土力学实验指导书样本.doc

资料内容仅供您学习参考，如有不当或者侵权，请联系改正或者删除。土力学实验指导书编制赵玉玲审核 徐新生济南大学土建学院8.3实验目录实验一 含水率实验实验二 密度实验实验三 液限、 塑限联合实验实验四 固结实验实验五 剪切实验实验一 含水率实验土样编号: 实验者: 实验方法: 计算者: 实验日期: 实验成绩: 一、 实验目的测定土的含水量, 了解土的含水情况, 是计算土的孔隙比、 液性指数和其它物理力学性质不可缺少的一个基本指标。适用范围: 粗粒土、 细粒土、 有机质土和冻土。二、 试验方法烘干法、 酒精燃烧法、 炒干法。本试验用烘干法。三、 试验原理 土的含水量是土在温度105110OC下烘干到恒重时失去的水分质量与达到恒重后干土质量的比值, 以百分数表示。四、 试验设备 烘箱: 保持温度105110OC的自动控制的电热烘箱、 电子分析天平、 铝制秤量盒、 削土刀等。五、 操作步骤1、 先秤量好带有编号的盒盖、 盒身的两个铝盒, 分别记录重量数值g0并填入表1中。2、 从原状或扰动土样中, 选取具有代表性的试样约1530g或用切环刀土样时余下的试样; 对有机质土、 砂类土和整体状构造冻土取样为50g左右, 放在秤量盒内, 立即盖好盒盖, 称盒盖、 盒身及湿土的重量, 准确至0.01g, 将数值g1填入表1中。3、 打开盒盖, 放入烘箱中在温度105110OC下烘至恒重, 烘干时间对粘性土、 粉土不得少于8h,对砂土不得少于6h, 对含有机质超过干土质量5%的土应将温度控制在6570OC的恒温下烘至恒重。取出土样, 盖好盒盖, 秤重并记录干土及铝盒的重量, 将数值g2填入表1中。六、 计算含水率W=(g1-g2)/(g2-g0)100%其中W含水率 g0铝盒重量, 单位为g。g1铝盒加湿土的重量, 单位为g。 g2铝盒加干土的重量, 单位为g。七、 注意事项: 本试验必须对两个试样进行平行测定, 测定的差值: 当含水率小于40%时为1%; 当含水率等于、 大于40%时为2%。取两个侧值的平均值, 以百分数表示。八、 思考题: 1、 测定含水率的目的是什么? 2、 测定含水率常见的有哪几种方法? 3、 土样含水率在工程中有何价值? 九、 试验记录及计算 表1实验日期盒身编号盒盖编号铝盒重量g0 (g)铝盒加湿土的重量 g1 铝盒加干土的重量g2 含水重量g1_g2 含水率W(g1-g2)/(g2-g0) 含水率平均值实验二 密度实验土样编号: 实验者: 实验方法: 计算者: 试验日期: 实验成绩: 一、 试验目的: 了解土体内部结构的密实情况, 工程中需要以容重值表示时, 将实测湿密度值根据含水率换算成干密度即可。二、 试验方法: 环刀法、 蜡封法、 灌水法它们适用于不同的土质情况。环刀法适用于粘性土, 是实验室的常见方法。三、 试验原理: 土的单位体积质量称为土的密度。在天然含水量情况下的密度称为天然密度。 四、 试验仪器设备: 环刀( 内径61.8mm, 高20mm, 面积30cm3) 、 天平、 修土刀、 凡士林等。五、 操作步骤: 1、 调整天平平衡, 称量环刀质量, 并填入表1中。2、 按工程需要取原状土或制配所需状态的扰动土, 整平两端, 将环刀内壁涂一薄层凡士林, 刀口向下放在土样上。3、 修土刀将土样上部削成略大于环刀直径的土柱然后将环刀垂直下压, 边压边削至土样伸出环刀上部为止。削去两端余土, 使与环刀口面齐平, 并用剩余土样测定含水量。4、 擦净环刀外壁, 称环刀与土的质量, 准确至0.1g。5、 本实验需进行二次平行测定, 其平行差值不得不大于0.03g/cm3, 求其算术平均值。 