土工實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)及實(shí)驗(yàn)報(bào)告

1、土工實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)及實(shí)驗(yàn)報(bào)告編寫(xiě) 畢守一 安徽水利水電職業(yè)技術(shù)學(xué)院二OO九年五月目 錄實(shí)驗(yàn)一 試樣制備 實(shí)驗(yàn)二 含水率試驗(yàn)實(shí)驗(yàn)三 密度試驗(yàn)實(shí)驗(yàn)四 液限和塑限試驗(yàn)實(shí)驗(yàn)五 顆粒分析試驗(yàn)實(shí)驗(yàn)六 固結(jié)試驗(yàn)實(shí)驗(yàn)七 直接剪切試驗(yàn)實(shí)驗(yàn)八 擊實(shí)試驗(yàn)土工試驗(yàn)復(fù)習(xí)題實(shí)驗(yàn)一 試樣制備一、概述試樣的制備是獲得正確的試驗(yàn)成果的前提，為保證試驗(yàn)成果的可靠性以及試驗(yàn)數(shù)據(jù)的可比性，應(yīng)具備一個(gè)統(tǒng)一的試樣制備方法和程序。試樣的制備可分為原狀土的試樣制備和擾動(dòng)土的試樣制備。對(duì)于原狀土的試樣制備主要包括土樣的開(kāi)啟、描述、切取等程序；而擾動(dòng)土的制備程序則主要包括風(fēng)干、碾散、過(guò)篩、分樣和貯存等預(yù)備程序以及擊實(shí)等制備程序，這些程序步驟的正確與

2、否，都會(huì)直接影響到試驗(yàn)成果的可靠性，因此，試樣的制備是土工試驗(yàn)工作的首要質(zhì)量要素。二、儀器設(shè)備試樣制備所需的主要儀器設(shè)備，包括：（1）孔徑0.5mm、2mm和5mm的細(xì)篩；（2）孔徑0.075mm的洗篩；（3）稱量10kg、最小分度值5g的臺(tái)秤；（4）稱量5000g、最小分度值1g和稱量200g、最小分度值0.01g的天平；（5）不銹鋼環(huán)刀（內(nèi)徑61.8mm、高20mm；內(nèi)徑79.8mm、高20mm或內(nèi)徑61.8mm、高40mm）；（6）擊樣器：包括活塞、導(dǎo)筒和環(huán)刀；（7）其他：切土刀、鋼絲鋸、碎土工具、烘箱、保濕器、噴水設(shè)備、凡士林等。三、試樣制備（一）原狀土試樣的制備步驟1、將土樣筒按標(biāo)明

3、的上下方向放置，剝?nèi)ハ灧夂湍z帶，開(kāi)啟土樣筒取土樣。2、檢查土樣結(jié)構(gòu)，若土樣已擾動(dòng)，則不應(yīng)作為制備力學(xué)性質(zhì)試驗(yàn)的試樣。3、根據(jù)試驗(yàn)要求確定環(huán)刀尺寸，并在環(huán)刀內(nèi)壁涂一薄層凡士林，然后刃口向下放在土樣上，將環(huán)刀垂直下壓，同時(shí)用切土刀沿環(huán)刀外側(cè)切削土樣，邊壓邊削直至土樣高出環(huán)刀，制樣時(shí)不得擾動(dòng)土樣。4、采用鋼絲鋸或切土刀平整環(huán)刀兩端土樣，然后擦凈環(huán)刀外壁，稱環(huán)刀和土的總質(zhì)量。5、切削試樣時(shí)，應(yīng)對(duì)土樣的層次、氣味、顏色、夾雜物、裂縫和均勻性進(jìn)行描述。6、從切削的余土中取代表性試樣，供測(cè)定含水率以及顆粒分析、界限含水率等試驗(yàn)之用。7、原狀土同一組試樣間密度的允許差值不得大于0.03g/cm3，含水率差值不

