土力学实验讲义

实验一 土的三项基本物理性指标的测定一、实验目的土的三项基本物理性指标是指土粒比重ds 、土的含水量w 和密度ρ，一般由实验室直接测定其数值。

在测定这三个基本指标后，可以换算出其余各个指标。

二、实验原理和方法1．土粒相对密度ds土粒质量与同体积的4℃时纯水的质量比，称为土粒比重（无量纲），亦称土粒相对密度，即式中 ρs ——土粒密度，即土粒单位体积的质量，g/cm 3；ρw1——4℃时纯水的密度，等于1g/cm 3或1t/ m 3。

一般情况下，土粒相对密度在数值上就等于土粒密度，但两者的含义不同。

土粒比重决定于土的矿物成分，一般无机矿物颗粒的比重为2.6～2.8；有机质为2.4～2.5；泥炭为1.5～1.8。

土粒（一般无机矿物颗粒）的比重变化幅度很小。

土粒比重可在试验室内用比重瓶法测定。

通常也可按经验数值选用，一般土粒土粒相对密度参考值见下表。

土粒相对密度参考值2．土的含水量w土中水的质量与土粒质量之比，称为土的含水量，用百分数表示，即%100⨯=swm m ω 11ds w ss w s V m ρρρ==含水量w 是标志土含水程度（湿度）的一个重要物理指标。

天然土层的含水量变化范围很大，它与土的种类、埋藏条件及所处的自然地理环境等有关。

土的含水量通常采用“烘干法”测定。

从含水量的定义可知，实验的关键是怎样测得一块土中所含水份质量以及颗粒质量。

所谓烘干法便是为此设计的一种实验方法。

先称小块原状土样的湿土质量，然后置于烘箱内维持100～105℃烘至恒重，再称干土质量，湿、干土质量之差与干土质量的比值，就是土的含水量。

计算公式为：%1000221⨯--=m m m m ω式中： W ——含水量（%） m 1——盒加湿土质量（g ） m 2——盒加干土质量（g ）m 0——铝盒的质量（g ），按盒号查表可得，由实验室提供。

3．土的密度ρ土单位体积的质量称为土的密度，g/cm 3。

在天然含水量情况下的密度称为天然密度，即Vm=ρ 测定密度的目的是为了了解土体内部结构的密实情况。

绪论一、土力学学科的重要性土是地壳岩石经受强烈风化的产物，是各种矿物颗粒的集合体，由固体颗粒、水、和空气三相组成。

土力学学科研究和解决工程中两大类问题：⎩⎨⎧土体变形问题土体稳定问题【工程实例】二、本课程的主要特点、内容及学习建议第一章土的物质组成和结构【基本内容】土＝土粒（固相）＋水（液相）＋空气（气相）一、土的固体颗粒土粒的大小、形状、矿物成分和级配对土的物理性质有明显影响。

1．土的颗粒级配⑴ 粒组的概念： 工程中将大小相近、性质相近的颗粒归并成组，称为粒组。

各粒组的界限粒径：200mm ，20mm ，2mm ，0.075mm ，0.005mm⑵ 确定各粒组相对含量的方法——颗粒分析试验⎩⎨⎧≥mm d mm d 0.075075.0——筛分法——比重计法试验成果——颗粒级配曲线【课堂讨论】为什么土的级配曲线用半对数坐标？⑶ 级配曲线的特点：半对数坐标⎩⎨⎧土质量含量（％）纵坐标－小于某粒径的）粒粒径（横坐标－对数坐标－土mm⑷ 判别土体级配好坏的指标⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧10602301060d d d C d d C c u ＝曲率系数＝不均匀系数当同时满足Cu ≥5,Cc=1~3时，土的级配良好，否则，级配不良。

2．土粒的矿物成分⎩⎨⎧原生矿物次生矿物二、土中水⎪⎩⎪⎨⎧⎩⎨⎧⎩⎨⎧强结合水—对土性质影响大—弱结合水结合水用—受重力和表面张力作—毛细水—受重力作用自由流动—重力水自由水三、土中气体⎩⎨⎧非封闭气体—对土的性质影响大—封闭气体四、土的结构⎪⎩⎪⎨⎧形式—是粘性土的主要结构—絮状结构—以粉粒为主的土—蜂窝结构—常见于砂土、碎石土—单粒结构五、土的构造⎩⎨⎧层理构造裂隙构造【校园现场观察土的特点】【现场提问答疑】【本次课总结】1．土是由固体（土粒）、液体（水）和气体（空气）三相所组成；2．粒径级配曲线的特点及用途；3．常见土的结构及构造形式。

