土工試驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)

1、§1 土的基本性質(zhì)試驗(yàn)§1.1 密度試驗(yàn) 一、概述密度試驗(yàn)的目的是測(cè)定土的密度，以了解土的疏密和干濕狀態(tài)，供換算土的其他物理性質(zhì)指標(biāo)和工程設(shè)計(jì)以及控制施工質(zhì)量之用，這里所指的密度是天然密度。密度試驗(yàn)方法有環(huán)刀法，蠟封法，灌水法，灌砂法等。這里僅介紹環(huán)刀法，該實(shí)驗(yàn)方法僅適用于細(xì)粒土。二、儀器設(shè)備1、環(huán)刀：內(nèi)徑61.8mm和79.8mm，高度20mm。2、天平：稱(chēng)量500g，最小分度值0.1g；稱(chēng)量200g，最小分度值0.01g。3、切土刀，毛玻璃板或圓玻璃片等。三、試驗(yàn)步驟1、稱(chēng)取環(huán)刀質(zhì)量。2、根據(jù)試驗(yàn)要求用環(huán)刀切取試樣，其直徑和高度應(yīng)大于環(huán)刀的尺寸，整平兩端放在玻璃板上，切

2、取試樣時(shí)應(yīng)在環(huán)刀內(nèi)壁涂一層凡士林。3、將環(huán)刀的刀口向下放在土樣上，垂直下壓，并用切土刀沿環(huán)刀外側(cè)切削土樣，邊壓邊削至土樣高出環(huán)刀。4、根據(jù)試樣的軟硬采用鋼絲鋸或切土刀整平環(huán)刀兩端土樣，兩端蓋上平滑的圓玻璃片，以免水分蒸發(fā)，擦凈環(huán)刀外壁，稱(chēng)環(huán)刀和土的總質(zhì)量。四、計(jì)算與記錄1、試樣的密度，按下式計(jì)算： （1.1）2、本試驗(yàn)應(yīng)進(jìn)行兩次平行測(cè)定，兩次測(cè)定的差值不得大于0.03g/cm，取兩次測(cè)定的平均值。3、記錄環(huán)刀法試驗(yàn)的記錄格式如下：土樣編號(hào) 試驗(yàn)方法 試驗(yàn)者 計(jì)算者 試驗(yàn)日期 校核者 試樣編號(hào)環(huán)刀號(hào)環(huán)刀質(zhì)量(g)環(huán)刀+濕土質(zhì)量(g)濕土質(zhì)量(g)試樣體積(cm3)密度(g/cm3)平均密度(g/

3、cm3)§1.2 含水量試驗(yàn)一、概述含水量試驗(yàn)的目的測(cè)定土的含水量，以了解土的含水情況，含水量是計(jì)算土的干密度、孔隙比、液性指數(shù)、飽和度和其他物理性質(zhì)不可缺少的一個(gè)基本指標(biāo)。含水量測(cè)定方法有烘干法、酒精燃燒法以及炒干法等。烘干法試驗(yàn):適用于粗粒土、細(xì)粒土、有機(jī)質(zhì)土和凍土。二、儀器設(shè)備1、電熱烘箱：應(yīng)能控制溫度為1051100C。2、天平：稱(chēng)量200g,最小分度值0.01g，稱(chēng)量1000g，最小分度值0.1g。3、干燥器（通常用裝有氯化鈣干燥劑）。4、稱(chēng)量盒，削土刀，玻璃板或盛土容器等。三、試驗(yàn)步驟1、稱(chēng)取稱(chēng)量盒質(zhì)量。2、取具有代表性試樣1530g或用環(huán)刀中的試樣，有機(jī)質(zhì)土、砂類(lèi)土和整

4、體狀構(gòu)造凍土為50g，放入稱(chēng)量盒內(nèi)，蓋上盒蓋，稱(chēng)盒加濕土質(zhì)量，準(zhǔn)確至0.01g。3、打開(kāi)盒蓋，將盒置于烘箱內(nèi)，在1051100C的恒溫下烘至恒量。烘干時(shí)間對(duì)粘土、粉土不得少于8h，對(duì)砂土不得少于6h，對(duì)含有機(jī)質(zhì)超過(guò)干土質(zhì)量5的土，應(yīng)將溫度控制在65700C的恒溫下烘至恒量。4、將稱(chēng)量盒從烘箱中取出，蓋上盒蓋，放入干燥容器內(nèi)冷卻至室溫，稱(chēng)盒加干土質(zhì)量，準(zhǔn)確至0.01g。四、計(jì)算與記錄1、計(jì)算試樣的含水量，按下式計(jì)算，準(zhǔn)確至0.1。 （1.2）式中：mw水的質(zhì)量，g； ms干土質(zhì)量，g。 本試驗(yàn)必須對(duì)兩個(gè)試樣進(jìn)行平行測(cè)定，測(cè)定的差值：當(dāng)含水量小于40時(shí)為1；當(dāng)含水量等于、大于40時(shí)為2，取兩個(gè)測(cè)值

5、的平均值，以百分?jǐn)?shù)表示。2、記錄含水量試驗(yàn)的記錄格式如下：土樣編號(hào) 試驗(yàn)方法 試驗(yàn)者 計(jì)算者 試驗(yàn)日期 校核者 盒號(hào)盒質(zhì)量(g)盒+濕土質(zhì)量(g)盒+干土質(zhì)量(g)水的質(zhì)量(g)干土質(zhì)量(g)含水量(%)平均含水量(%)§1.3 比重試驗(yàn)一、概述土粒比重是指土在溫度100105下恒重時(shí)的質(zhì)量與同體積蒸餾水在4時(shí)質(zhì)量的比值。土粒比重是計(jì)算土的孔隙比、飽和度以及其他物理力學(xué)指標(biāo)不可缺少的一個(gè)基本指標(biāo)。試驗(yàn)方法有比重瓶法、浮稱(chēng)法和虹吸管法，這里僅介紹比重瓶法。比重瓶法適用于粒徑小5mm土。二、儀器設(shè)備1、比重瓶：容積100mL或50mL,分長(zhǎng)頸和短頸兩種。2、恒溫水槽：準(zhǔn)確度應(yīng)為1 。3、

