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土工实验领导书.doc

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2、什么时候必须测定土的密度、相对密度和含水量。实验结果有什么用处。 3、解释求相对密度的公式: 4、相对密度测定中煮沸的意义何在;放入恒温水槽的目的何在;应该特别注意作好哪些步骤,才能得到比较准确的实验结果。 实验一 土的物理性质试验试验报告 一、试验记录 试验人员 同组人员 试验日期 试验地点 试验成绩 教师签字 密度实验(环刀法) 土样编号 环刀号 环刀+ 土质量 环刀质量 土质量 环刀体积 密度 平均密度 备注 m1 m2 m1-m2 V ρ ρ g g g cm3 g/cm3 g/cm3 含水量试验(烘干法) 土样编号 烘土盒号 盒+湿 土质量 盒+干 土质量 烘土 盒质量 水质量 干土质量 含水量 平均 含水量 备注 m1 m2 m3 m1-m1 m2-m3 w w g g g g g % % 相对密度试验(相对密度瓶法) 土样编号 相对密度瓶号 瓶+土质量 瓶质量 土质量 瓶+ 水质量 瓶+水+土质量 排开水质量 相对 密度 平均相对密度 m1 m2 m0 m3 m4 m0+m3-m4 ds ds g g g g g G 纯水密度 ρWT= 三相草图(附计算数字) 孔隙比 e= 孔隙率 n= 饱和度 Sr= 干土密度 ρd= 饱和土密度 ρsat= 二 实验数据处理与分析: 实验二 压缩试验 A 实验目的 土的压缩是土体在荷载作用下产生变形的过程。压缩试验的目的是测定试样在侧限与轴向排水条件下的变形和压力或变形和压力的关系曲线。并根据孔隙比与压力的关系曲线(е~р曲线)计算出压缩系数和压缩模量等土的压缩性指标,以便判断土的压缩性和计算基础沉降时用。此外由饱和粘性土的压缩试验也可得到在某一压力下变形和时间的关系曲线,从而估算土的固结系数和渗透系数。 压缩试验通常只用于粘性土,由于砂土的压缩性较小,且压缩过程需时也很短,故一般不在实验室里进行砂土的压缩试验。 压缩试验可根据工程需要用原状土或制备成所需要状态的扰动土,可采用常速法或快速法。本实验主要采用非饱和的扰动土样,并按常速法步骤进行,但为了能在试验课的规定时间内完成试验,所以要缩短加荷间隔(具体时间间隔由教师决定)。 B 实验要求 (1)由实验室提供土样一块,要求学生在侧限压缩仪中测定出压缩性,并绘制该土的压缩曲线(е~р曲线)。 (2)求出a1-2,ES1-2,并判断该土的压缩性 (3)仔细观察土的变形与时间的关系。可以绘制出每一级荷载作用下的s~t曲线。 C 实验方法 粘性土的压缩试验 常速法 (一)仪器准备: 1、小型固结仪(见图7); 2、百分表:量程10mm,精度0.01mm(见图9); 3、密度实验和含水量实验所需要的仪器 ; 4、秒表和仪器变形量校正表等。 (二)试验步骤 1、由实验室提供制备好的扰动土样一个; 2、从压缩仪器中取出环刀,按密度实验方法切取土样,并取土留作测含水量;如系原状土样,切土的方向应与天然地层中的上下方向一致。然后称环刀和试样的总质量,扣除环刀质量后即得湿土样质量(m)并计算出土的密度。 3、用切取试样时修下的土测定含水量(ω),平行作两次试验,取其算术平均值; 4、在压缩仪容器底座内,放置一块略大于环刀的洁净而湿润的透水石,将切取的试样连同环刀一起(注意:刀口向下)放在透水石上,再在试样上按图8依次放上护环以及与试样面积相同的洁净而湿润的透水石、传压活塞和钢珠,安装好后待用; 5、检查加压设备是否灵活。然后平衡加压设备(此项工作由实验室代作)。