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土力学综合试验指导书
土力学技能训练指导书
适用专业:
地质工程
兰州大学土木工程与力学学院
2006年8月
一、技能训练的项目
1、土的密度实验
2、土的含水率实验
3、土的比重实验
4、土的颗分实验
5、土的塑限实验
6、土的液限实验
7、土的击实实验
8、土的渗透实验
9、土的固结实验
10、土的剪切实验
二、技能训练时间安排
技能训练时间为三天,安排在理论教学后进行。
三、技能训练的要求
土力学技能训练的全过程都要严格按中华人民共和国行业标准《土工试验规程》进行。
四、参考书
土工试验方法标准GB/T50123——1999中国计划出版社
五、各项实验的目的、实验方法与步骤、实验要求与成果整理
技能训练一土的密度实验
(一)、试验目的
测定土在天然状态下单位体积的质量。
(二)、试验方法与适用范围
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)、环刀法的试验
1、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。
2、操作步骤
(1)测出环刀的容积V,在天平上称环刀质量m1。
(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m2
3、计算土的密度:
按下式计算:
4、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/cm3,取两次试验结果的平均值。
5、本试验记录格式
密度试验记录表(环刀法)
工程名称试验者
土样说明计算者
试验日期校核者
试样编号
土
样
类
别
环
刀号
湿土
质量
(g)
体
积
(cm)
湿密度
(g/cm3)
含水率
(%)
干密度
(g/cm3)
平均
干密度
(g/cm3)
(1)
(2)
(3)=
(1)
(2)
(4)
(5)=
(3)
1+0.01(4)
(6)
技能训练二土的含水率实验
(一)、试验目的
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)、烘干法试验
1、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,铝盒。
2、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m0的铝盒内,立即盖上盒盖,称湿土加盒总质量m1,精确至0.01g.
(2)打开盒盖,将试样和铝盒放入烘箱,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。
粘性土不得少于8小时;砂类土不得少于6小时;对含有机质超过10%的土,应将温度控制在65——700C的恒温下烘至恒量。
(3)将烘干后的试样和铝盒取出,盖好盒盖放入干燥器内冷却至室温,称干土加铝盒质量为m2,精确至0.01g。
3、计算含水量:
按下式计算:
4、要求:
(1)干土质量计算至0.1%;
(2)本试验需进行2次平行测定,取其算术平均值,允许平行差值应符合下表规定。
含水量(%)
小于10
10—40
大于40
允许平行差值(%)
0.5
1.0
2.0
5、本试验记录格式:
含水率试验记录表
工程名称试验者
试验方法计算者
试验日期校核者
试样编号
土样说明
盒
号
盒质量(g)
盒加湿土
质量(g)
盒加干土质量(g)
水的
质量(g)
干土
质量(g)
含水率
(%)
平均含水率(%)
(1)
(2)
(3)
(4)=
(2)-(3)
(5)=(3)-
(1)
(6)=(4)/(5)
(7)
技能训练三土粒比重实验
(一)、试验目的
土粒比重是土在105—1100C下烘至恒值时的质量与土粒同体积40C纯水质量的比值。
试验的目的,测定土粒比重。
(二)试验方法与适用范围
