實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書：地質(zhì)工程專業(yè)《土力學(xué)與基礎(chǔ)工程》土工實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書20151028.docVIP

土力學(xué)與基礎(chǔ)工程土工實(shí)驗(yàn)教學(xué)指導(dǎo)書姓名_學(xué)號(hào)_組號(hào)_班級(jí)_西南科技大學(xué)環(huán)資學(xué)院中心實(shí)驗(yàn)室2015.1012目 錄實(shí)驗(yàn)一 側(cè)限壓縮實(shí)驗(yàn)31實(shí)驗(yàn)?zāi)康?2實(shí)驗(yàn)原理33儀器設(shè)備34操作步驟35實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)整理4實(shí)驗(yàn)二 直接剪切實(shí)驗(yàn)61土的抗剪強(qiáng)度及實(shí)驗(yàn)方法61.1 土的抗剪強(qiáng)度61.2實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1.3實(shí)驗(yàn)原理62 直接剪切實(shí)驗(yàn)步驟62.1 儀器設(shè)備62.2 操作步驟62.2.1 快剪實(shí)驗(yàn)62.2.2 固結(jié)快剪實(shí)驗(yàn)72.2.3 慢剪實(shí)驗(yàn)72.3 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)整理8三、三軸壓縮實(shí)驗(yàn)101實(shí)驗(yàn)?zāi)康?02實(shí)驗(yàn)原理103實(shí)驗(yàn)設(shè)備104實(shí)驗(yàn)步驟105計(jì)算與繪圖106實(shí)驗(yàn)記錄12四、綜合實(shí)驗(yàn)12實(shí)驗(yàn)一 側(cè)限壓縮實(shí)驗(yàn)1實(shí)驗(yàn)?zāi)康膶?shí)驗(yàn)的目的在于通過測(cè)定變形和壓力的關(guān)系或者孔隙比與壓力的關(guān)系、變形和時(shí)間的關(guān)系，進(jìn)而計(jì)算單位沉降量、壓縮系數(shù)、壓縮指數(shù)、回彈指數(shù)、壓縮模量、固結(jié)系數(shù)及原狀土的先期固結(jié)壓力等。測(cè)定項(xiàng)目根據(jù)工程而定。2實(shí)驗(yàn)原理實(shí)驗(yàn)基于構(gòu)成土骨架的礦物顆粒在土體變形過程中保持剛性且豎向變形是連續(xù)的假設(shè)前提。3儀器設(shè)備（1）固結(jié)儀：試樣面積30或50，高為2cm；（2）加壓設(shè)備：稱量500kg1000kg。感量為0.2kg0.5kg的磅秤或杠桿式加壓設(shè)備；（3）百分表：量程10mm，分度值為0.01mm；（4）其它：鋼絲鋸、天平、刮土刀等。4操作步驟（1）制備式樣：取原狀土或按規(guī)定的密度及含水量制備式樣；（2）將帶有環(huán)刀的試樣小心裝入護(hù)環(huán)，在裝入固結(jié)儀容器內(nèi)，然后放上透水石和加壓蓋板，至于加壓框下，對(duì)準(zhǔn)加壓框架的正中，安裝量表。