《土质学与土力学》课程实验指导书（土木工程专业适用）.doc

土质学与土力学课程实验指导书 土木工程专业适用南京工业大学土木工程学院 目 录土质学与土力学实验注意事项1实验仪器操作细则2实验一： 土的液限、塑限和含水量试验3实验二： 颗粒分析试验 6实验三：土的压缩试验10实验四：土的直接剪切试验12实验五：土的三轴剪切试验14土质学课程实验注意事项1、实验前必须阅读有关教材及本实验指导书，初步了解实验内容要求与步骤。2、试验仪器有许多是易碎、易损及贵重的，应先了解仪器性能和使用方法，然后再动手，不是本次试验仪器不要触摸。3、实验记录应用正楷填写，不可潦草，并按规定准确填写试验日期、交报告日期等。4、各项记录须于试验进行时立即记下，不可另以纸条记录，事后誉写；详细记录试验过程中出现的异常现象。5、记录数字若有错误，不得涂改，也不可用像皮擦拭，而应在错误数字上划一斜杠，将改正之数记于其旁。6、简单计算及必要的检验，应在试验进行时算出。7、实验结束时，应把实验记录交给指导教师审阅，符合要求并经允许，方可收拾仪器结束实验，并按实验开始时领取仪器的位置，归还仪器与工具。8、在规定时间内上交试验记录及整理的试验成果。9、试验室内不能打闹、大声喧哗，注意保持公共场所。试验仪器操作细则1、 试验仪器必须爱护，防止振动、日晒、雨淋，不应将仪器作为玩具或嬉闹工具。2、 使用仪器设备时，要阅读技术说明书，熟悉技术指标、工作性能、注意事项。3、 仪器设备通电前，确保供电电压符合仪器设备规定输入电压值。4、 机械类设备仪器操作时用前加润滑油，用后擦拭干净。5、 制取土样的刀、锯器具要符合国家标准，制取原状土的容器体积质量要进行试验前校定。6、 具体实验按实验规程严格执行，认真做好实验数据记录。7、 实验完毕，整理好实验相关数据，并写出文字整理和数据报告，交实验室留档。8、 一切仪器工具若发生故障，应及时向指导教师或实验室工作人员回报，不得自行处理，若有损坏，遗失应写书面检查，进行登记、酌情赔偿。实验一 土的液、塑限和含水量试验学 时：2学时实验性质：操作型实验一、目的要求：掌握土的液、塑限和含水量试验的基本原理，了解试验的仪器设备，熟悉试验方法和操作步骤，掌握液限、塑限和含水量的计算方法和试验成果的整理。二、试验原理：（一）、含水量试验原理：土样含水量是指土样在105至110温度下烘干至恒重时所失去的水分质量与烘干质量的比值，用百分数表示为：。式中，代表土样含水量（%）；m湿土质量（g）；ms烘干土质量（g）。土样在在105至110温度下加热，土中自由水会变成气体挥发，土恒重后，即可认为是干土质量ms，挥发掉的水分质量为水重ms=m-ms。（二）、液限、塑限试验原理：粘性土随着含水量变化，其物理状态和力学性质发生明显的变化。重塑土处于液态时在自重作用下不能保持其形状，发生类似于液体的流动；土体处于可塑状态，在重力作用下能保持形状，在外力作用下将发生塑性变形而不断裂，外力消失后能保持外力消失前一时刻的形状而不变，有一定的抗剪强度。通过给予试样一个小的外力，在一定时间内变形达到规定值时的含水量。塑限试验利用土体处于可塑时，在外力下产生任意变形而不发生断裂；土体处于半固态时，当变形达到一定值（或受力较大）时发生断裂底特点。试验时给予一定外力，使试样变形达到规定刚好出现裂缝时所对应底含水量作为塑限含水量。三、试验方法：液限测定可以采用锥式液限仪法以及液、塑限联合测定仪法；塑限测定可以采用挫滚法以及液、塑限联合测定仪法；四、仪器设备：（一）、液、塑限联合测定法仪器设备：锥式液限仪、液、塑限联合测定仪、毛玻璃板、调土刀、0.5mm孔径分析筛、凡士林、纯水、恒温烘箱、天平、铝盒、干燥器、铅丝篮等。（二）、锥式液限仪法仪器设备：锥式液限仪（图1.1）、毛玻璃板、调土刀、0.5mm孔径分析筛、凡士林、纯水、恒温烘箱、天平、铝盒、干燥器、铅丝篮等。