《土力學與地基基礎》實驗指導書 - 重慶交通學院

1、工程巖土學試驗指導書（地質(zhì)工程專業(yè)）趙川、賴勇編重慶交通大學河海學院土工地質(zhì)實驗室二七年七月目錄前 言2實驗一 土工參數(shù)測試綜合試驗3(一)、土樣制備3(二)、含水量試驗4(三)、密度試驗5(四)、比重試驗6(五)、固結(jié)試驗7(六)、直接剪切試驗9實驗二 顆粒分析試驗12實驗三 液限和塑限試驗143.1搓條法及平衡錐法 143.2液限塑限聯(lián)合測定法 16實驗四 載滲透試驗18實驗五 三軸剪切試驗20實驗六 巖石單軸抗壓試驗23實驗七 巖石快速直接剪斷試驗25前 言本試驗指導書適用于地質(zhì)工程等專業(yè)的本科生、研究生使用。本試驗是工程巖土學等課程的重要實踐教學環(huán)節(jié)。該試驗指導書包括以下內(nèi)容：土工參數(shù)

2、測試綜合試驗、顆粒分析試驗、液限和塑限試驗、滲透試驗、三軸剪切試驗、巖石單軸抗壓試驗、巖石快速直接剪斷等試驗項目，通過上述試驗可以讓學生熟悉各種儀器設備在試驗項目中的使用方法，鍛煉學生的試驗基本技能，掌握試驗內(nèi)容和試驗的基本方法，培養(yǎng)學生的動手能力及綜合分析問題和解決問題的能力，使學生知道為什么要做這些試驗，試驗參數(shù)在工程設計和施工中如何應用，為今后的實際工程設計、施工和研究工作奠定了堅實的基礎。本指導書主要依據(jù)中華人民共和國行業(yè)標準公路土工試驗規(guī)程JTJ051-93、中華人民共和國國家標準巖土工程勘察規(guī)范GB50021-2001、中華人民共和國行業(yè)標準公路工程地質(zhì)勘察規(guī)范JTJ 064-98

3、等國家和行業(yè)標準，并結(jié)合工程實踐經(jīng)驗及教材特點編制而成。由于編者水平有限，若有不當之處，請批評指正。趙 川二00七年七月實驗一 土工參數(shù)測試綜合試驗(一)、土樣制備1.概述土樣的制備是獲得正確的試驗成果的前提，為保證試驗成果的可靠性以及試驗數(shù)據(jù)的可比性，應嚴格按照規(guī)程要求的程序進行制備。土樣制備可分為原狀土和擾動土的制備。本試驗主要講擾動土的制備。擾動土的制備程序則主要包括取樣、風干、碾散、過篩、制備等程序，這些程序步驟的正確與否，都會直接影響到試驗成果的可靠性，土樣的制備都融合在今后的每個試驗項目中。2.儀器設備孔徑0.5mm、2mm和5mm的篩；天平；擊樣器；切土刀；橡皮板；木錘；烘箱；噴

4、水設備等。3.擾動土樣制備步驟（1）將擾動土樣進行土樣描述，如顏色、氣味、夾雜物和土類及均勻程度等，如有需要，將擾動土樣拌和均勻，取代表性土樣測定其含水量。（2）將土樣風干或烘干，然后將風干或烘干土樣放在橡皮板上用木碾碾散，但應注意不得將土顆粒破碎。（3）將分散后的土樣根據(jù)各試驗項目的要求過篩。對于物理性試驗如液限、塑限等試驗，過0.5mm篩；對于力學性試驗土樣，過2mm篩；對于擊實試驗、比重試驗（比重瓶法），過5mm篩。（4）為配制一定含水量的試樣，根據(jù)不同的試驗要求，取足夠過篩的風干土樣，按下面的公式計算加水量，把土樣平鋪于不吸水的盤內(nèi)，用噴水壺噴灑預計的加水量，并充分拌和均勻，然后裝入容

5、器內(nèi)蓋緊，潤濕一晝夜備用。（5）測定潤濕后土樣不同位置的含水量（至少二個以上），要求差值不大于±1。（6）按下式計算干土質(zhì)量：ms=m(10.01wh)式中：ms 干土質(zhì)量（g）； m 風干土質(zhì)量（g）； wh 風干含水量（）。（7）根據(jù)試樣所要求的含水量，按式計算制備試樣所需的加水量：mw= 0.01(wwh) ms式中：mw 土樣所需加水質(zhì)量（g）；ms 干土質(zhì)量（g）；w 制備試樣所要求的含水量（）；wh 風干含水量（）。（8）根據(jù)試驗所要求的干密度按下式計算制備試樣所需的風干含水率時的總土質(zhì)量：m=(10.01wh) d V式中：m 制備試樣所需的風干含水量時的總土質(zhì)量；d

6、制備試樣所要求的干密度（g/cm3）； V 試樣體積（cm3）； wh 風干含水量（）。（9）試件成形，可采用擊實法和壓樣法。擊實法是采用擊實儀，將土樣擊實到所需的密度，用推土器推出，然后將環(huán)刀內(nèi)壁涂一薄層凡士林，刃口向下放在土樣上，用切土刀將試件削成略大于環(huán)刀直徑的土柱，然后將環(huán)刀垂直向下壓，邊壓邊削，直至土樣伸出環(huán)刀為止，削平環(huán)刀兩端。壓樣法將根據(jù)環(huán)刀容積和要求干密度所需質(zhì)量的濕土，倒入裝有環(huán)刀的壓樣器內(nèi)，采用靜壓力將土樣壓緊到的所需密度，然后取出環(huán)刀。（10）把環(huán)刀外壁擦干凈，稱環(huán)刀和土的總質(zhì)量，并同時測定土樣的含水量。試件制備應盡量迅速，以免水分蒸發(fā)。（11）試件制備的數(shù)量根據(jù)試驗項目

7、的需要而定，一般應多制備12組備用，同一組試件的密度、含水量與制備標準之差應分別在±0.1g/cm3或2范圍之內(nèi)。(二)、含水量試驗（烘干法）1.試驗目的土的含水量指土在105110下烘至恒量時所失去的水分質(zhì)量和達恒重后干土質(zhì)量的比值，以百分數(shù)表示。2.試驗方法烘干法、酒精燃燒法、炒干法、比重法等。本試驗采用烘干法。3.儀器設備烘箱，采用電熱烘箱，溫度能保持在105110；天平，感量0.01g；干燥器；稱量盒等。4.試驗步驟（1）先稱稱量盒的質(zhì)量（m1），精確至0.01g。（2）取具有代表性試樣，細粒土不小于為15g，砂類土、有機質(zhì)土不小于50g，放入已稱好的稱量盒內(nèi)，立即蓋上盒蓋，