6、砂?。簯?yīng)能調(diào)節(jié)溫度。4、天平：稱(chēng)量200g，最小分度值0.001g。5、溫度計(jì)：刻度為050 ,最小分度值為0.5 。三、試驗(yàn)步驟1、稱(chēng)比重瓶的質(zhì)量。2、將比重瓶烘干。稱(chēng)烘干試樣15g（當(dāng)用50mL的比重瓶時(shí)，稱(chēng)烘干試樣10g）裝入比重瓶，稱(chēng)試樣和瓶的總質(zhì)量，準(zhǔn)確至0.001g。3、向比重瓶?jī)?nèi)注入半瓶純水，搖動(dòng)比重瓶，并放在砂浴上煮沸，煮沸時(shí)間自懸液沸騰起砂土不應(yīng)少于30min，粘土、粉土不得少于1h。沸騰后應(yīng)調(diào)節(jié)砂浴溫度，比重瓶?jī)?nèi)懸液不得溢出。對(duì)砂土宜用真空抽氣法；對(duì)含有可溶鹽、有機(jī)質(zhì)和親水性膠體的土必須用中性液體（煤油）代替純水，采用真空抽氣法排氣，真空表讀數(shù)宜接近當(dāng)?shù)匾粋€(gè)大氣負(fù)壓值，抽氣

7、時(shí)間不得少于1h。4、將煮沸經(jīng)冷卻的純水（或抽氣后的中性液體）和注入裝有試樣懸液的比重瓶置于恒溫水槽內(nèi)至溫度穩(wěn)定，且瓶?jī)?nèi)上部懸液澄清。當(dāng)用長(zhǎng)頸比重瓶時(shí)注純水至刻度處；當(dāng)用短頸比重瓶時(shí)應(yīng)將純水注滿(mǎn)，塞緊瓶塞，多余的水分自瓶塞毛細(xì)管中溢出。取出比重瓶，擦干瓶外壁，稱(chēng)比重瓶、水、試樣總質(zhì)量，準(zhǔn)確至0.001g；并應(yīng)測(cè)定瓶?jī)?nèi)的水溫，準(zhǔn)確至0.5。5、倒去懸液、洗凈比重瓶，并注入室溫的蒸餾水至近滿(mǎn)，把瓶塞塞緊，待多余的水分從瓶塞的毛細(xì)管中溢出。擦小孔上和比重瓶外的水、秤瓶水質(zhì)量，準(zhǔn)確至0.001g。四、計(jì)算與記錄1、計(jì)算土粒的比重，應(yīng)按下式計(jì)算： （1.3）式中：mbw比重瓶、水總質(zhì)量，g； mbws比

8、重瓶、水、試樣總質(zhì)量，g； dwt水在t時(shí)的比重。2、記錄比重瓶法試驗(yàn)的記錄格式如下：土樣編號(hào) 試驗(yàn)方法 試驗(yàn)者 計(jì)算者 試驗(yàn)日期 校核者 比重瓶號(hào)溫度(0C)液體比重比重瓶質(zhì)量(g)干土質(zhì)量(g)瓶+液體質(zhì)量(g)瓶+液體+干土總質(zhì)量(g)比重平均值水的密度表溫度（）水的密度（g/cm3）溫度（）水的密度（g/cm3）溫度（）水的密度（g/cm3）4.05.06.07.08.09.010.011.012.013.014.01.00001.00000.99990.99990.99990.99980.99970.99960.99950.99940.999215.016.017.018.019.0

9、20.021.022.023.024.025.00.99910.99890.99880.99860.99840.99820.99800.99780.99750.99730.997026.027.028.029.030.031.032.033.034.035.036.00.99680.99650.99620.99590.99570.99530.99500.99470.99440.99400.9937§2 界限含水量試驗(yàn)一、概述界限含水量試驗(yàn)包括液限試驗(yàn)和塑限試驗(yàn)。液限是區(qū)分粘性土的可塑狀態(tài)和流動(dòng)狀態(tài)的界限含水量，塑限是區(qū)分粘性土可塑狀態(tài)與半固體狀態(tài)的界限含水量。目的是測(cè)定土的液限和塑限

10、，用以計(jì)算土的塑性指數(shù)和液性指數(shù)，作為粘土類(lèi)土的分類(lèi)、判定稠度狀態(tài)以及估算地基土承載力等的一個(gè)依據(jù)。試驗(yàn)方法有聯(lián)合測(cè)定法、碟式儀法、滾搓法等，這里僅介紹聯(lián)合測(cè)定法。聯(lián)合測(cè)定法適用于粒徑小于0.5mm以及有機(jī)質(zhì)含量不超過(guò)土顆粒干質(zhì)量5%的細(xì)粒土，如果有機(jī)質(zhì)含量在510之間，仍允許按本試驗(yàn)方法進(jìn)行，但必須在記錄中注明。二、試驗(yàn)原理界限含水量中的液、塑限試驗(yàn)，各國(guó)通常是采用碟式儀測(cè)定液限，而塑限是采用手工操作的搓滾法，即試樣搓滾至3 mm時(shí)試樣發(fā)生裂縫和斷裂時(shí)相應(yīng)的含水量。這兩種方法受儀器和人為因素的影響很大。為此，我國(guó)從20世紀(jì)50年代就采用質(zhì)量為76 g，傾角為300的圓錐，貫人深度為10mm作

