土力学实验教案

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，11ds w ss w s V m ρρρ==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。

《土力学教案》word版一、教案概述1. 课程名称：土力学2. 适用年级：大学本科一年级3. 课时安排：本学期共32课时，每课时45分钟4. 教学目标：使学生了解土力学的基本概念、基本原理和基本方法，培养学生分析和解决土力学问题的能力。

二、教学内容1. 第一章土的性质与分类土的组成与结构土的物理性质土的力学性质土的工程分类2. 第二章土的渗透性渗透定律土的渗透系数土的渗透性影响因素渗透问题在工程中的应用3. 第三章土的压力与支撑力土的自重压力静止侧压力主动土压力被动土压力支撑力的计算与应用4. 第四章土的剪切强度与变形特性剪切强度定律土的抗剪强度指标土的变形特性土的变形模量土的泊松比5. 第五章土的稳定性分析土体稳定性的影响因素滑动面与安全系数土的抗滑稳定性分析方法土体稳定性计算实例三、教学方法1. 讲授法：讲解土力学基本概念、原理和公式，阐述土力学问题的解决方法。

2. 案例分析法：分析实际工程案例，使学生更好地理解土力学的应用。

3. 实验法：组织学生进行土力学实验，培养学生的实践操作能力。

4. 小组讨论法：分组讨论土力学问题，提高学生的团队合作能力。

四、教学评价1. 平时成绩：考察学生的出勤、作业、课堂表现等情况。

2. 期中考试：测试学生对土力学基本概念、原理和方法的掌握程度。

3. 期末考试：全面考察学生对本课程知识的掌握和应用能力。

4. 实验报告：评价学生在实验过程中的操作技能和分析问题能力。

五、教学资源1. 教材：推荐《土力学》（第四版），作者：李广信。

2. 辅助教材：推荐《土力学教程》，作者：李俊。

3. 网络资源：搜集相关土力学的学术论文、工程案例等，为学生提供丰富的学习资料。

4. 实验室设备：进行土力学实验，验证土力学原理。

5. 投影仪、PPT等教学设备：辅助课堂教学。

六、第四章土的剪切强度与变形特性（续）土的剪切带发展土的应变软化现象土的残余强度三轴剪切试验土的剪切模量土的剪切强度公式的应用七、第五章土的稳定性分析（续）边坡稳定性分析地基承载力分析土体稳定性设计方法土体稳定性分析的数值方法稳定性分析在工程中的应用实例八、第六章土的动力特性土的动应力与动应变动三轴试验土的动力模量土的阻尼比地震作用下的土动力学问题土的动力特性在工程中的应用九、第七章土的工程应用土在基础工程中的应用土在地下工程中的应用土在道路工程中的应用土在水利工程中的应用土在边坡工程中的应用土在环境工程中的应用十、第八章土力学的实验技术与方法土的物理性质试验土的力学性质试验土的渗透性试验土的剪切强度试验土的动力特性试验实验数据处理与分析十一、第九章土力学数值分析方法土力学数值分析的基本原理有限元法在土力学中的应用有限差分法在土力学中的应用离散元法在土力学中的应用土力学数值分析软件介绍数值分析在土力学问题中的应用实例十二、第十章土力学与地基基础地基的概念与分类地基承载力理论地基变形控制原则地基处理技术地基基础设计方法地基基础在工程中的应用实例十三、第十一章边坡工程边坡稳定的影响因素边坡稳定性分析方法边坡稳定控制技术边坡加固与维护边坡工程实例分析十四、第十二章地下工程地下工程概述地下工程设计原则地下工程支护技术地下工程施工方法地下工程实例分析十五、第十三章土力学在环境工程中的应用土力学在土地利用规划中的应用土力学在地质灾害防治中的应用土力学在土壤污染控制中的应用土力学在生态系统保护中的应用土力学在环境工程实例分析中的应用十一、第十四章土力学在岩土工程中的应用岩土工程概述岩土工程设计原则岩土工程勘察方法岩土工程支护与加固技术岩土工程实例分析十二、第十五章土力学在结构工程中的应用结构工程概述结构工程设计原则结构工程与土力学的关系结构工程的地基处理技术结构工程实例分析十三、第十六章土力学在交通运输工程中的应用交通运输工程概述交通运输工程设计原则交通运输工程的土力学问题交通运输工程的地基处理技术交通运输工程实例分析十四、第十七章土力学在水利工程中的应用水利工程概述水利工程设计原则水利工程的土力学问题水利工程的地基处理技术水利工程实例分析十五、第十八章土力学发展趋势与展望土力学研究的新进展土力学在新技术中的应用土力学在可持续发展中的作用土力学教育与人才培养土力学未来发展趋势与挑战重点和难点解析土力学作为一门研究土壤性质及其与工程结构相互作用的学科，具有很强的实践性和应用性。