8、稱濕土加盒總質(zhì)量（m2），精確至0.01g。（3）打開盒蓋，將試樣和盒放入烘箱內(nèi)，在溫度105110的恒溫下烘干。烘干時間與土的類別及取土數(shù)量有關(guān)。細粒土不少于8小時；砂類土不得少于6小時；對含有機質(zhì)超過5%的土，應將溫度控制在6570的恒溫下烘干。（4）將烘干后的試樣和盒取出，放入干燥器內(nèi)冷卻至室溫。冷卻后蓋好盒蓋，稱盒和干土質(zhì)量（m3），精確至0.01g。（5）本項試驗要求進行二次平行測定，其平行差值需滿足以下要求：當含水量小于5時，允許平行差值不大于0.3；當含水量大于5小于40時，允許平行差值不大于1；當含水量大于等于40時，允許平行差值不大于2。當滿足上述要求時，含水量取兩次測值的平

9、均值。5.成果整理（1）按下式計算含水量：w=( m2m3)/( m3 m1)×100%式中：w 含水量（）；m1 稱量盒的質(zhì)量（g）； m2 盒加濕土質(zhì)量（g）； m3 盒加干土質(zhì)量（g）。（2）記錄表格見實驗報告。6.注意事項（1）測定含水量時動作要快，以避免土樣的水分蒸發(fā)。（2）應取具有代表性的土樣進行試驗。（3）稱量盒要保持干燥，注意稱量盒的盒體和盒蓋上下對號。（4）烘干、冷卻由于時間較長，由實驗室完成，同學另找時間來稱盒加干土質(zhì)量。(三)、密度試驗1.試驗目的：土的密度是指土的單位體積的質(zhì)量，是土的基本物理性質(zhì)指標之一。在天然狀態(tài)下的密度稱為天然密度，其單位為g/cm3。2

10、.試驗方法：試驗方法有環(huán)刀法、蠟封法、灌水法、灌砂法等。對于細粒土，采用環(huán)刀法；對于易碎裂、難以切削或不規(guī)則的土體，可用蠟封法；對于現(xiàn)場粗粒土，一般用灌水法或灌砂法。本試驗采用環(huán)刀法。3.儀器設備環(huán)刀；天平，感量0.1g；切土刀；推土器；白瓷盤；游標卡尺；凡士林等。4.試驗步驟（1）用卡尺測出環(huán)刀的高和內(nèi)徑，并計算出環(huán)刀的體積V(cm3)。（2）稱環(huán)刀的質(zhì)量m1，準確至0.1g。（3）在環(huán)刀內(nèi)壁涂一層薄薄的凡士林油，并將其刃口向下放在試樣上。（4）用切土刀沿環(huán)刀外緣將土樣削成略大于環(huán)刀直徑的土柱，然后慢慢將環(huán)刀垂直下壓，邊壓邊削，到土樣伸出環(huán)刀上部為止，削去環(huán)刀兩端余土，使與環(huán)刀口面齊平。把削

11、下的土樣做含水量試驗。（5）擦凈環(huán)刀外壁，稱量環(huán)刀加土的質(zhì)量m2，準確至0.1g。（6）用推土器將試樣從環(huán)刀中推出。（7）本試驗須進行二次平行試驗，其平行差值不大于0.03g/ cm3,滿足要求取其算術(shù)平均值。5.成果整理（1）按下式計算土的濕密度：=(m2m1)V式中： 土的濕密度（g/ cm3）；m1 環(huán)刀的質(zhì)量（g）； m2 環(huán)刀加土的質(zhì)量（g）。（2）按下式計算土的干密度：d=(10.01w)式中：d 土的干密度（g/ cm3）； 土的濕密度（g/ cm3）； w 土的含水量（）。（3）記錄表格見實驗報告。6.注意事項（1）操作要快，動作細心，以避免土樣被擾動破壞結(jié)構(gòu)及水份蒸發(fā)。（2）

12、環(huán)刀一定要垂直，加力適當，方向要正。（3）邊壓邊削的時候，切土刀要向外傾斜，以免把環(huán)刀下面的土樣削空。(四)、比重試驗1.試驗目的：土粒比重Gs，是土粒在溫度105110下烘至恒重時的質(zhì)量與土粒同體積 4時純水質(zhì)量的比值。 2.試驗方法 根據(jù)土粒粒徑的不同，土的比重試驗可分別采用比重瓶法、浮稱法或虹吸筒法。對于粒徑小于5 mm的土，采用比重瓶法進行；對于粒徑大于等于5mm的土，且其中粒徑為20mm的土質(zhì)量應小于總土質(zhì)量的10時，采用浮稱法進行；對于粒徑大于等于5mm的土，但其中粒徑為20mm的土質(zhì)量大于等于總土質(zhì)量的10時，采用虹吸筒法進行。本試驗采用比重瓶法。3.儀器設備烘箱；比重瓶，容量1

13、00mL；天平，感量0.001g；恒溫水槽；電砂浴；溫度計；孔徑5mm的篩；其它：匙、漏斗、滴管、洗瓶刷、蒸餾水等。 4.試驗步驟（1）先將洗凈、烘干的比重瓶稱其質(zhì)量m1，準確至0.001g.（2）將過5mm篩并烘干后的土，取不低于15g裝入比重瓶內(nèi)，稱試樣和瓶的總質(zhì)量m2，準確至0.001g。（3）將純水注入已裝有干土的比重瓶中至一半處，搖動比重瓶，將瓶放在電砂浴上煮沸，煮沸時間自懸液沸騰時算起，砂及低液限粘土應不少于30min，高液限粘土應不少于lh，使土粒分散。（4）將蒸餾水注入已煮好比重瓶至近滿，待瓶內(nèi)溫度穩(wěn)定及懸液上部澄清后，再加滿蒸餾水，塞好瓶塞，使多余的水份自瓶塞毛細管中溢出。將

