1、土力学实验指导书班级： 土木 08*学号： U20081*姓名： 日期： 2011-01-08密 度 试 验（环刀法）土的密度是指天然状态下单位体积的土的质量。一、试验目的测定土的密度，以便了解土的疏密和干湿状态，供换算土的其它物理性质指标、计算地基应力及控制施工质量之用。二、试验原理用已知质量和容积的环刀取得土样后，称出环刀加土样的总质量，即可知土样的体积和质量，从而算出土样的密度。即：式中：m 0环刀质量（g）；V环刀容积（cm 3）；m土样质量（g）；土样的密度（g/cm 3）。三、仪器设备1. 环刀：横截面积 50cm2，高 2cm；2. 托盘天平：称量 5001000g，感量 0.1
2、g；3. 其它：修土刀、毛玻璃、凡士林油等。四、操作步骤：1. 土样准备：取原状或人工制备的扰动土（一般由实验室已制成土饼）。2. 取试样：在环刀内壁涂一层薄薄的凡士林油（切记），将环刀刀口朝下放在土饼上，慢慢用力将环刀下压，边压边削去环刀外侧的残土，至土样向外伸出环刀为止。再用削土刀沿环刀的顶面和底面削平试样，并擦净环刀外壁，编上编号。3. 称量：调平托盘天平后，将环刀连同土样放在天平上称量其总质量，准确至 0.1g。五、注意事项：1. 环刀取土时，下压方向要正，用力要均匀。2. 环刀周围的土应细心切削，不可用手抠。3. 土样两端修平时，若遇 d5mm 的砂粒处于欲修平面而无法修平时，应另取
3、土样重做。六、数据记录与计算：环刀法密度实验数据表 表 1（环刀+土）质量（g）环刀质量（g）土样质量（g）环刀容积（ cm3）土样密度（g /cm3）m0+m m0 m V 环刀编号 = /平均密度（g /cm3）1 158.96 43.35 115.61 100 1.15612 159.15 44.30 114.85 100 1.1485 1.1523Vm00)()( 环 刀 容 积 环 刀 质 量的 质 量土环 刀含 水 量 试 验（烘干法）土的含水量是指土中水的质量与土粒的质量之比。一、试验目的测定土的含水量，以了解土的干湿状态，供换算土的其他物理性质指标和状态指标如e、I p、 Il
4、、S r 和评价土的工程性质之用。二、试验原理土中紧紧吸附于土颗粒表面的强结合水只有在 105C 的高温下烘烤数小时才可失去。实验时将湿土样（总质量为 m）置于烘箱中烘烤，待土中水全部蒸发至土样达到恒定质量（m），则可算出原来存在于湿土中的水的质量（m w=mm s），然后计算得土的含水量指标。即：%10)(-( 0wss盒 的 质 量盒 ） 质 量（ 干 土 盒 ） 质 量（ 干 土盒 ） 质 量湿 土式中，w含水量； m+m 0（湿土样+ 盒）的质量（g）；m0盒的质量（g）； m s+m0（烘干土样+ 盒）的质量（g）。三、仪器设备1. 烘箱：电热恒温烘箱（保持温度 100105C）；2
5、. 天平：感量 0.01g；3. 干燥器：内装 CaCl2 等干燥剂；4. 其它：铝盒、削土刀、匙、盛土碗。四、操作步骤1. 取土样：从制备的土中取出至少 2 份（每份 15g30g）放在不同的铝盒中，盖上盒盖，并记录下盒盖上的编号。2. 称量（湿土+盒）的质量（ m+m0）：用天平称量装有湿土的铝盒质量，准确至 0.01g。3. 烘干：取开盒盖后反扣在盒的底部，连同湿土样一起放入烘箱中烘烤至恒定质量。4. 干燥冷却：从烘箱中取出铝盒和土样后，放入干燥器内冷却至室温。5. 称量（干土+盒）的质量（ ms+m0）：从干燥器中取出土样后，立即盖上盒盖，放在天平上称量，准确至 0.01g。五、注意事