11、為液限的標(biāo)準(zhǔn)，并且探討過(guò)代替搓滾法的其他方法。經(jīng)過(guò)20多年的經(jīng)驗(yàn)積累和對(duì)比試驗(yàn)，與碟式儀和搓滾法進(jìn)行了相關(guān)分析，根據(jù)重塑粘性土含水量與強(qiáng)度之間的唯一關(guān)系，確定了等效于碟式儀和搓滾法的圓錐儀的貫人深度，從而建立了液、塑限聯(lián)合試驗(yàn)的測(cè)定方法。試驗(yàn)研究表明圓錐人土深度(h)與粘性土的含水量(w)成良好的雙對(duì)數(shù)關(guān)系： （2.1）該關(guān)系就是液、塑限聯(lián)合測(cè)定方法的理論基礎(chǔ)。圖2.1 光電式液、塑限聯(lián)合試驗(yàn)儀1屏幕，2零線調(diào)節(jié)螺絲；3聚光鏡；4光源；5微分儀，6圓錐儀；7升降座；8盛土杯；9放大鏡；10電磁鐵；11反射鏡；12指示燈及開(kāi)關(guān)；13線路板；14水準(zhǔn)器123412613141178910SX三、儀

12、器設(shè)備1、聯(lián)合測(cè)定儀：包括帶標(biāo)尺的圓錐儀、電磁鐵、顯示屏、控制開(kāi)關(guān)和試樣杯。圓錐質(zhì)量為76g，錐角為300 ；讀數(shù)顯示宜采用光電式、游標(biāo)式和百分表式；試樣杯內(nèi)徑為40mm，高度為30mm。2、天平：稱(chēng)量200g，最小分度值0.01g。四、試驗(yàn)步驟1、本試驗(yàn)宜采用天然含水量試樣，當(dāng)土樣不均勻時(shí)，采用風(fēng)干試樣，當(dāng)試樣中含有粒徑大于0.5mm的土粒和雜物時(shí)，應(yīng)過(guò)0.5mm篩。2、當(dāng)采用天然含水量土樣時(shí)，取代表性土樣250g；采用風(fēng)干試樣時(shí)，取0.5mm篩下的代表性土樣200g，將試樣放在橡皮板上用純水將土樣調(diào)成均勻膏狀，放入調(diào)土皿，浸潤(rùn)過(guò)夜。3、將制備的試樣充分調(diào)拌均勻，填入試樣杯中，填樣時(shí)不應(yīng)留有

13、空隙，對(duì)較干的試樣應(yīng)充分搓揉，密實(shí)地填入試樣杯中，填滿(mǎn)后刮平表面。4、將試樣杯放在聯(lián)合測(cè)定儀的升降座上，在圓錐上抹一薄層凡士林，接通電源，使電磁鐵吸住圓錐。5、調(diào)節(jié)零點(diǎn)，將屏幕上的標(biāo)尺調(diào)在零位，調(diào)整升降座，使圓錐尖接觸試樣表面，指示燈亮?xí)r圓錐在自重下沉入試樣，經(jīng)5s后測(cè)讀圓錐下沉深度（顯示在屏幕上），取出試樣杯，挖去錐尖入土處的凡士林，取錐體附近的試樣不少于10g，放入稱(chēng)量盒內(nèi)，測(cè)定含水量。6、將全部試樣再加水或吹干并調(diào)勻，重復(fù)本條3至5款的步驟分別測(cè)定第二點(diǎn)、第三點(diǎn)試樣的圓錐下沉深度及相應(yīng)的含水量。液塑限聯(lián)合測(cè)定應(yīng)不少于三點(diǎn)（圓錐入土深度宜為45mm，910mm，1618mm）。五、計(jì)算與記

14、錄1、試樣的含水量按下式計(jì)算：（ （2.2）式中：md干土質(zhì)量，g；m0濕土質(zhì)量，g。2、以含水量為橫坐標(biāo)，圓錐入土深度為縱坐標(biāo)在雙對(duì)數(shù)坐標(biāo)紙上繪制關(guān)系曲線，三點(diǎn)應(yīng)在一直線上。當(dāng)三點(diǎn)不在一直線上時(shí)，通過(guò)高含水量的點(diǎn)和其余兩點(diǎn)連成二條直線，在下沉為2mm處查得相應(yīng)的2個(gè)含水量，當(dāng)兩個(gè)含水量的差值小于2時(shí)，應(yīng)以?xún)牲c(diǎn)含水量的平均值與高含水量的點(diǎn)連一直線，當(dāng)兩個(gè)含水量的差值大于、等于2時(shí)，應(yīng)重做試驗(yàn)。123457101520101214162025303540圓錐入土深度s(mm)含水量w (%)圖2.2 sw 關(guān)系曲線3、在含水量與圓錐下沉深度的關(guān)系圖上查得下沉深度為17mm所對(duì)應(yīng)的含水量為液限，查

15、得下沉深度為10mm所對(duì)應(yīng)的含水量為10mm液限，查得下沉深度為2mm所對(duì)應(yīng)的含水量為塑限，取值以百分?jǐn)?shù)表示，準(zhǔn)確至0.1。4、塑性指數(shù)應(yīng)按下式計(jì)算： （2.3）式中：Ip塑性指數(shù)；wL液限，；wp塑限，。5、液性指數(shù)應(yīng)按下式計(jì)算：= （2.4）6、液 、塑限聯(lián)合測(cè)定法試驗(yàn)的記錄格式見(jiàn)下表：土樣編號(hào) 試驗(yàn)方法 試驗(yàn)者 計(jì)算者 試驗(yàn)日期 校核者 圓錐下沉深度（mm）盒號(hào)盒質(zhì)量（g）盒+濕土質(zhì)量（g）盒+干土質(zhì)量（g）干土質(zhì)量（g）水的質(zhì)量（g）含水量（%）平均含水量（%）§3 滲透試驗(yàn)一、概述滲透試驗(yàn)的目的是測(cè)定土的滲透系數(shù)，驗(yàn)證達(dá)西定律。滲透試驗(yàn)的方法有常水頭滲透試驗(yàn)和變水頭滲透試。