（透水石的濕度應(yīng)盡量與試樣保持一致）；（3）為保證試樣與儀器上下各部件之間接觸良好，應(yīng)施加1預(yù)壓荷載，然后調(diào)整量表歸零；（4）對(duì)試樣施加壓力，加壓等級(jí)一般為12.5、25.0、50.0、100、200、400、800、1600、3200，最后一級(jí)壓力應(yīng)大于上覆土層的100200；（5）需要確定原狀土的先期固結(jié)壓力時(shí)，加壓率應(yīng)小于1，可采用0.5或0.25倍。最后一級(jí)壓力應(yīng)大于1000；（6）第一級(jí)壓力的大小取決于土的軟硬程度，可用12.5、25、50等，注意要減去預(yù)壓壓力；（7）如果是飽和試樣，則在施加第一級(jí)壓力后，立即向水槽中注水至滿。如果是非飽和試樣，需用濕棉紗圍住加壓蓋板四周，避免水分蒸發(fā)；（8）如果需要測(cè)定沉降速率，加荷后按下列時(shí)間順序計(jì)量表讀數(shù)：6”、15”、1、215”、4、615”、9、1215”、16、2015”、25、3015”、36、4215”、49、64、100、200、400、23h和24h，至穩(wěn)定為止。如果不需要測(cè)定沉降速率，可按下列時(shí)間順序計(jì)量表讀數(shù)；10、20、60、120、23h和24h，至穩(wěn)定為止；（9）固結(jié)穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定為每級(jí)壓力下壓縮24h；（10）如果做回彈實(shí)驗(yàn)，可在某級(jí)壓力下固結(jié)穩(wěn)定后卸荷，直至卸完為止；（11）整理設(shè)備。5實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)整理按下式計(jì)算各級(jí)荷載下對(duì)應(yīng)的孔隙比：按下式計(jì)算壓縮系數(shù)：按下式計(jì)算壓縮模量：按下式計(jì)算壓縮指數(shù)：在此處粘貼繪圖紙側(cè)限壓縮實(shí)驗(yàn)記錄表工程名稱 試 驗(yàn) 者 土樣編號(hào) 計(jì) 算 者 實(shí)驗(yàn)日期 校 核 者 試樣原始高度實(shí)驗(yàn)前孔隙比加壓歷時(shí)壓力試樣總變形量壓縮后試樣高度孔隙比壓縮系數(shù)壓縮模量壓縮指數(shù)01h2h3h4h5h6h24h實(shí)驗(yàn)二 直接剪切實(shí)驗(yàn)1土的抗剪強(qiáng)度及實(shí)驗(yàn)方法1.1 土的抗剪強(qiáng)度土的抗剪強(qiáng)度是指土體對(duì)于外荷載所產(chǎn)生的剪應(yīng)力的極限抵抗能力。直接剪切實(shí)驗(yàn)是測(cè)定土的抗剪強(qiáng)度的一種常用的方法。通常采用四個(gè)試樣，分別在不同的垂直壓力下，施加水平剪切力進(jìn)行剪切，求得破壞時(shí)的剪應(yīng)力，然后根據(jù)庫侖定律確定土的抗剪強(qiáng)度參數(shù)：內(nèi)摩擦角和凝聚力。直接剪切實(shí)驗(yàn)分為快剪、固結(jié)快剪和慢剪三種。快剪是在試樣上施加垂直壓力后，立即施加水平剪切力進(jìn)行剪切；固結(jié)快剪是在試樣上施加垂直壓力后，待排水固結(jié)穩(wěn)定后，施加水平剪切力進(jìn)行剪切；慢剪是在試樣上施加垂直壓力及水平剪切力的過程中均需排水固結(jié)。1.2實(shí)驗(yàn)?zāi)康臏y(cè)定土體的內(nèi)摩擦角和凝聚力。1.3實(shí)驗(yàn)原理庫侖定律。