6、项试验时动作要快，要及时盖好盒盖，避免水分的蒸发与吸附。六、数据记录与计算含水量试验（烘干法）数据表 表 2（盒+湿土）质量（g）（盒+干土）质量（g）盒质量（g）水质量（g）土粒质量（g）含水量（%）m0+m m0+ms m0 mw ms w盒号 =- =- =/平均含水量（%）110 97.75 85.09 22.95 12.66 62.14 20.37%625 123.67 106.38 22.09 17.29 84.29 20.51% 20.44%七、思考题烘干后的土样为什么要放在干燥器中冷却而不宜在空气中自然冷却？答:因为在空气中自然冷却可能会再次吸水液 限 试 验（锥式液限仪测定法
7、）液限是粘性土由可塑状态转变为流动状态的界限含水量。一、试验目的测定土的液限，用于计算粘性土的塑性指数和液性指数，从而为确定粘性土的状态、评价其物理力学性质提供依据。二、仪器设备1. 圆锥式液限仪：重 76g（包括锥体和平衡装置），锥体高 25mm，锥角为 30；2. 天平：感量 0.01g；3. 铝盒、调土刀、调土碗、玻璃板、凡士林；4. 烘箱、干燥器、吹风机、秒表等。三、试验原理将粘性土调成糊状装入盛土杯中，刮平试样表面，将原锥体轻轻放在试样的中心让其在自重下慢慢下沉，若经历 5 秒时间，锥体恰好沉入 10mm，则此时土样的含水量即为液限。再按含水量的测定方法测得此时土样的含水量即为液限。
8、四、操作步骤1. 制备土样：取烘干或风干的粘性土（过孔径为 0.5mm 的标准筛后）装入调土碗中，加适量的蒸馏水调成糊状，盖上玻璃板，静置一昼夜待用。（一般由试验室完成）2. 装取土样：将制备好的土样用调土刀调匀，分层装入盛土杯中，用调土刀刮平土样表面使与杯口齐平。3. 放锥：用布擦净圆锥仪表面，在锥体表面涂抹一层凡士林，用手指提住圆锥体手柄，将锥尖对准土样表面中心并恰好与土样表面接触，放开手指，使圆锥在自重下下沉。4. 计时读数：放锥同时按下秒表开始计时，经历 5 秒时计下锥体上的下沉深度，若此时的下沉深度刚好为 10mm，则土样的含水量为液限。5. 调整：若锥体沉入深度大于（或小于）10
9、mm，则说明土样的含水量大于（或小于）液限。应将盛土杯中的土样全部取出置于玻璃板上（或调土碗中）适当风干（或加水拌匀），然后在按第 2、3、4 步重新进行试验，直到下沉深度刚好为 10mm 时方为合格。6. 测液限含水量：将测试合格的土样取出一部分，用烘干法测定其含水量即为土的液限。五、注意事项1. 圆锥体上凡士林不能涂抹太多，测试后立即将粘有凡士林的部分土样剜除。2. 向盛土杯中分层装入土样时，不能留有气泡和空隙。3. 土样含水量超过液限时，不能掺入未经湿化的干土，而应让其慢慢风干或用吹风机吹干六、数据记录与计算液限试验成果表 表 3（盒+湿土）质量（g）（盒+干土）质量（g）盒质量（g）水
10、质量（g）干土质量（g）液限（%）m0+m m0+ms m0 mw ms wL盒号 = - =- =/平均液限(%)812 47.54 41.72 22.05 5.82 19.67 29.59%079 47.55 40.43 22.03 7.12 18.4 38.70%34.14%塑 限 试 验（搓条法）塑限是粘性土由可塑状态转变为坚硬状态的界限含水量。一、试验目的测定粘性土的塑限，用于计算 Ip 和 IL，并为评价粘性土的物理状态和可塑性提供参考。二、试验原理将粘性土配制成稍湿的土样后，用手掌轻轻搓条，若搓至直径为 3mm 时土条刚好开始断裂，则此时土样的含水量即为塑限。按测定含水量的方法测
11、出此时的含水量即为塑限。三、试验设备和仪器1. 毛玻璃板：约 200300mm。2. 直径 3mm 的金属棒。3. 其它：同含水量（烘干法）实验仪器设备。四、操作步骤1. 制备土样：取风干粘性土，在调土碗中加入少量蒸馏水使其浸润，静置一昼夜备用（由实验室完成）。2. 搓条：取土样先在手掌中搓成球形，再放在玻璃板上用手掌均匀用力搓成直径为 3mm的长条（与金属棒比较）。若此时土条刚刚开始断裂，且裂缝间距较均匀，则土样的含水量为塑限。3. 调整：若搓至 3mm 时土条不断裂，说明土样的含水量大于塑限，应让其稍许风干后重新搓条；若土条还未搓至直径为 3mm 时就已断裂，说明土样的含水量小于塑限，应加