（三）、滚搓法塑限试验仪器设备：锥式液限仪、液、塑限联合测定仪、毛玻璃板、调土刀、0.5mm孔径分析筛、凡士林、纯水、恒温烘箱、天平、铝盒、干燥器、铅丝篮等。五、试验步骤：（一）、液、塑限联合测定法试验步骤： 图1.1 锥式液限仪l 本试验宜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于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，0. 5mm筛下的代表性土样200g，将试样放在橡皮板上用纯水将土样调成均匀膏状，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，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。 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，挖去锥尖入土处的凡士林，取锥体附近的试样不少于10g，放入称量盒内，测定含水率。 6 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。液塑限联合测定应不少于三点。（注：圆锥入土深度宜为34mm，79mm，1517mm。）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1.2所示。三点应在一直线上如图中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二条直线，在下沉为2mm处查得相应的2个含水率，当两个含水率的差值小于2时，应以两点含水率的平均值与高含水率的点连一直线如图中B线，当两个含水率的差值大于、等于2时，应重做试验。8 在含水率与圆锥下沉深度的关系图上查得下沉深度为17mm所对应的含水率为液限，查得下沉深度为10mm所对应的含水率为10mm液限，查得下沉深度为2mm所对应的含水率为塑限，取值以百分数表示，准确至0. 1。9 塑性指数应按下式计算：。式中，塑性指数；液限()；塑限()。液性指数应按下式计算：。式中，液性指数，计算至0. 01。（二）、锥式仪液限试验步骤：1 制备试样：可采用天然含水量土样或风干土样制备。采用天然土样时，剔除大于0.5mm土粒，取代表性土样约200g，拌和均匀即可；对风干土样，过0.5mm筛，取筛下土约200g，加水加至液限附近，调成糊状，拌和均匀后密封于保湿缸中静置24小时，使水分均匀分布。 1. 2 圆锥下沉沉深度与含水率关系曲线2、装土样于调土杯中：将备好的土样再仔细拌均一次，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，以拇指和食指执锥柄，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，放锥时在平稳，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，此时的含水量即为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，挖去沾有凡士林的部分，取锥体附近试样少许（约1520g）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）、滚搓法塑限试验步骤：1 取0. 5mm筛下的代表性试样100g，放在盛土皿中加水拌匀，湿润过夜。2 将制备好的试样在手中揉捏至不粘手，捏扁，当出现裂缝时，表示其含水率接近塑限。3 取接近塑限含水率的试样810g，用手搓成椭圆形，放在毛玻璃板上用手掌滚搓，滚搓时手掌的压力要均匀地施加在土条上，不得使土条在毛玻璃板上无力滚动，土条不得有空心现象，土条长度不宜大于手掌宽度。