16、常水頭滲透試驗(yàn)適用于砂性土，變水頭滲透試驗(yàn)適用于粘性土。試驗(yàn)采用的純水，應(yīng)在試驗(yàn)前用抽氣法或煮沸法進(jìn)行脫氣。試驗(yàn)時(shí)的水溫，宜高于室溫340C。二、試驗(yàn)原理1、常水頭試驗(yàn)常水頭的意義就是在整個(gè)試驗(yàn)過(guò)程中保持水頭為常數(shù)。根據(jù)達(dá)西定律可知流過(guò)試樣的水量跟試樣的橫截面積、試樣的上下水位差和滲流時(shí)間成正比，跟滲流路徑(即試樣高度) 成反比，該比例常數(shù)就是滲透系數(shù)，即：整理得： （3.1）式中：k滲透系數(shù)，cm/s； A試樣橫截面積，cm2； l滲流路徑 (即試樣高度)，cm； h常水頭，cm； t滲流時(shí)間，s； Qt時(shí)間內(nèi)的滲透水量，cm3。2、變水頭試驗(yàn)細(xì)粒土由于滲透系數(shù)很小，單位時(shí)間內(nèi)滲透水量很小，

17、測(cè)定滲透水量所需時(shí)間很長(zhǎng)，受蒸發(fā)和溫度變化影響的實(shí)驗(yàn)誤差大，故采用變水頭試驗(yàn)。所謂變水頭試驗(yàn)就是在整個(gè)試驗(yàn)過(guò)程中，水頭差隨時(shí)間變化的試驗(yàn)方法。試驗(yàn)過(guò)程中，某一時(shí)間t作用于試樣上的水頭為h，經(jīng)過(guò)dt時(shí)間間隔以后，變水頭管的水位降落dh，則從時(shí)間t至t+dt時(shí)間間隔內(nèi)流經(jīng)試樣的水量dQ為： （3.2a）式中：a變水頭管的橫截面積，cm2。負(fù)號(hào)表示水量Q隨水頭h的降低而增加。根據(jù)達(dá)西定律，在dt時(shí)間間隔內(nèi)流經(jīng)試樣的水量dQ為： （3.2b）由式3.2a和式3.2b得： （3.2c）兩邊積分，并注意到試驗(yàn)中，t=t1的水頭高度為h1，t=t2的水頭高度為h2，則有： （3.2d） （3.2e） （3.

18、2）或者 （3.3）式中：h1起始時(shí)刻t1時(shí)的水頭，cm； h2結(jié)束時(shí)刻t2時(shí)的水頭，cm；其他符號(hào)意義同前。三、常水頭滲透試驗(yàn)圖3.1 常水頭滲透儀裝置1.金屬圓筒；2.金屬孔板；3.測(cè)壓管；4.溢水管；5.調(diào)節(jié)管；6.滑動(dòng)支架；7.供水瓶；8.止水夾；9.溫度計(jì)；10.量杯；11.礫石層；12.鋼絲篩布濾網(wǎng)；13.試樣13h2LLh1123456789101112(一)、儀器設(shè)備常水頭滲透儀裝置由金屬封底圓筒，金屬孔板、濾網(wǎng)、測(cè)壓管、供水瓶和量杯等組成。金屬封底圓筒內(nèi)徑為10cm，高為40cm當(dāng)使用其他尺寸的試樣筒時(shí)，試樣筒內(nèi)徑應(yīng)大于試樣最大粒徑的10倍。另有木錘、秒表等。 (二)、實(shí)驗(yàn)步

19、驟 1、裝好儀器，量測(cè)濾網(wǎng)至筒頂?shù)母叨?，將調(diào)節(jié)器與供水管相連，從滲水孔向試樣筒充水至高出濾網(wǎng)頂面。 2、取具有代表性的風(fēng)干土樣34kg，測(cè)定其風(fēng)干含水量。將風(fēng)干土樣分層裝入試樣筒內(nèi)，用木槌輕輕擊實(shí)并根據(jù)預(yù)定的孔隙比控制試樣厚度。當(dāng)試樣中含粘粒時(shí)，應(yīng)在濾網(wǎng)上鋪2cm厚的粗砂作為過(guò)濾層，防止細(xì)粒流失。每層試樣裝完后，從滲水孔向試樣筒充水至試樣頂面，使試樣逐漸飽和，最后一層試樣應(yīng)高出測(cè)壓管34cm，并在試樣頂面鋪2cm礫石作為緩沖層。當(dāng)水面高出試樣頂面時(shí)，應(yīng)繼續(xù)充水至溢水孔有水溢出。 3、稱(chēng)剩余土樣的質(zhì)量，并計(jì)算試樣質(zhì)量和試樣高度。 4、檢查測(cè)壓管水位，當(dāng)測(cè)壓管水位與溢水孔水位不平時(shí)，用吸球調(diào)整測(cè)壓

20、管水位，直至兩者水位齊平。 5、提高調(diào)節(jié)管至溢水孔以上，將供水管放人試樣筒內(nèi)，開(kāi)止水夾，使水由頂部注入試樣筒，降低調(diào)節(jié)管至試樣上部 13高度處，形成水位差使水滲入試樣，經(jīng)過(guò)調(diào)節(jié)管流出。調(diào)節(jié)供水管止水夾，使進(jìn)入試樣筒的水量多于滲出的水量，溢水孔始終有水溢出，保持試樣筒內(nèi)水位不變，試樣處于常水頭下滲透。 6、當(dāng)測(cè)壓管水位穩(wěn)定后，測(cè)記水位。并計(jì)算各測(cè)壓管之間的水位差。按規(guī)定時(shí)間記錄滲出水量，接取滲出水量時(shí)，調(diào)節(jié)管口不得浸入水中，測(cè)量進(jìn)水和出水處的水溫，取平均值。 7、降低調(diào)節(jié)管至試樣的不同高度處重復(fù)測(cè)定，當(dāng)不同水力坡降下測(cè)定的數(shù)據(jù)接近時(shí)，結(jié)束試驗(yàn)。 8、根據(jù)工程要求，改變?cè)嚇拥目紫侗?，繼續(xù)試驗(yàn)。(三