六、 密度计算整理: 按下列公式计算湿密度和干密度 式中湿密度g/cm3 d干密度g/cm3 1环刀及土的质量(g) 2环刀的质量(g ) 湿土的质量(g) v环刀的体积g/cm3 W含水率%密度实验计算表实验编号环刀+湿土的重量环刀本身的重量环刀体积Cm3湿密度平均湿密度备注160260平均值60思考题: 1、 天然密度的测量方法是什么? 2、 密度和干密度的区别是什么? 3、 标准小环刀体积是多少? 试验三 土壤液限、 塑限联合实验土样编号: 试验者: 试验方法: 计算者: 试验日期: 试验成绩: 一、 实验目的及仪器特点LP-100D型土壤液塑仪, 是用来测定土壤的液限和塑限, 为划分土类、 计算天然稠度和塑性指标提供可靠的数据。该仪器采用数字显示等技术, 能自动定时、 测量、 显示。具有性能稳定、 数据可靠、 测量精度高、 读数直观、 清晰、 操作简单方便、 工作效率高等特点。该仪器备有100克和76克两种锥重标准。本次试验用76克锥重标准。二、 主要技术指标最大量程: 22mm 分辨率: 0.1mm测量非线形误差: 小于2 接触指示灵敏度: 大于10M锥重: 大锥尖100克( 0.1克) 小锥尖76克( 0.1克) 锥角: 3000.20 测量时间: 5s三、 试验原理联合试验是用76g圆锥仪测定在5s时间内的土样不同含水量与圆锥下沉深度的对应值,绘制双对数关系直线, 从直线上查的下沉深度分别为17mm、 2mm的相应含水量即为液限和塑限含水率值。它与手工操作相比, 精确度高, 人为影响小。圆锥入土深度与抗剪强度的关系为 f=k 当=30时, k=0.85圆锥入土深度与含水量的关系lgh=lg+(C1-C2)四、 仪器设备原理该仪器由机械和电子两大部分组成。机械部分由机壳、 升降座、 锥体三部分组成。电子部分由控制电路、 位移变换、 音响定时显示等电路组成。所用附属物品盛土杯: 内径40mm, 高30mm, 天平, 烘箱, 铝盒及调土刀。五、 操作步骤1、 调整天平平衡, 称量铝制称量盒3个, 将重量m0填入表1中2、 取筛过的土样200克分成三份, 分别放入三个盛土容器中。加不同水量拌合成不同稠度的试样, 置于试杯中, 多次插导排除气泡。3、 将仪器放置在平面工作台上, 调整水平螺旋脚, 使水泡聚中。4、 将仪器的电源插头插好, 打开电源开关, 预热5分钟。测量前用手轻轻托起锥体至限位处。此时显示屏上的数字为随机数( 有时出数字, 有时出红点, 测量时会自动消除) 。5、 本次试验选用76克的圆锥仪逆时针拧紧。6、 将调好的土样放入试杯中, 刮平表面, 放到仪器的升降面上, 这时缓缓地调节升降旋钮, 当试杯中的土样刚接触锥尖时, 接触指示灯立即发亮, 此时停止旋动, 然后按”测量”键。7、 测量: 按下”测量”键, 锥体落下, 与此同时, 时间音响发出哆! 哆的声音。当测量时间一到, 叫声停止, 此时显示屏上显示出5秒钟的入土深度值, 第一次测量下沉深度约为34mm, 记录该读数填入表中, 然后将试样杯中的试样取10克左右, 称量湿土加铝盒的重量m1。将湿土样放入烘箱中, 烘干后称量干土加盒的的重量m2, 将结果填入表中。向顺时针方向调节升降旋钮改变锥尖与土的接触位置、 移出试杯, 将锥尖擦干净。第二次测量时, 重复上述步骤, 下沉深度约为79mm, 然后将试样杯中的试样取10左右, 称量湿土加铝盒的重量m1, 填入表1中第三次测量时, 重复上述步骤, 下沉深度约为1517mm, 然后将试样杯中的试样取10左右, 称量湿土加铝盒的重量m1, 填入表1中 将称量过的三个试样, 放入烘箱烘干8小时, 取出称量干土加盒的重量, 填入表1中。