1、粒径小于5mm的土,用比重瓶法进行。
2、粒径大于5mm的土,其中含粒径大于20mm颗粒小于10%时,用浮称法进行,含粒径大于20mm大于10%时,用虹吸筒法进行;粒径小于5mm部分用比重瓶法进行,取其加权平均值作为土粒比重。
(三)、比重瓶法试验
1、仪器设备
比重瓶:
容量100;天平:
称量200,分度值0.001;恒温水槽;砂浴;温度计;烘箱;纯水等。
2、操作步骤
(1)将比重瓶烘干,称瓶质量m0,装烘干试样约15入比重瓶内,称干土加瓶质量m3,精确至0.001g
(2)为排出土中的空气,将已装有干土的比重瓶,注纯水至瓶的一半处,摇动比重瓶,并将瓶放在砂浴上煮沸。
煮沸时间:
自悬液沸腾时算起,砂及砂质土不应少于30分钟,粘土及粉质粘土不应少于1小时。
煮沸时应注意不使土液溢出瓶外。
(3)将煮沸经冷却的纯水注入有试样的比重瓶近满,把比重瓶放在恒温水槽内至温度稳定。
待瓶内上部悬液澄清,用滴管注入纯水至瓶口,塞好瓶塞,使多余水分自瓶塞毛细管中溢出,将瓶外水分擦干后称瓶、水、土的总质量m2。
精确至0.001g。
然后立即测瓶内水的温度。
(4)根据测得的温度,从已绘制的温度与瓶、水总质量关系曲线中查得各试验温度下瓶、水的总质量m1。
3、计算土粒比重:
按下式计算:
式中:
Gwt————t0CU时纯水的比重,可查《土工试验规程》。
4、要求:
本试验需进行2次平行测定,其平行差值不得大于0.02,取其算术平均值。
5、本试验记录格式:
比重试验记录表(比重瓶法)
工程名称试验者
土样编号计算者
试验日期校核者
试
样
编号
比
重
瓶号
温
度
液体
比重
比重瓶质量
(g)
瓶、干土总质量(g)
干土质量(g)
瓶、液体总质量(g)
瓶、液、土总质量(g)
与干土同体积的液体质量(g)
比重
平
均
值
(1)
(2)
(3)
(4)
(5)
(6)
(7)
(8)
(9)
查表
(4)-(3)
(5)+(6)-(7)
(5)×
(2)/(8)
技能训练四土的颗分实验
(一)、试验目的
颗粒分析试验是测定干土中各种粒组所占该土总质量的百分数,借以明确颗粒大小分布情况,供土的分类与概略判断土的工程性质及选料之用。
(二)试验方法与适用范围
1、筛析法:
适用于粒径大于0.075mm的土。
2、密度计法:
适用于粒径小于0.075mm的土。
3、移液管法:
适用于粒径小于0.075mm的土。
4、若土中粗细兼有,则联合使用筛析法及密度计法或移液管法。
(三)、筛分法实验
1、仪器设备:
(1)符合GB6003——85的要求的试验筛。
粗筛:
圆孔,孔径为60mm、40mm、20mm、10mm、5mm、2mm;细筛:
孔径为2.0、1.0、0.5、0.25、0.1、0.075mm。
(2)、天平:
称量1000g与称量200g。
(3)、台秤:
称量5kg.。
(4)、振筛机:
应符合GB9909——88的技术条件。
(5)、其他:
烘箱、研钵、瓷盘、毛刷、木碾等。
2、操作步骤(无粘性土的筛分法)
(1)从风干、松散的土样中,用四分法按下列规定取出代表性试样:
1粒径小于2mm颗粒的土取100g——300g
2最大粒径小于10mm的土取300g——1000g
3最大粒径小于20mm的土取1000g——2000g
4最大粒径小于40mm的土取2000g——4000g
5最大粒径小于60mm的土取4000g以上。
称量准确至0.1g;当试样质量多于500g时,准确至1g。
(2)将试样过2mm细筛,分别称出筛上和筛下土质量。
(3)取2mm筛上试样倒入依次叠好的粗筛的最上层筛中;取2mm筛下试样倒入依次叠好的最上层筛中,进行筛析。
细筛宜放在振筛机上震摇,震摇时间一般为10——15min。
(3)由最大孔径筛开始,顺序将各筛取下,在白纸上用手轻叩摇晃,如仍有土粒漏下,应继续轻叩摇晃,至无土粒漏下为止。
漏下的土粒应全部放入下级筛内。
并将留在各筛上的试样分别称量,准确至0.1g。
