大学土力学实验

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,1,土的密度试验,2,土的含水量试验,土的液塑限试验,土的固结试验,土的直剪试验,土的三轴剪切试验,常见六种土工试验,six kinds of normal Soil experiments,土的密度试验,目的,测定土在天然状态下单位体积的质量,仪器设备,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,m,1,。,（,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,m,2,。,操作步骤,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/cm,3,，取两次试验结果的算术平均值；,密度计算准确至,0.01 g/cm,3,要求,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,m,0,的称量盒内，立即盖上盒盖，称湿土加盒总质量,m,1,，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,m,2,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。,含水率（,%,）,小于,10,10,40,大于,40,允许平行差值（,%,）,0.5,1.0,2.0,要求,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,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,w,L,；,查得下沉深度为,2mm,所对应的含水量为塑限,w,P,，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,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,刚性护环,加压活塞,透水石,环刀,底座,透水石,土样,固结仪示意图,基本原理,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。,V,v,V,s,e,0,V,s,H,0,V,v,V,s,e,i,V,s,H,i,H,i,p,i,（,p,i,e,i,）,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：,h,0,试样初始高度（,mm,）,3.,计算某级压力下变形稳定后的孔隙比,e,i,（,MPa,-1,）,式中,P,i,某一级荷重值，,MPa,。,某级压力下试样高度的累计变形量，,mm,；,式中：,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。,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,、,300,、,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,4,6,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,3,5,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,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,3,4,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,3,4,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,2,2.5,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,3,5,层，粘质土宜为,5,8,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,（,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,（,1,）开动电机，接上离合器，剪切应变速率宜为每分钟应变,0.5,1.0,进行。,（,2,）剪切开始阶段，试样每产生,