土力学六种常见试验实验目的步骤等介绍.ppt

土工试验 Soil experiments,1 土的密度试验2 土的含水量试验3 土的液塑限试验,4 土的固结试验5 土的直剪试验6 土的三轴剪切试验,1 土的密度试验 density test,目的 objectives,测定土在天然状态下单位体积的质量,仪器设备 apparatus,符合规定要求的环刀；精度为0.01g的天平；其他：切土刀，凡士林等。,（1）测出环刀的容积V，在天平上称环刀质量m1。（2）取直径和高度略大于环刀的原状土样或制备土样。（3）环刀取土：在环刀内壁涂一薄层凡士林，将环刀刃口向下放在土样上，随即将环刀垂直下压，边压边削，直至土样上端伸出环刀为止。将环刀两端余土削去修平（严禁在土面上反复涂抹），然后擦净环刀外壁。（4）将取好土样的环刀放在天平上称量，记下环刀与湿土的总质量m2,操作步骤 procedure,计算土的密度,密度试验应进行2次平行测定，两次测定的差值不得大于0.03g/cm3，取两次试验结果的算术平均值；密度计算准确至0.01 g/cm3,要 求,2 土的含水量试验,用烘干法测定土的含水率,目的,烘箱：采用电热烘箱；天平：称量200g,分度值0.01g；其他：干燥器，称量盒。,仪器设备,（1）取代表性试样，粘性土为1530g，砂性土、有机质土为 50g，放入质量为m0的称量盒内，立即盖上盒盖，称湿土加盒总质量m1，精确至0.01g。（2）打开盒盖，将试样和盒放入烘箱，在温度105110的恒温下烘干。烘干时间与土的类别及取土数量有关。粘性土不得少于8小时；砂类土不得少于6小时；对含有机质超过10%的土，应将温度控制在6570 的恒温下烘至恒量。（3）将烘干后的试样和盒取出，盖好盒盖放入干燥器内冷却至室温，称干土加盒质量m2为，精确至0.01g。,操作步骤,计算土的含水量,（1）计算准确至0.1%；（2）本试验需进行2次平行测定，取其算术平均值，允许平行差值应符合下表规定。,要 求,3 土的液限、塑限试验,测定细粒土的液限、塑限，计算塑性指数、给土分类定名，共设计、施工使用。,目的,液塑限联合测定仪：圆锥仪、读数显示；试样杯：直径4050mm，高3040mm；天平：称量200g，分度值0.01g；其他：烘箱、干燥器、铝盒、调土刀、孔径0.5mm的筛、凡士林等。,仪器设备,液限锥式仪,液塑限联合测定仪,（1）当采用天然含水量的土样时，应剔除大于0.5mm的颗粒，然后分别按接近液限、塑限和二者之间状态制备不同稠度的土膏，静置湿润。静置时间可视原含水量的大小而定。当采用风干土样时，取过0.5mm筛的代表性土样约200g，分成3份，分别放入3个盛土皿中，加入不同数量的纯水，使分别接近液限、塑限和二者中间状态的含水量，调成均匀土膏，然后放入密封的保湿缸中，静置24小时。（2）将制备好的土膏用调土刀调拌均匀，密实地填入试样杯中，应使空气逸出。高出试样杯的余土用刮土刀刮平，随即将试样杯放在仪器底座上。（3）取圆锥仪，在锥体上涂以薄层凡士林，接通电源，使电磁铁吸稳圆锥仪。（4）调节屏幕准线，使初读数为零。调节升降座，使圆锥仪锥角接触试样面，指示灯亮时圆锥在自重下沉入试样内，经5秒后立即测读圆锥下沉深度。（5）取下试样杯，然后从杯中取10g以上的试样2个，测定含水率。（6）按（2）-（5）的步骤，测试其余2个试样的圆锥下沉深度和含水率。,操作步骤,计算与制图,（1）计算含水量,（2）绘制圆锥下沉深度h与 含水量w的关系曲线,计算含水量：,三点连一条直线。当三点不在一直线上，通过高含水量的一点分别与其余两点连成两条直线，在圆锥下沉深度为2mm处查得相应的含水量，当两个含水量的差值小于2%，应以该两点含水量的平均值与高含水量的点连成一线。当两个含水量的差值大于或等于2%时，应补做试验。