4、宜大于2%。（二）擾動(dòng)土試樣的制備步驟1、擾動(dòng)土試樣的備樣步驟（1）將土樣從土樣筒或包裝袋中取出，對(duì)土樣的顏色、氣味、夾雜物和土類及均勻程度進(jìn)行描述，并將土樣切成碎塊，拌和均勻，取代表性土樣測(cè)定含水率。（2）先將土樣風(fēng)干或烘干，然后將風(fēng)干或烘干土樣放在橡皮板上用木碾碾散，對(duì)不含砂和礫的土樣，可用碎土器碾散，但在使用碎土器時(shí)應(yīng)注意不得將土粒破碎。（3）將分散后的土樣根據(jù)試驗(yàn)要求過(guò)篩。對(duì)于物理性試驗(yàn)土樣，如液限、塑限等試驗(yàn)，過(guò)0.5mm篩；對(duì)于力學(xué)性試驗(yàn)土樣，過(guò)2mm篩；對(duì)于擊實(shí)試驗(yàn)土樣，過(guò)5mm篩。對(duì)于含細(xì)粒土的礫質(zhì)土，應(yīng)先用水浸泡并充分?jǐn)嚢?，使粗?xì)顆粒分離后，再按不同試驗(yàn)項(xiàng)目的要求進(jìn)行過(guò)篩。2

5、、擾動(dòng)土試樣的制樣步驟（1）試樣制備的數(shù)量視試驗(yàn)需要而定，一般應(yīng)多制備12個(gè)試樣以備用。（2）將碾散的風(fēng)干土樣通過(guò)孔徑2mm或5mm的篩，取篩下足夠試驗(yàn)用的土樣，充分拌勻，并測(cè)定風(fēng)干含水率，然后裝入保濕缸或塑料袋內(nèi)備用。（3）根據(jù)環(huán)刀容積及所要求的干密度，按式（1-1）計(jì)算試樣制備所需的風(fēng)干土質(zhì)量： （1-1）式中 制備試樣所需的風(fēng)干含水率時(shí)的土樣質(zhì)量（g）；風(fēng)干含水率（%）；試樣所要求的干密度（g/cm3）； 試樣體積（cm3）。（4）根據(jù)試樣所要求的含水率，按式（1-2）計(jì)算制備試樣所需的加水量： （1-2）式中 制備試樣所需要的加水量（g）；試樣所要求的含水率（%）；（5）稱取過(guò)篩的風(fēng)干

6、土樣平鋪于搪瓷盤(pán)內(nèi)，根據(jù)式（1-2）計(jì)算得到的加水量，用量筒量取，并將水均勻噴灑于土樣上，充分拌勻后裝入盛土容器內(nèi)蓋緊，潤(rùn)濕一晝夜。（6）測(cè)定潤(rùn)濕土樣不同位置處的含水率，不應(yīng)少于兩點(diǎn)，一組試樣的含水量與要求的含水量之差不得大于1%。（7）擾動(dòng)土試樣的制備，可采用擊樣法、壓樣法和擊實(shí)法。 擊樣法將根據(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)刀的擊樣器內(nèi)，擊實(shí)到所需密度，然后取出環(huán)刀。 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)，采用靜壓力通過(guò)活塞將土樣壓緊到的所需密度，然后取出環(huán)刀。 擊實(shí)法采用擊實(shí)儀，將土樣擊實(shí)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

7、凡士林，刃口向下放在土樣上，將環(huán)刀垂直向下壓，邊壓邊削，直至土樣伸出環(huán)刀為止，削去兩端余土并修平。（8）擦凈環(huán)刀外壁，稱環(huán)刀和試樣總質(zhì)量，準(zhǔn)確至0.1g，同一組試樣的密度與要求的密度之差不得大于0.01g/cm3。（9）對(duì)不需要飽和，且不立即進(jìn)行試驗(yàn)的試樣，應(yīng)存放在保濕器內(nèi)備用。四、試樣飽和土的孔隙逐漸被水填充的過(guò)程稱為飽和，當(dāng)土中孔隙全部被水充滿時(shí)，該土則稱為飽和土。根據(jù)土樣的透水性能，試樣的飽和可分別采用浸水飽和法、毛細(xì)管飽和法和真空抽氣飽和法三種方法。（1）對(duì)于粗粒土，可采用直接在儀器內(nèi)對(duì)試樣進(jìn)行浸水飽和法的方法；（2）對(duì)于滲透系數(shù)大于10-4cm/s的細(xì)粒土，可采用毛細(xì)管飽和法；（3）