21、)、計(jì)算與記錄1、計(jì)算滲透系數(shù)應(yīng)按下式計(jì)算：式中：kt水溫為T(mén)時(shí)試樣的滲透系數(shù)，cm/s；Q時(shí)間t秒內(nèi)的滲出水量，cm3；l兩測(cè)壓管中心間的距離，cm；A試樣的斷面積，cm2；h平均水位差，cm；t時(shí)間，s。 標(biāo)準(zhǔn)溫度下的滲透系數(shù)應(yīng)按下式計(jì)算： （3.4）式中 k20標(biāo)準(zhǔn)溫度(20C)時(shí)試樣的滲透系數(shù)，cm/s； htT時(shí)水的動(dòng)力粘滯系數(shù)，kPa·s； h2020時(shí)水的動(dòng)力粘滯系數(shù)，kPa·s。根據(jù)計(jì)算的滲透系數(shù)，應(yīng)取34個(gè)在允許差值范圍內(nèi)的數(shù)據(jù)的平均值，用以作為試樣在該孔隙比下的滲透系數(shù)(允許差值不大于2´10-n)。 當(dāng)進(jìn)行不同孔隙比下的滲透試驗(yàn)時(shí)，應(yīng)以孔隙比

22、為縱坐標(biāo)，滲透系數(shù)的對(duì)數(shù)為橫坐標(biāo)，繪制關(guān)系曲線。2、記錄常水頭滲透試驗(yàn)的記錄格式如下：組別 試驗(yàn)日期 試樣編號(hào) 孔隙比 試樣高度 試樣面積 測(cè)壓孔間距 cm序號(hào)經(jīng)過(guò)時(shí)間(s)測(cè)壓管水位(cm)水位差(cm)滲水量(cm3)t滲透系數(shù)(cm/s)水溫()校正系數(shù)10滲透系數(shù)(cm/s)平均滲透系數(shù)(cm/s)管管管h1h2H四、變水頭滲透試驗(yàn)圖3.2 變水頭滲透裝置1.變水頭管；2.滲透容器；3.供水瓶；4.水源管；5.管夾；6.排氣管；7.出水管5341267h1h2 (一)、儀器設(shè)備 變水頭滲透裝置：由滲透容器、變水頭管、供水瓶、進(jìn)水管等組成滲透容器由環(huán)刀、透水石、套環(huán)上蓋和下蓋組成。透水石

23、的滲透系數(shù)，應(yīng)大于試樣的滲透系數(shù)。變水頭管的內(nèi)徑，根據(jù)試樣的滲透系數(shù)選擇不同尺寸，長(zhǎng)度宜為lm以上。 (二)、試驗(yàn)步驟 1、將裝有試樣的環(huán)刀裝入滲透容器，用螺母旋緊，要求密封至不漏水不漏氣。并進(jìn)行抽氣飽和。 2、將滲透容器的進(jìn)水口與變水頭管連接。利用供水瓶中的水向進(jìn)水管充滿(mǎn)水，并滲入滲透容器，開(kāi)排氣閥，排除滲透容器底部的空氣，直至溢出水中無(wú)氣泡，關(guān)排氣閥，放平滲透容器。 3、向變水頭管注水，使水升至預(yù)定高度，待水位穩(wěn)定后開(kāi)進(jìn)水管夾，使水通過(guò)試樣，當(dāng)出水口有水溢出時(shí)開(kāi)始測(cè)記，記錄起始水頭和起始時(shí)間，按預(yù)定時(shí)間間隔測(cè)記水頭和時(shí)間變化，并測(cè)記出水口的水溫。 4、將變水頭管中的水位變換高度，待水位穩(wěn)定

24、再進(jìn)行測(cè)記水頭和時(shí)間變化。重復(fù)試驗(yàn)56次。(三)、計(jì)算與記錄1、計(jì)算滲透系數(shù)按下式計(jì)算：式中：a變水頭管的斷面積(cm2)。 標(biāo)準(zhǔn)溫度下的滲透系數(shù)，按下式計(jì)算：2、記錄變水頭試驗(yàn)記錄格式如下：組別 試驗(yàn)日期 試樣編號(hào) 孔隙比 試樣高度 試樣面積 變水頭管面積 序號(hào)開(kāi)始時(shí)間t1(s)初水位h1(cm)終了時(shí)間t2 (s)終水位h2(cm)經(jīng)過(guò)時(shí)間(s)t滲透系數(shù)(cm/s)水溫()校正系數(shù)ht/h2020滲透系數(shù)(cm/s)平均滲透系數(shù)(cm/s)溫度ht(10-6)kPa·Sht/h20溫度ht(10-6)kPa·Sht/h20溫度ht(10-6)kPa·Sht/

25、h2015.015.516.016.517.017.518.01.1441.1301.1151.1011.0881.0741.0611.1331.1191.1041.0901.0771.0661.05020.521.021.518.519.019.520.00.9980.9860.9741.0481.0351.0221.0100.9880.9760.9641.0381.0251.0121.00022.022.523.024.025.026.027.00.9630.9520.9410.9190.8990.8790.8590.9530.9430.9320.9100.8900.8700.850水的動(dòng)