14、瓶外水份擦干凈，稱瓶、水、土的總質(zhì)量m3，準確至0.001g，稱后馬上測瓶內(nèi)溫度。（5）把瓶內(nèi)懸液倒掉，把瓶洗干凈，再注滿蒸餾水，把瓶塞插上，使多余的水份自瓶塞毛細管中溢出，將瓶外水份擦干凈，稱比重瓶、水的總質(zhì)量m4，準確至0.001g。（6）本試驗須進行兩次平行測定，其平行差值不大于0.02，然后取其算術(shù)平均值。5.成果整理（1）按下式計算土的比重：Gs=Gwt×(m2m1)/(m4(m2m1)m3)式中：Gs 土粒比重；m1 空瓶的質(zhì)量（g）； m2 瓶加干土的質(zhì)量（g）；m3 瓶加水加土的質(zhì)量（g）；m4 瓶加水的質(zhì)量（g）；Gwt t時蒸餾水的比重（可查相應的物理手冊）。（2

15、）記錄表格見實驗報告。6.注意事項（1）比重瓶、土樣一定要完全烘干。（2）煮沸排氣時，防止懸液濺出。（3）稱量時比重瓶外的水份必須擦干凈。(五)、固結(jié)試驗1.試驗目的：本試驗的目的是測定試樣在側(cè)限與軸向排水條件下，變形和壓力或孔隙比和壓力的關(guān)系，繪制壓縮曲線，以便計算土的壓縮系數(shù)a、壓縮模量Es等指標，通過各項壓縮性指標，可以分析、判斷土的壓縮特性和天然土層的固結(jié)狀態(tài)，計算土工建筑物及地基的沉降等。2.試驗方法試驗方法有慢速法和快速法。根據(jù)學生試驗的實際情況，本試驗采用近似的快速法。3.儀器設備固結(jié)儀：見圖(5)-1；環(huán)刀:面積50cm3，高2cm；天平；測微表；精度；其它：秒表、烘箱、修土刀

16、、稱量盒、濾紙等。圖(5)-1 固結(jié)容器示意圖1-固結(jié)容器 2-下護環(huán) 3-環(huán)刀 4-上護環(huán) 5-透水石 6-加壓蓋 7-量表套桿 8-量表架 9-試樣4.試驗步驟（1）根據(jù)工程要求，用環(huán)刀（50cm3）切取試樣備用，并測出土樣的密度、含水量、和比重。(參見前面的試驗)（2）把下護環(huán)和大的透水石放入固結(jié)容器，并放上一張濾紙。（3）將帶有環(huán)刀的試樣，刃口向下小心地裝入壓縮容器的下護環(huán)內(nèi)。（4）再套入上護環(huán)，放上濾紙和稍小的透水石，最后放上加壓蓋。（5）輕輕抬起杠桿，將裝好試樣的壓縮容器放在加壓臺的正中，使加壓橫梁的凹槽與加壓蓋的鋼珠緊密結(jié)合，然后裝上測微表（百分表），并預調(diào)百分表大于6mm以上，

17、并檢查表是否靈敏和垂直。（學生在試驗前應熟悉測微表如何讀數(shù)。）（6）在砝碼吊盤上加相當于試樣受壓約為1 kPa的預壓荷載，使固結(jié)儀的各部分接觸良好，并調(diào)平加壓杠桿，然后調(diào)整測微表，使其大指針歸零。（7）卸去預壓荷載，施加第一級荷載，其大小可視土的軟硬程度或工程情況一般采用25、50、100、200、300、400 kPa，或按設計要求，模擬實際加荷情況進行調(diào)整。由于試驗教學時間的關(guān)系，本試驗加荷順序為50、100、200、300、400 kPa。（8）在加荷同時開動秒表計時，按規(guī)定的時間讀數(shù)，做完一級，再加下一級荷載，直至全部荷載完成。在試驗過程中，應始終保持加壓杠桿的平衡。（9）試驗結(jié)束后，

18、迅速順次拆去測微表，卸除砝碼，取出環(huán)刀，把儀器擦干凈。5.成果整理（1）按下式計算試樣的原始孔隙比：e0=w×Gs(10.01w)1式中：e0 試樣原始孔隙比；w 水的密度（g/ cm3），一般取1； Gs 土粒比重；w 試樣原始含水量（）； 試樣原始密度（g/ cm3）；（2）按下式計算各級荷載下變形穩(wěn)定后的孔隙比：ei=e0(1e0)hiH式中：ei 某一荷載下變形穩(wěn)定后的孔隙比；e0 試樣原始孔隙比； hi 某一級荷載下的總變形量（mm）；H 試樣原始高度（mm）；（3）按下式計算某一荷載范圍內(nèi)的壓縮系數(shù)：ii+1=1000×(eiei+1)(pi1pi )式中：ii

19、+1 某一荷載范圍內(nèi)的壓縮系數(shù)（MPa-1）；ei 某一荷載下變形穩(wěn)定后的孔隙比； pi 某一荷載值（kPa）；（4）按下式計算某一荷載范圍內(nèi)的壓縮模量：Es ii+1= (1ei)ii+1式中：Es ii+1 某一荷載范圍內(nèi)的壓縮模量（MPa）；ei 某一荷載下變形穩(wěn)定后的孔隙比； ii+1 某一荷載范圍內(nèi)的壓縮系數(shù)（MPa-1）；（5）記錄表格見實驗報告。6.注意事項（1）使用儀器前必須預習，嚴格按程序進行操作，對儀器不清楚的地方馬上問老師。（2）試驗過程中不能卸載，百分表也不用歸零。（3）隨時調(diào)整加壓杠桿，使其保持平衡。（4）加荷時應輕拿輕放，不得對儀器產(chǎn)生震動。（5）試驗完畢，卸下荷載

20、，取出土樣，把儀器打掃干凈。(六)、直接剪切試驗1.試驗目的：測定土的抗剪強度指標和c，土的抗剪強度是指土體對于外荷載所產(chǎn)生的剪應力的極限抵抗能力。通常采用不少于3個試樣，分別在不同的垂直壓力下，施加水平剪切力，測得試樣破壞時的剪應力 ，然后根據(jù)庫侖定律確定土的抗剪強度參數(shù)內(nèi)摩擦角和粘聚力c。2.試驗方法：快剪試驗：在試樣上施加垂直壓力后立即快速施加水平剪應力。固結(jié)快剪試驗：在試樣上施加垂直壓力，待試樣排水固結(jié)穩(wěn)定后，快速施加水平剪應力。慢剪試驗：在試樣上施加垂直壓力及水平剪應力的過程中，均使試樣排水固結(jié)。本試驗采用快剪試驗。3.儀器設備應變式直剪儀；環(huán)刀；測微表；其它：秒表、天平、烘箱、蠟紙