(4)各细筛上及底盘内土质量总和与筛前所取2mm筛下土质量之差不得大于1%;各粗筛上及2mm筛下的土质量总和与试样质量之差不得大于1%。
注:
若2mm筛下的土,小于试样总质量的10%,则可省略细筛筛析;若2mm筛上的土,小于试样总质量的10%,则可省略粗筛筛析。
3、计算与制图
(1)计算小于某粒径的试样质量占试样总质量的百分数:
式中:
X——小于某粒径的试样质量占试样总质量的百分数;
mA——小于某粒径的试样质量,g;
mB——当细筛分析时或用密度计法分析时所取试样质量(粗筛分析时则为试样总质量),g;
dx——粒径小于2mm或粒径小于0.075mm的试样质量占总质量的百分数,如试样中无大于2mm粒径或无小于0.075mm的粒径,在计算粗筛分析时则dx=100%。
(2)绘制颗粒大小分布曲线。
以小于某粒径的试样质量占总质量的百分数为纵坐标,以粒径在对数横坐标上进行绘制(详见教材)。
然后求出各粒组的颗粒质量的百分数。
(3)计算级配指标:
1不均匀系数:
;②曲率系数:
(四)、密度计法实验
1、仪器设备
乙种比重计:
刻度为0.995—1.020,分度值为0.0002;量筒:
高度约45cm,直径约6cm,容积1000ml,刻度为0—1000ml,分度值为10ml;天平、细筛、洗筛、温度计、搅拌器、煮沸设备等。
2、操作步骤
(1)宜采用风干土试样,按下式计算试样干质量为30g时所需的风干土质量。
式中:
w—风干土试样含水量
(2)称干质量为30g的风干试样倒入锥形瓶中,勿使土粒丢失。
注入水200ml,浸泡过夜。
(3)将锥形瓶放在煮沸设备上,连接冷凝管进行煮沸。
一般煮沸时间约1小时。
(4)将冷却后的悬液倒入瓷杯中,静置约1分钟,将上部悬液倒入量筒。
杯底沉淀物用橡皮头研杵细心研散、加水,经搅拌后,静置约1分钟,再将上部悬液倒入量筒。
如此反复操作,直至杯中悬液登清为止。
当土中大于0.075mm的颗粒估计超过试样总质量的15%,应将其全部倒至0.075mm筛上冲洗,直至筛上仅留大于0.075mm的颗粒为止。
(5)将留在洗筛上的颗粒洗入蒸发皿内,倾去上部的清水,烘干称量,按规程规定进行细筛筛析。
(6)将过洗筛上的颗粒倒入量筒,加4%浓度的六偏磷酸钠约10ml于量筒溶液中,再注入纯水,使筒内悬液达1000ml。
(7)用搅拌器在量筒内沿整个悬液深度上下搅拌约1分钟,往复约30次,取出搅拌器,将密度计放入悬液中同时开动秒表。
测经1、5、30、120、1440分钟时的密度计读数。
(8)注意事项:
①每次读数均应在预定时间前10—20秒将密度计小心放入悬液接近读数的深度,并须注意密度计浮泡应保持在量筒中部位置,不得贴近筒壁。
②密度计读数均以弯液面上缘为准。
③每次读数完毕立即取出密度计放入盛有纯水的量筒中。
并测定各相应的悬液温度,准确至0.50C。
④每次放入或取出密度计时,应尽量减少对悬液的扰动。
⑤如试样在分析前未过0.075mm洗筛,而在密度计第1个读数时,发现下沉的土粒已超过试样总质量的15%时,则应在试验结束后,将量筒中土粒过0.075mm筛,然后按《土工试验规程》规定求得粒径大于0.075mm的颗粒组成。
3、计算和绘图:
(1)按下式计算小于某粒径的试样质量占试样总质量百分数。
式中:
CS¹——土粒比重校正值,查《土工试验规程》表a.5.0.1;或按下式计算
ρ——土粒密度S,g/cm3;ρw20____200C时水的密度,g/cm3;
n¹_____弯液面校正值;mt¹_____温度校正值,查规程附表a.4.0.1
CD¹_____分散剂校正值;R¹______乙种比重计读数。
(2)按下式计算颗粒直径,也可以按《土工试验规程》图(4.5.2)确定。
式中:
d_____颗粒直径,mm;ρw0____40C时水的密度,g/cm3;
η_____水的动力粘滞系数,kPa.s;GS_____土粒比重;
GwT____温度为T0C时的水的比重;L______某一时间t内的土粒沉降距离,cm;
g______重力加速度,981cm/s2;T______沉降时间,s。