4 当土条直径搓成3mm时产生裂缝，并开始断裂，表示试样的含水率达到塑限含水率。当土条直径搓成3mm时不产生裂缝或土条直径大于3mm时开始断裂，表示试样的含水率高于塑限或低于塑限，都应重新取样进行试验。5 取直径3mm有纵向裂缝的土条35g，测定土条的含水率。6 本试验应进行两次平行测定，两次测定的差值小于2%，取两次测值的平均值。（四）、含水量试验步骤：1 取代表性试样1530g，放入铝盒内，迅速盖好铝盒盖，称量m1，减去铝盒质量m0，准确至0.01g。2 揭开盒盖，将试样和盒一起放入恒温箱烘烤至恒重，温度设定为105110。粘土约需10小时左右。3 将烘干后的试样和铝盒取出，盖好盒盖，放入干燥器内冷却至室温，称铝盒加土质量m2。干土质量ms=m2-m0，减去铝盒质量m0，准确至0.01g。4 按下式计算该土样的含水量：。5 按前面的步骤进行两次平行试验，当两次测定的含水量差值在含水量低于40%时不大于1，在含水量高于40%时，不大于2%时，取两次平行试验的平均值作为含水量。实验二 颗粒分析试验学 时：2学时实验性质：操作型实验一、目的要求：掌握土颗分和相对密度实验操作方法，实验数据分析与整理，利用试验数据判断土的组成，级配性质。二、试验原理：（一）、筛析法颗粒分析试验原理：对应于粒径大于0.075mm的粗粒土，一般用筛析法分析土颗粒大小。筛析法是采用不同孔径的分析筛，由上至下孔径自大到小叠在一起。通过筛析后，得到不同孔径筛上土质量，进而计算出粒组含量和累积含量。（二）、比重计法颗粒分析试验原理：对应于粒径小于0.075mm的细粒土，采用比重计法。小球体在水中下沉时满足：小球体在水中沉降的速度是恒定的；小球体沉降速率与球体直径d的平方成正比。比重计法正是利用这一原理来进行颗粒分析的。密度计是测定液体密度的仪器。它的主体是个玻璃浮泡，浮泡下端有固定的重物，使密度计能直立地浮于液体中；浮泡上为细长的刻度杆，其上有刻度数和读数。目前，使用的有甲种密度计和乙各密度计两种型号，本试验采用甲种密度计。甲种密度计刻度杆上的刻度单位表示20时每1000cm3悬液内所含土粒的质量。由于受实验室多种因素的影响，若悬液温度不是20时悬液的密度（或土粒质量），必须将初读数经温度校正；此外，还需进行弯液面校正、刻度校正、分散剂校正。本试验采用斯托可斯公式来求土粒在静水中沉降速度；密度计法是通过测定土粒直沉降速度后求相应的土粒直径，如下式所示：。各符号见操作步骤中说明。已知密度的均匀悬液在静置过程中，由于不同粒径土粒的下沉速度不同，粗、细颗粒发生分异现象。随粗颗粒不断沉至容器底部，悬液密度逐渐减小。密度计在悬液中之沉浮决定于悬液之密度变化。密度大时浮得高，读数大；密度小时浮得低，读数小。若悬液静置一定时间t后，将密度计放入盛有悬液的量筒中，可根据密度计刻度杆与液面指示的读数测得某深度Ht(称有效深度）处的密度，并可按式上述公式求出下沉至Ht处的最大粒径d；同时，通过计算即可求出Ht处单位体积悬液中直径小于d的土粒含量，以及这种土粒在全部土样中所占的百分含量。由于悬液在静置过程中密度逐渐减小，相隔一段时间测定一次读数，就可以求出不同粒径在土中之相对含量。（三）、相对密实度试验原理：土的相对密度试验是进行土的最大于密度和最小干密度试验。最小干密度rd min（对应最大孔隙比emax）为土样处于最松弛状态时的干密度（或孔隙比）。试验时，将烘干试样轻轻地倒入一定容积V的容器中，装满后称出试验质量ms即可得到，再计算出emax。最大干密度rd max（对应最大孔隙比emin）为土样处于最密实状态时的干密度（或孔隙比）。试验时，将烘干试样倒入容器中，在竖向用击锤锤击，侧向水平震动，使试样达到不变的体积V时，称出试样质量，即可得到最大干密度，然后计算出emin。三、仪器设备：（一）、筛析法仪器设备：1. 