土力学与基础工程8土 工 实 验.ppt

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1、土 工 实 验,直剪试验演示,比重瓶法试验演示,液限试验演示,塑限试验演示,干密度与含水量试验演示,固结试验演示,颗粒级配试验演示,三轴试验演示,一、重度试验,土的容重是指土的单位体积重量。试验的目的是测定土的容重，以便了解土的疏密和干湿状态，供换算土的其它物理力学指标和工程设计之用。试验的方法有环刀法、腊封法，灌砂法和灌水法等，本试验介绍环刀法。,仪器设备,1.环刀：内径61.8mm，高20mm，壁厚1.52mm；2.天平(感量0.1g)；3.其他：修土刀、钢丝锯、玻璃板及圆玻璃片等。,操作步骤,1.按工程需要取原状土或制备所需状态的扰动土样，土样的直径和高度应大于环刀，整平其两端放在玻璃板

2、上。2.将环刀的刀口向下放在土面上，然后将环刀垂直下压，边压边切削，至土样上端伸出环刀为止。削去两端余土修平，两端盖上平滑的圆玻璃片，以免水分蒸发。3.擦净坏刀外壁，称环刀加土的重量，准确至0.1g。,计算容重,式中重度，gcm3；V环刀的体积，cm3 g1环刀加土的重量，g；g2环刀的重量，g；计算至0.01gcm3。并做好实验记录,二、含水量试验,土的含水量是土在温度100105C下烘到恒重时所失去的水分重量与达到恒重后干土重量的比值，以百分数表示。试验的目的是测定土的含水量，以了解土的含水情况，供计算土的孔隙比、液性指数、饱和度，和其他物理力学性质指标一样，是土的不可缺少的一个基本指标。

3、试验的方法有烘干法、酒精燃烧法以及炒干法等。本试验介绍烘干法。,仪器设备,1.烘箱：保持温度100105c的自动控制的电热恒温烘箱，还可采用沸水烘箱和红外线烘箱；2.分析天平(感量0.01g)，3.干燥器：通常用附有氧化钙干燥剂的玻璃干燥缸；4.其他：铝质称量盒或玻璃称量瓶、削土刀、匙、玻璃板或盛土容器等。,操作步骤,1.从原状或扰动土样中，选取具有代表性的试样约15g至30g(砂土应多取些)放在称量盒中。立即盖好盒盖，称重，准确001g。2.打开盒盖，放入烘箱中在温度100一105c下烘至恒重，然后取出盖好盒盖，放在干燥器内冷却至室温。3.从干燥器内取出土样，称重，准确至0.01g.,计算含

4、水量,式中 含水量，；g1称量盒加湿土重，g;g2称量盒加干土重，g；g0称量盒重，g；可根据盒的号码从重量表中查得。本试验需进行两次平行测定，取其算术平均值。并做好实验记录,三、液限试验,液限试验也叫流限试验。液限是指粘性土的可塑状态和流动状态的界限含水量。试验的目的是测定土的液限时含水量，用以计算土的塑性指数和液性指数，作为粘土类土的分类以及估计地基土承载力等的一个依据。试验的方法有电动落锥法、手提落锥法和手摇落碟式的液限仪试验法。本试验介绍手提落锥法。,仪器设备,1锥式液限仪，总重为76g、带有平衡装置的液限仪(锥体为30，高为25mm)；有机玻璃制成的试杯(直径不小于4cm，高度不小于

5、2cm)；硬木或金属制成的平稳底座。2分析天平(感量为001g)。3，烘箱，干燥器(用氯化钙为干燥剂)。4其他：铝称量盒、调土刀、小刀、毛玻璃板、滴管、吹风机，孔径为05mm的标准筛、研钵、润滑油、蒸馏水等设备材料。,锥式液限仪,操作步骤,1.应尽可能选用具有代表性的天然含水量的土样来定。若土中含有大于0.5mm的颗粒较多或夹有多量的杂物以及由于条件限制只能采用风干土时，应将土样风干研碎过0.5mm的标准筛方可试验。2.取出足够的原状试样放在毛玻璃上搅拌均匀(或放在调土皿中搅拌均匀)或采用风干并筛过的土样放在调土皿中用蒸馏水浸水泡制，静置一昼夜后拌匀。3.取出拌匀的土样分层装入试杯中，并注意土