,（3）确定液限、塑限,在圆锥下沉深度h与含水量w关系图上，查得下沉深度为17mm所对应的含水量为液限wL；查得下沉深度为2mm所对应的含水量为塑限wP，以百分数表示，取整数。,塑性指数：,液性指数：,（4）计算塑性指数和液性指数,4 土的固结试验,目的,测定试样在侧限与轴向排水条件下的变形和压力的关系，变形和时间的关系，以便计算土的压缩系数、压缩指数、压缩模量、固结系数及原状土的先期固结压力等。,快速固结法：规定试样在各级压力下的固结时间为1小时，仅在最后一级压力下除测记1小时的量表读数外，还应测读达压缩稳定时的量表读数。,方法,三联固结仪；刮土刀、天平、秒表等,仪器设备,三联固结仪,基本原理,Vve0,Vs1,Vve,Vs1,土样在压缩前后变形量为s，整个过程中土粒体积和底面积不变,土粒高度在受压前后不变,整理,其中,根据不同压力p作用下，达到稳定的孔隙比e，绘制e-p曲线，为压缩曲线,操作步骤,（1）按要求取原状样或制备扰动土样。（2）取环刀样，测试验前的密度与含水量。（3）在固结仪底的透水石上放一滤纸，将环刀和土样放入压缩仪，套上导环，在土样顶面放上滤纸，再加上透水石，继而放上传压板与钢球，最后将固结仪放在容器板上。（4）安装测微表并调零（5）加荷。按50、100、200、400（kpa)四级荷重加荷，每级荷载历时10分钟，即每级荷重加上10分钟时，记测微表读数一次，然后加下一级荷载，依些类推，直到第四级荷载施加完毕为止。,1首先装好试样，再安装量表。在装量表的过程中，小指针需调至整数位，大指针调至零，量表杆头要有一定的伸缩范围，固定在量表架上。2加荷时，应按顺序加砝码；试验中不要震动实验台，以免指针产生移动。,注意事项,成果整理,（1）按下式计算土的初始孔隙比,2.计算试样的颗粒（骨架）净高hs,式中：h0 试样初始高度（mm）,3.计算某级压力下变形稳定后的孔隙比ei,（MPa-1）,式中 Pi 某一级荷重值，MPa。,4.计算某级压力下的压缩系数a 1-2和压缩模量Es,（MPa）,5.作孔隙比e和压力p的关系曲线,以孔隙比e为纵坐标，压力p为横坐标，绘制孔隙比与压力的关系曲线。,5 土的直剪试验,目的,直接剪切试验是测定土的抗剪强度的一种常用方法。通常采用4个试样，分别在不同的垂直压力p下，施加水平剪切力进行剪切，测得剪切破坏时的剪应力。然后根据库仑定律确定土的抗剪强度指标：内摩擦角和粘聚力c。,快剪：在试样上施加垂直压力后立即快速施加水平剪应力。固结快剪：在试样上施加垂直压力，待试样排水固结稳定后，快速施加水平剪应力。慢剪：在试样上施加垂直压力及水平剪应力的过程中，均使试样排水固结。,方法,固结快剪试验,仪器设备,（1）应变控制式直剪仪：剪切盒、垂直加压框架、测力计、推动机构等；（2）位移计（百分表）：量程510mm,分度值0.01mm；（3）天平、环刀、削土刀、饱和器、秒表、滤纸、直尺等。,1.切取试样：按工程需要用环刀切取一组试样，至少四个，并测定试样的密度及含水率。2.安装试样：对准上下盒，插入固定销钉。在下盒内放入一透水石，上覆隔水蜡纸一张。将装有试样的环刀平口向下，对准剪切盒，试样上放隔水蜡纸一张，再放上透水石，将试样徐徐推入剪切盒内，移去环刀。3.施加垂直压力：转动手轮，使上盒前端钢珠刚好与测力计接触，调整测力计中的量表读数为零。顺次加上盖板、钢珠压力框架。每组四个试样，分别在四种不同的垂直压力下进行剪切。在教学上，可取四个垂直压力分别为100、200、400kPa。,操作步骤,4进行剪切：施加垂直压力后，立即拔出固定销钉，开动秒表，以每分钟46转的均匀速率旋转手轮（在教学中可采用每分钟6转）。使试样在35分钟内剪破。如测力计中的量表指针不再前进，或有显著后退，表示试样已经被剪破。