【复习思考】1．粘土颗粒表面哪一层水膜对土的工程性质影响最大，为什么？2．为什么土的级配曲线用半对数坐标？【课后作业】第二章 土的工程性质和工程分类一、土的物理性质指标【基本内容】反映着土的物理状态,如干湿软硬松密等。

土力学实验指导书土木工程2018年目录实验一土的含水量实验实验二土的容重和干密度实验<环刀法）实验三 A、液限、塑限实验<用光电式液塑限测定仪法）B、塑限实验<搓条法）实验四土的抗剪强度实验实验五土的固结实验实验六土的渗透实验实验一土的含水量实验一、目的本实验之目的在于测定土的含水量，借与其它实验配合计算土的干密度，孔隙比及饱和度等；并查表确定地基土的承载力。

b5E2RGbCAP二、解释含水量为土在105℃~110℃下烘至恒重时所失去水分的质量和到达恒值后干土质量的比值，用百分数表示<本实验方法适用于有机物的含量不超过干土质量的5%的土，如有机物含量在5~10%之间的土，仍采用本方法时，应在记录中注明）。

p1EanqFDPw三、仪器设备<1）有盖的称量盒数只；<2）天平、感量0.01克；<3）烘箱<温度105℃~110℃）；<4）有干燥剂<）干燥器。

四、操作步骤<1）选取具有代表性的土样15~20克<砂性土、有机质土为50克），放入称量盒内，盖好盒盖，称盒加湿土质量。

DXDiTa9E3d <2）打开盒盖、放入烘箱，在温度105℃~110℃下烘干至恒值,烘的时间一般为：对砂性土不得少于6小时,对粘性土不得少于8小时.RTCrpUDGiT<3）将烘好的试样同称量盒一并放入干燥器内，让其冷却至室温。

<4）从干燥器内取出试样，称盒加干土质量。

<5）本实验称量应准确至0.01克以上，同一实验进行两次平行测定，取其算术平均值。

<6）按下列公式计算含水量×100 %式中：——为含水量，用%；W1——称量盒加湿土质量，克；W2——称量盒加干土质量，克；W——称量盒质量，克。

本实验须进行2两次平行测定，其平行误差规定为：<1）当含水量小于40%时，允许平行误差1%；<2）当含水量等于或大于40%，允许平行误差2%。

土力学试验指导书适用2013级土木工程专业土木工程与建筑系试验一 土的物理性质实验一、实验目的通过测定土样的含水量ω、密度ρ、相对密度d s ，确定土的三相比例指标； 二、实验要求1 由实验室提供一组扰动土样，要求学生测定该土样的含水量、密度和土的相对密度；2根据实验结果要求学生确定该土的孔隙比e 、孔隙率n 、饱和度S r 、干土密度ρd 、和饱和密度ρsat等物理指标；项目一、含水量实验（烘干法）土的含水量w 是指土在105～110℃的温度下烘至恒量时所失去的水分质量和达恒重后干土质量的比值，以百分数表示。

本实验采用烘干法，此法为实验室内实验的标准方法。

一、仪器设备（1） 电热烘箱：温度能保持在105～110℃。

（2） 天平：称量200g ，感量0.01g ； （3） 其它：干燥器、称量盒等。

二、操作步骤1．取一个称量盒并记录盒号，然后用天平称取盒的质量m 0。

2．从土样中选取具有代表性的试样，粘性土为15—30g,砂性土、有机质土和整体状构造冻土为 50g,放入称好质量的称量盒内，立即盖上盒盖，称盒加湿土的总质量m 1。

3．揭开盒盖，将试样和盒一起放入烘干箱内，在105～110℃恒温下烘至恒重。

试样烘至恒重的时间，粘性土不得少于8h ，砂性土不得少于6h 。

含有机质超过5%的土需在65～70℃的恒温下进行烘干。

4．按规定时间烘干后，取出称量盒，立即盖好盒盖，置于干燥器内冷却至室温后，称取盒和干土的质量m 2。

5．本实验称量应准确至0.01克。

三、成果整理按下式计算试样的含水量（精确至0.1%）%1000221⨯=--m m mm ω式中：ω—含水量（％），准确至0.1%；m 1—称量盒与湿土质量，克；m 2—称量盒与干土质量，克；m 0—称量盒质量，克。

