岩土工程专业土工试验报告.docx

土工试验课程试验报告 指导老师：XX 姓 名：XXX 学 号：XXXXXX专业年级：2012级岩土工程小组成员：XXXXXXXXXX试验日期：2013年6月19日1 变水头渗透试验1.1试验目的土具有被水透过的性能称为土的渗透性。渗透性质是土体的重要的工程性质，决定土体的强度性质和变形、固结性质，渗透问题是土力学的三个重要问题之一，与强度问题、变形问题合成土力学的主要三大问题。渗透试验主要是测定土体的渗透系数，渗透系数的定义是单位水力坡降的渗透流速，常以cm/s 作为单位。1.2试验仪器设备渗透容器：由环刀、透水石、套环、上盖和下盖组成。环刀内径61.8mm，高40mm；透水石的渗透系数应大于10-3 cm/s）。变水头装置；由渗透容器、变水头管、供水瓶、进水管等组成。变水头管的内径应均匀，管径不大于lcm，管外壁应有最小分度为1.0mm的刻度，长度宜为2m左右。1.3试验步骤将装有试样的环刀装入渗透容器，用螺母旋紧，要求密封至不漏水不透气。对不易透水的试样，按土工试验方法标准（GB/T 50123-1999）第3.2.4条的规定进行抽气饱和；对饱和试样和较易透水的试样，直接用变水头装置的水头进行试样饱和。将渗透容器的进水口与变水头管连接，利用供水瓶中的纯水向进水管注满水，并渗入渗透容器，开排气阀，排除渗透容器底部的空气，直至溢出水中无气泡，关排水阀，放平渗透容器，关紧水管夹。向变水头管注纯水。使水升至预定高度，水头高度根据试样结构的疏松程度确定，一般不应大于2m，待水位稳定后切断水源，开进水管夹，使水通过试样，当出水口有水滥出时开始测记变水头管中起始水头高度和起始时间，按预定时间间隔测记水头和时间的变化，并测记出水口的水温。将变水头管中的水位变换高度，待水位稳定再进行测记水头和时间变化，重复56 次，当不同开始水头下测定的渗透系数在允许差值范围内时，结束试验。1. 4计算公式变水头渗透系数应按下式计算：(1)式中：A 变水头管的断面积（cm2）；2.3ln和log 的变换因数；L渗径，即试样高度（cm）；t1，t2分别为测读水头的起始和终止时间（s）；H1，H2_起始和终止水头。1.5 数据记录与处理表1 变水头渗透试验记录工程编号_ 试样面积_30 cm2_ 试验者_崔涛，陈静，崔士平，郭冠群试样编号_ 试样高度_4cm_ 仪器编号_ST4_ 测压管面积_0.24cm2_ 孔隙比_1.60_ 经过时间/s开始水头h1/cm终了水头h2/cm2.3（a/A）(L/t)/cm/sLog(h1/h2)水温T时的渗透系数Kt/cm/s水温20时渗透系数K20/cm/s平均渗透系数/cm/s1.1283.573.50.0657140.0553990.0036410.0031820.0030251.3673.563.50.0541180.0635140.0034370.0030041.4163.553.50.0521990.0744200.0038850.0033951.4587.577.50.0507590.0527060.0026750.0023380.9277.567.50.0800000.0599980.0048000.0041951.5367.557.50.0481050.0696360.0033500.0029281.4983.573.50.0493960.0553990.0027360.0023921.3873.563.50.0533330.0635140.0033870.0029611.6963.553.50.0435500.0744200.0032410.0028332 常水头渗透试验2.1试验目的土具有被水透过的性能称为土的渗透性。渗透试验主要是测定土体的渗透系数，即单位水力坡降的渗透流速，常以cm/s 作为单位。2.2试验仪器常水头渗透仪，筒内径应大于试样最大粒径的10倍；玻璃测压管内径为0.6cm，分度值为0.1cm；天平，量程4000g，分度值1g；木锤及秒表等。2.3试验步骤2.3.1 装好仪器并检查各管路接头处是否漏水，将调节管与供水管连通，由仪器底部充水至水位略高于金属孔板，关止水夹。2.3.2 取具有代表性的风干试样2500g，称量准确至1.0g。2.3.3 将试样分层装入圆筒，每层厚2-3cm，用木锤轻轻击实到一定厚度，以控制其孔隙比。2.3.4 每层试样装好后连接供水管和调节管，并由调节管中进水，微开止水夹使试样逐渐饱和。当水面与试样顶面齐平，关止水夹。饱和时水流不应过急，以免冲动试样。2.3.5 依上述步骤逐层装试样，至试样高出上测压孔3-4cm止。在试样上端放置金属孔板作缓冲层，待最后一层试样饱和后，继续使水位缓缓上升至溢水孔，当有水溢出时，关止水夹。2.3.6 试样装好后，量测试样顶部至仪器上口的剩余高度，计算试样净高。称剩余试样质量准确至1g，计算装入试样总质量。2.3.7 静置数分钟后，检查各测压管水位是否与溢水孔齐平。如不齐平，说明试样中或测压管接头处有集气阻隔，用吸水球进行吸水排气处理。2.3.8 提高调节管，使其高于溢水孔。然后将调节管与供水管分开，并将供水管置于金属圆筒内。开止水夹，使水由上部注入金属圆筒内。2.3.9 降低调节管口，使位于试样上部1/3处，造成水位差。水即渗过试样，经调节管流出。在渗透过程中应调节供水管夹，使供水管流量略多于溢出水量。溢水孔应始终有余水溢出以保持常水位。2.3.10 测压管水位稳定后，记录测压管水位。计算各测压管间的水位差。2.3.11 开动秒表，同时用量筒接取经一定时间的渗透水量，并重复1次。