8、對(duì)于滲透系數(shù)小于、等于10-4cm/s的細(xì)粒土，可采用真空抽氣飽和法。（一）試樣飽和步驟1、毛細(xì)管飽和法（1）選用框式飽和器，在裝有試樣的環(huán)刀上、下面分別放濾紙和透水石，裝入飽和器內(nèi)，并通過(guò)框架兩端的螺絲將透水石、環(huán)刀夾緊。（2）將裝好試樣的飽和器放入水箱內(nèi)，注入清水，水面不宜將試樣淹沒(méi)，以使土中氣體得以排出。（3）關(guān)上箱蓋，浸水時(shí)間不得少于兩晝夜，以使試樣充分飽和。（4）試樣飽和后，取出飽和器，松開(kāi)螺母，取出環(huán)刀擦干外壁，取下試樣上下的濾紙，稱環(huán)刀和試樣的總質(zhì)量，準(zhǔn)確至0.1g，并計(jì)算試樣的飽和度，當(dāng)飽和度低于95%時(shí)，應(yīng)繼續(xù)飽和。2、抽氣飽和法（1）選用重疊式或框式飽和器和真空飽和裝置。在

9、重疊式飽和器下夾板的正中，依次放置透水石、濾紙、帶試樣的環(huán)刀、濾紙、透水石，如此順序重復(fù)，由下向上重疊到拉桿高度，將飽和器上夾板蓋好后，擰緊拉桿上端的螺母，將各個(gè)環(huán)刀在上、下夾板間夾緊。（2）將裝有試樣的飽和器放入真空缸內(nèi)，真空缸和蓋之間涂一薄層凡士林，并蓋緊。（3）將真空缸與抽氣機(jī)接通，啟動(dòng)抽氣機(jī)，當(dāng)真空壓力表讀數(shù)接近當(dāng)?shù)匾粋€(gè)大氣壓力值后，繼續(xù)抽氣不少于1h，然后微開(kāi)管夾，使清水由引水管徐徐注入真空缸內(nèi)。在注水過(guò)程中，微調(diào)管夾，以使真空氣壓力表讀數(shù)基本保持不變。（4）待水淹沒(méi)飽和器后，即停止抽氣，開(kāi)管夾使空氣進(jìn)入真空缸，靜止一段時(shí)間，對(duì)于細(xì)粒土，為10h左右，借助大氣壓力，從而使試樣充分飽和

10、。（5）打開(kāi)真空缸，從飽和器內(nèi)取出帶環(huán)刀的試樣，稱環(huán)刀和試樣總質(zhì)量，并計(jì)算試樣的飽和度，當(dāng)飽和度低于95%時(shí)，應(yīng)繼續(xù)抽氣飽和。（a）框式 （b）疊式圖1-1 飽和器1-夾板 2 -透水板 3-環(huán)刀 4-拉桿圖1-2 真空飽和裝置1-二通閥 2-橡皮塞 3-真空缸 4-管夾 5-引水管6-盛水器 7-飽和器 8-排氣管 9-接抽氣機(jī)7-（二）飽和度計(jì)算試樣的飽和度可按式（1-3）計(jì)算： 或 （1-3） 式中 試樣的飽和度（%）； 試樣飽和后的含水量（%）； 試樣飽和后的密度（g/cm3）；試樣的干密度（g/cm3）；土粒比重；試樣的孔隙比。實(shí)驗(yàn)二 含水率試驗(yàn)一、概述土的含水率是指土在溫度1051

11、10下烘干至恒量時(shí)所失去的水質(zhì)量與達(dá)到恒量后干土質(zhì)量的比值，以百分?jǐn)?shù)表示。含水率是土的基本物理性質(zhì)指標(biāo)之一，它反映了土的干、濕狀態(tài)。含水率的變化將使土物理力學(xué)性質(zhì)發(fā)生一系列變化，它可使土變成半固態(tài)、可塑狀態(tài)或流動(dòng)狀態(tài)，可使土變成稍濕狀態(tài)、很濕狀態(tài)或飽和狀態(tài)，也可造成土在壓縮性和穩(wěn)定性上的差異。含水率還是計(jì)算土的干密度、孔隙比、飽和度、液性指數(shù)等不可缺少的依據(jù)，也是建筑物地基、路堤、土壩等施工質(zhì)量控制的重要指標(biāo)。二、試驗(yàn)方法及原理含水率試驗(yàn)方法有烘干法、酒精燃燒法、比重法、碳化鈣氣壓法、炒干法等，其中以烘干法為室內(nèi)試驗(yàn)的標(biāo)準(zhǔn)方法。再此僅介紹烘干法和酒精燃燒法。（一）烘干法烘干法是將試樣放在溫度能