(3)绘制颗粒大小分布曲线:
用小于某粒径的土质量百分数为纵坐标,颗粒直径为横坐标(以对数尺度),将试验数据点在图上,绘成一条平滑曲线,即为该土的颗粒大小分布曲线。
4、颗粒分析试验记录表
颗粒分析试验记录表(密度计法)
工程名称试验者
土样编号计算者
试验日期校核者
小于0.075颗粒土质量百分数干土总质量
湿土质量密度计号
含水量量筒号
干土质量烧杯号
含盐量土粒比重
试样处理说明比重校正值
风干土质量弯液面校正值n
试验时间
下沉时间
t
分
悬液温度
T
0C
密度计读数
土粒落距
L
厘米
粒
径
毫米
小于某粒径土质量百分
数
(%)
小于某粒径的总土质量百分
数
(%)
密度计读数R
温度校正值m
分散剂校正值CD
RM=R+m
+n-CD
RH=
RMCs
技能训练五、六界限含水率实验
(一)、试验目的
细粒土由于含水率不同,分别处于流动状态、可塑状态、半固体状态和固体状态。
液限是细粒土呈可塑状态的上限含水率;塑限是细粒土呈可塑状态的下限含水率。
本试验的目的是测定细粒土的液限、塑限,计算塑性指数、给土分类定名,供计、施工使用。
(二)、试验方法和适用范围
土的液、塑限试验:
采用液塑限联合测定法;
土的塑限试验:
采用搓滚法;
土的液限试验:
采用碟式仪法。
(三)、液塑限联合测定法试验
1、仪设备
液塑限联合测定仪:
圆锥仪、读数显示;试样杯:
直径40—50mm,高30—40mm;天平:
称量200g,分度值0.01g;其他:
烘箱、干燥器、铝盒、调土刀、孔径0.5mm的筛、凡士林等。
2、操作步骤
液限、塑限联合试验,原则上采用天然含水量的土样制备试样,但也允许采用风干土制备试样。
(1)当采用天然含水量的土样时,应剔除大于0.5mm的颗粒,然后分别按接近液限、塑限和二者之间状态制备不同稠度的土膏,静置湿润。
静置时间可视原含水量的大小而定。
当采用风干土样时,取过0.5mm筛的代表性土样约200g,分成3份,分别放入3个盛土皿中,加入不同数量的纯水,使分别接近液限、塑限和二者中间状态的含水量,调成均匀土膏,然后放入密封的保湿缸中,静置24小时。
(2)将制备好的土膏用调土刀调拌均匀,密实地填入试样杯中,应使空气逸出。
高出试样杯的余土用刮土刀刮平,随即将试样杯放在仪器底座上。
(3)取圆锥仪,在锥体上涂以薄层凡士林,接通电源,使电磁铁吸稳圆锥仪。
(4)调节屏幕准线,使初读数为零。
调节升降座,使圆锥仪锥角接触试样面,指示灯亮时圆锥在自重下沉入试样内,经5秒后立即测读圆锥下沉深度。
(5)取下试样杯,然后从杯中取10g以上的试样2个,测定含水率。
(6)按以上
(2)——(5)的步骤,测试其余2个试样的圆锥下沉深度和含水量。
3、计算与制图
(1)计算含水量:
(2)绘制圆锥下沉深度h与含水率w的关系曲线:
以含水率为横坐标,圆锥下沉深度为纵坐标,在双对数纸上绘制h~w的关系曲线。
①三点连一条直线。
②当三点不在一条直线上,通过高含水量的一点分别与其余两点连成两条直线,在圆锥下沉深度为2处查得相应的含水率,当两个含水率的差值小于2%,应以该两点含水率的平均值与高含水率的点连成一线。
③当两个含水率的差值大于或等于2%时,应补做试验。
(3)确定液限、塑限:
在圆锥下沉深度h与含水率w关系图上,查得下沉深度为17mm所对应的含水率为液限wL;查得下沉深度为2mm所对应的含水率为塑限wP,以百分数表示,取整数。
(4)计算塑性指数和液性指数
(5)按规范规定确定土的名称
4、本试验记录格式
液塑限联合试验记录表
工程名称试验者
土样说明计算者
试验日期校核者
试样编号
圆锥下沉深度
盒号
盒质量(g)
盒+湿土质量(g)
盒+干土质量(g)
湿土质量(g)
土质量(g)
水的质量(g)
含水率(%)
平均含水率(%)
液限(%)
塑限(%)
塑性指数
液性指数
土的名称
技能训练七土的击实实验
(一)、试验目的
本试验的目的是用标准的击实方法,测定土的密度与含水率的关系,从而确定土的最大干密度与最优含水率。
