土力学实验

1 高等岩土力学 土力学实验报告

学院名称 班 级 学 号 学生姓名

2016年 6月13日 2

目录 一、土的重度、含水量实验…………………………………………………… （3） 二、土的塑限和液限测定实验………………………………………………… （5） 三、土的固结实验……………………………………………………………… （7） 四、土的直剪实验……………………………………………………………… （9） 3

一、土的重度、含水量试验 1.实验目的： 1.熟悉土工实验中环刀、天平、烘箱等基本设备的操作方法； 2.通过本试验掌握土体的天然含水率试验方法，了解含水率指标在工程中的应用，并配合其它试验计算土的干密度、孔隙比及饱和度等其它指标； 3.通过本试验掌握土体的天然密度试验方法，了解天然密度指标在工程中的应用，并配合其它试验计算土的干密度、孔隙比及饱和度等其它指标。并初步了解土体密度大小与土的松紧程度、压缩性、抗剪强度的关系 2.实验原理： 土体中的自由水和弱结合水在105℃～110℃的温度下全部变成水蒸气挥发，土体粒质量不再发生变化，此时的土重为土颗粒质量加上强结合水质量，将挥发掉的水份质量与干土质量之比为土体含水率。即土体含水率是指土颗粒在105℃～110℃的温度下烘干至恒重时所失去的水份质量与烘干土质量的比值，用百分数表示。 单位体积土体质量称做土的密度，定义式为： ρ0=m0/V 单位体积土体的重量称作土的重度： γ= m0 g/V=ρ0g 式中：ρ0－土样湿密度（g/cm3）； γ—土的天然重度； m0－土样质量（g）； V－土样体积（cm3）。 实验室内直接测量的密度为湿密度(对原状土称作天然密度)。 0=mw/ms 式中：0 —土样含水率(％)； mw—土体所失去水分的质量(g)；

ms—烘干后土颗粒质量(g)。

3.实验仪器设备：

1.酒精及酒精灯：燃烧烘干土样至干土样 2.天平：称量200g，最小分度值0.01g； 3.其它工具：铝盒2个(编号为X 610和A 162)、开土刀、干燥器、温度计等。 （a）环刀：内径61.8mm（3个）和79.8mm（1个），高20mm； （b）其它工具：切土刀，玻璃板、钢丝锯，凡士林等

4.实验过程（内容、步骤、原始数据等）：

4.1实验内容： （1）制作土样； 4

（2）测定土的含水率； （3）测定土的重度。 4.2实验步骤： 1.用感量0.01g的天平称取铝盒和各环刀重量，记录铝盒和环刀的编号和重量； 2.取具有代表性的试样约15g（铝盒体积的1／4）放入铝盒内，（有机质土、砂类土和整体状构造冻土为50g），称铝盒加湿土质量，准确至0.01g，并记录铝盒号和盒加湿土质量。 3.倒入适量酒精于放有湿土样的铝盒，点燃烘干至酒精完全耗尽，并重复再做1次。称量已经过2次燃烧烘干至恒重的铝盒加干土的质量，准确至0.01g，并记录。 4.（a）取原状土或制备的扰动土样，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，用切土刀将士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，将环刀两端余土削平； （b）用铝盒中的代表性土样测定含水率； （c）擦净环刀外壁，称环刀加土的质量，准确至0.01g。 4.3原始数据： 密度实验数据见表1 表1 密度实验数据表

含水率实验数据见表2 表2 含水率实验数据表

4.4试验结果; 计算土的重度和含水率 表1 密度实验结果表

序号 土样编号 环刀质量/g 环刀与土质量/g 1 JG13-1 52.40 260.41 2 JG13-2 43.15 159.71 3 JG13-3 42.71 160.30 4 JG13-4 42.94 162.17

序号 铝盒编号 铝盒质量/g 铝盒与土、水质量/g 铝盒与土质量 /g 1 A-24 8.33 16.51 14.84 2 Y-509 8.42 16.63 14.89

序号 土样编号 环刀质量/g 环刀与土质量/g 土质量/g 土重度/kN/m3 平均重度/kN/m3 1 JG13-1 52.40 260.41 208.01 20.1

19.8 2 JG13-2 43.15 159.71 116.56 19.4 3 JG13-3 42.71 160.30 117.59 19.6 4 JG13-4 42.94 162.17 119.23 19.9 5

表2 含水率实验数据表 5.实验结论： 经过实验分析计算，得出如下结论： (1).所实验土样含水率为26.04%; (2).所实验土样重度可取19.8kN/m3； (3).通过本次试验，我们可以知道哪怕是取自同一地点的土样，含水率也是有差异的。

二、土的塑限和液限测定试验 1.试验目的 测定粘性土的液限ωL和塑限ωp，并由此计算塑性指数Ip、液性指数IL，进行粘性土的定名及判别粘性土的软硬程度。

2.试验原理

粘性土的状态随着含水率的不同而不同，当含水率不同时，粘性土可分别处于固态、半固态、可塑态及流动状态，粘性土从一种状态转到另一种状态的分界含水率称为界限含水率。土从流动状态转到可塑状态的界限含水率称为液限wl。 土从可塑状态转到半固态状态的界限含水率称为塑限wp；土的塑性指数Ip是指液限与塑限的差值，由于塑性指数在一定程度上综合反映了影响粘性土特征的各种重要因素，因此，粘性土常按塑性指数进行分类。 圆锥仪液限试验：就是将质量为76g圆锥仪轻放在试样的表面，使其在自重作用下沉入土中，若圆锥体经过5s恰好沉入土中10mm深度，此时试样的含水率就是液限。 搓条法测塑限：滚搓法塑限试验就是用手在橡胶面上滚搓土条，当土条直径达3mm时产生裂纹并断掉，此时试样的含水率即为塑限。

