工程地質(zhì)與土力學(xué)實(shí)習(xí)報(bào)告

1、實(shí)驗(yàn)一含水率試驗(yàn)一、試驗(yàn)?zāi)康耐恋暮?W是指土在溫度105110C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)方法與適用范圍含水率試驗(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)

2、的標(biāo)準(zhǔn)方法。再此僅介紹烘干法和酒精燃燒法。烘干法是將試樣放在溫度能保持105110C的烘箱中烘至恒量的方法，是室內(nèi)測定含水率的標(biāo)準(zhǔn)方法。儀器設(shè)備1）保持溫度為105110C的自動(dòng)控制電熱恒溫烘箱；2）稱量200g、最小分度值O.OIg的天平；3）玻璃干燥缸；4）恒質(zhì)量的鋁制稱量盒。操作步驟1）從土樣中選取具有代表性的試樣1530g （有機(jī)質(zhì)土、 30g50g）,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 O.OIg。2）打開盒蓋，將試樣和盒一起放入烘箱內(nèi)，在溫度105110C下烘至恒量。試樣烘至恒量的時(shí)間，對于粘土和粉土宜烘 810h,對于砂土宜烘68h。對于有機(jī)質(zhì)超過干土質(zhì)量5%的土

3、，應(yīng)將溫度控制在 6570C的恒溫下進(jìn)行烘干。3）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。4）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 O.OIg。計(jì)算含水量：按下式計(jì)算w 1-100%m2 - m0含水量試驗(yàn)須進(jìn)行二次平均測定，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：含水率測定的平行差值含水率（%允許平行差值（%100.5 402三、試驗(yàn)記錄實(shí)驗(yàn)二 土的擊實(shí)實(shí)驗(yàn)、試驗(yàn)?zāi)康脑诠こ探ㄔO(shè)中，經(jīng)常會(huì)遇到填土或松軟地基，為了改善這些土的工程性質(zhì)，常采用壓實(shí)的方法使土變得 密實(shí)。擊實(shí)試驗(yàn)就是模擬施工現(xiàn)場壓實(shí)條件，采用錘擊方法使土體密度增大、強(qiáng)度

4、提高、沉降變小的一種試 驗(yàn)方法。土在一定的擊實(shí)效應(yīng)下，如果含水率不同，則所得的密度也不相同，擊實(shí)試驗(yàn)的目的是測定試樣在 一定擊實(shí)次數(shù)下或某種壓實(shí)功能下的含水率與干密度之間的關(guān)系，從而確定土的最大干密度和最優(yōu)含水率， 為施工控制填土密度提供設(shè)計(jì)依據(jù)。擊實(shí)試驗(yàn)分輕型擊實(shí)試驗(yàn)和重型擊實(shí)試驗(yàn)兩種方法。輕型擊實(shí)試驗(yàn)適用于粒徑小于5mmi勺粘性土，其單位體積擊實(shí)功約為 592.2kJ/m 3;重型擊實(shí)試驗(yàn)適用于粒徑不大于20mm的土，其單位體積擊實(shí)功約為32684.9kJ/m。、壓實(shí)原理土的壓實(shí)程度與含水率、壓實(shí)功能和壓實(shí)方法有著密切的關(guān)系，當(dāng)壓實(shí)功能和壓實(shí)方法不變時(shí)，土的干P d max密度先是隨著含水

5、率的增加而增加，但當(dāng)干密度達(dá)到某一最大值后，含水率的增加反而使干密度減小。能使 土達(dá)到最大密度的含水率，稱為最優(yōu)含水率W0P （或稱最佳含水率），其相應(yīng)的干密度稱為最大干密度土的壓實(shí)特性與土的組成結(jié)構(gòu)、土粒的表面現(xiàn)象、毛細(xì)管壓力、孔隙水和孔隙氣壓力等均有關(guān)系，所以 因素是復(fù)雜的。壓實(shí)作用使土塊變形和結(jié)構(gòu)調(diào)整并密實(shí)，在松散濕土的含水率處于偏干狀態(tài)時(shí)，由于粒間引 力使土保持比較疏松的凝聚結(jié)構(gòu)，土中孔隙大都相互連通，水少而氣多。因此，在一定的外部壓實(shí)功能作用 下，雖然土孔隙中氣體易被排出，密度可以增大，但由于較薄的強(qiáng)結(jié)合水水膜潤滑作用不明顯，以及外部功能不足以克服粒間引力，土粒相對移動(dòng)便不顯著，所以