分析筛：1)粗筛，孔径为60、40、20、10、5、2mm；2)细筛，孔径为2. 0、1. 0、0. 5、0. 25、0. 075mm。2.天平：称量5000g，最小分度值1g；称量1000g，最小分度值0. 1g；称量200g，最小分度值0. 0lg。3.振筛机：筛析过程中应能上下震动。4.其他：烘箱、研钵、瓷盘、毛刷等。（二）、比重计法仪器设备：1密度计：甲种密度计，刻度550，最小分度值为0. 5。2.量筒：内径约60mm，容积1000mL，高约420mm，刻度01000mL，准确至10mL。3.洗筛：孔径0. 075mm。4.洗筛漏斗：上口直径大于洗筛直径，下口直径略小于量筒内径。5.天平：称量1000g，最小分度值0. 1g；称量200g，最小分度值0. 01g。6.搅拌器：轮径50mm，孔径3mm，杆长约450mm，带螺旋叶。7.煮沸设备：附冷凝管装置。8.温度计：刻度050，最小分度值0. 5。9.其他：秒表，锥形瓶(容积500mL)、研钵、木杵、电导率仪等。五、试验步骤：（一）、筛析法试验步骤：1 按表2. 1的规定称取试样质量，应准确至0. 1g，试样数量超过500g时，应准确至1g。表2. 1 取样数量颗粒尺寸(mm)<2<10<20<40<60取样数量(g)100300300100010002000200040004000以上2 将试样过2mm筛，称筛上和筛下的试样质量。当筛下的试样质量小于试样总质量的10时，不作细筛分析；筛上的试样质量小于试样总质量的10时，不作粗筛分析。3 取筛上的试样倒入依次叠好的粗筛中，筛下的试样倒入依次叠好的细筛中，进行筛析。细筛宜置于振筛机上震筛，振筛时间宜为1015min。再按由上而下的顺序将各筛取下，称各级筛上及底盘内试样的质量，应准确至0. 1 g。4 筛后各级筛上和筛底上试样质量的总和与筛前试样总质量的差值，不得大于试样总质量的1。(注：根据土的性质和工程要求可适当增减不同筛径的分析筛)5 小于某粒径的试样质量占试样总质量的百分比，应按下式计算： 式中，X小于某粒径的试样质量占试样总质量的百分比()；小于某粒径的试样质量(g)；细筛分析时为所取的试样质量；粗筛分析时为试样总质量(g)；粒径小于2mm的试样质量占试样总质量的百分比()。图2.3 颗粒大小分布曲线6 以小于某粒径的试样质量占试样总质量的百分比为纵坐标，颗粒粒径为横坐标，在单对数坐标上绘制颗粒大小分布曲线，见图2.3。7 计算级配指标：不均匀系数和曲率系数。a、不均匀系数按下式计算：。式中，不均匀系数；限制粒径，颗粒大小分布曲线上的某粒径，小于该粒径的土含量占总质量的60；有效粒径，颗粒大小分布曲线上的某粒径，小于该粒径的土含量占总质量的10。b、曲率系数按下式计算：。式中，曲率系数；颗粒大小分布曲线上的某粒径，小于该粒径的土含量占总质量的30。（二）、比重计法颗分试验步骤：1 试验的试样，宜采用风干试样。2 称取具有代表性风干试样200300g，过2mm筛，求出筛上试样占试样总质量的百分比。取筛下土测定试样风干含水率。3 将土样拌和均匀，称取30g的风干土样作为试样，当采用天然含水量为w土样作为试样时，按下式计算所需湿土质量：为30g的风干试样质量按下式计算：30(1+0.01w)。4 将风干试样或洗，盐后在滤纸上的试样，倒入500mL锥形瓶，注入纯水200mL，浸泡过夜，然后置于煮沸设备上煮沸，煮沸时间宜为40min。5 试验冷却后，倒入进行颗分试验用的量筒中，让烧杯中土洗净并全部倒入量筒中，加入4六偏磷酸钠10mL或10%的硅酸纳，再注入纯水至1000mL。6 将搅拌器放入量筒中，沿悬液深度上下搅拌1min，取出搅拌器，立即开动秒表，将密度计放入悬液中，测记0. 5、1、2、5、15、30、60、120和1440min时的密度计读数。每次读数均应在预定时间前1020s，将密度计放入悬液中。