3.试验设备

3.1．液塑限联合测定仪：如图3－1，有电磁吸锥、测读装置、升降支座等，圆锥质量76g，锥角30°，试样杯等； 3.2．天平：称量200g，分度值0.01g； 3.3．其它：调土刀、不锈钢杯、凡士林、称量盒、烘箱、干燥器等。

4. 实验过程

4.1实验内容： 1、制作土样； 2、测定土的液限和和土的塑限； 3、测定土的液限和和土的塑限所对应的含水率。

序号 铝盒编号 铝盒质量/g 铝盒与土、水质量 /g 铝盒与土质量/g 含水率 平均含水率 1 A-24 8.33 16.48 14.84 25.19% 26.04% 2 Y-509 8.42 16.63 14.89 26.89% 6 4.2实验步骤： （a）制备试样：取代表性天然土或风干土过 0.5mm 的孔筛，过筛后取约 250g， 放入调土皿中，加纯净水调成均匀浓糊状，将拌和均匀的土样密封于保湿缸中静置 24 小时； （b）放锥：将试样用调土刀调匀，密实地填入试杯中，不得在杯口反复涂抹， 将刮平的试杯放在杯座上，至锥尖刚好与土面接触时，放松手指，使其锥体在自重状态下沉入土中； （c）读数：经 15s 后观看锥尖入土深度，若锥体入土深度刚好为 10mm 时，表示土的含水率适为液限，如不符合上述要求应重新调试土膏； （d）测含水率：将所测得的合格试样，挖去有凡士林的部分，取锥体附近试样迅速放入铝盒内测定其含水率，此含水率既为液限； （e）此试验需进行两次平行试验，当两次测定的液限含水率差值小于 2％时，取平均值作为该土样的液限。 4.3注意事项： 当土条搓至直径 3mm 同时出现横向裂纹时，该土条的含水率定义为塑限。 若土条直径达到 3mm 而未出现裂纹，表明试样含水率高于塑限； 若土条直径大于 3mm 即出现裂纹时，表明该试样的含水率低于塑限，出现上述两种情况需重新试验；

5.实验结果：

1.计算土的液限与塑限： 表1 液限实验结果表

序号 铝盒编号 铝盒质量/g 铝盒与土、水质量/g 铝盒与土质量/g 含水率(%) 1 A160 8.10 18.38 15.87 32.30 计算如下：

液限=[(18.38-15.87) /(15.87-8.10)]*100%=32.30%

表2塑限实验数据表

计算如下： 塑限=[（20.90-18.72）/（18.72-10.42）] *100%=26.27% 2.计算土样塑性指数IP和液性指数IL 塑性指数IP=32.30-26.27=6.03 液性指数IL=(29.29-26.27)/( 32.30-26.27)= 0.50 6.实验结果：

Lwpw序号 铝盒编号 铝盒质量/g 铝盒与土、水质量/g 铝盒与土质量/g 含水率(%) 1 Y651 10.42 20.90 18.72 26.27 7

经过实验分析计算，得出如下结论： （1）实验测定土样的液限可取值为 32.30﹪； （2）实验测定土样的塑限可取值为 26.27﹪； （3）土样的液性指数和塑性指数分别可以取值为 0.50和6.03； （4）依处理结果可得该粘性土属于可塑状态。

三、土的固结实验 1.实验目的： 本试验之目的在于测定土的沉降变形，了解土体在侧限条件下的变形与时间～压力的关系，结合其它试验指标配合计算土的压缩系数、压缩模量，确定土压缩性的高低。

2.基本原理：

2.1侧限压缩试验又称固结试验。土体的固结是指土体在外力作用下，土体中的水和气体被逐渐排走，孔隙体积减小，土颗粒之间重新排列的现象。 2.2土的固结试验是通过测定土样在各级垂直荷载作用下产生的变形，计算各级荷载下相应的孔隙比，用以确定土的压缩系数和压缩模量等。

3.仪器设备：

3.1固结容器：由环刀、护环、透水石、水槽、加压上盖组成; 3.2环刀：高 20mm，面积 30cm2 或 50cm2; 3.3加压设备：应能垂直地在瞬间施加各级规定的压力，且没有冲击力，压力准确度应符合现行国家标准《土工仪器的基本参数及通用技术条件》GB／T15406 的规定。 3.4变形量测设备：量程 10mm，最小分度值为 0.01mm 的百分表或准确度为全量程0.2％的位移传感器。 3.5其它：开土刀、过滤纸等。

4.实验过程：

4.1实验内容： （1）制作土样； （2）测定土在不同荷载压缩下的形变量； （3）计算土的压缩系数和压缩模量。 4.2实验步骤： （1）试样制备：按密度试验要求取原状土或制备扰动土土样。并测定试样的含水率 和密度，取切下的余土测定土粒比重。试样需要饱和时，应按规定进行抽气饱和； （2）安装：在压密容器中放置好透水石和滤纸，将带有环刀的试样和环刀一起刃口 向下小心放入护环，再在试样上放置滤纸和透水石，最后放上传压活塞，安装加压装置和百分表； (3)调零：施加预压力使试样与仪器上下各部件之间接触，将百分表或传感器调整到零