土力学试验指导书.docx
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土力学试验指导书.docx
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土力学试验指导书
土力学试验指导书
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指导教师:
云南农业大学水利水电与建筑学院
实验一流限、塑限试验
一、流限的测定
土的流性界限(简称流限)是土从塑性状态进行流性状态时的临界含水量。
测定粘性土的流性界限,是为了区别土的种类,供计算塑性指数(IP)、液性指数(IL)。
粘性土分类及计算地基容许承载力之用。
下述方法适用于有机质含量小于5%的土。
1、主要仪器设备
(1)锥式流限仪(锥体总重为76克±0.2克,锥体顶角30°,高25毫米,在10毫米处有一环形刻度;)
(2)天平(感重0.01克);
(3)称量盒、烘箱等。
2、试验步骤
(1)取天然湿度的土样(土中若含有较多大于0.5毫米的颗粒及夹杂物时,应将其风干研磨过0.5毫米筛)加洁净水调成糊状。
(2)如土含水量较小或采用风干土进行试验,在加水调匀后用湿布覆盖静置约12小时方可进行试验。
(3)将配好的试样分层填入流限仪的试杯中(填装时勿使土内有气泡)。
用调土刀将多杂土刮去,使其与杯口齐平,土面光滑平整不应有张开裂缝出现;在刮之余土时不得用刀在土面上反复涂。
(4)将流限仪锥体涂一薄层凡士林,放在试样之中心,使锥尖与试样表顼接触,然后松升手指使锥体在其自重下沉入土中。
(5)锥体经约5秒钟沉入试样中深度力10毫米时,证明已达流限(WL)。
(6)从锥体附近取一份10克左右之试样放入称量盒测其含水量。
(7)同一土样做平行试验取其算术平均值。
3、成果整理
式中:
、
、
同前。
4、注意的问题
(1)将锥体放在土面上时应避免冲击,以免影响结果。
(2)一般土拌合后经放置半小时即可进行试验。
(3)亚砂土试验力求快速装入流限仪中,以防止土壤表面液化。
二、塑跟的测定
土的塑限界限(简称塑限)是土从固体状态进行塑性状态时的临界含水量,测定粘性土的望限,足为了区别土的种类。
供计算塑性指数(IP),液性指数(IL)。
粘性土分类及计算地基容许承载力。
1、主要仪器设备
(1)毛玻璃板;
(2)烘箱、称量盒、天平等。
2、试验步骤
(1)取天然湿度之土样(如土中含有较多的大于0.5毫米的颗粒及夹杂物时应风干过0.5毫米的筛);
(2)如土之天然含水量小于塑限或采用风干土,需加水调匀后静置12小时以上方可进行试验。
(3)取一块制备好的试样放在玻璃板上进行滚搓,直至直径为3毫米,土条上出现均匀密致裂缝,并开始断裂时,其相应的含水量即为塑限,将搓好之土条取4—5克装入称量盒内测其含水量。
(4)同一土样应做平行试验,取其算术平均值。
3、成果整理
符号同前。
4、注意的问题
(1)土条断裂应在数处伺时发生,如果仅有一处断裂,可能系由于用力不均匀之故,不能认为到达塑限。
(2)在滚搓过程中注意土条出现空心现象,以防影响试验成果。
三、实验成果
流限试验
盒
号
盒加湿土重
盒加干土重
盒
重
水
重
干
土
重
流
限
平均
流限
备
注
克
克
克
克
克
%
%
塑限试验
盒
号
盒加湿土重
盒加干土重
盒
重
水
重
干
土
重
塑
限
平均
塑限
备
注
克
克
克
克
克
%
%
实验二击实试验
1、试验目的:
用封闭式击实仪,决定其填土料的最大干容重和最有含水率。
2、仪器设备
(1)击实仪
(2)天平、台城、筛子(孔径5毫米)、修土刀、盛土容器等。
3、操作步骤
(1)取通过5毫米筛的风干土约15公斤(教学试验用土3.5公斤)。
(2)估计土的风干含水量和规定击数下的最优含水量。
