土力学试验报告参考书.docx
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土力学试验报告参考书
土力学实验报告参考书
(3-5人1份、其实验步骤学生可自行适当简化)
含水率试验
一、实验目的
测定土的含水率,是指土在温度100~105℃下烘到恒量时所失去的水质量与达到恒量后干土质量的比值,以百分数表示,为验证型试验。
二、实验条件
烘箱;电子天平;称量盒;干燥器等。
三、实验内容
用烘干法测定,取土样20—30克,在100°—105°温度下,烘6—8小时,称干土质量,计算出含水量。
四、实验步骤
(1)取代表性土样15~30g,放入称量盒内,立即盖好盒盖,放天平上称量,准确至0.1g。
(2)揭开盒盖,套在盒底,放入烘箱,在温度105~110℃下烘至质量恒定。
(3)将烘干后的土样,盖好盒盖收入干燥器内冷却至室温,称干土质量(准确至0.1g)。
(4)按下式计算含水率
(5)本试验需进行2次平行测定,取其算术平均值
五、实验结果
六、讨论
七、参考文献
密度试验
一、实验目的
测定土的密度,了解土的疏密程度和干湿状态。
指土的单位体积质量,其单位为g/cm3,为验证型试验。
二、实验条件
环刀;电子天平;修土刀,刮刀,凡士林油等。
三、实验内容
环刀法测定,用60cm3环刀开出土样,两面刮平,称出单位体积质量,计算出密度。
四、实验步骤
(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试样上。
(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0.1g。
(5)按下式计算土的密度:
五、实验结果
六、讨论
七、参考文献
比重试验
一、实验目的
测定土粒的比重Gs,是土粒在温度105~110℃下烘至恒重时的质量与土粒同体积4℃时纯水质量的比值,为验证型试验。
二、实验条件
烘箱、比重瓶、恒温水槽、砂浴、温度计、纯水、孔径2mm筛等。
三、实验内容
用比重瓶法测定:
取烘干土样20克,放入比重瓶内,加蒸馏水放在电砂浴上,煮30—40分钟,使土粒分散并排出气体,加清水至满,沉淀8—10小时,称重计算出比重。
四、实验步骤
(1)将烘干土过2mm筛,然后取20g,装人比重瓶内,称试样和瓶的总质量,准确至0.001g。
(2)将纯水注入比重瓶中至一半处,将瓶放在砂浴上煮沸30—40分钟,煮沸时间自悬液沸腾时算起,避免瓶中悬液溢出瓶外。
(3)将煮沸冷却至室的纯水,注满比重瓶,塞紧瓶塞。
(4)将比重瓶置于恒温水槽内,待瓶内水温稳定,且瓶内上部悬液澄清,然后取出比重瓶,擦干瓶外壁,称比重瓶、水、试样总质量,准确至0.001g。
称量后应立刻测出瓶内水的温度,准确至0.5℃。
(7)根据测得的温度,从已绘制的温度与瓶、水总质量的关系曲线中查得瓶、水总质量。
(8)按下式计算比重:
式中:
Gs——土的比重;
mbs——比重瓶、试样总质量(g);
mbw——比重瓶、水总质量(g);
mbws——对重瓶、水、试样总质量(g);
mb——比重瓶质量(g);
GwT——T℃时纯水的比重(可查物理手册),准确至0.001。
该试验应进行两次平行测定,两次测定的平行差值不得大于0.02,并取其两次测值的算术平均值。
五、实验结果
六、讨论
七、参考文献
颗粒分析试验
一、实验目的
测定砂性土的颗粒级配,即测定土中各种粒组所占该土总质量的百分数,为验证型试验。
二、实验条件
振筛机、分样筛、天平、瓷盘、毛刷、不锈钢勺、白纸等
三、实验内容
用筛析法测定,称制备好的砂土样500克,倒入筛中,放到振筛机上筛3分钟,称出各级筛上的留筛土重,计算出小于该孔径土的百分含量。
颗粒大小分析结果,用于砂类土的分类与定名。
四、实验步骤
(1)称取的试样500g的试样倒入依次叠好的细筛的最上层筛中,进行细筛筛析,细筛宜置于振筛机上进行振筛,振筛时间为5~10分钟。
(3)按由最大孔径的筛开始,依序将各筛取下,称留在各级筛上及底盘内试样的质量,准确至0.1g。