《土力学》教案参考书：《土力学》，张克恭，刘松玉主编，中国建筑出版社《土力学地基基础》清华大学（第三版）《建筑基础工学》，山肩帮男，永井兴史郎，富永晃司，伊藤淳志著，朝仓书店《土质力学》，山口柏树著，技报堂出版。

一、课程性质和任务土力学的主要任务是：保持土力学系统性和科学性，突出重点，避免与已修课程的简单重复，将重点放在与工程应用有密切关系的工程地质和土力学基本知识和基本理论上，以提高学生的理论水平和实际应用能力。

在学习本课程之前，应学完材料力学、结构力学等课程。

二、课程的基本内容绪论1．土力学的概念及学科特点(Concept of soil mechanics and its characteristics)2．土力学的发展史 (Development of soil mechanics)3．本课程的内容，要求和学习方法(Content, demand and study techniques)第1章土的物理性质及分类(Physical characteristics of soil and its sorts)1.1概述(Outline)1.2土的组成Soil constitution)1.2.1土中固体颗粒（Soil particle）1.2.2土粒粒度分析方法(Method of particle size analysis)1.2.3土中水和土中气(Water and air in soil)1.2.4粘土颗粒与水的相互作用(interaction of clay particle and water)1.2.5土的结构和构造(Soil structure)1.3土的三相比例指标(Phase relationship)1.3.1指标的定义(Definition of phase)1.3.2指标的换算(Conversion among phase)1.4无粘性土的密实度(Density of sandy-soil)1.4.1 沙土的相对密（实）度(Relative Density of sand)1.5粘性土的物理特征(Physical characteristics of clay)1.5.1粘性土的可塑性及界限含水量(Plasticity of clay and its consistencylimit (Atterberg limit) )1.5.2粘性土的可塑性指标(plastic index of clay)1.5.3粘性土的结构性和触变性1.5.4粘性土的胀缩性，湿陷性和冻胀性1.6土的分类标准(Soil classification)1.6.1 土的分类原则(Principle of sorting soils)1.6.2 土的分类标准 (Benchmark of soil sorts)1.7地基土的工程分类(Sorts of soil in engineering)1.7.1建筑地基土的分类(Soil sorts in architechtural foundation)1.7.2公路桥涵地基土的分类(Soil sorts in bridge and culvert foundation)1.7.3公路路基土的分类(Soil sorts in roadbed foundation)思考题与习题（Problems）第2章土的渗透性及渗流(Soil permeability and seepage)2.1概述(Outline)2.2土的渗透性(Soil permeability)2.2.1土的层流渗透定律(permeability law)2.2.2渗透试验与渗透系数(permeability test and coefficient of permeability)2.3土中二维渗流及流网简介(2D seepage and introduction of flow net)2.3.1 二维渗流方程(Equation of 2D seepage)2.3.2 流网特征与绘制(Characteristic of flow net)2.4渗透破坏与控制(Breakage due to permeability and its control)2.4.1渗流力(seepage force)2.4.2流砂或流土现象(Sand boiling)2.4.3管涌现象和潜蚀作用（）思考题与习题第3章土中应力（Soil stress）3.1概述（Outline）3.2土中自重应力（Stress due to soil deadweight）3.2.1均质土中自重应力（Stress due to deadweight in homogeneous soils）3.2.2成层土中自重应力（Stress due to deadweight in layered soils）3.2.3地下水位升降时的土中自重应力（Stress due to deadweight when soil is layered）3.3基底压力（接触应力）(Attached Pressure)3.3.1 基本概念(Basic concept)3.3.2 基层压力的简化计算(Simplified method of calculating the contact pressure)3.3.3 基底附加应力(The contact pressure)3.3.4 桥台前后填土引起的基底附加应力(The additional contact pressure due to filling at the front and back of abutment )3.4地基附加应力(add-stresses of foundation)3.4.1竖向集中力下的地基附加应力(add-stresses of foundation due to a point vertical load)3.4.2矩形荷载和圆形荷载下的地基附加应力(add-stresses of foundation due to a uniform pressure in a rectangular area or in a circular area)3.4.3线荷载和条形荷载下的地基附加应力(add-stresses of foundation due to a line load and/or a pressure in a strip area)3.4.4非均质和各向异性地基中的附加应力(add-stresses in nonhomogeneous or