21、、修土刀等。圖(6)-1 應變控制式直剪儀1頂針2底座；3透水石；4測微表；5活塞；6上盒；7土樣；8測微表；9量力環(huán)；10下盒4.試驗步驟（1）用環(huán)刀切取34個試樣備用，并測相應的含水量和密度。（2）安裝好剪切盒，插入銷釘，在下盒透水石上放一張臘紙。（3）將帶試樣的環(huán)刀平口向下，對準上盒盒口放好，在試樣上面順序放臘紙和透水石，然后用將試樣平穩(wěn)推入剪切盒中，移去環(huán)刀，放上加壓蓋。（4）本試驗的加荷順序為100，200，300kPa或400kPa。（5）按順時針方向徐徐轉(zhuǎn)動手輪至上盒前端的鋼珠剛好與量力環(huán)接觸（即量力環(huán)內(nèi)的測微計指針剛好開始移動），調(diào)整測微計讀數(shù)為零。（6）拔去銷釘，開動秒表，以

22、每分鐘412轉(zhuǎn)的均勻速率轉(zhuǎn)動手輪（本試驗以每分鐘6轉(zhuǎn)為宜），轉(zhuǎn)動過程中不應中途停頓或時快時慢。使試樣在35分鐘內(nèi)剪損，手輪每轉(zhuǎn)一圈應測記測微表讀數(shù)一次，直至量力環(huán)的測微表指針不再前進或有后退，即說明試樣已剪損。如測微表指針一直緩慢前進，說明不出現(xiàn)峰值，則破壞以變形控制進行到剪切變形達5mm時為止。注：手輪每轉(zhuǎn)一圈推進下盒0.2mm。（7）剪切結(jié)束后，倒轉(zhuǎn)手輪，順序去掉荷載、加壓框架、加壓蓋與上盒，取出試樣。（8）重復上述步驟，做其它各垂直壓力下的剪切試驗。（9）全部做完后，取下土樣，把儀器打掃干凈。5.成果整理（1）按式下式計算剪應力：C1×R式中： 剪應力（kPa） ； R 量力環(huán)

23、中測微表讀數(shù)（0.0 lmm）； C1 量力環(huán)校正系數(shù)，（kPa /0.01mm）。（2）按下式計算剪切位移：L20×nR式中：L 剪切位移（0.01mm）； n 手輪轉(zhuǎn)數(shù)。 R 量力環(huán)中測微表讀數(shù)（0.0lmm）。（3）以剪應力為縱坐標，剪切位移L為橫坐標，繪制剪應力與剪切位移L關(guān)系曲線（L關(guān)系曲線）；以剪應力為縱坐標，垂直壓應力P為橫坐標（注意縱、橫坐標比例尺應一致），繪制剪應力與垂直壓應力P的關(guān)系曲線（p關(guān)系曲線），該直線的傾角即為土的內(nèi)摩擦角（°），該直線在縱坐標上的截距即為土的粘聚力c（kPa）。圖(6)-1 L關(guān)系曲線(kPa)L(mm)P4P3P2P1p（kp

24、a）圖(6)-2 p關(guān)系曲線（4）記錄表格見實驗報告。6.注意事項（1）開始剪切時，一定要切記拔掉銷釘，否則試樣報廢，而且會損壞儀器，若銷釘彈出，還有傷人的危險。（2）加荷時應輕拿輕放，避免沖擊、震動。（3）搖動手輪時應盡量作到勻速連續(xù)轉(zhuǎn)動，切不可中途停頓。實驗二 顆粒分析試驗1.試驗目的顆粒大小分析試驗是測定干土中各種粒組所占該土總質(zhì)量的百分數(shù)，借以明確顆粒大小分布情況，供土的分類與概略判斷土的工程性質(zhì)及選料之用。2.試驗方法與適用范圍篩分法：適用于粒徑大于0.074mm的土；比重計法、移液管法：適用于粒徑小于0.074mm的土。本試驗采用篩分法，對無凝聚性的土進行篩分。3.儀器設備：（1）

25、標準篩：粗篩（圓孔）：孔徑為60mm、40mm、20mm、10mm、5mm、2mm；細篩：孔徑為2mm、0.5mm、0.25mm、0.1mm、0.074mm。（2）天平：稱量1000g；稱量200g。（3）其它：烘箱、研缽、振篩機、瓷盤、毛刷、木碾等： 4.試驗步驟（無凝聚性土的篩分法）（1）從風干、松散的土樣中，用四分法按下列規(guī)定取出代表性試樣：粒徑小于2mm顆粒的土取100g300g；最大粒徑小于10mm的土取300g1000g；最大粒徑小于20mm的土取1000g2000g；最大粒徑小于40mm的土取2000g4000g；最大粒徑大于40mm的土取4000g以上。（2）將稱好的試樣分批過

26、2mm篩，分別稱出篩上和篩下土質(zhì)量。（3）把大于2mm篩上試樣倒入依次疊好的粗篩的最上層篩中，進行篩分；若2mm篩下的試樣數(shù)量過多，可以四分法縮分至100800g，然后也將試樣倒入依次疊好的最上層細篩中，進行篩分，細篩也可放在振篩機上震搖，震搖時間一般為1015min。（4）由最大孔徑篩開始，順序?qū)⒏骱Y取下，在白紙上用手輕叩搖晃，至每分鐘篩下數(shù)量不大于該級篩余質(zhì)量的1為止。漏下的土粒應全部放入下一級篩內(nèi)。并將留在各篩上的試樣分別稱量。（5）篩后各級篩上和篩底土的總質(zhì)量與篩前所取試樣質(zhì)量之差不得大于1%。（6）若2mm篩下的土不超過試樣總質(zhì)量的10%，可省略細篩分析；若2mm篩上的土不超過試樣總