(4)筛后各级筛上及底盘内试样质量的总和与筛前试样总质量的差值,不得大于试样总质量的1%。
(5)用小于某粒经土重百分数为纵坐标,粒经的对数值为横坐标,绘制出颗粒大小分配曲线,并计算出颗粒组成百分数。
五、实验结果
六、讨论
七、参考文献
液限、塑限联合测定
一、实验目的
学会使用液塑限联合测定仪测定重塑土的液塑限,进行粘性土的状态判别,并对土样命名,为验证型实验,
二、实验条件
液塑限联合测定仪;电子天平;烘箱;干燥器,铝盒;调土刀、毛玻璃板、吹风机等设备。
三、实验内容
用液塑限联合测定仪法,调制3个不同含水量的试样,用液塑限联合测定仪,测出不同入土深度所对应的含水量。
在双对数坐标纸上,以入土深度为纵坐标,含水量为横坐标,绘出入土深度与含水量关系直线图,查出液限、塑限,计算出塑性指数。
四、实验步骤
(1)取试验室制备好的试样,600g,平分为3份,用加蒸馏水或电吹风的方法,先后调制成3个不同含水量的试样。
预估其中一种的入土深度在9—10mm之间,一种在6—7mm之间,另一种在3—4mm之间。
(2)将其中一种土样用调土刀充分调拌均匀后,分层装入试样杯中,并注意土中不能留有空隙,装满试杯后刮去余土使土样与杯口齐平,并将试样杯放在底座上。
(3)将圆锥仪擦拭干净,并在锥尖上抹一薄层凡士林,两指捏住圆锥仪手柄,保持锥体垂直,当圆锥仪锥尖与试样表面正好接触时,轻轻松手让锥体自由沉入土中。
放锥后约经5s,记录锥体入土深度。
(4)取出锥体,用小刀挖去沾有凡土林的土,然后取锥孔附近土样约10~15g,放人称量盒内,测定其含水率。
(5)重复(3)~(5)试验步骤。
(6)在双对数坐标纸上,以入土深度为纵坐标,含水量为横坐标,绘出入土深度与含水量关系直线图,则对应于圆锥入土深度10mm,2mm时土样的含水量分别为该土的液限和塑限。
计算出塑性指数。
五、实验结果
六、讨论
七、参考文献
击实试验
一、实验目的
击实试验的目的就是测定试样在一定击实次数下或某种压实功能下的含水率与干密度之间的关系,从而确定土的最大干密度和最优含水率,为施工控制填土密度提供设计依据,为设计型试验。
二、实验条件
轻型击实仪;天平:
称量200g,台秤:
称量10kg;标准筛:
孔径为20mm、40mm和5mm;推土器;其他:
如喷雾器、盛土容器、修土刀及碎土设备等。
三、试验内容
用轻型击实试验法,根据土的塑限预估最优含水率,加水湿润制备不少于五个含水率的试样,分三层装入击实筒,每层25击,测出每个试样的密度。
以干密度为纵坐标,含水率为横坐标,绘制干密度与含水率的关系曲线及饱和曲线。
干密度与含水率的关系曲线上峰点的坐标分别为土的最大密度与最优含水率。
四、实验步骤
(1)取一定量的代表性风干土样,对于轻型击实试验为20kg。
(2)将风干土样碾碎后过5mm的筛,将筛下的土样拌匀,并测定土样的风干含水率。
(3)根据土的塑限预估最优含水率,加水湿润制备不少于五个含水率的试样,含水率依次相差为2%,且其中有两个含水率大于塑限,两个含水率小于塑限,一个含水率接近塑限。
按下式计算制备试样所需的加水量:
式中:
mw——所需的加水量(g);
w0——风干含水率(%);
m0——风干含水率w0时土样的质量(g);
w——要求达到的含水率(%)。
(4)将试样2.5kg平铺于不吸水的平板上,按预定含水率用喷雾器喷洒所需的加水量,充分搅和并分别装人塑料袋中静置24h。
(5)将击实筒固定在底座上,装好护筒,并在击实筒内壁涂一薄层润滑油,将搅和的试样2~5kg分三层装入击实筒内,每层25击,两层接触土面应刨毛,击实完成后,超出击实筒顶的试样高度应小于6mm。
(6)取下导筒,用刀修平超出击实简顶部和底部的试样,擦净击实筒外壁,称击实筒与试样的总质量,准确至1g,并计算试样的湿密度。
(7)用推土器将试样从击实筒中推出,从试样中心处取两份15~30g土料测定土的含水率,两份土样的含水率的差值应不大于1%。
五、成果汁试验数据及成果整理
(1)按下式计算干密度:
式中:
ρd——干密度(g/cm3),准确至0.01g/cm3;