26、力粘滯系數(shù)h、粘滯系數(shù)比ht/h20§4 固結(jié)試驗(yàn)一、概述固結(jié)試驗(yàn)是將天然狀態(tài)下原狀土樣或人工制備的擾動(dòng)土，制備成一定規(guī)格的試件，然后置于壓縮儀內(nèi)，在不同荷載和有側(cè)限條件下測(cè)定其壓縮變形。目的是測(cè)定土的壓縮系數(shù)、壓縮模量、壓縮指數(shù)、回彈指數(shù)、固結(jié)系數(shù)及先期固結(jié)壓力等，用來(lái)判斷土的壓縮性和進(jìn)行變形計(jì)算。該實(shí)驗(yàn)方法適用于飽和的粘土，當(dāng)只進(jìn)行壓縮時(shí)，容許用非飽和土。二、儀器設(shè)備圖4.1 壓縮儀構(gòu)造圖1.水槽；2.護(hù)環(huán)；3.環(huán)刀；4.加壓上蓋；5.透水石；6.量表；7.量表架；8.試樣125834671、固結(jié)容器：由環(huán)刀、護(hù)環(huán)、透水板、水槽、加壓上蓋組成。環(huán)刀：內(nèi)徑為61.8mm和79.8m

27、m,高度為20mm。環(huán)刀應(yīng)具有一定的剛度，內(nèi)壁應(yīng)保持較高的光潔度，宜涂一層硅脂或聚四氟乙烯。透水板：氧化鋁或不受腐蝕的金屬材料制成，其滲透系數(shù)應(yīng)大于試樣的滲透系數(shù)。用固定式容器時(shí)，頂部透水板直徑應(yīng)小于環(huán)刀內(nèi)徑0.2-0.5mm；用浮環(huán)式容器時(shí)上下端透水板直徑相等，均應(yīng)小于環(huán)刀內(nèi)徑。2、加壓設(shè)備：應(yīng)能垂直地在瞬間施加各級(jí)規(guī)定的壓力，且沒(méi)有沖擊力，壓力準(zhǔn)確度應(yīng)符合現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)土工儀器的基本參數(shù)及通用技術(shù)條件GB/T15406的規(guī)定。3、變形量測(cè)設(shè)備：量程10mm,最小分度值為0.01mm的百分表或準(zhǔn)確度為全量程0.2的位移傳感器。4、固結(jié)儀及加壓設(shè)備應(yīng)定期校準(zhǔn)，并應(yīng)作儀器變形校正曲線，具體操作見(jiàn)有

28、關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。5、試樣制備同原狀土試樣制備的方法，并測(cè)定試樣的含水量和密度，取切下的余土測(cè)定土粒比重。試樣需要飽和時(shí)，應(yīng)按有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行抽氣飽和。6、其他：天平、秒表、烘箱、鋼絲鋸、刮土刀、土盒等三、實(shí)驗(yàn)步驟1、在固結(jié)容器內(nèi)放置護(hù)環(huán)、透水板和薄型濾紙，將帶有試樣的環(huán)刀裝入護(hù)環(huán)內(nèi)，放上導(dǎo)環(huán)，試樣上依次放上薄型濾紙、透水板和加壓上蓋，并將固結(jié)容器置于加壓框架正中，使加壓上蓋與加壓框架中心對(duì)準(zhǔn)，安裝百分表或位移傳感器。（注意：濾紙和透水板的濕度應(yīng)接近試樣的濕度）2、施加1kPa的預(yù)壓力使試樣與儀器上下各部件之間接觸，將百分表或傳感器調(diào)整到零位或測(cè)讀初讀數(shù)。3、分級(jí)施加壓力。第一級(jí)壓力的大小應(yīng)視土的軟硬程度而

29、定，宜用12.5、25kPa或50kPa。只需測(cè)定壓縮系數(shù)時(shí)，最大壓力不小于400kPa。壓力等級(jí)宜為12.5、25、50、100、200、400、800、1600、3200kPa。4、需要確定原狀土的先期固結(jié)壓力時(shí)，初始段的荷重率應(yīng)小于1，可采用0.5或0.25。施加的壓力應(yīng)使測(cè)得的elogp曲線下段出現(xiàn)直線段。對(duì)超固結(jié)土，應(yīng)進(jìn)行卸壓、再加壓來(lái)評(píng)價(jià)其再壓縮特性。5、對(duì)于飽和試樣，施加第一級(jí)壓力后應(yīng)立即向水槽中注水浸沒(méi)試樣。非飽和試樣進(jìn)行壓縮試驗(yàn)時(shí)，須用濕棉紗圍住加壓板周?chē)?、測(cè)記試樣高度變化。需測(cè)定沉降速率時(shí)，則施加每一級(jí)壓力后宜按下列時(shí)間順序測(cè)記試樣高度變化，即6²、15

30、78;、1¢、2¢15²、4¢、6¢15²、9¢、12¢15²、16¢、20¢15²、25¢、30¢15²、36¢、49¢、64¢、100¢、400¢、23h和24h，至穩(wěn)定為止。教學(xué)試驗(yàn)受時(shí)間限制可選擇15²、1¢、2¢15²、4¢、6¢15²、9¢、12¢15²、16¢、20¢

31、;15²、25¢。當(dāng)不需測(cè)定沉降速率時(shí)，則施加每級(jí)壓力后24h測(cè)記試樣高度變化作為穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)。7、如需做回彈試驗(yàn)，可在某級(jí)壓力下固結(jié)穩(wěn)定后卸荷，直至退到第一級(jí)壓力，每次卸荷至24h后測(cè)記試樣的回彈量。8、試驗(yàn)結(jié)束后吸去容器中的水，迅速拆除儀器各部件，取出整塊試樣，測(cè)定含水量。四、計(jì)算與記錄1、試樣的初始孔隙比，按式4.1計(jì)算： （4.1）式中：e0試樣的初始孔隙比。2、各級(jí)壓力下試樣固結(jié)穩(wěn)定后的孔隙比，按式4.2計(jì)算：0100200300400500p(MPa)e0.70.80.91.01.11.2圖4.2 壓縮曲線 （4.2）式中：各級(jí)壓力下試樣固結(jié)穩(wěn)定后的孔隙比。3、以孔