四個(gè)試樣要在四種不同的垂直壓力下進(jìn)行剪切實(shí)驗(yàn)：一個(gè)要相當(dāng)于現(xiàn)場(chǎng)壓力、一個(gè)要大于現(xiàn)場(chǎng)壓力、另外兩個(gè)要小于現(xiàn)場(chǎng)壓力2 直接剪切實(shí)驗(yàn)步驟2.1 儀器設(shè)備（1）應(yīng)變控制直接剪切儀：試樣面積30或50，高為2cm；（2）加壓設(shè)備：稱量500kg1000kg。感量為0.2kg0.5kg的磅秤或杠桿式加壓設(shè)備；（3）百分表：量程10mm，分度值為0.01mm；（4）天平：稱量200g。感量0.01g；（5）其它：環(huán)刀、直尺、刮土刀、秒表等。2.2 操作步驟2.2.1 快剪實(shí)驗(yàn)（1）制備式樣：取原狀土或按規(guī)定的密度及含水量制備式樣；（2）對(duì)準(zhǔn)上下盒，插入固定銷。在下盒內(nèi)放與透水石厚度相等的不透水板。將裝有試樣的環(huán)刀平口向下，對(duì)準(zhǔn)剪切盒口，在試樣上放不透水板，然后將試樣徐徐推入剪切盒內(nèi)，移去環(huán)刀（透水石的濕度應(yīng)盡量與試樣保持一致）；（3）轉(zhuǎn)動(dòng)手輪，使上盒前端鋼珠剛好與量力環(huán)接觸，調(diào)整量力環(huán)中量表歸零。順次加上加壓蓋板、鋼珠、壓力框架、垂直量表并記錄起始讀數(shù)；（4）對(duì)試樣施加垂直壓力后，立即拔去固定銷，開動(dòng)秒表，以每分鐘412轉(zhuǎn)的均勻速率旋轉(zhuǎn)手輪，使試樣在35min內(nèi)剪壞。如果量力環(huán)中量表指針不再前進(jìn)或有顯著后退，表示試樣已剪壞。但一般宜剪至剪切變形達(dá)到4mm。如果量力環(huán)中量表指針繼續(xù)前進(jìn)，則剪切變形應(yīng)達(dá)到6mm為止；（5）剪切結(jié)束后，吸去剪切盒中的積水，倒轉(zhuǎn)手輪，盡快移去垂直壓力，框架，鋼珠和加壓板等。取出試樣，測(cè)定剪切面附近土的含水量。2.2.2 固結(jié)快剪實(shí)驗(yàn)（1）制備式樣：取原狀土或按規(guī)定的密度及含水量制備式樣；（2）對(duì)準(zhǔn)上下盒，插入固定銷。在下盒內(nèi)放透水石。將裝有試樣的環(huán)刀平口向下，對(duì)準(zhǔn)剪切盒口，在試樣上放濕濾紙，然后將試樣徐徐推入剪切盒內(nèi)，移去環(huán)刀（透水石的濕度應(yīng)盡量與試樣保持一致）；（3）轉(zhuǎn)動(dòng)手輪，使上盒前端鋼珠剛好與量力環(huán)接觸，調(diào)整量力環(huán)中量表歸零。順次加上加壓蓋板、鋼珠、壓力框架、垂直量表并記錄起始讀數(shù)；（4）對(duì)試樣施加垂直壓力后，待試樣達(dá)到固結(jié)穩(wěn)定。（如果是飽和試樣，則在施加垂直壓力5min后，向剪切盒內(nèi)注水；如果是非飽和試樣，只要在加壓板周圍包以濕棉花，以防水分蒸發(fā)）；（5）然后拔去固定銷，開動(dòng)秒表，以每分鐘412轉(zhuǎn)的均勻速率旋轉(zhuǎn)手輪，使試樣在35min內(nèi)剪壞。如果量力環(huán)中量表指針不再前進(jìn)或有顯著后退，表示試樣已剪壞。但一般宜剪至剪切變形達(dá)到4mm。如果量力環(huán)中量表指針繼續(xù)前進(jìn)，則剪切變形應(yīng)達(dá)到6mm為止；（6）剪切結(jié)束后，吸去剪切盒中的積水，倒轉(zhuǎn)手輪，盡快移去垂直壓力，框架，鋼珠和加壓板等。取出試樣，測(cè)定剪切面附近土的含水量。2.2.3 慢剪實(shí)驗(yàn)（1）制備式樣：取原狀土或按規(guī)定的密度及含水量制備式樣；（2）對(duì)準(zhǔn)上下盒，插入固定銷。