ρ——密度(g/cm3);
w——含水率(%)。
(2)按下式计算饱和含水率:
式中;wsat——饱和含水率(%);
其余符号同前。
(3)以干密度为纵坐标,含水率为横坐标,绘制干密度与含水率的关系曲线及饱和曲线干密度与含水率的关系曲线上峰点的坐标分别为土的最大密度与最优含水率,如不连成完整的曲线时,应进行补点试验。
六、讨论
七、参考文献
六、压缩试验
一、实验目的
压缩试验是综合型实验,在测定土的密度、含水量、比重等指标的基础上,并通过对压缩时间及计算方法的设计,测定土样在侧限与轴向排水条件下的变形与压力或空隙比与压力以及变形与时间的关系,以便计算土的压缩系数a、压缩模量Es和固结系数Cv,估算渗透和控制建筑物沉降量。
二、实验设备
固结仪、环刀、开土刀、百分表、电子天平、烘箱、
三、实验内容
在固结仪上采用快速实验法,用环刀开出土样,计算出密度,测出含水量。
测出在各荷级下24小时的最终沉降量,用减小空隙比计算出压缩系数(a1—2)和压缩模量(E)。
压缩实验结果,用于计算土层的沉降量和判定土的压缩性类别。
四、实验步骤
(1)用环刀(30cm2)切取备好的试样,同时用称量,并测定其含水量。
(2)擦净环刀外壁,称环刀加湿土重。
(3)将带有环刀的试样,刃口向下小心地装入压缩容器的护环内。
(4)在压缩容器内,顺次放上底板、洁净而润湿的透水石及滤纸各一,将带有试样的护环放入容器内并放好导环,盖覆透水石及滤纸各一,最后放上加压上盖。
(5)轻轻抬起杠杆,将装好试样的压缩容器放在加压台的正中,使加压横梁的钢珠与加压上盖紧密配合,然后装上测微表(百分表)。
(6)在砝码吊盘上加预压荷载,使压缩仪的各部分紧密接触。
然后调整测微表的读数,使其大小指针均对准零点或以某正数作为起初读数,并记录。
(7)施加第一级荷载50kPa,在加荷同时开动秒表。
以后每隔30分钟读取一次数据,并在读数后立即施加下一级荷载,荷级依次是100kPa,200kPa。
(8)试验结束后,迅速顺次拆去测微表,卸除滋码,取下容器,拿出护环,小心地取出带环刀的试样。
五、实验数据及成果整理
1、计算和制图
1)按下式计算试样的初始孔隙比e0
式中:
ds——土颗比重;
w0——试样开始时的含水量,%;
ρ0——试样开始时的密度,g/cm3;
ρw——水的密度,g/cm3,ρw=1g/cm3。
(2)计算各级荷载下压缩稳定后的相对沉降量λz
式中:
s——某一级荷载下,试样压缩稳定后的总沉降量(等于该荷载下压缩稳定后的测微表读数减去仪器变形量。
仪器变形量由试验室提供)。
Hj——试样的初始高度(等于环刀高)。
(3)各级荷载下压缩稳定后的孔隙比
e=e0-(1+e0)λz
(4)以孔隙比e(包括e0)为纵坐标,荷载(单位压力)ρ为横坐标(或对数坐标)绘制e—ρ或e—logp曲线。
(5)根据e—ρ曲线,确定在指定荷载变化范围p2-p1内(p1相当于土层所受的平均自重应力,p2相当于土层所受的平均自重应力和附加应力之和)土的压缩系数α:
2、实验结果
六、讨论
七、参考文献
直接剪切试验
一、试验目的
测定土在外力作用下,其一部分土体对于另一部分土体产生滑动时,所具有的抵抗剪切破坏的极限强度,以获取土的抗剪强度指标φ和c,为验证型试验。
二、实验设备
电动直剪仪、环刀、开土刀、百分表、天平、量角器
三、实验内容
用环刀开出3—4个土样,垂直荷重采用100、200、300、400kpa,在电动直剪仪上以每分钟12转的速度进行剪切,使土样进行剪切破坏,计算出不同垂直荷重下的抗剪强度。
以抗剪强度为纵坐标,垂直荷重为横坐标,绘制关系直线图,求出土的凝聚力和内摩擦角。
四、实验步骤
(1)将试样表面削平,用环刀切取试样,称环刀加湿土重,测出密度,四块试样的密度误差不得超过0.03g/cm3。
(2)将剪切盒内壁擦净,上下盒口对准,插入固定销,使上下盒固定在一起,不能相对移动,在下盒透水石上放一张腊纸。
(3)将带试样的环刀刃口向下,对准上盒盒口放好,在试样上面顺序放腊纸和透水石,然后用推土器将试样平稳推入上下盒中,移去环刀。
