单元7 土工试验土工试验的项目较多，每个试验项目都有几个不同的试验方法，本章选择的五项试验均参照国家现行标准《土工试验方法标准》GB/T 50123-1999和《土的工程分类标准》GB/50145-2007（以下简称《标准》）编制。
7.1 土的基本物理指标测定一、试验目的在实验室内直接测定土的密度、土粒比重、含水率三个实测指标，这三个指标称为土的三相基本试验指标。
土的其它指标可以计算求得，称为换算指标。
二、试验方法1. 测定土的密度试验方法有环刀法、蜡封法、灌水法、灌砂法等。
对于细粒土，采用环刀法；对于易破裂土和形状不规则的坚硬土，可用蜡封法；对于现场粗粒土，一般用灌水法或灌砂法。
2. 根据土粒径的不同，土粒比重试验可分别采用比重瓶法、浮称法和虹吸筒法。
对于粒径小于5mm的各类土，采用比重瓶法；对于粒径等于大于5mm的各类土，且其中粒径大于20mm的土质量小于总土质量的10％时，采用浮称法；对于粒径等于大于5mm的各类土，其中粒径大于20mm的土质量等于大于总土质量的10％时，采用虹吸筒法试验。
3. 含水率试验可分别采用烘干法、酒精燃烧法、炒干法、比重法等。
三、密度试验——环刀法1.仪器设备环刀；天平，感量0.1g；切土刀；推土器；游标卡尺；凡士林等。
2.试验步骤(1) 用卡尺测出环刀的高和内径，并计算出环刀的容积V(cm3)。
(2) 称环刀的质量m1，准确至0.1g。
(3) 在环刀内壁涂一层薄薄的凡士林油，刃口向下放在试样上。
(4) 用切土刀沿环刀外缘将土样削成略大于环刀直径的土柱，然后慢慢将环刀垂直下压，边压边削，到土样伸出环刀上部为止，削去环刀两端余土，使与环刀口面齐平。
把削下的土样做含水率试验。
(5) 擦净环刀外壁，称量环刀加土的质量m 2，准确至0.1g 。
(6) 用推土器将试样从环刀中推出。
(7) 本试验应进行二次平行测定，两次测定的差值不得大于0.03g/ cm 3,取两次测定的算术平均值。
3.成果整理(1) 按式（7—1）计算土的湿密度：()021m m V ρ=- （7—1）式中：ρ0 —— 土的湿密度（g/ cm 3），准确到0.01 g/ cm 3；m 1 —— 环刀的质量（g ）； m 2 —— 环刀加土的质量（g ）； V —— 环刀容积V (cm 3)。
(2) 按式（7—2）计算土的干密度：()0010.01d w ρρ=+ （7—2）式中：ρd —— 土的干密度（g/ cm 3）；w 0 —— 土的含水率（%）。
(3) 填写试验记录。
格式见表7-1。
表7-1 密度试验记录（环刀法）试验日期 试验者 计算者 校核者4.注意事项(1) 操作要快，动作细心，以避免土样被扰动、破坏结构及水分蒸发。
(2) 环刀方向要正、要垂直，加力适当。
(3) 边压边削的时候，切土刀要向外倾斜，以免把环刀下面的土样削空。
四、土粒比重试验——比重瓶法1.仪器设备烘箱；比重瓶，容积100mL ；天平，感量0.001g ；恒温水槽；电砂浴；温度计；孔径5mm 的筛；其它：匙、漏斗、滴管、洗瓶刷、蒸馏水等。
2.试验步骤(1) 先将洗净、烘干的比重瓶，冷却后称其质量，准确至0.001g.(2) 称过5mm 筛并烘干后的土样 15g 装入比重瓶内，称试样和瓶的总质量，准确至0.001g 。
(3) 将纯水注入已装有干土的比重瓶中至一半处，摇动比重瓶，将瓶放在电砂浴上煮沸，煮沸时间自悬液沸腾时算起，砂土不应少于30min ，粘土、粉土不得少于1h 。
沸腾后应调节砂浴温度，比重瓶内悬液不得溢出。