接取渗透水量时，调节管口不可没入水中。2.3.12 降低调节管管口至试样中部及下部处，以改变水力坡降。按10和11规定重复进行测定。2.4 试验数据处理表2 常水头试验数据及处理试验次数经过时间t (s)测压管水位 (cm)水位差/cm水位坡降渗透量（cm3）渗透系数(cm/s)20时的渗透系数(cm/s)平均渗透系数(cm/s)I管II管管11025423521320.52.0521.81.0630.9290.90721025423521320.52.0521.81.0630.92931025423521320.52.0521.81.0630.929410252227198272.727.81.0300.900510252227198272.7281.0370.906610252227198272.7281.0370.90671025022218731.53.1531.81.0100.88281025022218731.53.15321.0160.88891025022218731.53.15321.0160.8883 固结试验3.1试验目的试验时将土样放在金属器内，在有侧限的条件下施加压力，观察土在不同压力下的压缩变形量，进而得出土体的固结系数以及前期固结压力。3.2试验仪器（1）固结容器：由环刀、护环、透水板、水槽、加压上盖组成如图1。环刀：内径为61.8mm，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，本次试验时涂一薄凡士林。透水板：氧化铝或不受腐蚀的金属材料制成，其渗透系数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001mm的百分表。图1 固结试验装置示意图3.3试验步骤（1）试样制备。先在环刀内外侧都涂上一薄层凡士林，用环刀在待测土体上取样，取样过程中用钢丝锯从中间向四周缓慢切削周围多余土体。（2）试样安装。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心对准，安装百分表。注意滤纸和透水板的湿度应接近试样的湿度。（3）施加lkPa的预压力使试样与仪器上下各部件之间接触，将百分表调整到零位。（4）卸下预压力，施加50kpa的固结压力，注意在卸下预压力的时候百分表读数会有变动，这时不再调零。（5）为测定固结系数，在施加固结压力后按下列时间顺序测记试样的高度变化。时间为：6s、1 5s、lmin、2minl5s、4min、6minl5s、9min、12minl5s、16min、20minl5s、25min、24h。当施加每级压力后，每小时变形达0.01mm时，测定试样高度变化作为稳定标准。此部分属于高压固结试验步骤，上接步骤（1）-（3）（4）确定需要施加的各级压力。第一级压力的大小应视土的软硬程度而定，宜用125kPa、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,需要测定压缩系数时，最大压力不小于400kPa。本次试验的压力等级为12.5、25、50、100、200、400、800、1600、3200kPa。 （5）为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。（6）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。（7）施加每级压力后24h测定试样高度变化作为稳定标准。（8）试验结束后吸去容器中的水，迅速拆除仪器各部件，取出整块试样，测定含水率。3.4 试验数据记录与处理表3固结试验试验结果时间读数（mm）仪器变形（mm）校正后变形量（mm）60.210 0.0280.182 150.218 0.0280.190 10.231 0.0280.203 2150.235 0.0280.207 40.237 0.0280.209 6150.238 0.0280.210 90.239 0.0280.211 12150.240 0.0280.212 160.240 0.0280.212 20150.240 0.0280.212 250.240 0.0280.212 24h0.262 0.0280.234 利用时间平方根法，以量表读数（mm）为纵坐标，时间平方根t（min）为横坐标，绘制dt曲线如图2所示。图2 固结试验dt曲线图由上图，延长曲线开始段的直线，交纵坐标于ds，直线过ds做另一条直线，另其横坐标为第一条直线的1.15倍，而后一条直线与曲线的交点所对应时间的平方即为试样固结度达到90%所需要的时间t90，由下图可得t90=1.69s；试样初始高度H0=2cm，试样最终高度H1=1.766cm，可得H=（H0+ H1）/4=0.9415m，由公式Cv=0.848h2/t902，可得Cv=7.410-3cm2/s。表4 高压固结试验数据及处理荷载（kpa）变形量（0.01mm）仪器变形量（0.01mm）校正后变形量（0.01mm）孔隙比压缩系数（Mpa-1)压缩模量(Mpa)12.542.10.341.81.5462543.70.743.01.5440.1220.8350126.51.0125.51.4374.280.61100213.72.1211.61.3252.241.16200332.33.8328.51.1731.521.71400476.76.0470.70.9880.922.81800602.78.0594.70.8270.406.451600721.59.0712.50.6740.1913.583200822.112.9809.20.5480.0833.09稳定读数832.512.9819.60.5350.01307.69备注：12.5Kpa对应的数据疑似有误，在做e-p曲线时没有使用。