规定至少五种含水量,依次相差2%,希望两种大于、两种小于最优含水量,以使干容重——含水量关系曲线上的点子分布较均匀。
各种土的估计最优含水量如下:
砂土8——12%亚砂土9——14%
亚粘土12——22%粘土20——25%
(3)按规定含水量分别制备试样。
为此,每取土料的2.5公斤(教学试验用700克),干铺在一不吸水的平板上,均匀洒上规定的水量,充分拌和,放置一定时间后,再用于试验。
预定的加水量按下式计算:
式中:
——需要的加水量,克;
——含水量力
(风干含水量)时土料的重量,克。
——要求达到的台水量,%。
(4)将击实筒放在坚实的平地上,取制备好的土料600—800克:
(试验用700克)。
倒进筒里,并整平其表面。
(5)按规定击数击打土料,打完后,再按(4)装土。
仍打规定击数,如此,装三层,(试验用单层)。
即完成一种含水量土料的试验。
(6)注意每次落高应为30厘米,应使锤自由下落。
(7)细心取下击实筒套环,不要让筒内试样断裂,齐简顶将试样小心削平或稍稍填补,擦净简的外壁,称土和筒的合重,准确到1克。
(8)推出筒土样。
从试验小心处取出两个试样各约30克,测其含水量,计算至0.1%,两个含水量的差值不应超过1%。
(9)按(4)至(8)各条步骤,进行其它四种含水量土料的击实试验。
4、计算和制图
(1)对于每一种含水量的土料,从上述操作第(7)项称得筒和土的合重W盒,又称得筒重W筒,筒的体积为1000厘米³,(单层为333厘米³),又从上述第(3)项测得该土的含水量为W,于是,可按下式计算该击实土的容重r和干容重rd。
r=
克/厘米³
rd=
克/厘米³
根据该土的含水量和干容重rd,可在方格纸上绘出一个点,如右图。
(2)通过五种含水量的土料试验,可在图中绘出五个点。
(3)通过五个点。
用曲线板绘出一根平滑曲线。
曲线上最高点所对应的干容重称为最大干容重rd(max)和对应的含水量称最优含水量成为最优含水量wop。
5、实验成果
试验仪器
击实层次
试样说明
每层击次
击实筒体积(厘米3)△
土粒比重
试验次数
1
2
3
4
5
6
干容重
加水量
克
筒+土重
克
(1)
筒重
克
(2)
湿土重
克
(3)
容重
(4)
干容重
(5)
含水量
盒号
盒+湿土重
克
(1)
盒+干土重
克
(2)
盒重
克
(3)
水重
克
(4)
(1)-
(2)
干土重
克
(5)
(2)-(3)
含水量
%
(6)
(4)/(5)
平均含水量
击实曲线
击实试验试样制备记录
加水量
风干含水量(Wo%)
风干土重(克)
估计最优含水量
达到含水量
(%)
加水量
(克)
盘+风干土重
(克)
盘+湿土重
(克)
实测含水量
结果
最优含水量
最大干容重
最优含水量
最大干容重
实验三压缩试验
一、试验目的
测定土在外力的作用下,其孔隙比与压力之间的关系曲线即压缩曲线(图1),为计算建筑物的沉降提供必需的资料。
二、仪器设备
(1)压缩仪(见图)
(2)天平
(3)测微表、环刀、秒表、烘箱等。
三、提供步骤和计算
(1)取原状土或取按工程需要制配之扰乱土,整平其两端将环刀内壁涂—薄层凡士林,刀口放在土样上。
(2)用削土刀将土样上部削成略大于环刀口径之土柱,然后将环刀垂直下压,边压边削至土样伸出环刀为止,削去两端余土使与环刀口面平齐。
在修削土样时要避免往复涂刮,防止扰动土样而影响成果的精确性。
(3)擦净粘在环刀上的土屑。
称环刀与土的合重(准确至0.1克),求得土样在试验前之容重,同时取环刀四边修削下来的土样重约10克装入铝盒,称得铝盒与土之合重后,再放入烘箱烘至恒重,再称重量,以测得试验前土样的含水量(进行两次平行测定,取其平均值)。
(4)先在压缩仪底部的透水石上加一层湿润的滤纸,再将土样连同环刀一起推入压缩仪内,套上导环,然后在土样顶面再放一湿润的滤纸;继而加上透水石,再放上传压板和钢珠,最后将压缩仪放置到容器的底板上。