四、实验记录五、注意事项1、试验时打开土样应立即进行测定，以免改变土样中的水份散失，影响实验结果。

2、本试验需进行2次平行测定，并取两个含水量测值的算术平均值，允许平行差值应符合下表规定。

土力学试验指导书1 概述土工试验包括的内容很多，本讲义主要介绍室内试验的一部分；{建筑地基基础设计规范》GBJ7—89规定的试验项目为：一、粘性土：颗粒分析，天然密度，天然含水率、比重、可塑性及抗剪强度。

二、砂土：颗粒分析，天然密度，天然含水率，比重及自然休止角。

三、碎石土：必要时可作颗粒分析。

对含粘性土较多的碎石土，宜测定天然土的天然含水量和可塑发生。

必要时，可作现场大体积密度试验。

四、岩石：必要时，应测定饱和状态的无侧限抗压强度。

土木工程，教学大纲规定的试验项目为：天然密度，天然含水量，流塑限试验，压缩试验和抗剪强度试验。

本试验指导书按《土工试验方法标准》编写，试验最后结果为SI单位。

2 密度试验密度试验的目的是测定土的单位体积的质量（称为密度），以便了解土的疏密和干湿状态，供换算土的其他物理力学指标和设计之用。

对一般粘牲土，多采用环刀法，即用一定体积的环刀切土，然后称重，得出环刀内土的体积和质量即可算出土的密度。

如果土样易碎裂，难以切削，可改用蜡封法。

现场条件下，对粗颗粒土，可用灌砂法或灌水法。

环刀法1．仪器设备（1）环刀，内径61.8mm和79.8mm，高度20mm。

（体积分别为60cm3和100cm3）。

（2）天平：称量500g，最小分度值0.18或称量200g，最小分度值0.018。

（3）其它：修土刀、刮刀、凡士林油等。

2．操作步骤（1）在环刀内壁涂一层薄薄的凡士林油，并将其刃口向下放在土样上。

（2）用修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，到土样伸出环刀为止。

（3）用刮土刀仔细刮平两端余土，注意刮平时不得使土样扰动或压密。

（4）擦净环刀外壁，称量环刀加土的质量，准确至0.01g 。

（5）按下式计算土的密度()00ρ+-=m m m Vρ ——土的密度（3/g cm ）0m m +——环刀加土的质量（g ）V ——环刀体积（cm 3） 3．试验记录与计算测量时，为了减小误差，要求测两次，且两次平行测定的允许值，不得超过0.03g/cm 3密度试验 （环刀法）工程编号： 试验者： 钻孔编号： 计算者： 试样说明： 校核者：结果分析：附：1．当土样坚硬、易碎或含有粗颗不易修成很规则形状，采用环刀法有困难时，一般采有蜡封法——将要测定密度的土样，称出质量后浸入刚熔化的石蜡中，使试样表面包上一层蜡膜，分别称量蜡加土在空气及水中的质量，已知蜡的密度，通过简单的计算便可求得土的密度。

土力学实验指导书一、含水率试验（烘干法）（一）试验目的测量土的含水率，以介绍土的含水情况，就是排序土的孔隙比、液性指数、饱和度和其它物理力学性质不可缺少的一个基本指标。

（二）试验原理含水率充分反映土的状态，含水率的变化将并使土的一系列物理力学性质指标随之而异。

这种影响整体表现在各个方面，例如充分反映在土的甜度方面，并使土沦为柔软的、Bellary的或流动的；充分反映在土内水分的饱和状态程度方面，并使土沦为稍烫、积沙或饱和状态的；充分反映在土的力学性质方面，能够并使土的结构强度减少或增大，密切或结石，形成压缩性及稳定性的变化。