且接近读数的深度，保持密度计浮泡处在量筒中心，不得贴近量筒内壁。7 密度计读数均以弯液面上缘为准，甲种密度计应准确至0. 5。每次读数后，应取出密度计放入盛有纯水的量筒中，并应测定相应的悬液温度计准确至5，放入或取出密度计时，应小心轻放，不得扰动悬液。表2.1 土粒比重校正表土粒比重校正值土粒比重校正值土粒比重校正值土粒比重校正值2.50 1.0382.60 1.0122.70 0.9892.800.9692.52 1.0322.62 1.0072.720.9852.820.9652.54 1.0272.64 1.0022.740.9812.840.9612.56 1.0222.66 0.9982.760.9772.860.9582.58 1.0172.68 0.9932.780.9732.880.954表2.2 悬液温度校正表温度()校正值温度()校正值温度()校正值温度()校正值10.0 -2.0 15.0-1.219.5-0.125.0+1.710.5-1.915.5-1.120.00.025.5+1.911.0-1.916.0-1.021.0+0.326.0+2.111.5-1.816.5-0.921.5+0.526.5+2.212.0-1.817.0-0.822.0+0.627.0+2.512.5-1.717.5-0.722.5+0.827.5+2.613.0-1.618.0-0.523.0+0.928.0+2.913.5-1.518.0-0.523.5+1.128.5+3.114.0-1.418.5-0.424.0+1.329.0+3.314.5-1.319.0-0.324.5+1.529.5+3.530.0+3.7表2.3 粒径计算系数值表 温度密度5678910111213141516172.450.13850.13650.13440.13240.13050.12880.12700.12530.12350.12210.12050.11890.11732.500.13600.13420.13210.13020.12830.12670.12490.12320.12140.12000.11840.11690.11542.550.13390.13200.13000.12810.12620.12470.12290.12120.11950.11800.11650.11500.11352.600.13180.12990.12800.12600.12420.12270.12090.11930.11750.11620.11480.11320.11182.650.12980.12800.12600.12410.12240.12080.11900.11750.11580.11490.11300.11150.11002.700.12790.12610.12410.12230.12050.11890.11730.11570.11410.11270.11130.10980.10852.750.12610.12430.12240.12050.11870.11730.11560.11400.11240.11110.10960.10830.10692.800.12430.12250.12060.11880.11710.11560.11400.11240.11090.10950.10810.10670.10472.850.12260.12080.11890.11820.11640.11410.11240.11090.10940.10800.10670.10530.1039 