图4 高压固结试验e-lgp曲线由表4中高压固结试验数据及处理结果可得e-lgp曲线如图4所示。根据e-lgp曲线，在曲线中找到曲率半径最小的点m，过m做水平线m1和切线m2，做1m2的平分线m3，向上延长曲线的直线段，与m3的交点对应的p值就是先期固结压力pc, pc=158.5kPa。4 三轴压缩（UU）试验4.1 试验目的三轴压缩试验时，分别在不同的恒定围压下（小主应力3）下，施加轴向压力（1-3），进行剪切直至试样破坏。根据摩尔-库伦理论，做出在不同围压下的应力圆，通过该组应力圆的强度包线即可求得土体的抗剪强度指标c和。4.2 试验仪器应变控制式三轴仪，该三轴仪有反压力控制系统、围压力控制系统、压力室及试验机等组成；分样器、承模筒、切图盘、切图架、钢丝锯及橡皮膜等。4.3 试验步骤4.3.1 试样制备先用分样器将较大土样分成3个土柱，用钢丝锯或削土刀切取一块稍大于规定尺寸的土柱，放在切土盘上、下圆盘间，用钢丝锯紧靠侧板，自上而下小心切削，边削边转动圆盘，直至土样直径被削成39.1mm为止，取下土样，按照长度要求，将土样两端削平。4.3.2 试样安装橡皮膜套在承模筒内，两端翻出筒外，从吸气口吸气是橡皮膜紧贴在筒内壁上，然后套在试样上，放气使橡皮膜紧贴试样，取下承模筒并将橡皮膜的两端分别扎紧在压力室底座和试样顶帽上。注意试样两端都要放滤纸和透水石，并在放试样前将仪器底座充水。4.3.3 压力室罩安装为防止碰撞试样，先将活塞提起，放好压力室罩后将活塞对准试样上帽中心，并均匀旋紧螺丝，将轴向测力计对准活塞。4. 3.4 打开排气口，向压力室注水，当快注满时降低注水速度，有水从排气口溢出时，关闭排气口。4. 3.5 旋转手轮和活塞当轴向测力计有微弱读数时，表示活塞与试样帽已经接触，将轴向位移计调零。4.3.6 施加周围压力关闭孔隙压力阀，打开周围压力阀，本次试验施加50kpa。4.3.7 施加轴向压力差，使试样剪切本次试验采用的剪切速率为0.8mm/s。4.5 试验数据处理表5 三轴压缩试验（UU）数据记录及处理表周围压力：50kpa 量力环校正系数：10.07N/0.01mm 试样直径：3.91cm试样高度：8cm轴向位移0.01mm量力环量表读数0.01mm轴向应变%试样矫正后面积cm2主应力差kpa大主应力kpa00.0 0.000 12.007 0.000 50.000 252.5 0.313 12.045 20.901 70.901 503.4 0.625 12.083 28.336 78.336 754.0 0.938 12.121 33.232 83.232 1004.4 1.250 12.159 36.440 86.440 1254.8 1.563 12.198 39.627 89.627 1505.0 1.875 12.237 41.147 91.147 1755.2 2.188 12.276 42.656 92.656 2005.5 2.500 12.315 44.973 94.973 2255.8 2.813 12.355 47.274 97.274 2506.0 3.125 12.395 48.747 98.747 3006.2 3.750 12.475 50.047 100.047 3507.0 4.375 12.557 56.138 106.138 4007.5 5.000 12.639 59.755 109.755 4507.9 5.625 12.723 62.527 112.527 5008.1 6.250 12.808 63.686 113.686 5508.1 6.875 12.894 63.261 113.261 6009.1 7.500 12.981 70.594 120.594 6509.1 8.125 13.069 70.117 120.117 7009.9 8.750 13.159 75.762 125.762 75010.0 9.375 13.249 76.004 126.004 80010.6 10.000 13.341 80.008 130.008 85010.5 10.625 13.435 78.703 128.703 90011.3 11.250 13.529 84.107 134.107 95011.2 11.875 13.625 82.776 132.776 100012.1 12.500 13.723 88.793 138.793 105012.2 13.125 13.821 88.888 138.888 110012.3 13.750 13.921 88.971 138.971 115012.2 14.375 14.023 87.609 137.609 120013.0 15.000 14.126 92.672 142.672 4.6 试验结果分析试样在剪切过程中，一直没有显著破坏痕迹，本次试验读数直到轴向位移为12mm为止，根据表X数据可以求出：3=50kpa， 1= 1+3=142.672kpa。根据摩尔-库伦理论，结合其他两组同学的试验数据，可以画出三个摩尔圆，如图4所示，由于其中一组试验结果可能误差较大，我们用其中两个应力圆做强度包线，包线的截距即为粘聚力Cu，斜率即为内摩擦角u。图4 抗剪强度包线通过以上图形可以求得粘聚力，内摩擦角