但一般宜剪至剪切变形达4mm。若量表指针再继续增加，则剪切变形应达6mm为止。手轮每转一圈，同时测记测力计量表读数，直到试样剪破为止。（注：手轮每转一圈推进下盒0.2毫米）。5拆卸试样：剪切结束后，吸去剪切盒中的积水，倒转手轮，尽快移去垂直压力、框架、上盖板，取出试样。,1先安装试样，再装量表。安装试样时要用透水石把土样从环刀推进剪切盒里，试验前量表中的大指针调至零。2加荷时，不要摇晃砝码；剪切时要拔出销钉。,注意事项,成果整理,1按下式计算各级垂直压力下所测的抗剪强度：,式中：f 土的抗剪强度，kPa；C 测力计率定系数，kPa/0.01mm；R 测力计量表最大读数，或位移4毫米时的 读数(0.01毫米)，0.01mm。,2绘制f曲线,6 土的三轴剪切试验,三轴剪切试验是在三向应力状态下，测定土的抗剪强度参数的一种剪切试验方法。通常用34个圆柱体试样，分别在不同的恒定围压下，施加轴向压力，进行剪切，直至破坏；然后根据极限应力圆包络线，求得抗剪强度参数。,目的,根据排水条件不同，三轴剪切试验分为不固结不排水试验（UU）、固结不排水剪切(CU)和固结排水试验（CD）。本试验只作部固结不排水剪切试验。,方法,1.应变控制式三轴剪切仪，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、承膜筒和对开圆模。3.天平：秤量200g，感量0.01g；称量1000g，感量0.1g。4.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。,仪器设备,3.剪切试样,操作步骤,1.试样制备,2.试样的安装,（1）本试验需要34个试样，分别在不同周围压力下进行试验。（2）试样尺寸：最小直径为35mm，最大直径为101mm，试样高度宜为试样直径的22.5倍。对于有裂缝、软弱面和构造面的试样，试样直径宜大于60mm。（3）原状试样制备，应将土切成圆柱形试样，试样两端应平整并垂直于试样轴，当试样侧面或端部有小石子或凹坑时，允许用削下的余土修整，试样切削时应避免扰动，并取余土测定试样的含水量。（4）扰动试样制备，应根据预定的干密度和含水量，在击实器内分层击实，粉质土宜35层，粘质土宜为58层，各层土料数量应相等，各层接触面应刨毛。（5）对制备好的试样，应量测其直径和高度。试样的平均直径应按下式计算：（式中D1，D2，D3分别为试样上、中、下部位的直径）取余土，测定含水率。,1.试样制备,back,（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及试样帽分别扎紧。（2）装上压力室罩，向压力室内注满纯水，关排气阀，压力室内不应有残留气泡。并将活塞对准千分表和试样顶部。（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重相适应，最大一级周围压力与最大实际荷重大致相等。（4）转动手轮使试样帽与活塞及千分表接触，装上变形指示计，将千分表和变形指示计读数调至零位。,2.试样的安装,back,（1）开动电机，接上离合器，剪切应变速率宜为每分钟应变0.51.0进行。（2）剪切开始阶段，试样每产生0.30.4的轴向应变，测记一次千分表读数和轴向应变值。当轴向应变大于3以后，每隔0.70.8的应变值测记一次读数。（3）当千分表读数出现峰值时，剪切应继续进行，超过5的轴向应变为止。若当千分表读数无峰值时，剪切应进行到轴向应变为1520。（4）试验结束，关电动机，关周围压力阀，开排气阀，排除压力室内的水，拆除压力室外罩，取出试样，描述破坏特征，称试样质量，并测定含水率。（5）对其余几个试样，在不同围压下重复上述步骤进行剪切试验。,3.剪切试样,back,