温度密度181920212223242526272829302.450.11590.11450.11300.11180.11030.10910.10780.10650.10540.10410.10320.10190.10082.500.11400.11250.11110.10990.10850.10720.10610.10470.10350.10240.10140.10020.09912.550.11210.11080.10930.10810.10670.10550.10440.10310.10190.10070.09980.09860.09752.600.11030.10900.10750.10640.10500.10380.10280.10140.10030.09920.09820.09710.09602.650.10850.10730.10590.10430.10350.10230.10120.09990.09880.09770.09670.09560.09452.700.10710.10580.10430.10330.10190.10070.09970.09840.09730.09620.09530.09410.09312.750.10550.10310.10290.10180.10040.09930.09820.09700.09590.09480.09400.09280.09182.800.10400.10880.10140.10030.09900.09790.09600.09570.09460.09350.09260.09140.09052.850.10260.10140.10000.09900.09770.09660.09560.09430.09330.09230.09130.09030.0893备注：温度单位为，密度单位为g/cm3。8 如试验完成后发现第一次读数时，下沉土粒已超过中土重的15%，将筒中土过0.075mm筛，然后按筛析法进行粗粒土的颗分试验。9 小于某粒径的试样质量占试样总质量的百分比应按下式计算：（甲种密度计）。式中 X小于某粒径的试样质量百分比()；试样干质量(g)；土粒比重校正值（查表2.1）；悬液温度校正值（查表2.2）；弯月面校正值；R 甲种密度计读数。10 试样颗粒粒径按下式计算：。式中，d试样颗粒粒径(mm)；，查表（2.3）；水的动力粘滞系数(kPa·s×10)；GT时水的比重； 4时纯水的密度(gcm)；L某一时间内的土粒沉降距离(cm)；t沉降时间(s)；g重力加速度(cms)。11 颗粒大小分布曲线，应按筛析法中规定的步骤绘制，当密度计法和筛析法联合分析时，应将试样总质量折算后绘制颗粒大小分布曲线；并应将两段曲线连成一条平滑的曲线。实验三 土的压缩试验学 时：2学时实验性质：操作型实验一、目的要求：掌握土的压缩试验基本原理和试验方法，了解试验的仪器设备，熟悉试验的操作步骤，掌握压缩试验成果的整理方法，计算压缩系数、压缩模量，并绘制土的压缩曲线。二、试验原理：由土力学知识知道，土体在外力作用下的体积减少是由孔隙体积减少引起的，可以用孔隙比的变化来表示。在侧向不变形的条件下，试样在荷载增量作用下，孔隙比的变化可用无侧向变形条件下的压缩量公式表示为：。式中： s土样在作用下压缩量（cm）；H土样在作用下压缩稳定后的厚度（cm）；土样厚为H时的孔隙比和在作用压缩稳定后（压缩沉降量为s）的孔隙比。孔隙比对应的压力为，由公式（3.1）得到的表达式为：。由上述公式可知，只要知道土样在初始条件下：时的高度和孔隙比，就可以计算出每级荷载作用下的孔隙比。由（）可以绘出曲线。三、试验方法：土的最小干密度试验宜采用漏斗法和量筒法，土的最大干密度试验采用振动锤击法。四、仪器设备：1. 固结容器：由环刀、护环、透水板、水槽以及加压上盖组成（图3. 1）。1)环刀：内径为61. 8mm和79. 8mm，高度为20mm，环刀应具有一定的刚度，内壁应保持较高的光洁度，宜涂一薄层硅脂或聚四氟乙烯；2)透水板：氧化铝或不受腐蚀的金属材料制成，其渗透系应大于试样的渗透系数。