32、隙比為縱坐標(biāo)，壓力為橫坐標(biāo)繪制孔隙比與壓力的關(guān)系曲線，見(jiàn)圖4.2。4、某一壓力范圍內(nèi)的壓縮系數(shù)，按式4.3計(jì)算： （4.3）式中：a壓縮系數(shù)，MPa；pi某級(jí)壓力值，MPa。5、某一壓力范圍內(nèi)的壓縮模量，按式4.4計(jì)算： （4.4）式中：Es某壓力范圍內(nèi)的壓縮模量，MPa。6、土的壓縮指數(shù)和回彈指數(shù)按下式計(jì)算： （4.5） （4.6）式中：Cc壓縮指數(shù)；Ce回彈指數(shù)，為回彈曲線的平均斜率。7、確定先期固結(jié)壓力圖4.3 elogp曲線e0ep(kPa)RminOABDEpc先期固結(jié)壓力由卡薩格蘭德作圖法確定，具體做法為，作elogp曲線，在曲線上找出最小曲率半徑Rmin對(duì)應(yīng)的點(diǎn)O。過(guò)O點(diǎn)作水平線

33、OA，切線OB及角 ÐAOB的平分線OD，OD與曲線下段直線部分的延長(zhǎng)線交于點(diǎn)E，則對(duì)應(yīng)于E點(diǎn)的壓力值即為該原狀土的先期固結(jié)壓力pc，如圖4.3所示。 8、求算固結(jié)系數(shù)Cv 時(shí)間平方根法：對(duì)于某一壓力，以量表讀數(shù)d為縱坐標(biāo)，時(shí)間t的平方根為橫坐標(biāo)，繪制曲線如圖4.4，延長(zhǎng)曲線開(kāi)始段的直線，交縱坐標(biāo)軸于理論零點(diǎn)d0。過(guò)d0繪制另一直線，令其橫坐標(biāo)為前一直線橫坐標(biāo)的1.15倍，則后一直線與曲t(min)圖4.5 時(shí)間對(duì)數(shù)法d50d(mm)(min)圖4.4 時(shí)間平方根法d0t90d0d(mm)d100t50線交點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的時(shí)間的平方即為試樣固結(jié)度達(dá)90所需的時(shí)間t90。按下式計(jì)算該壓力下的

34、固結(jié)系數(shù)Cv： （4.7）式中 h最大排水距離，等于某一壓力下試樣初始與終了高度的平均值之半，cm； t90固結(jié)度達(dá)到90%所需的時(shí)間，s。 時(shí)間對(duì)數(shù)法：對(duì)于某一級(jí)壓力，以量表讀數(shù)d為縱坐標(biāo)，時(shí)間的對(duì)數(shù)為橫坐標(biāo)，繪制 dlogt曲線，如圖4.5所示。在曲線的開(kāi)始線段，選任一時(shí)間t1，相對(duì)應(yīng)的變形值為dl，再取時(shí)間t2= t1/4苛，相對(duì)應(yīng)的變形值為d2，則2 d2-dl之值為d0l。如此再選取另一時(shí)間依同法求得d02l、d03l、d04等，取其平均值即為理論零點(diǎn)d0，延長(zhǎng)曲線的中部的直線段和過(guò)曲線尾部數(shù)點(diǎn)作一切線的交點(diǎn)即為理論終點(diǎn)d100；則d50=（d0+ d100）/2。對(duì)應(yīng)于d50的時(shí)間

35、即為試樣達(dá)到固結(jié)度為50所需的時(shí)間t50。按下式計(jì)算該壓力下的固系數(shù)系數(shù)Cv： （4.8）9、固結(jié)試驗(yàn)的記錄格式如下：組別 試驗(yàn)者 試驗(yàn)日期 試樣編號(hào) 試樣面積 cm2 試樣初始高度h0 mm 初始孔隙比e0 百分表初讀數(shù) 加壓歷時(shí)（h）壓力(MPa)百分表讀數(shù)試樣變形量(mm)孔隙比§5 直接剪切試驗(yàn)一、概述土的內(nèi)摩擦角j和粘聚力c是土壓力、地基承載力和土坡穩(wěn)定等強(qiáng)度計(jì)算必不可少的 指標(biāo)。直接剪切試驗(yàn)是測(cè)定土的抗剪強(qiáng)度的一種常用方法。該方法設(shè)備簡(jiǎn)單、便于操作。因此，應(yīng)用廣泛。按剪切速率的不同，直剪試驗(yàn)可分為快剪，固結(jié)快剪和慢剪三種試驗(yàn)方法?？旒羰窃谠嚇由鲜┘哟怪睉?yīng)力后，立即施加水平

36、力，試樣在35分鐘內(nèi)剪壞；固結(jié)快剪是在試樣上施加垂直應(yīng)力后，待排水固結(jié)穩(wěn)定，再立即施加水平力，試樣也在35分鐘內(nèi)剪壞。慢剪無(wú)論在試樣上施加垂直應(yīng)力還是施加水平力過(guò)程中均允許試樣排水固結(jié)。剪切過(guò)程中緩慢地施加水平力，使試樣剪壞。同一種土，由于試驗(yàn)方法不同，得到土的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)也不相同。這里只介紹快剪法試驗(yàn)。二、試驗(yàn)原理根據(jù)庫(kù)倫定律，土的抗剪強(qiáng)度與法向應(yīng)力成正比，用公式表示為： （5.1）c0100200300400300jt (kPa)s (kPa)圖5.1 土的強(qiáng)度曲線200100式中：tf抗剪強(qiáng)度，即破壞剪應(yīng)力（kPa）s正應(yīng)力，kPa；j內(nèi)摩擦角，度；c粘聚力，kPa。直剪試驗(yàn)就是根據(jù)這一