对砂土及含有可溶盐、有机质和亲水性胶体的土，采用真空抽气法排气，一个负大气压值，抽气时间不得少于1h 。
(4) 将蒸馏水注入已煮好的比重瓶至近满，待瓶内温度稳定及悬液上部澄清后，再加满蒸馏水，塞好瓶塞，使多余的水份自瓶塞毛细管中溢出。
将比重瓶置于恒温槽内恒温，且瓶内上部悬液澄清。
取出比重瓶，将瓶外水份擦干，称瓶、水、土样的总质量，准确至0.001g ，并测瓶内的水温，准确指0.5℃。
(5) 把瓶内悬液倒掉，把瓶洗干净，再注满蒸馏水，把瓶塞插上，使多余的水份自瓶塞毛细管中溢出，将瓶外水份擦干净，称比重瓶、水的总质量，准确至0.001g 。
(6) 本试验须进行两次平行测定，两次测定的差值不得大于0.002g ，取两次测定的算术平均值。
3.成果整理(1) 按式（7—3）计算土粒的比重：()s wt dbw d bws G G m m m m =⨯+- （7—3）式中：G s —— 土粒比重；m d —— 干土的质量（g ）；m bws —— 比重瓶、水、土样总质量（g ）；m bw——比重瓶、水总质量（g）；G wt——t℃时蒸馏水的比重。
(2) 填写试验记录。
格式见表7-2。
表7-2 比重试验记录（比重瓶法）试验日期试验者计算者校核者4.注意事项(1) 比重瓶、土样一定要完全烘干。
(2) 煮沸排气时，防止悬液溅出。
(3) 称量时比重瓶外的水份必须擦干净。
五、含水率试验——烘干法1.仪器设备烘箱，采用电热烘箱，温度能保持在105～110℃；天平，感量0.01g；干燥器；称量盒等。
2.试验步骤(1) 先称称量盒的质量（m1），精确至0.01g。
(2) 取具有代表性试样15∼30g，有机质土、砂类土和整体状构造冻土为50g，放入称量盒内，盖上盒盖，称湿土加盒总质量，精确至0.01g。
(3) 打开盒盖，将试样盒放入烘箱内，在温度105～110℃的恒温下烘干。
烘干时间对粘土、粉土不得少于8小时；砂土不得少于6小时；对含有机质超过5%的土，应将温度控制在65～70℃的恒温下烘至恒量。
(4) 将烘干后的试样盒取出，盖上盒盖，放入干燥器内冷却至室温，称盒加干土质量，精确至0.01g。
(5) 本项试验必须对两个试样进行平行测定，测定的差值需满足以下要求：当含水率小于40％时，允许平行差值为1％；当含水率等于、大于40％时，允许平行差值为2％；对层状和网状构造的冻土不大于3％。
当满足上述要求时，含水率取两次测值的算术平均值，以百分数表示。
3.成果整理(1) 按式（7—4）计算含水率：()001100d w m m =-⨯ （7—4）式中：w 0 —— 含水率（％）；m 0 ——湿土质量（g ）； m d ——干土质量（g ）。
(2) 填写试验记录。
格式见表7-3。
表7-3 含水率试验记录试验日期 试验者 计算者 校核者4.注意事项(1) 测定含水率时动作要快，以避免土样的水分蒸发。
(2) 应取具有代表性的土样进行试验。
(3) 称量盒要保持干燥，注意称量盒的盒体和盒盖要对号。
(4) 烘干、冷却由于时间较长，由实验室完成，同学另找时间来称盒加干土质量。
7.2 粘性土的液限、塑限试验一、试验目的细粒土由于含水率不同，分别处于流动状态，可塑状态、半固体状态和固体状态。
液限是细粒土呈可塑状态的上限含水率，塑限是细粒土呈可塑状态的下限含水率。
本试验是测定细粒土的液限和塑限含水率，用作计算土的塑性指数和液性指数，按塑性指数或塑性图对粘性土进行分类，并可结合土体的原始孔隙比来评价粘性土地基的承载能力。
二、试验方法土的界限含水率试验方法有：液、塑限联合测定法，碟式仪液限试验和滚搓法塑限试验等。