27、質(zhì)量的10%，則可省略粗篩分析。5.成果整理（1）按下式計算小于某孔徑土質(zhì)量百分比：X=(AB)×100%式中：X 小于某孔徑土質(zhì)量百分比（）；A 小于某孔徑土質(zhì)量（g）； B 稱取試樣的總質(zhì)量（g）。（2）當小于2mm的土樣用四分法縮分取樣時，試樣中小于某孔徑土質(zhì)量百分比：X=(p×ab)×100%式中：p 小于2mm土占總土質(zhì)量的百分比（）；a 通過2mm篩的土樣中小于某孔徑土質(zhì)量（g）； b 通過2mm篩的土樣中所取試樣的質(zhì)量（g）；（3）按下式計算不均勻系數(shù)：Cu=d60d10式中：Cu 不均勻系數(shù)；d60 小于某孔徑土質(zhì)量為60%的粒經(jīng)（mm）； d10

28、 于某某孔徑土質(zhì)量為10%的粒經(jīng)（mm）。（4）按下式計算曲率系數(shù)：Cc=d302(d10×d60)式中：Cc 曲率系數(shù)；d60 小于某孔徑土質(zhì)量為60%的粒經(jīng)（mm）； d10 于某某孔徑土質(zhì)量為10%的粒經(jīng)（mm）。(5)顆粒分析示例顆粒分析試驗表（篩分法）篩前總土質(zhì)量 1200 g孔徑(mm)留篩質(zhì)量(g)累計留篩質(zhì)量(g)小于該孔徑的土質(zhì)量(g)小于該孔徑土質(zhì)量百分比(%)601200.0 100.0 400.0 0.0 1200.0 100.0 2047.3 47.3 1152.7 96.1 1071.8 119.1 1080.9 90.1 5132.7 251.8 948

29、.2 79.0 2186.9 438.7 761.3 63.4 1380.4 819.1 380.9 31.7 0.5106.8 925.9 274.1 22.8 0.25132.0 1057.9 142.1 11.8 0.07458.2 1116.1 83.9 7.0 篩余74.6 合計1190.7 6.注意事項（1）試驗時應仔細檢查分析篩疊放是否正確。（2）試驗時多震動，嚴格按要求操作。（3）篩分時要細心，避免土樣灑落，影響試驗精度。實驗三 液限和塑限試驗3.1搓條法及平衡錐法1.試驗目的細粒土由于含水率不同，分別處于流動狀態(tài)，可塑狀態(tài)、半固體狀態(tài)和固體狀態(tài)。液限是細粒土呈可塑狀態(tài)的上限含

30、水率，塑限是細粒土呈可塑狀態(tài)的下限含水率。本試驗是測定細粒土的液限和塑限含水量，用作計算土的塑性指標和液性指數(shù)，按塑性指數(shù)或塑性圖對粘性土進行分類，并可結(jié)合土體的原始孔隙比來評價粘性土地基的承載能力。2.試驗方法可以采用液塑限聯(lián)合測定法測定測定液限和塑限；也可用搓條法測定塑限，用平衡錐法測定液限。本試驗采用搓條法測定塑限，平衡錐法測定液限，所用土樣應過0.5mm的篩。3.儀器設備：塑限：毛玻璃板約300mm 200mm；液限：平衡錐儀（錐質(zhì)量為76g，錐角30°，距錐尖10mm處有環(huán)狀刻度；其它共用設備：天平、稱量盒、秒表、電吹風、烘箱、干燥器、調(diào)土碗、調(diào)土刀、凡士林、蒸餾水、滴管、

31、研缽、帶橡皮頭的研棒及0.5mm篩等。4.試驗步驟A、塑限試驗（1）選取具有代表性的天然含水量或風干土樣，若土中含有較多大0.5mm的順?；驃A有大量的雜物時，應將土樣風干后用帶橡皮頭的研材研碎或用木棒在橡皮板上壓碎，然后再過0.5mm的篩。（2）取過篩的土樣不少于100g放入調(diào)土碗里，加蒸餾水調(diào)拌、浸潤，使其含水量接近塑限，然后用玻璃片或濕布覆蓋，靜止24h備用。（3）先稱稱量盒的質(zhì)量m1。然后取接近塑限的土樣一小塊，用手捏成橄欖狀，再用手掌在毛玻璃上輕輕地搓滾，搓滾時手掌要均勻施加壓力于土條上，不得使土條在毛玻璃上無力滾動。土條寬度不宜超過手掌寬度。在滾動時，不應從手掌下任一邊脫出，土條在任

32、何情況下，不得產(chǎn)生中空現(xiàn)象。（4）當土條搓至直徑為3mm時，土條產(chǎn)生裂縫或開始斷裂，此時土中含水量即為塑限含水量。當土條搓至3mm仍未發(fā)生裂縫或斷裂，表示土含水量高于塑限；若土條搓至大于3mm時就產(chǎn)生裂縫或斷裂，則表示含水量低于塑限。在這兩種情況下，都應對土樣重新進行調(diào)制后再進行試驗，直至合格為止。（5）取搓滾合格的土條放入稱量盒中，隨即蓋緊盒蓋，待收集35g合格的土條后稱盒加濕土質(zhì)量m2。把土樣烘干后再稱盒加干土質(zhì)量m3。（6）本試驗進行平行測定，取二者算術(shù)平均值，其平行差值不得大于2，計算至0.1%。B、液限試驗（1）按塑限試驗制備土樣程序調(diào)制含水量接近液限的試樣（不少于200g）。（2）

33、取浸潤好的土樣放入調(diào)土碗里，用調(diào)土刀充分調(diào)拌均勻后，分層密實的裝入試樣杯中，并注意土中不能留有空隙，裝滿試杯后刮去余土使土樣與杯口齊平，并將試樣杯放在底座上。（3）將圓錐擦拭干凈，并在錐尖上抹一薄層凡士林，兩指捏住圓錐手柄，保持錐體垂直，當圓錐儀錐尖與試樣表面正好接觸時，輕輕松手讓錐體自由沉入土中。（4）放錐后約經(jīng)5s，錐體入土深度恰好達到10mm的圓錐環(huán)狀刻度線處，此時土的含水量即為液限含水量了。（5）若錐體入土深度超過或小于10mm時，表示試樣的含水率高于或低于液限，應用小刀挖去粘有凡士林的土，然后將試樣全部取出，放在調(diào)土碗里，根據(jù)試樣的干、濕情況，適當加純水或邊調(diào)邊風干重新拌和，然后重復