测量含水率的方法存有研磨法、酒精冷却法、炒作干法、微波法等等。

（三）仪器设备1．烘箱：使用温度能够维持在105～110℃的电热烘箱。

2．天平：秤500g，分度值0.01g。

3．其它：干燥器、秤盒等。

（四）操作步骤1．湿土秤：挑选出具备代表性的试样15～20g，放进盒内，立即砌不好盒盖，称出盒与湿土的总质量。

2．烘干冷却：打开盒盖，放入烘箱内，在温度105～110℃下烘干至恒重后，将试样取出，盖好盒盖放入干燥器内冷却，称出盒与干土质量。

烘干时间随土质不同而定，对粘质土不少于8h；砂类土不少于6h。

（五）试验注意事项1．刚刚烘干的土样要等冷却后才称重；2．称重时精确至小数点后二位。

（六）计算公式按下式计算土的含水率：mo―盒质量，g；m?m?m2?100%?1?100%msm2?m0式中：ω―含水率，计算至0.1%m1―盒保鲜土质量，g；m2―盒提干土质量，g；m1－m2―土中水质量，g；m1－mo―干土质量，g含水率试验需进行二次平行试验，其平行差值不得大于2％，取其算术平均值。

（七）试验记录（见到附表3－1）含水率试验记录表（烘干法）附表3－1试验者吴煌峰校核者黄国怡试验日期2021年3月20日盒质量土样盒号编号123124盒保鲜土质盒提干土质量水质量量干土质量含水率（％）mo（g）m1（g）43.3243.13m2（g）38.6338.45m1-m2（g）4.694.68m2-mo（g）15.0514.89单值平均值31.231.331.41223.5823.56二、密度试验（环刀法）（一）试验目的测定土的湿密度，以了解土的疏密和干湿状态，供换算土的其它物理性质指标和工程设计以及控制施工质量之用。

土力学实验指导书《土力学》实验教学指导书实验项目一：土的物性实验一、实验目的1、测定土的天然密度，以便了解土的疏密状态与其它实验配合计算土的干密度、孔隙比及饱和度等物理性质指标；2、测定粘性土的液限和塑限从而计算塑性指数和液性指数，评价粘性土地基的容许承载力；并按塑性指数或塑性图进行土的分类。

二、实验设备环刀、天平、切土刀、钢丝锯、玻璃片、凡士林、烘箱、干燥器；铝盒；液、塑限联合测定仪等。

三、实验原理1、环刀法测土的密度土的密度是单位体积土的质量。

土单位体积中固体颗粒的质量称为土的干密度；土体孔隙中充满水时的单位体积质量称为土的饱和密度；在计算自重应力时，须采用土的重力密度，即重度，是指单位体积土的重量。

ρ=(m2－m1)／V；式中：ρ――土的湿密度（g/cm3）m1――环刀的质量（g）；m2――环刀加土的质量（g）。

(1-1)v―环刀体积（cm3）ρd=ρ／(1＋0.01w)式中：ρd――土的干密度（g/cm3）；(1-2)ρ――土的湿密度（g/cm3）；。

w――土的含水量（％）2、烘干法测土的含水量土的含水量是土中水的质量与干土质量的比值，烘干法是根据加热后水份蒸发的原理，将已知质量的土样放入烘箱内，在100～105℃温度条件下烘干至恒重时，失去的水的质量与干土质量的比值，即是含水量，用百分数表示。

w0=（m0－1）×100md（1-3）式中：w0―土的含水量（%）m0―湿土的质量（g）md―干土的质量（g）含水量实验应进行两次平行测定，两次测定的差值，当含水量小于40%时，不得大于1%，当含水量大于、等于40%时，不得大于2%，取二者的算术平均值。

3、液限、塑限联合测定根据用圆锥仪测得的入土深度与其相应的含水量在双对数坐标上具线性关系的特性，本实验用水电式液、塑限联合测定仪（见图1）测得土在不同含水量时的圆锥入土深度，绘制其关系直线图（见图2），据入土深度在图上找出该试样的液限和塑限。

实验一试样制备一、试验目的及原理土样在试验前必须经过制备程序，包括土的风干碾散过筛匀土分样和贮存等预备程序以及制备试样程序。

土样制备程序视需要的试验而异，故土样制备前应拟定土工试验计划，对密封的原状土样除小心搬运和妥善存放外，在试验前不应开启，试验前如需要进行土样鉴别和分类必须开启时，则在检验后应迅速妥善封好贮藏应使土样少受扰动。