anisotropic soils)思考题与习题(problems)第4章土的压缩性及固结理论(Soil compression and consolidation theory)4.1概述(Outline)4.2土的压缩性(Soil compression)4.2.1固结试验及压缩性指标(Consolidation test and the parameters of soil compression)4.2.2现场载荷试验及变形摸量(In-situ load test and distortion modulus)4.2.3土的弹性摸量(Elastic modulus)4.3饱和土中的有效应力(Effective stresses in saturated soil)4.3.1饱和土中的有效应力原理(Principle of effective stresses in saturated soil)4.3.2 土中水渗流时的土中有效应力(Influence of seepage on effective stresses)4.3.3 毛细水上升时的土中有效应力(Influence of suction on effective stresses)4.4土的单向固结理论(Theory of 1D consolidation)4.4.1饱和土的渗透（流）固结(Consolidation of saturated soils)4.4.2太沙基一维固结理论（Terzaghi’s t heory of consolidation）4.4.3土的固结系数(Coefficient of consolidation)思考题与习题(problems)第5章地基沉降(settlement)5.1概述(outline)5.2地基的最终沉降量(Final settlement)5.2.1按分层总和法计算最终沉降量(Final settlement: one dimensional method)5.2.2弹性力学公式计算最终沉降量(Final settlement by elastic equation)5.2.3变形发展三分法（斯肯普顿法）计算最终沉降量(Final settlement by Skepton-Bjerrum method) 5.2.4最终沉降量计算方法的讨论(Discussion on methods of calculating final settlement)5.3应力历史对地基沉降的影响(Influence of stress history on foundation settlement)5.3.1沉积土层的应力历史(Stress history of deposit layers)5.3.2地基固结沉降的计算(Calculating the consolidation settlement of foundation)5.4应力路径法计算地基沉降简介(Introduction of the stress path method )5.5地基沉降与时间的关系(Relationship between foundation settlement and time)5.5.1地基固结过程中任意时刻的沉降量(Settlement at any time during consolidation)5.5.2利用沉降观测资料推算后期沉降量(Estimating the later settlement by measurement)思考题与习题(problems)第6章土的抗剪强度(Shear strength)6.1概述(Outline)6.2土的抗剪强度理论(Theory of shear strength)6.2.1 库仑公式及抗剪强度指标(Coulmb equation and shear strength indexes)6.2.2莫尔-库仑强度理论及极限平衡条件(The Mohr-Coulmb failure criterion)6.3土的抗剪强度试验(Tests on shear strength)6.3.1直接剪切试验(Direct shear test)6.3.2三轴压缩试验(Triaxial compression test)6.3.3无侧限抗压强度试验()6.3.4十字板剪切试验6.4三轴压缩试验中的孔隙压力系数Coefficient of void stress in triaxial compression test 6.5饱和粘性土的抗剪强度6.5.1不固结不排水抗剪强度（不排水抗剪强度）6.5.2固结不排水抗剪强度6.5.3固结排水抗剪强度6.5.4抗剪强度指标的选择6.6应力路径在强度问题中的应用6.7无粘性土的抗剪强度思考题与习题第7章土压力7.1概述7.2挡土墙侧的土压力7.3朗肯土压力理论7.3.1主动土压力7.3.2被动土压力7.3.3有超载时的主动土压力7.3.4非均质填土的主动土压力7.4库伦土压力理论7.4.1主动土压力7.4.2被动土压力7.4.3粘性土和粉土的主动土压力7.4.4有车辆荷载时的土压力7.4.5朗肯理论与库伦理论的比较思考题与习题第8章地基承载力8.1概述8.2浅基础的地基破坏模式8.2.1三种破坏模式8.2.2破坏模式的影响因素和判别8.3地基临界荷载8.3.1地基塑性区边界方程8.3.2地基的临塑荷载和临界荷载8.4地基极限承载力8.4.1普朗德尔和赖斯纳极限承载力8.4.2太沙基极限承载力8.4.3汉森和魏锡克极限承载力8.5地基容许承载力和地基承载力特征值思考题与习题第9章土坡和地基的稳定性9.1概述9.2无粘性土坡的稳定性9.3粘性土坡的稳定性9.3.1整体圆弧滑动法土破稳定分析9.3.2毕肖普条分法土破稳定分析9.3.3杨布条分法土破稳定分析9.3.4土体抗剪强度指标及稳定安全系数的选择9.3.5坡顶开裂时的土破稳定分析9.3.6土中水渗流时的土破稳定性9.4地基的稳定性思考题与习题第10章土在动荷载作用下的特性10.1概述10.2土的压实性10.2.1击实试验及压实度10.2.2土的压实机理及其影响因素10.3土的振动液化10.3.1土的振动液化机理及试验分析10.3.2影响土液化的主要因素10.3.3坡顶开裂时的土破稳定分析10.4反复荷载下土的强度和变形特性10.5土的动力特征参数简介思考题与习题绪论土力学的概念及学科特点土力学是研究土体的一门力学，它是研究土体的应力﹑变形﹑强度﹑渗流及长期稳定性的一门学科。