(平衡加 压部分的方法是转动上杠杆上的平衡锤,使下杠杆之弧形轮向上10°-15°之间,而上杠杆为水平时即平衡完毕,水平情况一般用目测); 6、将安装好的压缩仪容器放在框架内横梁下,使横梁与球柱接触后,插入活塞杆,再安上百分表使其接触活塞杆顶面并调节其伸长距离不小于8mm(注意检查百分表是否灵活和垂直)。读百分表读数(为初读数R0)后即可进行试验; 7、轻轻施加第一级荷载50千帕(其中托盘质量0.75kg,再加一质量为0.75kg的小砝码,土样面积30cm2),并开动秒表,开始计时; 1 底板 2 平衡锤 3 手轮 4 容器 5 表夹 6 百分表 7 容器座板 8 杠杆 9 水泡 10 砝码盘 11圆水泡 图7 轻便固结仪示意图 1 表夹 2 钢珠 3 小传压板 4 透水石 5 小导环 6 土样 7 小刀环 8 小护环 9 大护环 10 透水石 11 容器 图8 压缩仪示意图 8、可按下列时间测计读数:15"、1´、2´、10´、20´、60´、120´、24小时直至试样沉降稳定为止。当不需要测定沉降速率时,则施加每级压力后2小时,认为土样已稳定,因时间关系可按教 师指定的时间读数,读数精确到0.01mm; 9、记下稳定读数后,用同样的方法施 加第二、三、四、五级荷载(分别为100、 200、300、400千帕)。记录各级压力下试 样变形稳定后的百分表读数(R1、R2、R3、 R4、R5); 10、试验结束后,必须先卸除百分表, 然后卸掉砝码,升起加压框,移出压缩仪 器,取出试样并测定其含水量,最后将仪 器擦洗干净。 (三)成果整理 长针:一小格=0.01mm 1、 按下式计算试验前孔隙比e0; 短针:一小格=1.0mm 次图所示相应读数为3.37mm 图9 百分表 式中: ds----土粒的相对密度; ρw----水的重度,一般可取ρw=1克/厘米3; ω----试样开始时试样的含水量(%); ρ----试样开始时试样的密度(克/厘米3)。 2、计算试样在任一级压力p(千帕)作用下变形稳定后的试样总变形量,Si: Si=R0-Ri-Sie R0 ----试验前百分表初读数(mm); Ri ----试样在在任一级压力pi(千帕)作用下变形稳定后的百分表读数(mm); Sie----各级荷载作用下仪器变形量(mm)。(由实验室提供资料)。 3、按下式计算各级压力作用下试样变形稳定时的孔隙比ei: 4、以p为横坐标,e为纵坐标,绘制压缩曲线(е~р曲线)。 5、计算压缩系数a1-2 (四)注意事项: 1、试样的土粒相对密度由实验室测定后提供;仪器本身的变形量,环刀的质量、面积、高度均可在实验室仪器资料表中查取; 2、试验前可参照图9练习百分表的读数方法,防止读数错误而无法获得试验结果; 3、含水量测定的烘干工作由实验室代作,24小时以后来实验室称取质量(或取结果)。 4、每组作一个试样,每人独立完成试验报告,不得抄袭,可以相互校核。 D 实验建议 1、预习时建议到实验室详细了解侧限压缩仪和加力设备的构造; 2、不要忘记抄录仪器变形量。 3、试验24小时以后可以来实验室称取干土质量。然后进行计算,完成报告; 4、绘制压缩曲线时,注意选用适当的比例尺(主要是纵坐标)。 E 预习问题 1、联系工程实际问题,思考做压缩实验的目的是什麽? 2、a1-2,和ES1-2的物理意义是什么?有什么用途? 注: 假定试样的压缩仅仅是由于孔隙体积的压缩。 土样是在侧限条件下压缩,则土样在pi作用下产生的应变ε为: 式中: Si――在pi作用下的变形量 h0――土样原始高度。 在三相图中如令固体颗粒体积Vs=1,则孔隙体积体Vv=e0,因应变,故得 所以 图10 三相图 图10 三相图 实验二 土的压缩试验试验报告 一、试验记录 试验人员 同组人员 试验日期 试验地点 试验成绩 教师签字 试样密度ρ及含水量ω的测定记录用实验一的表格。 