(5)将压缩仪放置到容器的底板以后,适当移动并使传压板上的钢珠正好对中加压横梁(如图所示)。
此时轻轻按下杠杆。
使加压横粱正好与钢珠接触,(注意不要使其受力),与此同时,将测微表(百分表)固定在表夹上,并使测微表上的短指针正好对准“5”字,施加0.01公斤/厘米2的预压荷重,使压缩仪各部接触密贴,再将测微表上的长针调整到零,至此,试验的准备工作已经就绪。
(6)去掉预压荷重立即加第一级荷重,加砝码时应避免冲击和摇晃,轻轻放上并同时开动秒表。
(7)根据实际需要,确定加荷级数及大小,通常是按0.25、0.5、1、2、4………..公斤/厘米2顺序施加。
每级荷重和稳定历时,其变化值不超过0.005毫米。
由于教学试验时间的限制,(规定按四级荷重即0.5、1、2、4公斤/厘米2的顺序施加,每级荷重的历时10分钟)。
因此,每加一级荷重经过10分钟即记下测微表上的读数,然后再加下一级荷重,余类推,一直到第四级荷重施加完毕,本次试验即告完成。
(8)根据试验所得的资料进行计算,并绘制压缩曲线,求出压缩系数,说明土样压缩性的高低。
计算方法:
设压缩前土样的高度为h0,孔隙力e,土样中土粒的净高度为hs。
在某一压力Pi的作用下,其压缩量(即垂直变形)为△hi,土样的高度由原来的h0减少到hi(如下图)。
其相应的孔隙比为
(1)
因为
所以
(2)
(3)
式中:
rs——土粒的容重;
r0——压缩前土样的容重;
W0——压缩前土样的含水量。
上式h0、rs为已知,只要我们在试验前测出r0、W0,由(3)式计算出e0,代入
(2)式算出hs。
再在试验过程中测出各级压力pi作用下的△h1,代入
(1)式即可算出ei。
各级荷重需加砝码的个数(杠杆比1:
20)
每级荷载
(公斤/厘米2)
砝码名称(kg/个)
需加砝码数(个)
备注
0.5
0.125
2
(1)吊盘本身的自重为0.25公斤。
因此在加0.25公斤的砝码应扣除1个;
(2)表中所列砝码数量均指累计数。
0.25
2
1
0.125
2
0.25
3
0.50
1
2
0.125
2
0.25
3
0.50
2
1.0
1
4
0.125
2
0.25
3
0.50
4
1.0
3
四、试验中请注意:
(1)在每级加荷的过程中,要使杠杆始终保持水平位置为此在试验之前,应将手轮逆时针旋转到初始位置(到不能旋转为止,千万不能用力硬旋,以免损坏仪器)。
(2)在试验过程中,如发现杠杆不在水平位置(此时杠杆上的水准泡偏离),则随时以顺时针转动手轮,使水准泡重新居中
五、试验成果
压缩试验
经过时期
(分)
压力公斤/厘米2
仪器和试样的基本数据
0.5
1
2
4
土样开始高度h0(cm)
读数
读数
读数
读数
土样面积F(cm2)
0
土样体积(cm3)
10
环刀重量(克)
试样总变形量(mm)
环刀加土重(克)
仪器变形量(mm)
单位容重
(克/厘米2)
总变形量(mm)
含水量
(%)
比重
试样原始高度h0=(mm)
土粒净高
(mm)
试验前孔隙比
压力
试样总变形量
(mm)
压缩后试样高度
(mm)
孔隙比
孔隙比变化
压力变化
压缩系数
土的
压缩性
P
0
0.5
1
2
4
实验四抗剪强度试验
一、试验目的
测定土的两个抗剪强度指标:
凝聚力(c)和内摩擦角(φ),提供土坝、挡士墙等设计时的指标。
二、仪器设备
(1)应变控制式直接剪切仪(见下图):
由上、下两个剪切盒,施加垂直和水平力的加荷重设备所组成。
盒的内径为6.4厘米,高2厘米,下盒放在钢珠上,以减小水平移动时的摩擦力。
(2)测微表、烘箱、天平(感量0.1克和0.01克)、干燥器、称量盒、修土刀等。
三、试验原理