轻型击实试验适用于粒径小于5mm的粘性土,重型击实试验适用于粒径小于20mm的土。
(二)、试验仪器设备
1、击实仪:
由击实筒、击锤和护筒组成。
2、天平:
称量200g,分度值0.1g。
3、台秤:
称量10kg,分度值5g。
4、孔径为5mm的标准筛。
5、试样推出器:
宜用螺旋式千斤顶。
6、其他:
烘箱、喷水设备、碾土设备、盛土器、修土刀和保湿设备等。
(三)、操作步骤
1、试样制备:
分为干法制备和湿法制备。
干法制备:
(1)取一定数量的代表性风干土样(轻型约为20kg),放在橡皮板上碾散。
(2)轻型击实试验过5mm筛,将筛下土样拌匀,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,按依次相差约2%的含水率制备一组(不少于5个)试样,其中应有2个含水率大于塑限,2个含水率小于塑限,1个含水率接近塑限。
按下式计算应加的水量:
式中:
mw——土样所需加水质量,g;m——风干含水率时的土样质量,g;
wo——风干含水率,%;w——土样所要求的含水率,%。
(4)将一定量的土样平铺于不吸水的盛土盘内(轻型击实取土约2.5kg),按预定含水率用喷水设备往土样上均匀喷洒所需加水量,拌匀并装入塑料袋内或密封于盛土器内静置备用。
静置的时间分别为:
高液限粘土不得少于24小时,低液限粘土可酌情缩短,但不应少于12小时。
湿法制备:
取天然含水率的代表性土样(轻型为20kg)碾散,过筛,将筛下土样拌匀,分别风干或加水到所要求的不同含水率。
注意:
制备试样时必须使土样中含水率分别均匀。
2、试样击实
(1)、将击实仪放在坚实的地面上,击实筒内壁和底板涂一薄层润滑油,连接好击实筒与底板,安装好护筒。
检查仪器各部件及配套设备的性能是否正常,并做好记录。
(2)、从制备好的一份试样中称取一定量土样,分3层倒入击实筒内并将土面整平分层击实。
每层25击。
注意:
①轻型击实法,每层土料的质量为600——800g,即其量应使击实后的试样高度略高于击实筒的1/3;②两层交接面处的土应刨毛;③击实完成后,超出击实筒顶的试样高度应小于6mm。
(3)、用修土刀沿护筒内壁削挖后,扭动并取下护筒,测出超高(应取多个测值平均,准确至0.1g)。
沿击实筒顶细心修平试样,拆除底板。
如试样底面超出筒外,亦应修平。
擦净筒外壁,称量,准确至1g。
(4)、用推土器从击实筒内推出试样,从试样中心取2个一定量土样(轻型为15——30g),平行测定土的含水率,称量准确至0.01g,含水率的平行差值不得大于1%。
(5)、按上述
(1)——(4)的操作步骤对其它含水率的土样进行击实,一般不得重复使用土样。
(四)、计算与制图
1、计算:
计算击实后的试样的含水率:
式中:
w——含水率,%;m——试图质量,g;md——干土质量,g。
(2)计算击实后各试样的干密度:
式中:
——湿密度,g/cm3,计算至0.01g/cm3。
(3)计算土的饱和含水率:
2、制图:
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,即为击实曲线。
曲线峰值点的纵、横坐标分别代表土的最大干密度和最优含水率。
如果曲线不能得出峰值点,应进行补点试验。
计算数个干密度下的饱和含水率。
以干密度为纵坐标,含水率为横坐标,在击实曲线的图中绘制出饱和曲线,用以校正击实曲线。
图的形式见教材。
击实试验记录表
工程名称土粒相对密度试验者
土样编号每层击数计算者
仪器编号风干含水率校核者
土样类别试验日期
试
验
序
号
干密度(g/cm3)
含水率(%)
筒加土
质量
(g)
筒质量
(g)
湿土
质量
(g)
密度
(g/cm3)
干密度
盒号
盒加湿土质量
(g)
盒加干土
质量
(g)
盒质量
(g)
湿土质量
(g)
干土
质量
(g)
含水率
平均含水率
最大干密度=g/
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