34、（2）（4）的試驗步驟。（6）達到要求后，取出錐體，用調(diào)土刀挖去粘有凡士林的土，然后將試樣杯中的土樣分裝到兩個稱量盒里稱其盒加濕土質(zhì)量m2。把土樣烘干后再稱盒加干土質(zhì)量m3。（7）本試驗進行平行測定，取二者算術(shù)平均值，其平行差值不得大于2，計算至0.1%。5.成果整理（1）按下式計算塑限含水量和液限含水量：wp=(m2-m3)(m3-m1)×100%wL=(m2-m3)(m3-m1)×100%式中：wp 塑限含水量（）；wL 液限含水量（）；m1 稱量盒質(zhì)量（g）； m2 盒加濕試樣質(zhì)量（g）。 m3 盒加干試樣質(zhì)量（g）。（2）按下式計算塑性指數(shù)：Ip= wLwp式中：I

35、p 塑性指數(shù)；wp 塑限含水量（）；wL 液限含水量（）；（3）按下式計算液性指數(shù)：IL= (wwp)Ip式中：IL 液性指數(shù)；wp 塑限含水量（）；w 天然含水量（）；（4）記錄表格見實驗報告6.注意事項（1）在搓條時用力要均勻，避免出現(xiàn)空心或卷心現(xiàn)象。保持手掌和毛玻璃的清潔。（2）在任何含水量情況下，試樣搓到大于毫米就發(fā)生斷裂，說明該土無塑性。（3）液限試驗時，為提高工作效率，在試樣調(diào)勻后，可用調(diào)土刀取出部分試樣，先行試放錐體，初步校驗是否接近液限含水量。（4）錐體下放時不能搖擺，必須穩(wěn)定垂直的讓錐尖與試樣表面接觸，再松手讓其在自重下下沉，不能過早或過遲。3.2液限塑限聯(lián)合測定法1.試驗目

36、的細粒土由于含水率不同，分別處于流動狀態(tài)，可塑狀態(tài)、半固體狀態(tài)和固體狀態(tài)。液限是細粒土呈可塑狀態(tài)的上限含水率，塑限是細粒土呈可塑狀態(tài)的下限含水率。本試驗是測定細粒土的液限和塑限含水量，用作計算土的塑性指標和液性指數(shù)，按塑性指數(shù)或塑性圖對粘性土進行分類，并可結(jié)合土體的原始孔隙比來評價粘性土地基的承載能力。2.試驗方法本試驗采用液限塑限聯(lián)合測定法測定液限含水量和塑限含水量。所用土樣應過0.5mm的篩。3.儀器設備：液塑限聯(lián)合測定儀限、天平、稱量盒、電吹風、烘箱、干燥器、調(diào)土碗、調(diào)土刀、凡士林、蒸餾水、滴管、研缽、帶橡皮頭的研棒及0.5mm篩等。4.試驗步驟（1）選取具有代表性的天然含水量或風干土樣

37、，若土中含有較多大0.5mm的順?；驃A有大量的雜物時，應將土樣風干后用帶橡皮頭的研材研碎或用木棒在橡皮板上壓碎，然后再過0.5mm的篩。（2）取過篩的土樣不少于200g分別放入三個調(diào)土碗里，加不同數(shù)量的蒸餾水，土樣的含水量分別控制在液限、略大于塑限和二者的中間狀態(tài)。用調(diào)土刀調(diào)勻，然后用玻璃片或濕布覆蓋，靜置24h備用。（3）將制備好的土樣用調(diào)土刀調(diào)拌均勻，分層密實地填入試樣杯中，使空氣逸出。試杯裝滿后，刮成與杯邊齊平。（4）調(diào)平機身，提起錐桿，錐尖涂少許凡士林。（5）將裝好的土樣的試杯放在升降座上，轉(zhuǎn)動升降旋鈕，使試杯徐徐上升，土樣表面和錐體尖好接觸，蜂鳴器報警，停止升降，按檢測鍵，同時錐體立

38、刻自行下沉，5S時液晶顯示器上顯示錐入深度h1，試驗畢，手拿錐體向上，錐體復位。（6）改變錐尖與土體接觸位置（錐尖兩次錐入位置距離不小于1cm），重復5條步驟，測得錐深入試樣深度值h2，h1、h2允許誤差為0.5mm，否則，應重做。（7）去掉錐尖入土處的凡士林，取10g以上的土樣兩個，分別放入稱量盒內(nèi)，稱質(zhì)量，測定其含水量。（8）重復（3）至（7）的步驟，對其它兩個含水量土樣進行試驗，測其錐入深度和含水量。5.成果整理（1）繪制錐入深度h與含水量w的關(guān)系曲線。以含水量w為橫坐標，錐入深度h為縱坐標，在雙對數(shù)坐標紙上繪制hw的關(guān)系曲線。連此三點，應呈一條直線；當三點不在一直線上，通過高含水量的一

39、點分別與其余兩點連成兩條直線，在圓錐下沉深度為2mm處查得相應的含水量，當兩個含水量的差值小于2%，應以該兩點含水量的平均值與高含水量的點連成一直線；當兩個含水量的差值大于2%時，應重做試驗。（2）確定液限、塑限在錐入深度h與含水量w關(guān)系圖上，查得下沉深度為20mm所對應的含水量為液限wL；查得下沉深度為2mm所對應的含水量為塑限wP，以百分數(shù)表示。（3）計算塑性指數(shù)和液性指數(shù)（其計算式見前）（4）記錄表格見實驗報告實驗四 滲透試驗1.試驗目的測定土的滲透系數(shù)，土孔隙中的自由水在重力作用下發(fā)生運動的現(xiàn)象，稱為土的滲透性。2.試驗方法滲透試驗可分為常水頭滲透試驗和變水頭滲透試驗兩種方法，常水頭滲

40、透試驗適用于粗粒土，而變水頭滲透試驗則適用于細粒土。本試驗采用常水頭滲透試驗。3.儀器設備常水頭滲透儀（70型滲透儀，其裝置見下圖），、天平、溫度計、木錘、秒表等。常水頭滲透裝置1-金屬圓筒2-金屬孔板3-測壓孔4-測壓管5-溢水孔6-滲水孔7-調(diào)節(jié)管8-滑動支架9-供水管10-止水夾11-溫度計12-礫石層13-試樣14-量杯15-供水瓶4.試驗步驟（1）照上圖安裝好儀器。（2）取具有代表性的風干試樣34kg，并測定試樣的風干含水量。（3）將試樣分層裝入圓筒，每層厚23cm,用木錘輕輕擊實到一定厚度，以控制其孔隙比。如試樣含粘粒較多，應在金屬板上加鋪厚約2cm的粗砂作為過渡層，以防止試驗時細