12、少量水调匀后再搓。直至搓条合格为止。4. 测定塑限：取搓条合格的断裂土条约 5g，按含水量试验的方法和步骤测定其含水量即为土样的塑限。五、注意事项1. 土条长度不宜超过手掌宽度。2. 搓条时不要包入空气，土条不能搓成管状，手上不得有汗液或油脂。3. 土条搓至塑限时，土条裂纹应大致均匀，如果裂纹分布极不均匀或无裂纹时土条突然断裂，一般是用力不均匀或不当所造成的，应重搓。4. 若土条始终搓不到 3mm 就断裂，说明土样是无粘性土，无塑限。六、数据记录与计算塑限试验（搓条法）数据表 表 4（盒+湿土）质量（g）（盒+干土）质量（g）盒质量（g）水质量（g）干土质量（g）塑限（%）m0+m m0+ms
13、 m0 mw ms wp盒号 =- =- =/平均塑限（%）144 26.13 25.18 21.34 0.95 3.84 24.74%499 27.51 26.43 21.02 1.08 5.41 19.96%22.35%压 缩 试 验一、试验目的通过实验获得数据绘制土的压缩曲线，从而计算土的压缩系数或压缩模量，为工程上评价土的压缩性提供依据。二、试验原理在侧限条件下对土样施加竖向压力 P，使土样沿轴向排水产生压缩变形。如图所示：设土样在原始状态时：高度为 H0，空隙比为 e0；在压力作用下压缩稳定时：高度为 H，空隙比为 e。由于压缩前后土粒的体积不变、土样的横截面积不变，令 Vs=1，故
14、有：变换后得：e10 )1(00eee0 可以通过对原始土样进行 w、d s、 试验后换算求得： )1(0weH0 为已知，因此只要测出在压力 p 作用下压缩稳定时的土样高度变化量H 就可计算出土样压缩后的空隙比 e，由此得出 ep 的对应关系。分级施加荷载 pi，则可得出若干组（p ie i），在 ep 图上描点连成光滑曲线即得土样的压缩曲线。三、仪器设备1. 双联气压式压缩仪；2. 百分表：最大量程 10mm，分辨力 0.01mm；3. 环刀、修土刀、烘箱、秒表等；4. 含水量、密度、相对密度试验设备仪器（或实验结果）。四、操作步骤1. 切取土样：用环刀切取制备好的土饼，将土样端面削平，并
15、擦去环刀表面余土。2. 安装土样：将装有土样的环刀刀刃向下，装入压缩仪的渗压容器中，再安放上透水石和加压盖及定向钢球。3. 安装压缩仪：将渗压容器小心地装入压缩仪中规定的位置，使加压活塞对中。安装百分表，使其预压 510mm 以适应土样的压缩变形。4. 检查：将小砝码轻轻放在加压杠杆上，观察百分表的指针，如果指针移动则表明加压系统安置好。Vvo=eo Vv=eVs=1Vs=1HOs5. 逐级施加荷载：施加第一级荷载，每隔 5 分钟读一次读数，共读 3 次；然后再按同样的步骤加以下各级荷载并读数。6. 卸荷及清理：试验完毕后，先取下砝码，取下加压盖和透水石后，取出环刀土样，并将压缩仪清理干净。五
16、、注意事项：加砝码时应轻放，不能有冲击荷载。六、数据计录与计算环刀高度： 2 cm 环刀横截面积： 50 cm 2环刀体积： 100 cm 3 环刀质量： 43.18 g压缩试验数据记录表 表 5荷载（kPa）读数(mm) 100 200 300 400初始读数 1.13 1.13 1.13 1.135min 1.09 0.91 0.63 0.3310min - - - -15min - - - -压缩试验计算表 表 6土粒的相对密度 ds= 2.72 土样的密度 = 1.1523 g/cm 3 含水量 w=20.44%=1.83251)(0wse荷载 pi(kPa) 稳定时下沉量H i(mm