六、 计算、 制图和记录液限、 塑限联合试验记录表: 试样编号 铝盒的重量m0(g) 湿土加盒重量m1(g) 干土加盒的重量m2(g) 圆锥下沉深度h(mm) 测点含水量w% 塑限wp% 液限wL% 塑性指数Ip 液性指数IL土样塑性指数、 液性指数计算表盒身编号土样编号铝盒重量g0 (g)铝盒加湿土的重量g1( g)铝盒加干土的重量g2 (g)圆锥下沉深度h(mm)含水重量g1_g2 (g)含水率W(g1-g0)/(g2-g0) 塑限含水率wp%液限含水率wL%塑性指数Ip液性指数IL1、 按下式计算含水量 其中m1湿土加盒重量m0铝盒的重量 m2干土加盒的重量2、 塑性指数Ip的计算 Ip=wL-wp其中wL液限含水率 wp塑限含水率3、 液性指数的计算4、 制图 将三个土样含水量与相应的圆锥下沉深度绘于双对数坐标纸上, 三点连一条直线。如果三点不在一条直线上, 经过高含水量的一点与其于两点连两直线, 在圆锥下沉深度为2mm、 17mm处查的相应的两个含水量, 如果差值不超过2%, 用平均值的点与高含水量的点做一直线。若含水量误差大于或等于2%, 应重新做试验。绘制圆锥入土深度与含水量的关系图线七、 注意事项: 1、 拿出试杯和锥尖时请注意保护好锥尖, 以免损坏。2、 拿仪器时注意轻拿轻放, 保证仪器的安全。3、 电路上可调元件不能随便调动, 否则精度及线形都无法保证。4、 锥尖在使用( 拧上或卸下) 时要特别小心, 用手捏着慢慢旋动, 切勿碰伤锥尖。用后擦干泥土, 涂少许凡士林, 备用锥尖等妥善保管。八、 思考题: 1、 土壤液塑联合试验的目的是什么? 2、 根据试验Il的结果给粘性土状态分类? 实验四 固结试验土样编号: 试验者: 试验方法: 计算者: 试验日期: 试验成绩: 一、 固结试验目的: 固结试验是测定土体在外力作用下排水、 排气、 气泡压缩性质的一种测试方法。在一般情况下, 土体承受三个主应力的作用, 发生三相应变。压缩试验的目的在于测定试样在侧限和轴向排水条件下的变形和压力、 变形和时间以及空隙比和压力间的关系, 以便绘制压缩曲线, 求得土的压缩系数aV、 压缩模量ES、 , 以便来判断土的压缩性和进行变形计算。二、 实验方法: 正常慢固结试验、 快速固结试验。本试验因时间关系用快速固结试验法。三、 试验原理: 试样装在厚壁金属容器内, 上下各放透水石一块, 然后在试样上分级施加垂直压力P。记录加压后不同时间的垂直变形量, 绘制不同荷载下垂直变形量h与时间t的关系曲线; 垂直变形h与相应荷载P的关系曲线; 空隙比e与荷载P的关系曲线。由于试样受金属厚壁容器的限制, 不可能产生侧向膨胀, 土样只有垂直变形, 故该试验称为侧限压缩试验。经过记录加压前后土样空隙比的变化, 建立变形和空隙比的关系, 然后计算地基的压缩模量。四、 仪器设备: 当前常见的压缩试验仪分杠杆加压式和磅称式两种。本试验用杠杆加压式。常见型号WG1B三联中压固结仪、 WG1C三联低压固结仪。1、 压缩仪( 土样面积30cm2, 土样高度2cm) , 固结压力应满足12.5、 25.0、 50.0、 100.0、 200.0、 300.0、 400.0、 600.0、 800.0、 1600.0kp的等级荷载, 杠杆比1: 12。2、 测微表( 最大量程为10mm、 最小分辨率为0.01mm的百分表) 。3、 透水石试样上下放透水石, 以便于土样受压后土中空隙水排除。