6、中不能留有隙，装满试杯刮去余土使与杯口平齐。不得用刀在土面上反复涂沫。4.在液限仪锥尖上抹薄层润滑油，提住锥体上端手柄，使锥尖正好接触试样表面，松开手指，使锥体自由沉入土中，约在15秒钟左右沉入深度恰到锥尖环状刻度线，即10mm(如超过或低于10mm，应将土样全部取出，挖去有润滑油部分，放在毛玻璃板上边调拌边风干或适当加水重新拌和)，此时土的含水量为液限含水量。取出锥体，用调土刀取锥孔附近土样约10-15g，测定其含水量。,计算土的液限,式中l液限，；gl湿土加称量盒重，g；g2-干土加称量盒重，g；g0称量盒重，g；计算至0.1。试验需进行两次平行测定，取其平均值，其平行差值一般不得大于2%

7、。注：目前生产单位使用的液限仪是手提式76克带有平衡装置的液限仪，为了克服操作上误差，有些单位改用电磁装置来代替手工操作。,四、塑限试验,塑限是指粘性土可塑状态与半固体状态的界限含水量。试验的目的是测定土的塑限，并与液限试验结合计算土的塑性指数和液性指数，作为粘性土的分类以及估计地基土承载力的一个依据。试验的方法采用搓条法。,仪器设备,1.毛玻璃板(25X 25X 5cm或50X 75X5cm 左右)；2.直径等于3mm长为10cm左右的钢丝；3.其他：天平(感量0.010.001g)、烘箱、干燥器、铝称量盒、调土刀、调土皿、滴管、吹风机、蒸馏水等。,操作步骤,l.将原状土或人工制备的扰动土(

8、颗粒小于05mm，有机质含量不超过5的粘性土)或从液限试验制备好的试样中取出30g左右适当吹干或风干，调制成不粘手的土团。2.将捏成手指大小的土团(球形、椭圆形)放在干燥清洁的毛玻璃板上用手掌适当加压滚动。搓条时以手掌均匀施加压力，不得无压滚动，土条长度不宜超出手掌宽度，并在任何情况下不容许产生土条中空现象。3.若土条滚搓到3mm直径时，表面产生许多龟裂同时开始断裂，这时土的含水量就是塑限。将合格的土条迅速装入铝称量盒，随即盖紧盒盖，接着进行第二个土条和第三个土条搓滚试验，直至收集35g土条时(约3个土条)，立即称重，然后放入烘箱内在100105C恒温下烘干直至恒重。称重并计算土的塑限含水量。

9、4.如果搓滚的土条至3mm直径时，仍未产生龟裂和断裂，则表示试样的含水量已低于塑限。类似上述情况，应重新进行试验。,计算土的塑限,式中 塑限%；g1称量盒加湿土重，g；g2称量盒加干土重，g；并做试验记录,五、压 缩 试 验,地基土在外荷载作用下，水和空气逐渐被挤出，土的骨架颗粒相互挤紧，因而引起土层的压缩变形。试验的目的，是测定土的压缩系数用以计算压缩模量、固结系数，估算渗透和控制建筑物的沉降量。试验的方法，有一般的压缩试验和快速压缩试验。,仪器设备,1.压缩仪：见图，环刀内径61.8mm，面积30cm2，高2cm；2.杠杆加压设备：力比1：10；3.天平：感量001g及 0.1g；4.测微