6、壓實(shí)效果就比較差。當(dāng)含水率逐漸加大時(shí)，水膜變厚、 土塊變軟，粒間引力減弱，施以外部壓實(shí)功能則土粒移動(dòng)，加上水膜的潤滑作用，壓實(shí)效果漸佳。在最佳含 水率附近時(shí)，土中所含的水量最有利于土粒受擊時(shí)發(fā)生相對移動(dòng)，以致能達(dá)到最大干密度；當(dāng)含水率再增加 到偏濕狀態(tài)時(shí)，孔隙中出現(xiàn)了自由水，擊實(shí)時(shí)不可能使土中多余的水和氣體排出，而孔隙壓力升高卻更為顯 著，抵消了部分擊實(shí)功，擊實(shí)功效反而下降。在排水不暢的情況下，經(jīng)過多次的反復(fù)擊實(shí)，甚至?xí)?dǎo)致土體 密度不加大而土體結(jié)構(gòu)被破壞的結(jié)果，出現(xiàn)工程上所謂的“橡皮土”現(xiàn)象。三、儀器設(shè)備擊實(shí)儀，有輕型擊實(shí)儀和重型擊實(shí)儀兩類，其擊實(shí)筒、擊錘和導(dǎo)筒等主要部件稱量200g的天平，

7、感量 0.01g ;孔徑為5mm的標(biāo)準(zhǔn)篩；稱量10kg的臺(tái)秤，感量1g;其他，如噴霧器、盛土容器、修土刀及碎土設(shè)備等。四、操作步驟將具有代表性的風(fēng)干土樣，對于輕型擊實(shí)試驗(yàn)為20kg，對于重型擊實(shí)試驗(yàn)為50kg。碾碎后過5mm的篩，將篩下的土樣拌勻，并測定土樣的風(fēng)干含水率。根據(jù)土的塑限預(yù)估最優(yōu)含水率，加水濕潤制備不少于五個(gè)含水率的試樣，含水率依次相差為2%且其中有兩個(gè)含水率大于塑限，兩個(gè)含水率小于塑限，一個(gè)含水率接近塑限。mwm1 - 0.01w00.01 ww0將試樣平鋪于不吸水的平板上，按預(yù)定含水率用噴霧器噴灑所需的加水量，充分?jǐn)嚭筒⒎謩e裝入塑料袋中靜置24h。將擊實(shí)筒固定在底座上，裝好護(hù)筒

8、，并在擊實(shí)筒內(nèi)涂一薄層潤滑油，將攪和的試樣分層裝入擊實(shí)筒內(nèi)。對于輕型擊實(shí)試驗(yàn)，分三層，每層25擊；對于重型擊實(shí)試驗(yàn)，分五層，每層56擊，兩層接觸土面應(yīng)刨毛，擊實(shí)完成后，超出擊實(shí)筒頂?shù)脑嚇痈叨葢?yīng)小于6mm取下導(dǎo)筒，用刀修平超出擊實(shí)筒頂部和底部的試樣，擦凈擊實(shí)筒外壁，稱擊實(shí)筒與試樣的總質(zhì)量， 準(zhǔn)確至1g,并計(jì)算試樣的濕密度。用推土器將試樣從擊實(shí)筒中推出，從試樣中心處取兩份一定量土料（輕型擊實(shí)試驗(yàn)為1530g,重1%型擊實(shí)試驗(yàn)為50100g ）測定土的含水率，兩份土樣的含水率的差值應(yīng)不大于五、計(jì)算與制圖1按式計(jì)算干密度:P10.01W式中仇一干密度（g/cm3）,準(zhǔn)確至0.01g/cm3；”一密度（

9、g/cm3）;w 含水率（）。2、按式計(jì)算飽和含水率：一丄）1 0%Gs式中 Wsa 飽和含水率（%）；其余符號(hào)同前。3、以干密度為縱坐標(biāo)，含水率為橫坐標(biāo)，繪制干密度與含水率的關(guān)系曲線及飽和曲線， 干密度與含水率的關(guān)系曲線上峰點(diǎn)的坐標(biāo)分別為土的最大密度與最優(yōu)含水率，如不連成完 整的曲線時(shí)，應(yīng)進(jìn)行補(bǔ)點(diǎn)試驗(yàn)。4、輕型擊實(shí)試驗(yàn)中，當(dāng)試樣中粒徑大于 5mm的土質(zhì)量小于或等于試樣總質(zhì)量的 30% 時(shí)，應(yīng)對最大干密度和最優(yōu)含水率進(jìn)行校正。（1）按式計(jì)算校正后的最大干密度：p;=1a x 1 - P5P5Gd m a x W s2式中dma校正后試樣的最大干密度（g/cm3）；Ps 粒徑大于5mm 土粒的質(zhì)