12、保持105110的烘箱中烘至恒量的方法，是室內(nèi)測(cè)定含水率的標(biāo)準(zhǔn)方法。1、儀器設(shè)備（1）保持溫度為105110的自動(dòng)控制電熱恒溫烘箱；（2）稱量200g、最小分度值0.01g的天平；（3）玻璃干燥缸；（4）恒質(zhì)量的鋁制稱量盒2個(gè)。2、操作步驟（1）稱盒加濕土質(zhì)量：從土樣中選取具有代表性的試樣1530g（有機(jī)質(zhì)土、砂類土和整體狀構(gòu)造凍土為50g），放入稱量盒內(nèi)，立即蓋上盒蓋，稱盒加濕土質(zhì)量，準(zhǔn)確至0.01g。（2）烘干土樣：打開(kāi)盒蓋，將試樣和盒一起放入烘箱內(nèi)，在溫度105110下烘至恒量。試樣烘至恒量的時(shí)間，對(duì)于粘土和粉土宜烘810h，對(duì)于砂土宜烘68h。對(duì)于有機(jī)質(zhì)超過(guò)干土質(zhì)量5%的土，應(yīng)將溫度控

13、制在6570的恒溫下進(jìn)行烘干。（3）稱盒加干土質(zhì)量：將烘干后試樣和盒從烘箱中取出，蓋上盒蓋，放入干燥器內(nèi)冷卻到室溫。將試樣和盒從干燥器內(nèi)取出，稱盒加干土質(zhì)量，準(zhǔn)確至0.01g。3、成果整理按式（2-1）計(jì)算含水率： （2-1）式中 含水率（%），精確至0.1%；稱量盒加濕土質(zhì)量（g）；稱量盒加干土質(zhì)量（g）；稱量盒質(zhì)量（g）。含水量試驗(yàn)須進(jìn)行二次平均測(cè)定，每組學(xué)生取兩次土樣測(cè)定含水量，取其算術(shù)平均值作為最后成果。但兩次試驗(yàn)的平均差值不得大于下列規(guī)定： 含水率測(cè)定的平行差值含水率（%）允許平行差值（%）100.50.075mm）土的分類細(xì)粒土（60(%)礫(%)砂(%)0.0750.050.05

14、0.050.05實(shí)驗(yàn)六固結(jié)試驗(yàn)一、概述土的壓縮性是指土在壓力作用下體積縮小的性能。在工程中所遇到的壓力（通常在16kg/cm2以內(nèi)）作用下，土的壓縮可以認(rèn)為只是由于土中孔隙體積的縮小所致（此時(shí)孔隙中的水或氣體將被部分排出），至于土粒與水兩者本身的壓縮性則極微小，可不考慮。壓縮試驗(yàn)是為了測(cè)定土的壓縮性，根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果繪制出孔隙比與壓力的關(guān)系曲線（壓縮曲線），由曲線確定土在指定荷載變化范圍內(nèi)的壓縮系數(shù)和壓縮模量。二、儀器設(shè)備1、小型固結(jié)儀：包括壓縮容器和加壓設(shè)備兩部分，環(huán)刀（內(nèi)徑61.8mm，高20mm，面積30cm2），單位面積最大壓力4kg/cm2；杠桿比1：10。2、測(cè)微表：量程10mm，精度