滚搓法试验缺点主要是标准不易掌握，人为因素影响较大，对低塑性土影响尤甚，往往得出偏大结果；因该法简便易行，常与碟式仪液限试验配套，现仍列入《标准》。
三、塑限试验——滚搓法1.仪器设备毛玻璃板，200mm *300mm ；卡尺，分度值0.02mm 。
(1) 选取具有代表性的天然含水率或风干土样，若土中含有较多大于0.5mm 的颗粒或夹有大量的杂物时，应将土样风干后用带橡皮头的研棒研碎或用木棒在橡皮板上压碎，过0.5mm 的筛。
(2) 取过筛的土样不少于100g 放入调土碗里，加蒸馏水调拌、浸润，使其含水率接近塑限，然后用玻璃片或湿布覆盖，静止24h 备用。
(3) 先称称量盒的质量m 1。
取一小块接近塑限的土样，用手捏成橄榄状，再用手掌在毛玻璃上轻轻地搓滚，滚搓时手掌的压力要均匀地施加在土条上，不得使土条在毛玻璃上无力滚动。
土条长度不宜超过手掌宽度。
在滚动时，不应从手掌下任一边脱出，土条在任何情况下，不得产生中空现象。
(4) 当土条搓至直径为3mm 时，土条产生裂缝，并开始断裂，此时土中含水率即为塑限含水率。
当土条直径搓至3mm 仍未发生裂缝或断裂，表示土的含水率高于塑限；若土条直径搓至大于3mm 时就产生裂缝或断裂，则表示含水率低于塑限。
在这两种情况下，都应对土样重新进行调制后再进行试验，直至合格为止。
(5) 取滚搓合格的土条放入称量盒中，随即盖紧盒盖，待收集3～5g 合格的土条后称盒加湿土质量。
把土样烘干后再称盒加干土质量。
测定土条含水率。
(6) 本试验应进行两次平行测定，两次测定的差值不得大于2％，取两次测定的算术平均值3.成果整理(1) 按式（7—5）计算含水率：()001100d w m m =-⨯ （7—5）式中：w 0 —— 含水率（％）；m0——湿土质量（g）；m d——干土质量（g）。
(2) 塑限含水率w p(%)取两次测定的平均值：(3) 填写试验记录。
格式见表7-4。
表7-4 搓条法塑限试验记录试验日期试验者计算者校核者试样编号盒号湿土质量（g）干土质量（g）含水率（%）塑限（%）4.注意事项(1) 在搓条时用力要均匀，避免出现空心或卷心现象。
(2) 保持手掌和毛玻璃的清洁。
(3) 在任何含水率情况下，试样搓到大于３毫米就发生断裂，说明该土无塑性。
四、液限塑限联合测定法1.仪器设备：液塑限联合测定仪（图7—1）；天平；称量盒；电吹风；烘箱；干燥器；其它：调土碗、调土刀、凡士林、蒸馏水、滴管、研钵、带橡皮头的研棒及0.5mm 筛等。
123465图7-1 液塑限联合测定仪1—显示屏；2—电磁铁；3—带标尺的圆锥仪；4—试验杯；5—控制开关；6—升降座2.试验步骤：(1) 选取具有代表性的天然含水率或风干土样，若土中含有较多大于0.5mm 的颗粒或夹有大量的杂物时，应将土样风干后用带橡皮头的研棒研碎或用木棒在橡皮板上压碎，过0.5mm的筛。
(2) 取过筛的土样不少于200g分别放入三个调土碗里，加不同数量的蒸馏水，土样的含水率分别控制在液限、略大于塑限和二者的中间状态。
用调土刀调匀，用玻璃片或湿布覆盖，静置24h备用。
(3) 将制备好的土样用调土刀调拌均匀，分层密实地填入试样杯中，使空气逸出。
试样杯装满后，刮平表面。
(4) 调平机身，提起锥杆，锥尖涂少许凡士林。
(5) 将装好土样的试样杯放在升降座上，转动升降旋钮，使试样杯徐徐上升，土样表面和锥体尖接触，蜂鸣器报警，停止升降，按检测键，同时锥体立刻自行下沉，5S时液晶显示器上显示锥入深度(记录)，试验毕，手拿锥体向上，锥体复位。