10、表：最大量距10mm；精度0.O1mm；5.其他：秒表、烘箱、修土刀、钢丝锯，称量盒、大称量盒、薄滤纸和凡士林等。,操作步骤,1.按工程需要，取原状土或制备成所需状态的扰动土，整平土样两端。在环刀内壁抹一薄层凡士林，刀口向下，放在土样上。2.用修土刀(或钢丝锯)将土样修成略大于环刀直径的土柱。将环刀垂直下压，若为软土可一直压下去，否则应边修，至土样凸出环刀为止。然后修去两端的余土，将其刮平，并以直尺检查其两端是否平整，两面盖上玻璃片，擦净环刀外壁。注意：刮平环刀两端时，不得用刀往复涂抹，以免土面孔隙堵塞，或使土面析水；切得土样的四周应与坏刀密合，且保持完整，如不合要求时，应重取。3.在固结容器

11、的底板上顺次放上洁净面湿润的透水石和滤纸各一，再借提环螺丝将护环放在容器内。4.将切好试样的环刀，刀口向上放在护环内，在试样上置洁净而湿润的滤纸和透水石备一，最后放下导环和传压活塞。5.检查加压设备是否灵敏，利用平衡砣调整杠杆至水平位置。6.将装好试样的压缩仪放在加压台的正中，使传压活塞的凹部上的钢球与加压横梁上的小孔密合，然后装上测微表，并调节其距离不小于8mm的量程，检查测微表是否灵活和垂直。,操作步骤,7.用加压设备，在试样上加荷约至0.01kgcm2,使压缩仪内各部分接触妥贴，此后调整测微表的读数至某一整数。8.记下测微表读数，加第一级荷重。并在加上砝码的同时，开动秒表。加重时，将砝码

12、轻轻放在砝码盘上避免冲击和摇晃。第一级荷重的大小视土的状态或工程要求而定，一般可采用0.125、0.25、或0.5kgcm2。注：原状土的第一级荷重，除软粘土外，也可按天然荷重施加。9.如系饱和试样，则于加第一级荷重5分钟后，向容器内注水，使试样在水下进行试验。如系不饱和试样，则用湿棉花围在传压活塞及透水石四周，以保持试样的原有含水量。如在地下水位以上的不饱和土层上修造建筑物，且建筑物建成后(或施工中途)可能浸水者，则根据实际情况，在试验开始时不浸水，而在加荷达设计荷重时(或与施工相应的压力下)方使试样浸水。10.按下列时间测记测微表读数：10、30、1、2、5、20、30、60、90、120

13、、23小时及24小时等等，直至到达稳定沉降为止。稳定沉降的标准是：压缩24小时(指粘性土)，或测微表读数的变化每小时不超过0.005mm。,操作步骤,11稳定读数记下以后，加第二级荷重，按第l0条规定的时间，测记测微表读数，并以此类推。荷重大小可视试样状态及实际工程需要而定，也可顺次为0.25、0.5、1、2、3、4、6kg/cm2。等最后一级荷重必须大于土层的计算压力12kgcm2。12最后一级荷重的稳定读数记下后，如有必要，可逐级减荷，每级荷重下均待达到稳定膨胀以后，记下测微表读数，至荷重完全卸除。稳定膨胀以测微表读数的变化每小时不超过0.005mm为准，但荷重完全卸除时的稳定膨胀至少历时

14、24小时，且测微表读数的变化每小时不超过0.005mm。13拆去测微表，排除压缩仪内的水，退除荷重，取下压缩仪，再分别拆除钢球、传压活塞、导环、透水石和滤纸等。小心地将带试样的坏刀取出，一般还需称其重量及含水量，此处为了简化起见，不要求再称其重量，(对于该土的基本物理指标可在试验前、后测定)。,计算及制图,1计算试验开始时的孔隙比e。：式中 G一颗粒比重；0试验开始时试样的含水量，%；0试验开始时试样的重度，gcm3。2计算试样中颗粒净高hc，mm:式中 h0试验开始时试样高度(等于环刀高度)，mm，其余符号同前。3计算某一荷重下压缩稳定后土样的孔隙比：,计算及制图,3计算某一荷重下压缩稳定后