实验一土的基本物理性质指标试验密度测试实验一、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，是实验室的常用方法。

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，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。

5、本实验需进行二次平行测定，其平行差值不得不大于/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Ｍ式中ρ—湿密度g/cm3ρd—干密度g/cm3Ｍ1—环刀及土的质量(g) Ｍ2—环刀的质量(g ) Ｍ—湿土的质量(g)v—环刀的体积g/cm3 W——含水率%含水率测试（在试验三一起做）（1）定义土的含水率是指土在温度105—110℃下烘到恒重时所失去的水分重量与达到恒重后干土重量的比值，以百分数表示。

（2）试验目的测定土的含水率，以了解土的含水情况。

含水率是计算土的孔隙比、液性指数、饱和度和分析其它物理力学性质不可缺少的一个基本指标。

（3）试验方法烘干法、酒精燃烧法、炒干法和比重法、实容积法等。

本实验采用常用的烘干法。

（4）仪器设备1）电子天平：感量。

2）烘箱：保持温度105～110℃的自动控制的电热恒温烘箱。

3）铝盒：根据所用铝盒号码可从实验室查出其重量。

4）干燥器：通常常用附有氯化钙干燥剂的玻璃干燥缸。

土力学实验指导书浙江科技学院建筑工程学院2004年5月学时：2学时 一、目的要求：测定土在天然状态下单位体积的质量。

二、试验方法适用范围 一般粘性土，宜采用环刀法易破碎，难以切削的土，可采用蜡封法对于砂土与砂砾土，可用现场的灌砂法或灌水法。

三、仪器设备符合规定要求的环刀，精度为0.01g 的天平，其他：切土刀，凡士林等。

四、操作步骤（1）测出环刀的容积V ，在天平上称环刀质量m 1。

（2）取直径和高度略大于环刀的原状土样或制备土样。

（3）环刀取土：在环刀内壁涂一薄层凡士林，将环刀刃口向下放在土样上，随即将环刀垂直下压，边压边削，直至土样上端伸出环刀为止。

将环刀两端余土削去修平（严禁在土面上反复涂抹），然后擦净环刀外壁。

（4）将取好土样的环刀放在天平上称量，记下环刀与湿土的总质量m 2五、数据记录与计算1、数据记录密度试验记录表（环刀法）2、计算土的密度：按下式计算 Vm m V m 12_==ρ 要求：密度试验应进行2次平行测定，两次测定的差值不得大于0.03g/cm 3,取两次试验结果的平均值。

学时：2学时 一、目的要求：土的含水率是土在105—1100C 下烘于恒量时所失去的水的质量和干土质量的百分比值。

土在天然状态下的含水率为土的天然含水率。

试验的目的：测定土的含水率。

二、试验方法适用范围（1）、烘干法：室内试验的标准方法，一般粘性土都可以采用。

（2）、酒精燃烧法：适用于快速简易测定细粒土的含水率。

（3）、比重法：适用于砂类土。

三、仪器设备烘箱：采用电热烘箱；天平：称量200g,分度值0.01g ；其他：干燥器，称量盒。

四、试验操作步骤（1）取代表性试样，粘性土为15—30g,砂性土、有机质土为 50g,放入质量为m 0的称量盒内，立即盖上盒盖，称湿土加盒总质量m 1，精确至0.01g.（2）打开盒盖，将试样和盒放入烘箱，在温度105——1100C 的恒温下烘干。

烘干时间与土的类别及取土数量有关。

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%。