用固定式容器时，顶部透水板直径应小于环刀内径0.20.5mm；用浮环式容器时上下端透水板直径相等，均应小于环刀内径。2. 加压设备：应能垂直地在瞬间施加各级规定的压力，且没有冲击力，压力准确度应符合现行国家标准土工仪器的基本参数及通用技术条件GBT15406的规定。3. 变形量测设备：量程10mm，最小分度值为0. 01mm的百分表或准确度为全量程0. 2的位移传感器。图3.1 固结仪示意图1水槽；2护环；3环刀；4导环；5透水板；6加压上盖；7位移计导杆；8位移计架；9试样五、试验步骤：1 在固结容器内放置护环、透水板和薄型滤纸，将带有试样的环刀装入护环内，放上导环、试样上依次放上薄型滤纸、透水板和加压上盖，并将固结容器置于加压框架正中，使加压上盖与加压框架中，乙对准，安装百分表或位移传感器。（注：滤纸和透水板的湿度应接近试样的湿度。）2 施加lkPa的预压力使试样与仪器上下各部件之间接触，将百分表或传感器调整到零位或测读初读数。3 确定需要施加的各级压力，压力等级宜为12. 5、25、50、100、200、400、800、1600、3200kPa。第一级压力的大小应视土的软硬程度而定，宜用12. 5、25kPa或50kPa。最后一级压力应大于土的自重压力与附加压力之和。只需测定压缩系数时，最大压力不小于400kPa。4 需要确定原状土的先期固结压力时，初始段的荷重率应小于1，可采用0. 5或0. 25。施加的压力应使测得的elogp曲线下段出现直线段。对超固结土，应进行卸压、再加压来评价其再压缩特性。5 对于饱和试样，施加第一级压力后应立即向水槽中注水浸没试样。非饱和试样进行压缩试验时；须用湿棉纱围住加压板周围。6 需要进行回弹试验时，可在某级压力下固结稳定后退压，直至退到要求的压力，每次退压至24h后测定试样的回弹量。7 试样的初始孔隙比，应按下式计算：。式中，试样的初始孔隙比。8 各级压力下试样固结稳定后的单位沉降量，应按下式计算：。式中 某级压力下的单位沉降量(mmm)；试样初始高度(mm)；某级压力下试样固结稳定后的总变形量(mm)(等于该级压力下固结稳定读数减去仪器变形量)；单位换算系数。9 各级压力下试样固结稳定后的孔隙比，应按下式计算：。式中，各级压力下试样固结稳定后的孔隙比。10 某一压力范围内的压缩系数，应按下式计算：。式中压缩系数(Mpa1)；某级压力值(MPa)。11 某一压力范围内的压缩模量，应按下式计算：。式中Es某压力范围内的压缩模量(MPa)。12 某一压力范围内的体积压缩系数，应按下式计算：。某压力范围内的体积压缩系数(MPa)。13 若采用快速加压法时，在每小时观察测微表读数后即加下一级荷载；但最后一级荷重应观察到压缩稳定为止。实验四 土的直接剪切试验学 时：2学时实验性质：操作型实验一、目的要求：掌握土的直接剪切试验基本原理和试验方法，了解试验的仪器设备，熟悉试验的操作步骤，掌握直接剪切试验成果的整理方法，根据土的剪切曲线计算土的内聚力和摩擦角。二、试验原理：直剪试验中采用圆柱状试样，在竖直方向加法向力P，在预定剪切面上、下加一对剪力T使试样剪切。试验时,剪力T自零开始增加,剪切位移也自零增加。剪破时，剪力T达到最大值Tmax，对应剪破面上剪应力达到抗剪强度，即：，。式中，剪破面上的法向应力；P、T代表法向力和剪力；剪破面上抗剪强度；试样受最大剪力；A剪破面面积。 当采用4个试样,用不同的法向应力作用于竖直方向,剪切时得到不同抗剪强度。将4组(,),在图4.2的坐标系中,用最小二乘法作强度线,强度线在纵坐标上的截距为凝聚力c，与水平线的夹角为内摩擦角。图4.2 直剪试验强度曲线三、试验方法：直剪试验按法向力P和剪力T施加速度或作用时间长短分成下述三种：1.快剪(q)：法向力P刚加好,就快速加剪力T剪破试样。2.固结快剪(Cq)：法向力P作用于试样上后,让试样固结排水,产生竖向压缩变形，待固结稳定后，再快速施加水平剪力使试样剪破。