五、 操作步骤1、 环刀选用 按工程需要选择(大环刀)50cm2或(小环刀)30cm2切土环刀( 本试验用30cm2切土环刀) , 调整天平平衡, 称量环刀的重量m1, 计算初始密度0, 填入表1中。2、 套切试样前环刀内壁涂一薄层凡士林, 以减少试样与环刀壁的摩擦及对试样的扰动。整平试样两端用环刀套切试样。3、 试样制备 切取原状土样时刀口朝下, 土层受压方向应与天然土层受压方向一致, 并观察土样的层次、 颜色、 有无杂质等, 如有杂质时取出并用余土填补空缺处, 小心地边压边削, 注意避免环刀偏心入土, 将土样修成略大于环刀的土柱, 直至试样突出环刀为止, 用钢丝锯拉断土样, 然后修去上下两端余土, 再修平试样两端表面, 擦净环刀外壁, 称环刀与湿土的质量m2, 求得实验前的湿密度0, 立即用玻璃板将环刀两端盖上, 防止水分蒸发。再用天平称两个铝盒的重量, 取10克左右的土样, 称两个铝盒加湿土样的重量, 放在烘箱烘干8h, 称铝盒加干土的重量,计算初始含水量W0, 并将有关数据填入表2中。4、 安装试样 装入护环, 在固接仪底部的透水石上放湿润的滤纸一张, 将带有环刀的试样刀口朝上, 再放湿润的滤纸一张, 然后放上透水石和加压盖板, 以及定向钢球。5、 固接容器和量表安装 将装好的固结容器放在加压框架上, 对准加压框架正中, 装上量表, 并调节其可伸长距离不大于8mm, 然后检查量表是否灵敏和垂直, 使百分表长针正好对准”0”字, 短针对准刻度的中间( 注意要将百分表活动杆提到上部再调”0”。6、 施加预压荷载 在砝码盘上加预压荷载1kp( 此时试样所受压力约1kpa) , 检查试样与仪器上下各部件之间接触是否良好, 如果良好则表针转动, 然后微调表盘, 使长指针对准零点方便计算。7、 施加第一级荷载并测读压缩量 工程上加载大小与级数根据土质实际情况需要确定。本次实验采用常规实验确定用50、 100、 200、 300kpa等四级荷载顺序加压。施加第一级荷载P1=50kpa, 注意加砝码为吊盘+0.319kg+0.637kg要轻放, 避免发生冲击, 在加荷的同时开动秒表, 记录表读数。根据SD128-84土工试验规程, 加荷后按下列时间顺序记录表读数, 工程上加载为时间24h, 教学试验受时间限制可选择1min、 2min、 3min、 4min、 5min、 6min、 7min、 8min 9min、 10min所对应的百分表的读数, 并填入表3中, 卸下第一级荷载, 按装荷载的相反顺序取出土样。8、 根据上述施加一级荷载的步骤施加P2=100kpa( 吊盘+0.319kg+0.637kg+1.275kg) ; P3=200kpa( 吊盘+0.319kg+0.637kg+1.275kg+2.55kg) ; P4=300kpa,( 吊盘+0.319kg+0.637kg+1.275kg+2.55kg+2.55kg) 等各级荷载, 并记录压缩量填在表3中。9、 实验结束, 迅速拆除仪器各部件, 将环刀中的试样取出, 洗净环刀放到规定的地点。五、 试验数据的记录和资料整理( 注意单位要统一) 1、 基本数据: 试样面积S=30cm2 给定土粒比重Gs=2.72( g/cm3) 试样初始高度h0=20mmw=1g/cm32、 计算试样初始空隙比e00初始密度, w0初始含水率 3、 试样颗粒净高hs( mm) 4、 计算各级荷载下压缩稳定后的空隙比eihi某一级荷载下土样变形量( i-0) mm, ( i-0) 百分表终读数减去某一级荷载下的百分表初读数5、 计算压缩系数ai某级荷载后( 下一级) 压缩稳定后的空隙比pi某一级荷载值(kpa) pi+1对应于时的荷载值(kpa) 