(1)土的抗剪强度τ随剪切面上法向压力σ(垂直于剪切面的压力)而变化,两者的关系如下:
式中:
——凝聚力(kg/cm²)
——内摩擦角(度)
土在被剪切过程中含水量发生变化,其抗剪强度也随之变化含水量的变化和土的固结强度,排水情况以及剪切荷重增加的快慢等因素有关。
为使试验条件与天然土体的剪切情况相配合,在试验室规定几种典型的剪切条件。
即:
①快剪法——在加上垂直荷重后,立即加水平荷重,使土样在剪切过程中来不及排水,即含水量始终保持不变。
②固结快剪法——加上垂直荷重后,等待压缩达到稳定,在短时间里加水平荷重,在剪切过程中,不允许土样排水。
③慢剪法——加上垂直荷重后,等待压缩达到稳定,慢慢加水平荷重,使土样在剪切时充分排水。
对于天然土体,要预先分析在剪切时的排水情况,看它和上面三种情况中哪一种比较接近,即采取哪一种试验方法,测定其强度指标,供设计之用。
(2)应变式剪切仪有抗剪强度的计算:
①剪切面上的法向总应力σ等于外加垂直荷重p在开始剪切面上的平均压应力,即
公斤/厘米²
②在法向应力作用下,土的抗剪强度τ按下式计算:
公斤/厘米²
式中
表示量力环的效正系数,事先由加荷试验求得,它表示在量力环在直径方向每变形0.01毫米,作用于环的总力除以试样的截面积,所以,它的单位是:
公斤/厘米2×0.01毫米。
式中R是剪切达破坏时,量力环在直径方向变形的最大读数(以0.01毫米计),由量力环中所装的测微表上读得。
四、操作步骤
(1)试样制备和准备工作
①按一定要求用击实仪击好土样(如为地基,则用原状土)。
用一环刀,将其内壁涂一薄层凡士林,以环刀切取土试样,每—组试验至少切出四块试样备用。
②根据工程需要,确定试样是不是需要先加以饱和。
③测出各个试样的容重(每组中各样的容重的差值不得超过0.03克/厘米2)及其含水量(相差不得超过2%)。
④将上、下剪切盒对准,插入梢钉,在下盒内放洁净透水石及湿滤纸各一,慢慢将试样从环刀中推入剪切盒,移出空环刀,在试样面上照样放上一张湿滤纸和一块透水石,再在其上放活塞钢珠和加荷框架。
这样,在试样面上即已作用有0.5公斤/厘米2的法向压力。
⑤在四个试样面上,分别加上四种不同的垂直荷重,一般可为1、2、3、4公斤/厘米2,加荷时要轻放。
如采用固结快剪,要让试样在垂直荷重下压缩达稳定(即要求试样的垂直变形不超过0.005毫米/小时,对粘性工,一般要求12——24小时)后,再进行剪切。
(2)步骤
⑥慢慢移动手轮,等上盒前面的钢珠和量力环刚好接触,调整量力环中的测微表的读数为零,拔梢钉,以每分钟2——12转的速度均匀转动手轮,使试样在3—5分剪损,剪损的标志是量力环中的测微表的指针不再向前转动,记下测微表上的最大读数R(以0.01毫米计)。
⑦土样的抗剪强度根据读数R计箅。
⑧试样结束后,顺序拆卸水平荷重、垂直荷重,加压框架,活塞和钢珠与上盒等,并擦洗干净。
⑨用同样方法,完成四个土样试验。
五、计算和制图
(1)计算每一垂直荷重下土的抗剪强度τ
公斤/厘米2
对于不同量力环,
m值不一样,可由实验室的表中查用。
对于四个土样,可得四组(P,τ)值。
(2)用四组(P,τ),在方格纸上画出四个点,通过四点可以绘出一直线(注意纵横比例尺要一样)。
(3)该直线在竖轴上(τ轴)的截距为土的凝聚力c,直线对横轴(P轴)的倾角为土的内摩擦角φ。
六、试验成果
抗剪强度试验
垂直压力Kg/cm2
1
2
3
4
读数0.01mm
读数
读数
读数
读数
时间
0′00″
0′30″
1′00″
1′30″
2′00″
2′30″
3′00″
3′30″
4′00″
4′30″
5′00″
转速(转/分)
剪切历时
剪切读数R
刚环系数
抗剪强度
联立方程
结果
C=kg/cm2;φ=
备注
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