在下盒內(nèi)放透水石。將裝有試樣的環(huán)刀平口向下，對(duì)準(zhǔn)剪切盒口，在試樣上放濕濾紙，然后將試樣徐徐推入剪切盒內(nèi)，移去環(huán)刀（透水石的濕度應(yīng)盡量與試樣保持一致）；（3）轉(zhuǎn)動(dòng)手輪，使上盒前端鋼珠剛好與量力環(huán)接觸，調(diào)整量力環(huán)中量表歸零。順次加上加壓蓋板、鋼珠、壓力框架、垂直量表并記錄起始讀數(shù)；（4）對(duì)試樣施加垂直壓力后，待試樣達(dá)到固結(jié)穩(wěn)定。（如果是飽和試樣，則在施加垂直壓力5min后，向剪切盒內(nèi)注水；如果是非飽和試樣，只要在加壓板周圍包以濕棉花，以防水分蒸發(fā)）；（5）然后拔去固定銷，開動(dòng)秒表，剪切速率應(yīng)小于0.02mm/min，直至試樣被剪壞；（6）剪切結(jié)束后，吸去剪切盒中的積水，倒轉(zhuǎn)手輪，盡快移去垂直壓力，框架，鋼珠和加壓板等。取出試樣，測(cè)定剪切面附近土的含水量。2.3 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)整理2.3.1計(jì)算、制圖按下式計(jì)算所測(cè)試樣的剪應(yīng)力及剪切位移：式中：量力環(huán)定率系數(shù)，；量力環(huán)量表讀數(shù)，0.01mm剪切位移，0.01mm；手輪轉(zhuǎn)數(shù)。以剪應(yīng)力為縱坐標(biāo)，剪切位移為橫坐標(biāo)繪剪應(yīng)力與剪切位移關(guān)系曲線； 選取剪應(yīng)力與剪切位移關(guān)系曲線上的峰值點(diǎn)或穩(wěn)定值作為抗剪強(qiáng)度。以抗剪強(qiáng)度為縱坐標(biāo)，垂直壓力為橫坐標(biāo)繪制圖象，直線的傾角為土的內(nèi)摩擦角，直線與縱坐標(biāo)軸上的截距為凝聚力在此處粘貼繪圖紙2.3.2 記錄直 接 剪 切 試 驗(yàn)工程名稱 試 驗(yàn) 者 試驗(yàn)方法 計(jì) 算 者 試驗(yàn)日期 校 核 者 剪切速率量力環(huán)量表讀數(shù)剪應(yīng)力正應(yīng)力實(shí)驗(yàn)三、三軸壓縮實(shí)驗(yàn)1實(shí)驗(yàn)?zāi)康娜S壓縮實(shí)驗(yàn)是測(cè)定土的抗剪強(qiáng)度的一種方法。對(duì)堤壩填方、路塹、岸坡等是否穩(wěn)定，擋土墻和建筑物地基是否能承受一定的荷載，都與土的抗剪強(qiáng)度有密切的關(guān)系。2實(shí)驗(yàn)原理土的抗剪強(qiáng)度是土體抵抗破壞的極限能力，即土體在各向主應(yīng)力的作用下，在某一應(yīng)力面上的剪應(yīng)力（）與法向應(yīng)力（）之比達(dá)到某一比值，土體就將沿該面發(fā)生剪切破壞。常規(guī)的三軸壓縮實(shí)驗(yàn)是取4個(gè)圓柱體試樣，分別在其四周施加不同的周圍壓力（即小主應(yīng)力）3，隨后逐漸增加軸向壓力（即大主應(yīng)力）1直至破壞為止。根據(jù)破壞時(shí)的大主應(yīng)力與小主應(yīng)力分別繪制莫爾圓，莫爾圓的切線就是剪應(yīng)力與法向應(yīng)力的關(guān)系曲線。三軸壓縮實(shí)驗(yàn)適用于測(cè)定粘性土和砂性土的總抗剪強(qiáng)度參數(shù)和有效抗剪強(qiáng)度參數(shù)，可分為不固結(jié)不排水實(shí)驗(yàn)（uu）；固結(jié)不排水實(shí)驗(yàn)（）和固結(jié)排水實(shí)驗(yàn)（CD）。