6、 计算压缩模量Esi7、 压缩仪构造图 1、 水槽2、 护环 3、 环刀4、 加压上盖 5、 透水石6、 量表导杆 7、 量表架8、 削好的试样 含水率计算表: 表1 实验日期盒身编号盒盖编号铝盒重量g0 (g)铝盒加湿土的重量 g1 (g)铝盒加干土的重量g2 (g)含水重量g1_g2 (g)含水率W%(g1-g0)/(g2-g0) 含水率W%平均值 密度计算表: 表2 实验编号环刀+湿土的重量环刀本身的重量环刀体积Cm3湿密度平均湿密度备注160260平均值60时间固结实验变形记录表: 表3压缩量 荷载1min2min3min4min5min6min7min8min9min10min变形量值hs%50kpa100kpa200kpa300kpa固结实验计算表 表5荷载( kpa) 试样颗粒净高度hs(mm)土样变形量(mm)试样颗粒实际高度(mm)空隙比ei压缩系数ai压缩模量Esi5020100202002030020六、 思考题: 1、 压缩系数a1-2和压缩指数Cc有何作用? 2、 根据压缩系数a1-2的大小, 来判断本实验土的压缩性高低? 3、 绘制ep曲线、 绘制Eip关系曲线 实验五匣式直接剪切实验 土样编号: 试验者: 试验方法: 计算者: 试验日期: 试验成绩: 1、 试验原理: 土的破坏都是剪切破坏, 土的抗剪强度是土在外力作用下, 其一部分土体对于另一部分土体滑动时所具有的抵抗剪切的极限强度。土体的一部分对于另一部分移动时, 便认为该点发生了剪切破坏。无粘性土的抗剪强度与法向应力成正比; 粘性土的抗剪强度除和法向应力有关外, 还决定于土的粘聚力。剪切破坏是强度破坏的重要特点。土的摩擦角、 粘聚力c是土压力、 地基承载力和土坡稳定等强度计算必不可少的指标。土的强度为土木工程的设计和验算提供理论依据和计算指标。 2、 试验目的: 测定土的抗剪强度和土的内摩擦角、 粘聚力, 为计算地基强度和稳定性计算提供基本数据 库仑公式: 砂性土=tg粘性土f=tg+c 其中、 f抗剪强度( kpa) 正应力( kpa) 内摩擦角(度)c内聚力( kpa) tg直线的斜率 砂土的内摩擦角取决于砂粒间的摩擦力以及连锁作用, 一般, 中砂、 粗砂、 砾砂的=320400, 粉砂、 细砂的=280360。 库仑定律表明, 在一般的荷载范围内土的抗剪强度与法向应力之间呈直线关系。 3、 试验方法: 固接慢剪、 固接快剪、 快剪法。本试验常见方法: 快剪法。 ( 1) 固接慢剪原理: 先使土样在某一级垂直压力作用下排水固结变形稳定, 排水固结变形稳定16小时后, 缓慢施加水平剪应力。在施加剪应力过程中, 使土样始终不产生空隙水压力, 如用几个土样在不同垂直压力下进行固结慢剪, 将会得到有效应力下的抗剪强度参数内聚力C和。该试验历时时间较长, 一般不用。 ( 2) 固结快剪: 先使土样在某荷载下固结, 再以较快速度施加剪力, 直至剪坏, 一般35分钟内完成。由于时间短, 剪力所产生的超静水压力不会转化为土颗粒间的有效应力; 这样就使得库仑公式中的和P都被控制着。如用几个土样在不同的P作用下进行试验便能求得C和值, 这种C和值称为总应力法强度参数。 ( 3) 快剪法: 尽量采用原壮土样或接近现场的土样, 然后在较短的时间35分钟内完成, 这种方法将使土颗粒间有效应力维持原状, 不受实验时外力的影响, 但由于这种颗粒间有效应力的数值无法求得, 因此试验结果只能得出(ptg+cq)的混合值。快速法适合于测定粘性土天然强度, 但q角将会偏大。 