10、量百分?jǐn)?shù)（%）；Gs2 粒徑大于5 mm 土粒的飽和面干比重，飽和面干比重是指當(dāng)土粒呈飽和面干 狀態(tài)時(shí)的土?？傎|(zhì)量與相當(dāng)于土粒總體積的純水4C時(shí)質(zhì)量的比值。（2）按式計(jì)算校正后的最優(yōu)含水率Wop = W0p（1 一艮） P5Wab式中W0p 校正后試樣的最優(yōu)含水率（%）；W0P 擊實(shí)試樣的最優(yōu)含水率（%）；wab 粒徑大于 5mm 土粒的吸著含水率（ %）；其余符號(hào)同前。六、試驗(yàn)記錄實(shí)驗(yàn)三 土的壓縮實(shí)驗(yàn)一、試驗(yàn)?zāi)康耐恋膲嚎s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

11、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/cm 2；杠桿比 1 ： 10。測微表：量程10mm精度0.01mm=天平，最小分度值 0.01g 及 0.1g 各一架。毛玻璃板、濾紙、鋼絲鋸、秒表、烘箱、削土刀、凡士林、透水石等。三、操作步驟按工程需要選擇面積為30cm2 的切土環(huán)刀，刀口應(yīng)向下放在原狀土或人工制備的擾動(dòng)

12、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。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，然后用修土刀將 兩端余土削去修平，擦凈環(huán)刀外壁。測定土樣密度，并在余土中取代表性土樣測定其含水率，然后用圓玻璃片將環(huán)刀兩端蓋上，防止水 分蒸發(fā)。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。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。橫

13、梁與球柱接觸后，插入活塞桿，裝上測微表，使測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準(zhǔn) 6 字，再將測微表上的長針調(diào)整到零，讀測微表初讀數(shù)R0 。加載等級：按教學(xué)需要本次試驗(yàn)定為0.5、1.0、2.0、3.0、4.0kg/cm 2五級；即 50、100、200、300、400Kpa （1Kpa=0.001N/mnf）五級荷重系累計(jì)數(shù)值），如第一級荷載 0.5kg/cm 2需加砝碼1.5kg以后三 級依次計(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。每級荷載經(jīng)10分鐘記下測微表讀數(shù)，讀數(shù)精確到0.01mmo然后再施加下一級荷載，以此類推直到第五級荷載施加完畢，記

14、錄測微表讀數(shù)R1、R2、R3、R4、R5。試驗(yàn)結(jié)束后,必須先卸下測微表,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、計(jì)算1、按下式計(jì)算試樣的初始孔隙比 e0 ：e _ ds、w 1 Wo “0 _0式中 ds 土粒比重；九水的密度，一般可取1g/cm3;Wo 試樣初始含水率；訂一試樣初始密度（g/cm3）。2按下式計(jì)算試樣中顆粒凈高h(yuǎn)s:hs J1 +eo式中 ho試樣的起始高度，即環(huán)刀高度（mm）。3、計(jì)算試樣在任一級壓力 Pi （千帕）作用下變形穩(wěn)定后的試樣總變形量 SiSj = Ro - Ri - Sie式中 Ro 試驗(yàn)前測微表初讀數(shù)（mm）；Ri 試樣在任

15、一級荷載Pi作用下變形穩(wěn)定后的測微表讀數(shù)（mm）；Sie 各級荷載下儀器變形量（mm）。（由實(shí)驗(yàn)室提供資料）4、計(jì)算各級荷載下的孔隙比ei。-豈 1 eohoP1P2式中 eo 試樣初始孔隙比;ho 試樣的起始高度（即環(huán)刀高度） （mm）；Si 第i級荷載作用下變形穩(wěn)定后的試樣總變形量（mm）5、繪制e p壓縮曲線以孔隙比e為縱坐標(biāo)，壓力p為橫坐標(biāo)， 可以繪出e p關(guān)系曲線，此曲線稱為壓縮曲線。P(kPa)壓縮曲線6、按式計(jì)算某一壓力范圍內(nèi)壓縮系數(shù)- e?a =p2 - p1（Mpa-1）式中 p =10kpa p2 =200kpa。采用p=100200kpa壓力區(qū)間相對應(yīng)的壓縮系數(shù)：12來評