3實(shí)驗(yàn)設(shè)備（1）三軸儀：包括軸向加壓系統(tǒng)、壓力室、周圍壓力系統(tǒng)、孔隙壓力測(cè)量系統(tǒng)和試樣變形量測(cè)系統(tǒng)等。（2）其它：擊樣器、飽和器、切土盤、分樣器、承膜筒等。4實(shí)驗(yàn)步驟（1）切取土樣：先用鋼絲鋸或切土刀切取一稍大于規(guī)定尺寸的土柱，放在切土架上，用鋼絲鋸或切土刀緊靠側(cè)板，由上往下細(xì)心切削，邊切削邊轉(zhuǎn)動(dòng)圓盤，按規(guī)定的高度將兩端削平、稱量；并取余土測(cè)定試樣的含水率。（2）試樣飽和：試樣有抽氣飽和、水頭飽和及反壓力飽和三種方法，最常用的是抽氣飽和。即將試樣裝入飽和器內(nèi)，放入真空缸內(nèi)，與抽氣機(jī)接通，開動(dòng)抽氣機(jī)，連續(xù)真空抽氣24h，然后停止抽氣，靜止12h左右即可。（3）試樣安裝：將壓力室底座的透水石與管路系統(tǒng)以及孔隙水測(cè)定裝置充水并放上一張濾紙，然后再將套上乳膠膜的試樣放在壓力室的底座上，最后裝上壓力筒，并擰緊密封螺帽，同時(shí)使傳壓活塞與土樣帽接觸。（4）施加周圍壓力：分別按100、200、300、400Kpa施加周圍壓力。（5）測(cè)孔隙水壓力：在不排水條件下測(cè)定試樣的孔隙水壓力。（6）調(diào)整測(cè)力計(jì)：移動(dòng)量測(cè)軸向變形的位移計(jì)和軸向壓力測(cè)力計(jì)的初始“零點(diǎn)”讀數(shù)。（7）施加軸向壓力：?jiǎn)?dòng)電動(dòng)機(jī)，合上離合器，開始剪切。剪切應(yīng)變速率取每分鐘0.51.0，當(dāng)試樣每產(chǎn)生軸向應(yīng)變?yōu)?.30.4時(shí)，測(cè)記一次測(cè)力計(jì)，孔隙水壓力和軸向變形讀數(shù)，直至軸向應(yīng)變?yōu)?0時(shí)為止。（8）實(shí)驗(yàn)結(jié)束：停機(jī)并卸除周圍壓力，然后拆除試樣，描述試樣破壞時(shí)形狀。5計(jì)算與繪圖（1）試樣面積剪切時(shí)校正值：式中：1軸向應(yīng)變，（不固結(jié)不排水實(shí)驗(yàn)1hi/ho；固結(jié)不排水和固結(jié)排水實(shí)驗(yàn)1hi/hc）。（2）固結(jié)后實(shí)測(cè)固結(jié)下沉量：（3）主應(yīng)力差的計(jì)算：式中：1大主應(yīng)力，kPa；3小主應(yīng)力，kPa；C 測(cè)力計(jì)率定系數(shù)（N/0.01mm或N/mV）；R 測(cè)力計(jì)讀數(shù)（0.01mm或mV）；Aa試樣剪切時(shí)的校正面積，cm2；10 單位換算系數(shù)。（4）孔隙水壓力系數(shù)的計(jì)算：式中：B初始孔隙水壓力系數(shù)；uo施加周圍壓力后產(chǎn)生的孔隙水壓力，kPa；Af 破壞時(shí)的孔隙水壓力系數(shù)；ui試樣破壞時(shí)，主應(yīng)力差產(chǎn)生的孔隙水壓力，kPa； 附圖71 固結(jié)不排水剪強(qiáng)度包線（5）繪制應(yīng)力圓及強(qiáng)度包線對(duì)不固結(jié)不排水實(shí)驗(yàn)及固結(jié)不排水實(shí)驗(yàn)，以法向應(yīng)力為橫坐標(biāo)，剪應(yīng)力為縱坐標(biāo)。在橫坐標(biāo)上以（1f +3f）/2為圓心，（1f 3f）/2為半徑，繪制破壞總應(yīng)力圓，該包線的傾角為內(nèi)摩擦角u或cu，包線上縱軸上的截距為粘