本规程适用于扰动土样的预备程序扰动土样和原状土样的制备程序。

制备特殊试样的程序分别在有关试验项目中阐述。

二、主要仪器和耗材试样制备所需的主要仪器设备，包括：（1）孔径0.5mm、2mm的细筛；（2）孔径0.075mm的洗筛；（3）称量10kg、最小分度值5g的台秤；（4）称量5000g、最小分度值1g和称量200g、最小分度值0.01g的天平；（5）不锈钢环刀（内径61.8mm、高20mm；内径79.8mm、高20mm或内径61.8mm、高40mm）；（6）击样器：包括活塞、导筒和环刀；（7）其他：切土刀、钢丝锯、碎土工具、烘箱、保湿器、喷水设备、凡士林等。

三、试验内容及步骤：（一）原状土试样的制备步骤1、将土样筒按标明的上下方向放置，剥去蜡封和胶带，开启土样筒取土样。

2、检查土样结构，若土样已扰动，则不应作为制备力学性质试验的试样。

3、根据试验要求确定环刀尺寸，并在环刀内壁涂一薄层凡士林，然后刃口向下放在土样上，将环刀垂直下压，同时用切土刀沿环刀外侧切削土样，边压边削直至土样高出环刀，制样时不得扰动土样。

4、根据土样的软硬采用钢丝锯或切土刀平整环刀两端土样，然后擦净环刀外壁，称环刀和土的总质量。

5、切削试样时，应对土样的层次、气味、颜色、夹杂物、裂缝和均匀性进行描述。

对低塑性和高灵敏度的软土，制样时不得扰动。

6、从切削的余土中取代表性试样，供测定含水率以及颗粒分析、界限含水率等试验之用。

7、原状土同一组试样间密度的允许差值不得大于0.03g/cm3，含水率差值不宜大于2%。

⼟⼒学实验讲义《⼟⼒学》试验指导书重庆三峡学院⼟⽊学院2010.10⽬录实验⼀含⽔率试验和密度试验 (1)实验⼆颗粒分析试验 (3)实验三界限含⽔率（稠度）试验 (6)实验四压缩试验 (8)实验五直接剪切试验 (13)实验六击实试验 (17)实验七三轴压缩试验 (20)实验⼀含⽔率试验和密度试验⼀、试验⽬的⼟体含⽔率（ω）是⼟的物理性质指标之⼀。

⼟体含⽔率⾼低与粘性⼟的强度和压缩具有密切的关系。

⼟体在各种状态下的含⽔率是计算其它物理性质指标、测量其它物理状态指标的最基本试验。

⼟体的密度是⼟体直接测量所得的物理性质指标之⼀。

⼟体密度⼤⼩与⼟的松紧程度、压缩性、抗剪强度等均有密切联系。

⼟体密度是计算地基⾃重应⼒的重要参数。

⼆、测量仪器和⽅法（⼀）仪器设备1、恒温烘箱：⼀般要求在50℃~200℃范围内能在任⼀点保持⼀定恒温范围。

最常⽤的恒温范围在105℃~110℃，控制温度的精度⾼于±2℃；2、天平：200g ，感量0.01g 。

常⽤天平分机械天平和电⼦天平两类；环⼑，常⽤环⼑体积为60cm 33、附属设备：铝盒（称量盒）、⼲燥器、温度计等、切⼟⼑、钢丝锯、凡⼠林等。

（⼆）操作步骤测密度：1、取原状⼟或制务的扰动⼟样，整平两端，将环⼑内壁涂⼀薄层凡⼠林，刃⼝向下放在⼟样上，将环⼑垂直向下压⾄约刃⼝深处，⽤切⼟⼑（或钢丝锯）将⼟样切成略⼤于环⼑直径的⼟柱后，边压边削，直⾄⼟样伸出环⼑顶部，将两端余⼟削平；2、⽤切下的代表性⼟样测定含⽔率ω；3、擦净环⼑外壁，称环⼑加⼟的质量，准确⾄0.1g ；4、按1⾄3的步骤进⾏两次平⾏测定，两次测定的差值不得⼤于0.03g/cm 3，取两次测值的平均值。

测含⽔率：1、取测密度时装⼊环⼑中削出的多出⼟样15-30g ，放⼊铝盒内，迅速盖好盒盖，称量1m ，准确⾄0.01g ，称量结果减去铝盒质量0m ，得到湿⼟质量01m m m -=；2、打开铝盒盖，将试样和铝盒⼀起放⼊恒温烘箱，在温度105℃~110℃下烘⾄衡重。