要求试样在剪切过程中来不及排水。3.慢剪(S)：试样在法向力P作用下固结完成后,慢速施加水平剪力T，使试样剪切至破坏。要求试样在剪切过程中不产生孔隙水压力。四、仪器设备：1应变控制式直剪仪(图4. 3)：由剪切盒、垂直加压设备、剪切传动装置、测力计、位移量测系统组成。图4.3 应变控制式直剪仪2环刀：内径61. 8mm，高度20mm。3位移量测设备：量程为10mm，分度值为0. 01lmm的百分表；或准确度为全量程0. 2的传感器。五、试验步骤：（一） 慢剪试验步骤1 对准剪切容器上下盒，插入固定销，在下盒内放透水板和滤纸，将带有试样的环刀刃口向上，对准剪切盒口，在试样上放滤纸和透水板，将试样小，心地推入剪切盒内。（注：滤纸和透水板的湿度应接近试样的湿度。）2 移动传动装置，使上盒前端钢珠刚好与测力计接触，依次放上传压板，加压框架，安装垂直位移和水平位移量测装置，并调至零位或测记初读数。3 根据工程实际和土的软硬程度施加各级垂直压力，对松软试样垂直压力应分级施加，以防土样挤出。施加压力后，向盒内注水，当试样为非饱和试样时，应在加压板周围包以湿棉纱。 图4.4 剪应力与剪切位移关系曲线 图4.5 抗剪强度与垂直压力关系曲线4 施力睡直压力后，每1h测读垂直变形一次。直至试样固结变形稳定。变形稳定标准为每小时不大于0. 005mm。5 拔去固定销，以小于0. 02mmmin的剪切速度进行剪切，试样每产生剪切位移0. 20. 4mm测记测力计和位移读数，直至测力计读数出现峰值，应继续剪切至剪切位移为4mm时停机，记下破坏值；当剪切过程中测力计读数无峰值时，应剪切至剪切位移为6mm时停机。6 剪应力应按下式计算：。式中，试样所受的剪应力(kPa)；R测力计量表读数(0. 01mm)。7 以剪应力为纵坐标，剪切位移为横坐标，绘制剪应力与剪切位移关系曲线(图4. 4)，取曲线上剪应力的峰值为抗剪强度，无峰值时，取剪切位移4mm所对应的剪应力为抗剪强度。8 以抗剪强度为纵坐标，垂直压力为横坐标，绘制抗剪强度与垂直压力关系曲线(图4.5)，直线的倾角为摩擦角，直线在纵坐标上的截距为粘聚力。（二） 固结快剪试验步骤1 试样制备、安装和固结，应按慢剪试验步骤进行。2 固结快剪试验的剪切速度为0. 8mmmin，使试样在35min内剪损，其剪切步骤应按慢剪步骤进行。3 固结快剪试验的计算应按慢剪中的规定进行。4 固结快剪试验的绘图应按慢剪中的规定进行。（三） 快剪试验步骤1 试样制备、安装应按慢剪的步骤进行；安装时应以硬塑料薄膜代替滤纸，不需安装垂直位移量测装置。2 施加垂直压力，拔去固定销，立即以0. 8mmmin的剪切速度按慢剪的步骤进行剪切至试验结束。使试样在35min内剪损。3 固结快剪试验的计算应按慢剪中的规定进行。4 固结快剪试验的绘图应按慢剪中的规定进行。实验五 土的三轴剪切试验学 时：2学时实验性质：综合型实验一、目的要求：土的三轴剪切试验是综合性试验，通过对试验的设计，能获得在不同的排水条件下土的应力与应变的关系和强度参数。通过试验加深对土力学基本理论的理解，培养学生的动手能力和创新能力。掌握土的三轴剪切试验基本原理和试验方法，了解试验的仪器设备，熟悉试验的操作步骤，掌握三轴剪切试验成果的整理方法，根据试验成果绘制应力与应变的关系曲线，计算土的内聚力和摩擦角。二、试验原理：一般认为，土体的破坏条件用莫尔库仑（Mohr-Coulomb）破坏准则：土体在各向主应力作用下，作用在某一应力面上的剪应力t与法向应力s之比达到某一比值，土体将沿该面发生剪切破坏。莫尔库仑破坏准则的表达式为：。大主应力，小主应力，土的粘聚力，土的内摩擦角。三轴剪切试验就是根据莫尔库仑破坏准则测定土的强度参数粘聚力和内摩擦角。三、试验方法：根据加载类型的不同，三轴剪切试验又可分为三种试验方法：不固结不排水剪(U