土力学指导实验1.doc

土质学与土力学实验指导书 (1)一、试验名称： 土的液塑限试验二、试验目的：测定土的液、塑限，用于计算土的塑性指数与液性指数，作为黏土分类以及估算地基承载力等的一个依据。三、实验原理：大量的试验表明，在以含水量为横坐标，圆锥下沉深度为纵坐标的双对数坐标系中，土壤的含水量圆锥下沉深度符合线性关系。因此，根据有关标准规定（建设部：锥尖角30o，锥体重76g，贯入土中2mm时为塑限，10mm时为液限；交通部：锥尖角30o，锥体重100g，贯入土中2mm时为塑限，20mm时为液限。），可从依据试验数据绘制的某土壤样品的含水量圆锥下沉深度的直线上查得该类土壤的液、塑限。四、试验设备光电式液塑限联合测定仪（GYS-2，GYS-3），天平，烘箱。五、内容和要求(试验步骤)1. 调节仪器底角螺钉，使水准器水泡居中，接通电源。2. 将仪器后部开关打开，仪器前部电源灯亮，按下“吸/放”键，使吸/放指示灯亮。3. 放入圆锥仪，使电磁铁吸牢圆锥仪（此时投影屏上的线条字迹应清晰，圆锥仪无晃动，反之则未吸好，应重新吸好）。4. 转动微调旋钮，使投影屏零线与微分尺零线重合。5. 将预先制备好的三份具有不同含水量的土样取出一份，密实填入试样杯中，填满后沿杯口刮平土样表面，然后将试样杯放在测定仪的升降座上。6. 选择圆锥仪下落方式，若选择手动落下方式，则按下“手/自”键，使手/自键指示灯灭，若选择自动落下则相反。7. 在“手动”状态下，转动升降座旋钮，使试样杯上升。当土样与锥尖接触时，蜂鸣器发出一声声响，此时停止升降座上升，按下“吸/放”键，电磁线圈断电，圆锥仪下落，仪器自动计时，5秒后再发一声声响，此时应立即在投影屏上读出圆锥仪入土深度(1mm/大格，0.1mm/小格)。8. 若“手/动”灯亮，当土样与锥尖一接触，电磁线圈断电，圆锥仪下落，并开始自动计时，5秒后发出一声声响，此时应立即读数。9. 转动升降座旋钮，使试样杯下降，取下圆锥仪与试样杯；从试样杯中取出部分土样放入铝盒中，封好，称重，并记录重量M0与铝盒编号。10. 按下“吸/放”键，使吸/放指示灯亮，然后重复39，测第二、第三土样。11. 将三盒土样完全烘干后再分别称重，得Md，然后按下式计算含水量12. 将所得试验数据在以含水量为横坐标，圆锥下沉深度为纵坐标的双对数坐标系中按直线进行拟合，并根据有关标准规定确定液、塑限。实验数据，分析与结论：(1) 数据记录 GYS-3（交通部标准）铝盒编号906907909M0(g)132.60126.56131.37Md(g)98.8693.1199.61盒重(g)21.6621.5821.69含水量w43.7%46.8%40.8%锥入深度(mm)15.7022.9515.30(2) 分析与结果对上表所列的实验数据用最小二乘法进行直线拟合，得到如下的直线方程：h = 184.92525w - 44.82961该直线方程与离散实验数据之间的相关系数为95%，因此可断定实验数据是按线性规律变化的；据此可得到液限wl = 35.1%，塑限wp= 25.3%。下图是用Oringin绘制的离散数据及由这些数据拟合的直线。土质学与土力学实验指导书 (2)一、试验名称： 土的压缩试验二、试验目的：测定土在外力作用下，其孔隙比与压力之间的关系曲线即e-p压缩曲线，为判别土的压缩性的高低或计算建筑物的沉降提供必须的资料。三、实验原理：采用无侧向变形的单向压缩仪，这样，在垂直压力作用下，只有可能发生垂直方向的形变，因此，在试验时，只要我们测出在相应的压力下的垂直变形，即可求得孔隙比与压力的关系。