37、原理，測(cè)定土在不同壓力下，剪切破壞時(shí)破壞面上的剪應(yīng)力，以剪應(yīng)力為縱坐標(biāo)，垂直壓力為橫坐標(biāo)，繪制抗剪強(qiáng)度與垂直壓力關(guān)系曲線，如圖5.1所示，直線的傾角為內(nèi)摩擦角，直線在縱坐標(biāo)上的截距為粘聚力。三、儀器設(shè)備圖5.2 應(yīng)變控制式直剪儀1.螺桿；2.下盒；3.透水石；4.量表；5.傳壓板；6.上盒；7.量力環(huán)123456土樣471、應(yīng)變控制式直剪儀：由剪切盒、垂直加壓設(shè)備、剪切傳動(dòng)裝置、測(cè)力計(jì)、位移量測(cè)系統(tǒng)組成。2、環(huán)刀：內(nèi)徑61.8mm，高度20mm。3、位移量測(cè)設(shè)備：量程為10mm，分度值為0.01mm的百分表；或準(zhǔn)確度為全量程0.2的傳感器。四、實(shí)驗(yàn)步驟1、試樣制備按原狀土試樣制備的步驟進(jìn)行，每

38、組試樣不得少于4個(gè)。2、對(duì)準(zhǔn)剪切容器上下盒，插入固定銷(xiāo)，在下盒內(nèi)放透水石和硬塑料薄膜，將帶有試樣的環(huán)刀刃口向上，對(duì)準(zhǔn)剪切盒口，在試樣上放硬塑料薄膜和透水石，將試樣小心地推入剪切盒內(nèi)。3、移動(dòng)傳動(dòng)裝置，使上盒前端鋼珠剛好與量力環(huán)接觸，依次放上傳壓板、加壓框架，安裝水平位移量測(cè)裝置，并調(diào)至零位或測(cè)記初讀數(shù)。4、根據(jù)工程實(shí)際和土的軟硬程度施加各級(jí)垂直壓力，對(duì)松軟試樣垂直壓力應(yīng)分級(jí)施加，以防土樣擠出。施加壓力后，向盒內(nèi)注水，當(dāng)試樣為非飽和試樣時(shí)，應(yīng)在加壓板周?chē)鼭衩藜啞?、施加垂直壓力，拔去固定銷(xiāo)，開(kāi)動(dòng)秒表，立即以0.8mm/min（412轉(zhuǎn)/min）的剪切速度進(jìn)行剪切，試樣每產(chǎn)生剪切位移0.20.4

39、mm測(cè)記量力環(huán)和位移讀數(shù)，直至量力環(huán)讀數(shù)出現(xiàn)峰值，應(yīng)繼續(xù)剪切至剪切位移為4mm時(shí)停機(jī)，記下破壞值；當(dāng)剪切過(guò)程中量力環(huán)讀數(shù)無(wú)峰值時(shí)，應(yīng)剪切至剪切位移為6mm時(shí)停機(jī)。6、當(dāng)需要估算試樣的剪切破壞時(shí)間，可按下式計(jì)算： （5.2）式中：達(dá)到破壞所經(jīng)歷的時(shí)間（min）； 固結(jié)度達(dá)50所需的時(shí)間（min）。7、剪切結(jié)束，吸去盒內(nèi)積水，退去剪切力和垂直壓力，移動(dòng)加壓框架，取出試樣，測(cè)定試樣含水量。五、計(jì)算與記錄1、剪應(yīng)力按下式計(jì)算： （5.3）式中：t試樣所受的剪應(yīng)力，kpa；k量力環(huán)系數(shù)，kPa/0.01mm；c0100200300400jt (kPa)s (kPa)圖5.4 土的強(qiáng)度曲線200100 R

40、百分表讀數(shù)，0.01mm。圖5.3 td 關(guān)系todtftf2、以剪應(yīng)力為縱坐標(biāo)，剪切位移為橫坐標(biāo)，繪制剪應(yīng)力與剪切位移關(guān)系曲線，如圖5.3所示，取曲線上剪應(yīng)力的峰值為抗剪強(qiáng)度，無(wú)峰值時(shí)，取剪切位移4mm所對(duì)應(yīng)的剪應(yīng)力為抗剪強(qiáng)度。3、以抗剪強(qiáng)度為縱坐標(biāo)，垂直壓力為橫坐標(biāo)，繪制抗剪強(qiáng)度與垂直壓力關(guān)系曲線如圖5.4所示，直線的傾角為內(nèi)摩擦角，直線在縱坐標(biāo)上的截距為粘聚力。4、快剪試驗(yàn)的記錄格式見(jiàn)下表：組別 試驗(yàn)者 試驗(yàn)日期 試樣編號(hào)垂直壓力（kPa）百分表讀數(shù)（0.01mm）剪應(yīng)力（kPa）試驗(yàn)方法 量力環(huán)系數(shù)k （kPa/0.01mm） 百分表初讀數(shù) §6 擊實(shí)試驗(yàn)一、概述擊實(shí)試驗(yàn)是用錘擊使土密度增加的一種方法。土在一定的擊實(shí)效應(yīng)下，如含水量不同，則所得的密度也不相同，能使土擊到最密狀態(tài)所要求的含水量，稱(chēng)為最優(yōu)含水量，其相應(yīng)的干密度稱(chēng)最大干密度。試驗(yàn)?zāi)康氖怯脴?biāo)準(zhǔn)擊實(shí)方法，測(cè)定土的含水量與密度的關(guān)系，從而確定土的最大干密度和最優(yōu)含水量。試驗(yàn)方法分輕型擊實(shí)和重型擊實(shí)。輕型擊實(shí)試驗(yàn)適用于粒徑小于5mm的粘性土，重型擊實(shí)試驗(yàn)適用于粒徑不大于20mm的土。這里僅介紹輕型擊實(shí)試驗(yàn)。 二、