17、) 孔隙比 ei100 0.04 1.83200 0.22 1.80300 0.5 1.76400 0.8 1.72直 剪 试 验抗剪强度是土体抵抗剪切破坏的极限能力。一、试验目的测定土的抗剪强度指标：内摩擦角 和内聚力 c。二、设备仪器1. 应变控制式直剪仪：包括剪力盒、施力系统和量力钢环等。（如图）2. 环刀、修土刀、秒表、玻璃板、凡士林等。1手摇母轮传力杆；2底座；3透水石；9钢环5活塞盖；6、10剪力盒；7 土样；4、 8百分表三、试验原理如图，通过加压活塞对土样施加轴向压力使土样排水固结，再快速通过连杆对土样施加水平剪力 V 使其沿规定的剪切面产生剪切变形，直至达到 Vmax 时土样
18、被剪坏。设土样的横截面积为 A，量力钢环的变形系数为 KH（标在剪切仪的钢架上），剪坏时百分表的读数与初始读数之差为 ，则破坏时有：hmaxAFAmax取若干个土样进行平行试验，可测得多组（, f），将各组（, f）值在 f 图上描点，并作过这些点的直线，即为土样的抗剪强度直线。由抗剪强度直线即可得到土的内聚力 c 和内摩擦角 。四、操作步骤1. 切取土样：用环刀切取土样四个，用修土刀修平端面，擦去环刀外面的残土。2. 调整直剪仪：拧动台座下方的杠杆施力系统的调平螺丝，使杠杆基本水平（处于两道红线之间）；将剪力盒安放在滚珠槽上，取出上透水石并插上剪力盒螺栓。3. 安装土样：将环刀土样刃口朝上（
19、切记）放在剪力盒的槽口上，透水石放在土样上并对准土样中心后均匀用力向下挤压，将土样挤入剪力盒中，再安放上透水石和活塞盖。4. 安装百分表：在量力钢环中小心安装百分表，使百分表的伸缩端轻轻接触钢环内壁。5. 检查：缓慢转动手摇母轮，观察百分表的指针，当指针有轻微移动时停止手轮转动，说明剪切仪已安装好。然后，取下剪力盒上的固定螺栓（切记）。6. 剪切：在剪切仪下方杠杆系统砝码座上加一个砝码（土样所受的竖向压力对应为100kPa）；匀速摇动手摇母轮（约 10 圈/分钟），同时观察百分表读数变化和剪切仪的上、下盒间的水平位移。当上、下盒错开约 34mm 且百分表的指针不再向前走动时，表明试样已被剪坏，
20、停止第一级荷载下的试验，记下百分表的读数。=F/AVmaxVmax7. 拆卸剪力盒：土样剪坏后，先卸去砝码，再反时针转动手摇母轮，取出剪力盒中的土样，清理剪力盒。8. 再按上述步骤 3、4、5、6、7 依次对第 2、3、4 个土样进行试验，所加的砝码依次为2、3、4 个（对应土样的竖向压力依次为 200、300、400kPa），并依次记下读数。五、注意事项1. 砝码要轻放，避免产生冲击荷载。2. 转动手摇母轮时，速度尽量要均匀，避免突然加速。六、数据记录与计算百分表读数记录表 表 7竖 向 压 力 （ kPa）百 分 表 读 数 （ mm） p1=100kPa p2=200kPa p3=300kPa p4=400kPa 初始读数 0 0 0 0剪坏时读数 0.34 0.69 1.01 1.24钢环变形量 =- 0.34 0.69 1.01 1.24土样抗剪强度计算表 表 8钢环变形系数 KH= 1.9048 kN/mm 土样横截面积 A= 50cm2竖 向 压 力p（ kPa）剪坏时钢环变形量(m)剪坏时剪切力(kN)Vmax=KH抗剪强度(kPa) f =Vmax/A100 340 0.65 129.53 200 690 1.31 262.86 300 1010 1.92 384.77 400 1240 2.36 472.39 试验结果： c= 24.76kPa =48.99