15、0.01mm。3、天平，最小分度值0.01g及0.1g各一架。圖6-1 固結(jié)儀示意圖1-水槽 2-護(hù)環(huán) 3-環(huán)刀 4-導(dǎo)環(huán) 5-透水石6-加壓上蓋 7-位移計(jì)導(dǎo)桿 8-位移計(jì)架 9-試樣4、毛玻璃板、濾紙、鋼絲鋸、秒表、烘箱、削土刀、凡士林、透水石等。三、操作步驟1、按工程需要選擇面積為30cm2的切土環(huán)刀，環(huán)刀內(nèi)壁涂上一薄層凡士林，刀口應(yīng)向下放在原狀土或人工制備的擾動(dòng)土上，切取原狀土樣時(shí)應(yīng)與天然狀態(tài)時(shí)垂直方向一致。2、小心邊壓邊削，注意避免環(huán)刀偏心入土，應(yīng)使整個(gè)土樣進(jìn)入環(huán)刀并凸出環(huán)刀為止，然后用鋼絲鋸或修土刀將兩端余土削去修平，擦凈環(huán)刀外壁。3、測(cè)定土樣密度，并在余土中取代表性土樣測(cè)定其含水

16、率，然后用圓玻璃片將環(huán)刀兩端蓋上，防止水分蒸發(fā)。4、在固結(jié)儀的固結(jié)容器內(nèi)裝上帶有試樣的切土環(huán)刀（刀口向下），在土樣兩端應(yīng)貼上潔凈而潤(rùn)濕的濾紙，放上透水石，然后放入加壓導(dǎo)環(huán)和加壓板以及定向鋼球。5、檢查各部分連接處是否轉(zhuǎn)動(dòng)靈活；然后平衡加壓部分（此項(xiàng)工作由實(shí)驗(yàn)室代做）。即轉(zhuǎn)動(dòng)平衡錘，目測(cè)上杠桿水平時(shí)，將裝有土樣的壓縮部件放到框架內(nèi)上橫梁下，直至壓縮部件之球柱與上橫梁壓帽之圓弧中心微接觸。6、橫梁與球柱接觸后，插入活塞桿，裝上測(cè)微表，使測(cè)微表表腳接觸活塞桿頂面，并調(diào)節(jié)表腳，使其上的短針正好對(duì)準(zhǔn)6字，再將測(cè)微表上的長(zhǎng)針調(diào)整到零，讀測(cè)微表初讀數(shù)。7、加載等級(jí)：按教學(xué)需要本次試驗(yàn)定為0.5、1.0、2.

17、0、3.0、4.0kg/cm2五級(jí)；即50、100、200、300、400Kpa（1Kpa=0.001N/mm2）五級(jí)荷重系累計(jì)數(shù)值），如第一級(jí)荷載0.5kg/cm2需加砝碼1.5kg以后三級(jí)依次計(jì)算準(zhǔn)確后加入砝碼，加砝碼時(shí)要注意安全，防止砝碼放置不穩(wěn)定而受傷。8、每級(jí)荷載經(jīng)10分鐘記下測(cè)微表讀數(shù)，讀數(shù)精確到0.01mm。然后再施加下一級(jí)荷載，以此類推直到第五級(jí)荷載施加完畢，記錄測(cè)微表讀數(shù)R1、R2、R3、R4、R5。9、試驗(yàn)結(jié)束后，必須先卸下測(cè)微表，然后卸掉砝碼，升起加壓框架，移出壓縮儀器，取出試樣后將儀器擦洗干凈。四、成果整理1、按下式（6-1）計(jì)算試樣的初始孔隙比： （6-1）式中 土粒比重；水的密度，一般可取1g/cm3；試樣初始含水率；試樣初始密度（g/cm3）。2、按下式（6-2）計(jì)算試樣中顆粒凈高： （6-2）式中 試樣的起始高度，即環(huán)刀高度（mm）。3、計(jì)算試樣在任一級(jí)壓力Pi（千帕）作用下變形穩(wěn)定后的試樣總變形量。 （6-3）式中 試驗(yàn)前測(cè)微表初讀數(shù)（mm）；試樣在任一級(jí)荷載Pi作用下變形穩(wěn)定后的測(cè)微表讀數(shù)(mm)；各級(jí)荷載下儀器變形量（mm）。（由實(shí)驗(yàn)室提供資料）e1e2ep1p2P(kPa)M1M2圖62 壓縮曲線4、計(jì)算各級(jí)荷載下的孔隙比。 （6-4）式中 試樣初始孔隙比； 試樣的起