16、價(jià)土的壓縮性。:值是判斷土的壓縮性高低的一個(gè)重要指標(biāo)。 12的大小將地基土的壓縮性分為以下三類：當(dāng)”2 _0.5Mpa時(shí)，為高壓縮性土；1 1當(dāng)0.5Mpa c（1工蘭0.1Mpa時(shí)，為中壓縮性土；當(dāng)1：0.1Mpa時(shí)，為低壓縮性土。7、計(jì)算某一荷載范圍的壓縮模量 Es :E =匕sa式中一孔隙比：壓縮系數(shù)。五、試驗(yàn)記錄實(shí)驗(yàn)六土的剪切試驗(yàn)一、試驗(yàn)?zāi)康闹苯蛹羟性囼?yàn)就是直接對試樣進(jìn)行剪切的試驗(yàn)，簡稱直剪試驗(yàn)，是測定土的抗剪強(qiáng)度的一種常用方法，通常采用4個(gè)試樣，分別在不同的垂直壓力p下，施加水平剪切力，測得試樣破壞時(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)摩擦角和粘聚力C。二、儀器設(shè)備直剪儀

17、。采用應(yīng)變控制式直接剪切儀，如圖所示，由剪切盒、垂直加壓設(shè)備、剪切傳動(dòng)裝置、測力 計(jì)以及位移量測系統(tǒng)等組成。加壓設(shè)備采用杠桿傳動(dòng)。測力計(jì)。采用應(yīng)變?nèi)?，量表為百分表。環(huán)刀。內(nèi)徑 6.18cm，高 2.0cm。其他。切土刀、鋼絲鋸、濾紙、毛玻璃板、凡士林等。三、操作步驟將試樣表面削平，用環(huán)刀切取試件，測密度，每組試驗(yàn)至少取四個(gè)試樣，各級垂直荷載的大小根據(jù)2 2 工程實(shí)際和土的軟硬程度而定，一般可按 100kPa,200kPa,300kPa,400kPa（即 1.0 kg/cm ,2.0 kg/cm，3.0 kg/cm ， 4.0 kg/cm ）施加。檢查下盒底下兩滑槽內(nèi)鋼珠是否分布均勻，在上下盒接

18、觸面上涂抹少許潤滑油，對準(zhǔn)剪切盒的上下 盒，插入固定銷釘，在下盒內(nèi)順次放潔凈透水石一塊及濕潤濾紙一張。將盛有試樣的環(huán)刀平口朝下，刀口朝上，在試樣面放濕潤濾紙一張及透水石一塊，對準(zhǔn)剪切盒的上 盒，然后將試樣通過透水石徐徐壓入剪切盒底，移去環(huán)刀，并順次加上傳壓板及加壓框架。在量力環(huán)的安裝水平測微表，裝好后應(yīng)檢查測微表是否裝反，表腳是否靈活和水平，然后按順時(shí)針方向徐徐轉(zhuǎn)動(dòng)手輪，使上盒兩端的鋼珠恰好與量力環(huán)按觸（即量力環(huán)中測微表指針被觸動(dòng)）。順次小心地加上傳壓板、鋼珠，加壓框架和相應(yīng)質(zhì)量的砝碼（避免撞擊和搖動(dòng)）。施加垂直壓力后應(yīng)立即拔去固定銷（此項(xiàng)工作切勿忘記）。開動(dòng)秒表，同時(shí)以每分鐘412轉(zhuǎn)的均勻速度轉(zhuǎn)動(dòng)手輪（學(xué)生可用6轉(zhuǎn)/分），轉(zhuǎn)動(dòng)過程不應(yīng)中途停頓或時(shí)快時(shí)慢，使試樣在35分鐘內(nèi)剪破,手輪每轉(zhuǎn)一圈應(yīng)測記測微表讀數(shù)一次，直至量力環(huán)中的測微表指針不再前進(jìn)或有后退，即說明試樣 已經(jīng)剪破，如測微表指針一直緩慢前進(jìn)，說明不出現(xiàn)峰值和終值，則試驗(yàn)應(yīng)進(jìn)行至剪切變形達(dá)到4mm（手輪轉(zhuǎn)20轉(zhuǎn)）為止。剪切結(jié)束后，吸去剪切盒中積水，倒轉(zhuǎn)手輪，盡快移去砝碼，加壓框架，傳壓板等，取出試樣，測 定剪切面附近土的剪