15、土样的孔隙比：式中 h某一荷重下压缩稳定后试样的高度，mm；hl该荷重下的试样的总变形量，等于试验开始时测微表读数与该荷重下压缩稳定后读数之间的差，mm；其余符号同前。4以孔隙比e为纵坐标，以压力p为横坐标，作孔隙比与压力的关系曲线(压缩曲线)。5按下式计算压缩系数a(cm2/kg)：式中 p1、p2规定某两个压力，kpae1相应于压力P1时的孔隙比；e2相应于压力P2时的孔隙比；并做试验记录,六、直接剪切试验,土的抗剪强度是土在外力作用下，其一部分土体对于另一部分土体滑动时所具有的抵抗剪切的极限强度。试验的目的是测定土的抗剪强度，提供计算地基强度和稳定用的基本指标(内摩擦角和粘聚力)。内摩擦

16、角和粘聚力与抗剪强度之间的关系可以用库伦公式表示：,试验方法,一般有固结慢剪，固结快剪和快剪法，现介绍后两种方法：1.固结快剪：先使土样在某荷重下固结，再以较快速度施加剪力，直至剪坏。由于时间短促，剪力所产生的超静水压力不会转化为粒间的有效应力，这样就使得库伦公式中的f和p都被控制着，如用不同的 值进行试验，便能求得和c值。2.快剪法：采用原状土样尽量接近现场情况，然后于较短时间内完成试验。这种方法将使粒间有效应力维持原状，不受试验时外力的影响，由于这种粒间有效应力的数值无法求得，所以试验结果只能得出(c十tan)的混合值。,仪器设备,1剪力仪：应变控制式直接剪切仪，见图(上盒固定，下盒可以水

17、平方向移动，下盒放在钢珠上，用以减少摩擦力)，目前广泛采用上、下盒都不固定的应变控制直剪仪；2.荷重砝码；3.应变圈(包括测微表)；4.切土环刀，钢丝锯等。,操作步骤,1.对准上下盒，插入固定销钉，在下盒内放洁净透水石一块及湿滤纸一张。2.将盛有试样的环刀，平口向下，刀口向上，对准剪切盒上盒，在试样上面放湿润滤纸张及透水石一块，然后将试样用透水石徐徐压入盒底。并顺次加上活塞钢珠及加压框架。3.本试验至少取四个试样，分别加不同的垂直压力，其大小按估计所受计算荷重的范围而定。一般可按025，05，1，2，3及4kgcm2施加。加荷时一次轻轻加上。但必须注意，如土质松软，为防止其挤出，应分次施加，切

18、不可一次加上去。4如系饱和试样，则在施加垂直压力5分钟后，加水饱和；非饱和土不必加水饱和但须防止水分蒸发，试样压缩稳定时间一般为16小时以上。5.试样压缩稳定后，安装应变圈，徐徐转动手轮，使上盒的钢珠恰与应变圈接触，测记测微表初读数。6.松开外面四只螺钎，拔去里面四只销钉，然后开动电动机，使应变圈受压。观察应变圈上的测微表的转动，它将随下盒的位移而进展；当测微表指针不再前进或指针开始倒退时，认为试样已剪坏(但有时不一定很明显地有上述现象，此时建议在位移4mm附近多读几个读数)。也可以每分钟412转的均匀速率旋转手轮，使试样在35分钟内剪损。记下终读数。关停电动机。7.抄录应变圈系数K。,计算及制图,按下式计算每一试样的抗剪强度，KR式中f抗剪强度，kgcm2；K应变圈系数，kgcm20.01mm；R剪切时应变圈中测微表的初读数与剪坏时终读数之差，0.01mm。并做试验记录,