(4)顺次放上传压板、钢珠和加压板,按规定加垂直荷重,采用100,200,300,400kPa。
(5)按顺时针方向徐徐转动手轮至上盒前端的钢珠刚好与量力环接触(即量力环内的测微计指针刚好开始移动),调整测微计读数为零。
(6)拔去固定销,依次开动秒表和开关,以每分钟12转的均匀速率转动手轮,转动过程中不应中途停顿或时快时慢。
使试样在3~5分钟内剪损,手轮每转一圈应测记测微表读数一次,直至量力环的测微表指针不再前进或有后退,即说明试样已剪损。
如测微表指针一直缓慢前进,说明不出现峰值,则破坏以变形控制进行到剪切变形达4mm时为止。
注:
手轮每转一圈推进下盒0.2mm。
(7)剪切结束后,倒转手轮,顺序去掉荷载、加压架、钢珠、传压板与上盒,取出试样。
(8)重复上述步骤,做其他各垂直压力下的剪切试验。
五、实验数据及成果整理
(1)密度的计算(略)。
(2)抗剪强度的计算:
τf=C0R
式中:
τf——抗剪强度,kPa;
R——量力环中测微表最大读数,或位移量4mm时的读数,0.0lmm;
C0——量力环率定系数,10MPa/mm。
(3)以抗剪强度τf为纵坐标,垂直应力σ为横坐标,绘出坐标点(注意纵、横坐标比例尺应一致),根据这些点绘一视测直线,即为强度包线。
该线的倾角即为土的内摩擦角分该线在纵坐标上的截距即为土的粘聚力c。
六、讨论
七、参考文献
三轴剪切实验(快剪)
一、实验目的
三轴剪切实验(快剪)是设计型实验。
通过对试验的设计,选择在不固结不排水条件下测定土的应力与应变的关系和抗剪强度参数。
二、实验条件
台式三轴仪、饱和器、击实器、天平、开土刀、刮土刀
三、实验内容
根据莫尔-库仑破坏准则,采用不固结不排水剪(UU)的方法,测定土的强度参数粘聚力c和内摩擦角φ。
四、实验步骤
1试样的安装步骤:
(该实验为演示实验,实验报告上“试样的安装步骤”可不写)
(1)在压力室的底座上,依次放上不透水板、试样及不透水试样帽,将橡皮膜用承膜筒套在试样外,并用橡皮圈将橡皮膜两端与底座及试样帽分别扎紧。
(2)将压力室罩顶部活塞提高,放下压力室罩,将活塞对准试样中心,并均匀地拧紧底座连接螺母。
向压力室内注满纯水,待压力室顶部排气孔有水溢出时,拧紧排气孔,并将活塞对准测力计和试样顶部。
(3)将离合器调至粗位,转动粗调手轮;当试样帽与活塞及测力计接近时,将离合器调至细位,改用细调手轮,使试样帽与活塞及测力计接触,装上变形指示计,将测力计和变形指示计调至零位。
(4)关排水阀,开周围压力阀,施加周围压力。
2剪切试样按下列步骤进行:
(1)剪切应变速率宜为每分钟应变0.5%~1.0%。
(2)启动电动机,合上离合器,开始剪切。
试样每产生1mm(应变表走一周)的轴向应变,测记一次测力计读数和轴向变形值。
(3) 当测力计读数出现峰值时,剪切应继续进行到轴向应变为15%~20%。
(4)试验结束,关机,拆除试样,描述试样破坏形状,称试样质量,并测定含水率。
3轴向应变按下式计算:
。
式中,
轴向应变(%);
剪切过程中试样的高度变化(mm);
试样初始高度(mm)。
4试样面积的校正按下式计算:
。
式中,
试样的校正断面积(
);
试样的初始断面积(
)。
5主应力差应按下式计算:
。
式中,
主应力差(kPa);
大总主应力(kPa);
小总主应力(kPa);C测力计率定系数(N/0.01mm或N/mV);R——测力计读数(0.01mm);10单位换算系数。
图8.2主应力差与轴向应变关系曲线
图8.3不固结不排水剪强度包线
6以主应力差为纵坐标,轴向应变为横坐标;绘制主应力差与轴向应变关系曲线(图8.2)。
取曲线上主应力差的峰值作为破坏点,无峰值时,取15%轴向应变时的主应力差值作为破坏点。
7以剪应力为纵坐标,怯向应力为横坐标,在横坐标轴以破坏时的
为圆心,以
为半径,在
应力平面上绘制破损应力圆,并绘制不同周围压力下破损应力圆的包线,求出不排水强度参数(图8.3)。
五、实验结果
六、结论
七、参考文献
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