；21v 1e 在 eP 曲线上，分别查得 100、200kpa 压力所对应的孔隙比；,p 分别为 200，100kpa 压力值。12,（2）式中： E 试
12、样在 100200kpa 压力范围内的压缩模量，单位为 MPa(精确至 0.1)；21Se 试样的初始孔隙比；0a 试样在 100200kpa 压力范围内的压缩系数（MPa ） 。 21v 1121pev210vsaei h01土工实验指导书 第 6 页 共 9 页固 结 实 验实验者： 实验日期：压 力 （ kpa） 固结时间经过时间50 100 200 300 400小时 分钟 时间 读数 时间 读数 时间 读数 时间 读数 时间 读数 分 秒1512 1546 159仪器变形量（mm）试样总变形量（mm）0 100 200 300 400P(Kpa)eP 关系曲线0 0.5 1 1.5
13、2 2.5 3(mm)t土工实验指导书 第 7 页 共 9 页d- 关系曲线t直接剪切实验（一）实验目的直接剪切实验是测定土的抗剪强度的一种常用方法，通常采用四个试样，分别在不同的垂直压力下，施加水平剪切力进行剪切，测出破坏时剪应用力 ，然后根据库仑定律确定土的抗剪强度参数：内摩擦角 和粘聚力 C。本实验适用于测定粘性土和砂类土的抗剪强度参数，土颗粒的粒径应小于 2mm。直剪实验分粘性土的慢剪实验、固结快剪实验、快剪实验和砂类土的直剪。（二）仪器设备：1.应变控制式直剪仪：由剪切容器、垂直加压设备、推动座（手轮） 、量力环等组成。2.天平：称量 500g,感量 0.01g；3.其它：环刀、手表
14、、刚直尺、圆木块、盛土盘等。(三) 实验步骤：1.按要求的干密度，称出一个环刀体积所需的风干试样（质量约为 100g） 。本实验使用原状土试样。2.取出剪切容器的加压盖及上部透水石，将上下盒对准，插入固定销。3.将试样徐徐倒入剪切容器内，在试样面上依次放好透水石、加压盖、钢珠和加力框架。4.徐徐转动手轮至量力环上的百分表长针微微转动为止，记下百分表的初读数 R ，或将百分表的0长针调至零，即 R =0。05.在试样面上施加第一级垂直压力 P=100kpa。6.拔去固定销，以每分钟 6 转的均匀速率转动手轮，直至剪损。当百分表读数不变或后退时，应继续剪切至位移为 4mm 时停止，记下破坏值。当剪
15、切过程中量力环百分表读数无峰值时，则剪切至剪切位移达 6mm 时停止。7.卸除压力，取下加力框架、钢珠、加压盖等，倒出试样，刷净剪切盒。8.重复 2-7 步骤，改变垂直压力，使分别为 200、300、400kpa 进行试验。(四) 资料整理：1.各级压力下试样破坏时的剪应力按下式计算： 0RkM式中： 试样破坏时的剪应力（kpa） ；K 量力环系数，其值标明在各仪器的量力环上 （ ） ；m.kpa01R 百分表最大的读数（0.01mm） ； R 百分表初读数或等于 0（0.01mm） 。m 02.绘图：以抗剪强度为纵坐标，垂直压力为横坐标（两坐标比例应一致）：将试验所得各点绘于坐标图上，根据图
16、上各点，绘一视测的直线，则此直线即为抗剪强度线；其倾角为土的内摩擦角 ，抗剪强度线在纵坐标轴上的截距为土的粘聚力 C。土工实验指导书 第 8 页 共 9 页剪 切 实 验实验者： 实验日期：压 力 100kpa 200kpa 300kpa 400 kpa手轮转数量力环变形(0.01mm)剪应力(kpa)C= =400300抗剪强度 200(kpa) 10000 100 200 300 400垂 直 压 力(kpa)土工实验指导书 第 9 页 共 9 页三轴不固结不排水剪切实验（参观）（一）实验目的1.不固结不排水（UU）试验是在施加周围压力和增加轴向压力直至破坏过程中均不允许试样排水。2.本试
17、验适用于测定粘质土和砂类土的总抗剪强度参数 Cu、 u 。（二）仪器设备：1.三轴压缩仪：应变控制式由周围压力系统、反压力系统、孔隙水压力量测系统和主机组成。2.附属设备：包括击实器、饱和器、切土器、分样器、切土盘、承膜筒和对开圆膜。3.百分表：量程 3cm 或 1cm，分度值 0.01mm。4.天平：称量 200g，感量 0.01g；称量 1000g，感量 0.1g。5.橡皮膜：应具有弹性，厚度应小于橡皮膜直径的 1/100，不得有漏气孔。（三） 、仪器检查1.周围压力的测量精度为全量程的 1，测读分值为 5kPa。2.孔隙水压力系统内的气泡完全排除。系统内的气泡用纯水或施加压力使气泡溶于水
18、，并从试样底座溢出，测量系统的体积因数应小于 1.510 5cm3/kPa3.管路应畅通，活塞应能滑动，各连接处应无漏气。3. 橡胶膜在使用前应仔细检查，方法是在膜内充气，扎紧两端，然后在水下检查有无漏气。(四) 实验步骤：1.在压力室底座上依次放上不透水板、试样及试样帽，将橡皮膜套在试样外，并将橡皮膜两端与底座入试样帽分别扎紧。2.装上压力室罩，向压力室注满纯水，关排气阀，压力室不应有残留气泡。并将活塞对准测力计和试样顶部。3.关排水阀，开周围压力阀，施加周围压力，周围压力值应与工程实际荷载相适应，最大一级周围压力与最大实际荷载大致相等。4.转动手轮，使试样帽与活塞及测力计接触，装上变形百分表，将测力计和百分表读数调至零位。（五） 、试样剪切1.剪切变速率为每分钟 0.5-1。2.开动马达，接上离合器，开始剪切。试样每产生 0.3-0.4的轴向应变，测记一次测力计读数和轴向应变。当轴向应变大于 3时，每隔 0.7-0.8的应变值测记一次读数。3.当测力计读数出现峰值时，剪切应进行到轴向应变为 15-20。4.试验结束后，先关闭周围压力阀，关闭马达，拨开离合器。倒转手轮，然后打开排气孔，排除受压室内的水，拆除试样，描述试样破坏形状，称试样质量，并测定含水量。