试验前 ρ= 克/厘米3 试样原始高度 h0= mm 试验前ω= % 试验前孔隙比e0= 土粒相对密度ds= εi= Si/h0 50 100 200 300 400 初读数R0 1´ 2´ 8´ 10´ 总变形量R0-Ri(mm) 仪器变形量Sie(mm) 试样总变形(mm)Si=R0-Ri-Sie (1+e0)·εi ei= e0-(1+e0)·εi (Mpa-1) ,该土为 压缩性土 土样编号 烘土盒号 盒+湿 土质量 盒+干 土质量 烘土 盒质量 水质量 干土质量 含水量 平均 含水量 备注 m1 m2 m3 m1-m1 m2-m3 w w g g g g g % % 压缩曲线成果表 压力pi 孔隙比ei 0 50 100 200 300 400 0 100 200 300 400 压缩曲线 p(KPa) 二 实验数据处理与分析: 实验三 抗剪强度实验 A实验目的 剪切试验的目的是土的抗剪强度指标,即土的内摩擦角Φ和粘聚力c。 目前测定抗剪强度的方法和相应的仪器种类很多,现将常用的几种简述如下: 1、三轴剪切试验:通常用3~4个圆柱形试样,分别在三轴剪力仪上施加不同的恒定周围压力(即小主应力σ3),然后再施加轴向压力[即主应力差(σ1-σ3)],使土样中的剪应力逐渐增大,直至试样剪切破坏。然后根据摩尔-库仑理论求得该土的抗剪强度曲线。 2、直接剪切试验:它是一种测定土抗剪强度的一种常用方法。通常采用4个试样,在直接剪切仪上分别在不同的垂直压力p下,施加水平剪切力,试样在规定的剪切面上进行剪切。求得土样破坏时的剪应力τf,然后绘制剪应力τf和垂直压力p的关系曲线即抗剪强度曲线,直接剪切仪又分为应变控制式和应力控制式。本次试验是采用应变控制式直剪仪进行快剪试验。 B实验要求 1、由实验室提供制备土样,要求学生用快剪法在直接剪切仪中测定该土的抗剪强度指标Φ和c的数值; 2、参观三轴仪。 C实验方法 应变控制式直剪仪快剪法 (一)仪器准备: 1、应变控制式直剪仪:(见图11); 2、百分表:量程10mm;精度0.01mm; 3、秒表; 4、切试样的用具等。 应变控制式直剪仪如图11所示:它的主要特点是剪切力(水平力)是通过转动手轮,使轴向前移动而推动底座施加给下盒,剪力的数值是利用量力环测出(量力环是一个钢环,事先已知每单位变形时所受的压力,故在试验时用百分表测得量力环径向变形数值即可算出所受的应力值)。本仪器对粘性土和砂土均可适用。 (二)试验步骤: 1、根据工程需要,从原状土或制备状态的扰动土中用环刀取4个试样。如系原状土样,切取试样方向应与土在天然地层中的上下方向一致。 图11 应变控制式直剪仪 1 轮轴 2 底座 3 透水石 4 百分表 5 活塞 6 上盒 7 土样 8 百分表 9 量力环 10 下盒 应变控制式直剪仪 2、在下盒内顺次放入透水石和蜡纸(或塑料纸),然后用插销将上、下剪切盒固定好。 3、将带试样的环刀刃口向上,对准剪切盒口,将试样从环刀内推入剪切盒中,顺次放入蜡纸和透水石各一,然后放上活塞、钢球,装上垂直加压设备(暂不加砝码)。 4、在量力环上安装百分表,百分表的测杆应平行于量力环受力的直径方向,调整百分表使其指针在某一整数(即长针指零,并作为起始零读数)。 5、慢慢转动手轮,至量力环中百分表指针刚开始触动为止。 6、在试样上施加垂直荷载。按第一个试样上应加的垂直压力(100千帕)计算出应加荷载,扣除加压设备本身质量,即得应加砝码数。(试样面积及加压设备质量可查试验时的资料表)。 7、拔出固定插销。开动秒表,同时以每分钟0.8mm的剪切速度均匀地转动手轮,进行剪切。当量力环中百分表指针不再前进而出现后退或剪切变形量达试样直径的1、15~1/10时,认为试样已经剪损,记录百分表指针最大读数(代表峰值抗剪强度),用0.01mm作单位估读至0.001mm。(即以百分表上大度盘的“格”作单位,估读至0.1格)。 8、反转手轮,卸除垂直荷载和加压设备,取出已剪损的试样,刷净剪切盒,装入第二个试样。 9、第二、三、四个试样分别施加200、300、400KP垂直压力后按同步骤进行试验。 (三)成果整理: 1、计算每个试样在一定垂直压力下的抗剪强度(τf): τf=C·R 式中:R——该试件在剪损时的百分表最大读数(单位:0.01mm); C——量力环校正系数,单位:KPa/0.01mm(由实验室提供); τf——抗剪强度,KPa。 2、根据《建筑地基基础设计规范》规定,抗剪强度指标内摩擦角、粘聚力、相应的标准差、变异系数、统计修正系数的计算可按规范中规定的公式进行计算,具体公式可查规范。 3、为了同学们学习方便起见,本次试验可按下述方法绘抗剪强度曲线和确定抗剪强度指标(图12)。 以垂直压力p(KPa)为横坐标,抗剪强度τf为纵坐标,将4个实测点绘在图上,画一视测的平均直线,若各点不在一条近似的直线上,可按相邻的三点连成两个三角形,分别求出两个三角形的重心,然后将两重心连成一直线,即为抗剪强度曲线。 抗剪强度曲线在τf轴上的截距即为粘聚力c,精确至10千帕;其倾角为内摩擦角φ,精确至0.1度。 (四)注意事项: 1、开始剪切之前,切记必须先拔去插销。否则,量力环被压断,仪器即损坏。 2、加砝码时,应将砝码上的缺口彼此错开,防止砝码一齐倒下压伤脚。 3、如时间允许,同学们可在4个试样中选定一个土样,在剪切过程中手轮每转一圈测计百分表读数一次,直至剪损(表格由实验室提供)。由手轮转数和百分表读数计算出手轮每转一圈时的剪切变形和剪应力。 图12 抗剪强度曲线图   13 λ~τ关系曲线 剪变形λ(mm)=0.2-R 剪应力τ(KPa)=C·R 式中:n――手轮转数; 0.2----手轮每转一圈推动轴前进距离为0.2mm; C、R――意义同前。 以τ为纵坐标,λ为横坐标,绘制λ~τ关系曲线。图13表示其典型的变化规律。 4、每组作4个试样,每人交试验结果一份。 D实验建议 1、预习时建议到实验室参观仪器构造,注意加力杠杆的比例和加压设备本身质量,预先算好施加100千帕、200千帕、300千帕、400千帕的垂直压力应加的砝码数。 2、切取试样和推试样入盒时都要特别细心。 3、必须事先记住试验步骤,试验时分好工,各人严守岗位,互相配合,动作应迅速准确,不允许临时一边看指示一边慢慢进行操作。 E预习问题 1、什么情况下要作剪切试验并求出Φ和c值? 2、Φ和c的来源是什么?土的抗剪强度与哪些因素有关? 2、 三轴仪和直剪仪主要区别在哪些,各有哪些优缺点? 实验三 土的直剪试验试验报告 一、试验记录 试验人员 同组人员 试验日期 试验地点 试验成绩 教师签字 仪器编号 试样面积(cm2) 30 30 30 30 垂直压力P(Kpa) 100 200 300 400 百分表最大读数R(0.01mm) 量力环号数 量力环校正系数c(KPa/0.01mm) 峰值抗剪强度τf(KPa) 抗剪强度曲线 100    200    300    400 垂直压力 P(KPa) 二 实验数据处理与分析: 实验四 土的击实实验 A 试验目的 本试验的目的是用标准的击实方法,测定土的密度与含水率的关系,从而确定土的最大干密度与最优含水率。 轻型击实试验适用于粒径小于5mm的粘性土,重型击实试验适用于粒径小于20mm的土。 B 试验仪器设备 1、击实仪:由击实筒、击锤和护筒组成。 2、天平:称量200g,分度值0.1g。 3、台秤:称量10kg,分度值5g。 4、孔径为5mm的标准筛。 5、试样推出器:宜用螺旋式千斤顶。 6、其他:烘箱、喷水设备、碾土设备、盛土器、修土刀和保湿设备等。 C 操作步骤 1、试样制备:分为干法制备和湿法制备。 干法制备: (1)取一定数量的代表性风干土样(轻型约为20kg),放在橡皮板上碾散。 (2)轻型击实试验过5mm筛,将筛下土样拌匀,并测定土样的风干含水率。 (3)根据土的塑限预
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