设压缩前试样的高度为h0，孔隙比为e0，试样中土粒的净高为hs。在某一压力pi的作用下，其压缩量（即垂直变形）为Dhi，试样的高度由原来的h0减少到hi，其相应的孔隙比为： (1)因为试样的初始孔隙比按照定义为 即 (2)而初始孔隙比又可以按照下式计算 (3)式中：ds -土粒的比重，其值为2.7； g0-压缩前试样的容重； w0-压缩前试样的含水量； gw-水的容量。 上式h0、ds为已知，只要我们在试样前测出g0、w0，由（3）式算出e0，代入（2）式算出hs，再在试验过程中测出各级压力pi作用下的Dhi，代入（1）式即可以算出ei。四、试验设备1，GJY型固结仪，构造见图一；2，环刀，面积为30平方厘米，高2厘米；3，百分表，最大量距为5毫米，精度为0.01毫米；4，其他：天平、秒表、削土刀、烘箱、铝盒等。五、内容和要求(试验步骤)1、按工程需要取原状土或制备所需状态的扰动试样，整平其两端，并用削土刀将试样上端修成比环刀内径略大一些的截头土锥。2、将环刀内壁上涂一薄层凡士林，刃口向下，放在试样上端表面，先用两手将环刀轻轻地下压，再用削土刀修削试样，边压边削，直至试样突出环刀为止，然后用削土刀将上下两端多余的土削去并与环刀齐平。在修削试样时，要避免往复涂刮，防止扰动试样而影响成果的精确性。3、擦净粘在环刀外壁上的土屑，称环刀与土的含量，求得试样在试验前之容重g0（采用30cm2的环刀，其高为h0=2cm，故土样体积为60cm3），同时取环刀四边修削下来的试样重约10克左右装入铝盒，称得铝盒与土的总重后，再放入烘箱烘至恒重，再称重量，以测得试验前土的含水量w0。4、先在土样容器底部的透水石上加一润湿的滤纸，再将试样连同环刀一起推入容器内，套上导环，然后在试样顶面再放一润湿的滤纸，继而加上透水石，再放上传压板（如图二所示）。5、试验前，应先将手轮顺时针旋转，使升降杆上升到顶点，并调节平衡锤使杠杆前端水平仪中的水泡刚好居中，然后将土样容器放置到工作台面上。适当移动并使传压板正好对中加压头，此时在1:12的吊钩上预加最小的砝码（25.5g），同时将百分表固定在表夹上并使测微表的短针在读数“5”附近，再将百分表上的长针调整到零。至此，试验的准备工作已经就绪。6、开始加荷试验 用吊盘换下25.5g的砝码，逐级加载。本试验由于受课时的限制，统一规定按50、100、200、400（kPa）四级荷重顺序施加，每级荷重的历时为10分钟，即每加一级荷重经过10分钟，记下百分表读数，然后再加一级荷重，余类推，直至第四级荷重施加完毕为止。试验时必须注意，在试验过程中，如发现杠杆上的水准泡偏离，表示杠杆已不水平，则应随时以逆时针方向转动手轮，使水准泡重新居中。7、最后根据试验所得到的资料进行计算，并绘制压缩曲线，求出压缩系数。1 手轮，2 台板，3 土样容器，4 百分表，5 表夹，6 横梁，7 传压头，8 平衡锤，9 升降杆，10 下横梁，11 杠杆，12 水准泡，13 吊钩1:12，14 吊钩1:10图一 GJY固结仪结构示意图 1 土样容器，2 透水石，3 小护环，4 小环刀，5 小透水石，6 传压板，7 小导环，8 大护环，9 表杆，10 表夹图二 土样安装示意图实验数据，分析与结论：(1) 数据记录土样湿容重测试数据环刀重+湿土重(g)环刀重(g)环刀体积(cm3)容重g0(g/cm3)153.3442.32601.850含水量试验记录铝盒编号盒重+湿土重(g)盒重+干土重(g)盒重(g)含水量(%)1519.0816.389.8441.3压缩试验记录h0 = 20mm w0 = 41.3% ds =2.7 g0 = 1.85g/cm3 e0 = 1.062 hs = 9.7mm荷重(kg)加载时间(min)压力pi(kPa)百分表读数Dhi(mm)hi(mm)孔隙比ei000201.0621.27510500.82019.1800.9772.55101001.81018.1900.8755.1102003.04016.9600.74810.2104004.95015.0500.552(2) 分析与结果根据上表所列试验数据，采用Oringin绘制的压缩曲线如下，据此可得到土的压缩系数a = 2.04，因此，该土属于高压缩性土。压缩曲线13.土质学与土力学实验指导书 (3)一、试验名称： 土的直接剪切试验二、试验目的：根据库伦摩擦准则，使用等应变直剪仪快剪测定砂土的抗剪强度指标，即内聚力C和内摩擦角j。三、实验原理：如图所示，实验时将土样放在上下能够相对移动的剪切盒中，在一定法向压力s作用下，逐渐施加水平力T于下盒，而上盒被钢环所阻。钢环以等值及反向的水平力作用于上盒，于是土样沿用1-1面产生剪应力t并发生相应的位移。不断增加水平力T，1-1面的剪应力t也相应地增大。当达到破坏时，1-1面上的剪应力就等于抗剪强度（即t=tf）。在不同的法向压力s作用下进行试验，可以得到相应的抗剪强度tf，点绘tf s关系曲线。即可求得c、j值。 剪应力是通过钢环的变形来测的。在受力不大的情况下，钢环为弹性变形，其所受的水平力T与变形R成正比。这一比值对于某一钢环为常数。因此，在试验前只要做好钢环的率定曲线（即力与变形曲线），即可求得钢环的换算系数称为钢环系数m。试验时，在钢环内安置测微表，量出相应于某一垂直压力作用下，土样破坏时钢环的变形量R，即可按下式求得抗剪强度值：四、试验设备电动式等应变直剪仪，切土环刀，百分表。五、内容和要求(试验步骤)14. 调节加力杠杆水平，使杠杆下缘与立柱中间的刻线平齐。15. 安装并调节剪切盒至适当位置，使之与前后限位开关的间距小于实验所需的距离，同时使推进螺杆、剪切盒与测力环顶杆之间的间距为零。16. 按土工实验要求取样，将所取的样品用透水石均匀压入剪切盒，然后盖上盖板，放好钢珠。17. 将传压螺杆置于钢珠上，调节传压螺杆，使加力杠杆下缘抬至立柱上刻线左右。18. 旋转立柱手轮，使加力杠杆略为上抬后加垂直载荷（砝码），再旋转立柱手轮，放下加力杠杆，使所加载荷传到试样上。19. 根据剪切加载速率调整速度挡位，取出定位销，将百分表调零，然后开始实验，至测力环中百分表长指针不再前进时记下读数。20. 推进螺杆复位，旋转立柱手轮，时传压螺杆与钢珠脱离。21. 更换实验样品，重复上述步骤，直至实验完成。实验数据，分析与结论：(3) 数据记录剪切加载速率：4(转/分)，钢环系数m：1.951(kPa/0.01mm)正压力s(kPa)100200300400R读数(mm)0.390.570.851.42剪应力tf(kPa)76.089111.207165.835277.042(4) 分析与结果对上表所列的实验数据用最小二乘法进行直线拟合，得到如下的直线方程：式中变量的单位均为kPa。该直线方程与离散实验数据之间的相关系数为96.7%，因此可断定实验数据是按线性规律变化的，遵循库伦摩擦准则；并据此可得到内聚力c = -6.828，内摩擦角j= 33.3o。负的内聚力可能是实验误差所致。下图是用Mathcad绘制的离散数据及由这些数据拟合的直线。