41、料流失，并量出過渡層厚度。（4）每層試樣裝好后，連接供水管和調(diào)節(jié)管，并由調(diào)節(jié)管中進水，微開止水夾，使試樣逐漸飽和。當水面與試樣頂面齊平，關(guān)止水夾。飽和時水流不應過急，以免沖動試樣。（5）以上述步驟逐層裝試樣，至試樣高出上測壓管34cm止，并飽和試樣。量測試樣頂部至儀器上口的剩余高度，計算試樣凈高，稱剩余試樣質(zhì)量（準確至1.0g），計算裝入試樣總質(zhì)量。在試樣上面鋪12cm礫石作緩沖層，放水，至水面高出礫石層2cm左右，關(guān)閉止水夾。（6）量測試樣頂部至儀器上口的剩余高度，計算試樣凈高。稱剩余試樣質(zhì)量（準確至1.0g），計算裝入試樣總質(zhì)量。在試樣上面鋪12cm礫石作緩沖層。（7）將調(diào)節(jié)管與供水管分開

42、，將供水管置于金屬圓筒內(nèi)，開止水夾，使水由圓筒上部注入，至水面與溢水孔齊平為止。（8）靜置數(shù)分鐘，檢查各測壓管水位是否與溢水孔齊平。如不齊平，用吸水球進行吸水排氣，調(diào)至水位齊平為止。（9）降低調(diào)節(jié)管管口位置，使其位于試樣上部1/3處，造成水位差，水滲過試樣經(jīng)調(diào)節(jié)管流出。注意溢水孔應始終有余水溢出，以保持常水頭。（10）測壓管水位穩(wěn)定后，記錄測壓管水位，計算各測壓管間的水位差。（11）開動秒表，同時用量筒接取經(jīng)一定時間的滲透水量，并重復1次。接取水量時，調(diào)節(jié)管出水口不可沒入水中。（12）測記進水與出水的水溫，取其平均值。（13）降低調(diào)節(jié)管管口至試樣中部及下部1/3處，以改變水力坡降，按（9）（1

43、2）步驟重復進行測定。5.成果整理（1）按下式計算干密度和孔隙比ms=m/(1+0.01wh)； d= ms /(A*h)； e=w *Gs/d1式中：ms 試樣干質(zhì)量（g）；m 試樣風干質(zhì)量（g）；wh 風干含水量（%）；d 干密度（g/cm3）；A 試樣斷面積（cm2）；h 試樣高度（cm）；e 試樣孔隙比； w 水的密度（g/cm3）； Gs 土粒比重。（2）按下式計算滲透系數(shù)H=(H1+H2)/2； KT = Q*L/(A*H*t)式中：H 平均水位差（cm）；H1 水位差1（cm）；H2 水位差2（cm）；KT 水溫T時試樣的滲透系數(shù)（cm/s）；Q 時間t內(nèi)的滲透水量（cm3）；L

44、 兩測壓孔中心之間的試樣高度（L=10cm）；A 試樣斷面積（cm2）；t 時間（s）；（3）記錄表格見實驗報告實驗五 三軸剪切試驗1.試驗目的三軸剪切試驗是測定土體抗剪強度的一種方法，通常用34個圓柱形試樣，分別在不同的恒定圍壓力下（即小主應力3）施加軸向壓力（即主應力差13）進行剪切直至破壞，然后根據(jù)摩爾庫侖理論，求得土的抗剪強度參數(shù)c、值。同時，試驗過程中若測得了孔隙水壓力還可以得到土體的有效抗剪強度指標c、和孔隙水壓力系數(shù)等。2.試驗方法三軸剪切試驗可分為不固結(jié)不排水試驗（UU）、固結(jié)不排水試驗（CU）以及固結(jié)排水試驗（CD）。 (1)、不固結(jié)不排水試驗：試件在周圍壓力和軸向壓力下直至

45、破壞的全過程中均不允許排水，土樣從開始加載至試樣剪壞，土中的含水率始終保持不變，可測得總抗剪強度指標和； (2)、固結(jié)不排水試驗：試樣先在周圍壓力下讓土體排水固結(jié)，待固結(jié)穩(wěn)定后，再在不排水條件下施加軸向壓力直至破壞，可同時測定總抗剪強度指標和或有效抗剪強度指標和及孔隙水壓力系數(shù)；(3)、固結(jié)排水剪試驗：試樣先在周圍壓力下排水固結(jié)，然后允許在充分排水的條件下增加軸向壓力直至破壞，可測得總抗剪強度指標和。3.儀器設備應變式三軸儀（見下圖）、擊實儀、飽和器、切土盤、切土器及支架、承膜筒、天平橡皮膜等。應變式三軸儀1調(diào)壓桶；2周圍壓力表；3周圍壓力閥；4排水閥；5體變管；6排水管；7變形量表；8測力環(huán)

46、；9排氣孔；10軸向加壓設備；11壓力室；12量管閥；13零位指標器；14孔隙壓力表；15量管；16孔隙壓力閥；17離合器；18手輪；19馬達；20變速箱。應變式三軸儀主要由壓力室、軸向加荷傳動系統(tǒng)、軸向壓力測量系統(tǒng)、周圍壓力穩(wěn)壓系統(tǒng)、孔隙水壓力測量系統(tǒng)、軸向應變（位移）測量裝置、反壓力體變系統(tǒng)等部分組成。4.試驗前的檢查和準備工作（1）儀器性能檢查應包括如下幾個方面： a. 周圍壓力和反壓力控制系統(tǒng)的壓力源； b. 空氣壓縮機的穩(wěn)定控制器（又稱壓力控制器）； c. 調(diào)壓閥的靈敏度及穩(wěn)定性； d. 監(jiān)視壓力精密壓力表的精度和誤差； e. 穩(wěn)壓系統(tǒng)有否漏氣現(xiàn)象； f. 管路系統(tǒng)的周圍壓力、孔隙水