4、 仪器设备 ( 1) ZJ-1、 ZJ-2型等应变直剪仪本试验采用应变控制匣式直接剪切仪, 由上盒及下盒、 垂直加压框架、 量力环、 剪切传动装置等组成, 试样置于剪力盒中, 经过在垂直应力作用下施加水平力, 使上下两盒错动导致试样被剪坏。上匣固定, 下匣能够水平方向移动, 且下匣放在钢珠上, 目的是避免由于钢珠而导致滚动摩擦力影响。加压原理采用杠杆传动, 杠杆比1: 12。 ( 2) 环刀试样底面积为30cm2, 高度为2cm, 环刀内径为6.18cm。 ( 3) 应变圈附加百分表也叫测力计, 根据编号查测力计校正系数, 每台设备系数不同。 百分表作用: 读出剪切变形量。 ( 4) 切土刀作用: 削土样用。 ( 5) 钢丝锯作用: 锯断土样。 ( 6) 滤纸作用: 吸取试样两端的表面水。 ( 7) 圆玻璃片作用: 放在试样的两端防止水分蒸发。 ( 8) 透水石作用: 土样受压时以便空隙水排除。 手摇应变控制式直接剪切仪结构如图: 5、 操作步骤: ( 1) 拿来事先准备好的土样, 环刀刀口朝下, 边压边削, 直至土样露出环刀, 用钢丝锯锯断土样, 擦干净环刀外环, 并将土样两侧削平, 不平之处补平, 土样两侧均放上玻璃片。 ( 2) 不加荷载只加吊盘, 调整加压杠杆系统平衡。 ( 3) 将直剪仪的上下盒对准, 插入固定销钉, 缓慢转动手轮, 直至百分表指针转动, 说明此时应变圈和剪力盒接助良好。 ( 4) 在试样下面放透水石一块及湿润滤纸一张, 将盛有试样的环刀平口向下、 刀口向上, 放透水石一块对准剪切盒的上盒, 用力将土样推入盒内, 并顺次加上传压活塞及加压框架。 ( 5) 拔下销钉, 此时记录百分表的初度数, 轻轻加上一级荷载50kpa( 吊盘+0.319kg+0.637kg) , 以每分钟46圈的速度转动手轮, 当表针不动或回转时试样被剪坏, 记录终读数, 填入表1中,取出破坏的土样。继续加二级荷载100kpa( 吊盘+0.319kg+0.637kg+1.275kg) ; 三级荷载200kpa( 吊盘+0.319kg+0.637kg+1.275kg+2.55kg) ; 四级荷载300kpa( 吊盘+0.319kg+0.637kg+1.275kg+2.55kg+2.55kg) ; 取出土样, 按上述程序重新放置土样, 并加不同的载荷, 记录初、 终读数。原则上在35分钟内剪完。 ( 6) 根据仪器编号及应变圈编号抄写应变圈系数K。 编号9034K=1.556kPa/0.01mm编号9033K=1.565kPa/0.01mm 编号8939K=1.565kPa/0.01mm编号93476K=1.901kPa/0.01mm 编号93439K=1.903kPa/0.01mm编号23551K=1.1.869kPa/0.01mm 编号23586K=1.684kPa/0.01mm编号23597K=1.867kPa/0.01mm 编号23572K=1.905kPa/0.01mm 6、 计算和制图 表1 荷载kPa50kpa100kpa200kpa300kpa所使用设备的应变圈编号应变圈系数kPa/0.01mm初读数R1( 0.01mm) 终读数R2( 0.01mm) 读数差R( 0.01mm) 抗剪强度=KR( kPa) 由SP关系曲线测得C、 C= = 按下式计算每一试样的抗剪强度: =KR 式中S抗剪强度( kPa) K应变圈系数( kPa/0.01mm) R剪切时应变圈中测微表的初读数与剪坏时终读数之差( 0.01mm) C内聚力 7、 试验思考题 ( 1) 、 直接剪切试验目的是什么? ( 2) 、 直剪试验的方法有哪几种? ( 3) 库伦定律中各参数的含义是什么?