47、壓力、反壓力和體積變化裝置以及試樣上下端通道節(jié)頭處是否存在漏氣或阻塞現(xiàn)象； g. 孔壓及體變的管道系統(tǒng)內(nèi)是否存在封閉氣泡，若有封閉氣泡可用無氣水進行循環(huán)排水； h. 土樣兩端放置的透水石是否暢通和浸水飽和； i. 乳膠薄膜套是否有漏氣的小孔； j. 軸向傳壓活塞是否存在磨擦阻力等。 （2）試驗前的準備工作 除了上述儀器性能檢查外，還應根據(jù)試驗要求作如下的準備： a. 根據(jù)工程特點和土的性質(zhì)確定試驗方法和測定哪些參數(shù)； b. 根據(jù)土樣的制備方法和土樣特性決定飽和方法和設備； c. 根據(jù)試驗方法和土的性質(zhì)，確定剪切速率和圍壓大小； d. 根據(jù)土樣的多少和均勻程度確定單個土樣多級加荷還是多個土樣分級

48、加荷。5.不固結(jié)不排水試驗步驟（1）將制備成大于試樣直徑和高度的毛坯，放在切土器內(nèi)用鋼絲鋸和修土刀，制備成所要求規(guī)格的試樣，最后量其直徑、高度、稱其質(zhì)量，并選擇代表性的土樣測定含水量。 （2）安裝試樣前，事先應全面檢查三軸儀的各部分是否完好。 打開試樣底座的開關(guān)（孔隙水壓力閥和量管閥），使量管里的水緩緩地流向底座，并依次放上透水石和濾紙，待氣泡排除后，再放上試樣，試樣周圍貼上濾紙條，關(guān)閉底座開關(guān)。 把已檢查過的橡皮薄膜套在承膜筒上，兩端翻起，用吸球從氣嘴中不斷吸氣，使橡皮膜緊貼于筒壁，小心將它套在土樣外面，然后讓氣嘴放氣，使橡皮膜緊貼試樣周圍，翻起橡皮兩端，用橡皮緊圈將橡皮膜下端扎緊在底座上。

49、 打開試樣底座開關(guān)，讓量管中水（有時采取高量管所產(chǎn)生的水頭差）從底座流入試樣與橡皮膜之間，排除試樣周圍的氣泡，關(guān)閉開關(guān)。 打開與試樣帽連通的排水閥，讓量水管中的水流入試樣帽，并連同透水石，濾紙放在試樣的上端，排盡試樣上端及量管系統(tǒng)的氣泡后關(guān)閉開關(guān)，用橡皮圈將橡皮膜上端與試樣帽扎緊。 裝上壓力筒擰緊密封螺帽，并使傳壓活塞與土樣帽接觸。 （4）試樣剪切按下列步驟進行： 剪切應變速率宜為每分鐘0.51%。 將軸向變形的百分表、軸向壓力測力環(huán)的百分表及孔隙水壓力計讀數(shù)均調(diào)速至零點。 啟動電動機，合上離合器，開始剪切。試樣每產(chǎn)生0.3%0.4%的軸向應變，測讀一次測力計讀數(shù)和軸向應變。當軸向應變大于3%

50、時，每隔0.7%0.8%的應變值測記一次讀數(shù)。當測力計讀數(shù)出現(xiàn)峰值時，剪切應繼續(xù)進行至超過5%的軸向應變。當測力計讀數(shù)無峰值時，剪切應進行到軸向應變?yōu)?5%20%。 試驗結(jié)束，先關(guān)閉周圍壓力閥，關(guān)馬達，脫開離合器，轉(zhuǎn)動手輪，將壓力室降下，打開排氣孔，排除壓力室內(nèi)的水，拆卸壓力室罩，取出試件，描繪試樣破壞時形狀并稱其質(zhì)量，并測定土樣含水量。6.成果整理（1）按下式計算主壓力差(1-3)=C*R*10/Aa式中：1 大主應力（kPa）；3 小主應力（kPa）；C 量力環(huán)校正系數(shù)（N/0.01mm）；R 量力環(huán)測微表讀數(shù)（0.01mm）；Aa 試樣剪切時的面積（cm2）；（2）記錄表格見實驗報告（3

51、）強度包線的繪制以(1-3)的峰值為破壞點，無峰值時，取15%軸向應變時的主應力差作為破壞點。以法向應力為橫坐標，剪應力為縱坐標，在橫坐標上以(1+3)/2為圓心，(1-3)/2為半徑，在應力平面圖上繪制破損應力圖，并繪制不同周圍壓力下破損壓力圓的包線，求出其強度參數(shù)。試驗六 巖石單軸抗壓試驗 一、試驗的目的： 測定巖石的單軸抗壓強度Rc。當無側(cè)限試樣在縱向壓力作用下出現(xiàn)壓縮破壞時，單位面積上所承受的載荷稱為巖石的單軸抗壓強度，即試樣破壞時的最大載荷與垂直于加載方向的截面積之比。 本次試驗主要測定天然狀態(tài)下試樣的單軸抗壓強度。 二、試樣制備： 1、試料可用鉆孔巖心或坑槽探中采取的巖塊。在取料和

52、試樣制備過程中，不允許人為裂隙出現(xiàn)。 2、本次試驗采用圓柱體作為標準試樣，直徑為5cm，允許變化范圍為4.85.4cm，高度為10cm，允許變化范圍為9.510.5cm。 3、對于非均質(zhì)的粗粒結(jié)構(gòu)巖石，或取樣尺寸小于標準尺寸者，允許采用非標準試樣，但高徑之比宜為2.02.5。 4、制備試樣時采用的冷卻液，必須是潔凈水，不許使用油液。 5、對于遇水崩解、溶解和干縮濕脹的巖石，應采用干法制樣。 6、試樣數(shù)量：每組須制備3個。 7、試樣制備的精度。 (1)在試樣整個高度上，直徑誤差不得超過0.3mm。 (2)兩端面的不平行度，最大不超過0.05mm。 (3)端面應垂直于試樣軸線，最大偏差不超過0.25。 三、試樣描述： 試驗前的描述，應包括如下內(nèi)容： 1、巖石名稱、顏色、結(jié)構(gòu)、礦物成分、顆粒大小，風化程度，膠結(jié)物性質(zhì)等特征。 2、節(jié)理裂隙的發(fā)育程度及其分布，并記述受載方向與層理、片理及節(jié)理裂隙之間的關(guān)系。