土力学实验指导书20xx(11800字)

来源:m.ttfanwen.com时间:2016.9.25

土工实验指导书

(试用版)

东北大学

资源与土木工程学院

二○○七年三月

前 言

为了提高东北大学土木工程专业本科生的实践能力和创新精神,促进研究型大学的教学工作,进一步深化土工实验教学内容、方法、考核方式的改革。本实验教学指导书在东北大学原有《土力学与基础工程》实验指导书的基础上做了补充和修订。主要特色如下:

1)结合东北大学“211工程”和“985工程”建设的最近成果,引进新的实验手段,比如土的三轴静动实验,强调基本技能和学生自行设计实验的能力;

2)增加了土工实验综合性、设计性内容,便于发挥学生的创新和动手能力;

3)增加了最新仪器设备介绍和操作说明,方便学生创新性地自主开展研究性实验项目;

4)实验选题更贴近工程热点和具体工程课题,更具有知识性、趣味性和灵活性。

5)结合实验教学内容补充了相关思考题和讨论题,引导学生对实验做进一步思考,便于提高学生发现问题、分析问题、创新思维和研究问题的能力。 总之,面向土木工程及相关工程的需要,利用最新的研究成果,丰富和拓宽了土工实验的内容,引导学生积极开展相关实验研究,培养学生独立开展实验研究的能力。

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目录

第1章 引言

第2章 实验原理

第3章 实验准备/注意事项

第4章 实验方案

实验一 土的物理性质实验 试验二 土的界限含水量 试验三 土的压缩试验

试验四 无侧限抗压强度

实验五 直接剪切实验

第5章 实验报告

实验一 土的物理性质实验 试验二 土的界限含水量 试验三 土的压缩试验

试验四 无侧限抗压强度 实验五 直接剪切实验

第6章 自制实验设计参考方案

第7章 工程问题的实验设计案例

第8章 思考和讨论题

第9章 相关实验设备和操作简介

第10章 总结与致谢

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第1章 绪论

一、实验的作用

人类要改造自然,不外乎只有两种手段:生产实践和科学实验两种。所谓科学实验,是人们按照一定的目的,采取一定的手段,借助一定的仪器设备,人为地控制或模拟自然现象,突出主要因素,对自然事物和现象进行精密和反复地观察、测试,探索其内部规律的实验过程。

人类通过科学实验,掌握事物发展地本质,造福于人类。例如原子能、半导体和激光等,都是在生产实践中总结不出来的,只有在科学实验中才被发现。至于土工方面,它需要人类长年累月生产实践经验的积累和总结。当然,它也离不开科学实验。例如土应力、剪力等都需要通过科学实验才能得到。

总之,科学实验在人类社会发展,在改造自然的实践中,起着举足轻重的作用。

二、实验课的教学目的

1. 培养和提高学生的科学实验能力,主要包括实践能力、自学能力、思维分析能力、书面表达能力和实践设计能力。

2.通过对实验现象的观察和分析,得出事物内在的规律,为以后的工作打下基础,并且是学生掌握实验的基本知识、基本方法和基本技术。

3.通过实验培养学生的科学研究素养,使学生不怕苦,独立研究,主动进取,严肃认真,理论联系实际。

4.通过土工实验,对土工知识更深一步的了解。

三、岩土工程简介、施工技术及选用原则

岩土工程学(Geotechnology)是以工程地质学、岩体力学、土力学和地基基础工程学作为基本理论基础,以解决工程建设过程中出现的所有与岩体和土体有关的工程技术问题为目的的一门新型技术科学,是隶属于土木工程学的一个分支学科。而岩土工程(Geotechnical Engineering)则是这门学科在工程建设中的应用,是一门把岩体和土体作为建设环境、建筑材料和建筑物组成部分并进而研究其合理利用、整治、改造的综合性应用技术。

岩土工程的施工技术主要包括以下几个方面:

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(1)地基处理技术;

(2)基础工程施工技术;

(3)边坡加固工程施工技术;

(4)非开挖施工技术;

(5)地下水防治工程施工;

(6)其它岩土工程施工技术。

岩土工程施工工艺和方法应正确应用,选用的原则是:

(1)不同岩土工程的施工往往有几种不同的技术方法供选择,而每种技术方法可能应用于几类岩土工程问题,需要通过经济、工期、技术、安全等各方面对比后才能选定。在这里,施工技术的经济性占第一位。

(2)没有经验的施工方法,还需要首先在较小的现场范围内试验,取得可靠数据,经过可靠分析,才能全面使用。

(3)各种施工方法对环境的影响程度,将成为选用与否的重要参考。

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第2章 实验原理

实验一 土的物理性质实验原理

土是由固体矿物、液体水和气体三部分组成,这三项即土的三相组成。土体的三相组成比例不同,土的状态和工程性质也随之各异。例如: 固体+气体(液体=0)为干土,此时粘土呈坚硬状态,砂土呈松散状态。

固体+液体+气体为湿土,此时粘土多为可塑状态。

固体+液体(气体=0)为饱和土,此时,粉细砂或粉土遭遇强烈地震,可能产生液化,而使工程遭受破坏;粘土地基受建筑荷载作用发生沉降需几十年才能稳定。

1. 含水量试验(烘干法)

土中水的种类比较多,主要有结合水、自由水、气态水和固态水;结合水又分强结合水和弱结合水;自由水又分重力水和毛细水。

土的含水量表示土中含水的数量,为土体中水的质量与固体矿物质量的比值,用百分数表示:

土的含水量?水的质量

固体颗粒质量?100%

利用烘干法,通过烘干,把土中的液体蒸发,可以得到固体矿物即干土的重,再由原来试样土的重,便可以求得试样土的含水量。

2. 容重试验(环刀法)

土的容重是单位体积土的重力密度,表达式是

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土的容重?土的质量

土的总体积?g

利用环刀法,可以测出试样土的总体积和质量。

3. 比重试验(比重瓶法)

土的比重是土中固体矿物的质量与同体积4oC时的纯水质量的比值,表达式是

土的比重?固体矿物质量

4?c时纯水的质量

比重瓶法通常用容积为100毫升的玻璃制的比重瓶,将烘干的试样装入比重瓶,用天平称瓶和干土的重量。然后注入纯水,煮沸1小时左右以排除土中气体,冷却后将纯水注满比重瓶,再称总质量和瓶内水温计算而得。

4. 颗粒大小分析试验(筛析法)

工程中常用土中各粒组的相对含量,占总质量的百分数来表示,称为粒径级配。这是决定无粘性土工程性质的主要因素,以此作为土的分类定名标准。粒径分析方法,工程中常用的是筛析法。

筛析法适用于土粒直径大于0.075mm的土,主要设备是一套标准分析筛。将干土样倒入标准筛中,盖严上盖,臵于筛析机上震筛(10~15)分钟。由上而下顺序称各级筛上和底盘内的式样的质量。少量试验可用人工筛。

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试验二 土的界限含水量实验原理

细粒土随着含水量不断增加,土的状态变化为固态—半固态—可塑状态—液体状态,相应的地基土承载力基本值逐渐减低。细粒土的稠度,反映土粒之间的连结强度随含水量的高低变化的性质,其中,各种不同状态之间的分界含水量具有重要的物理意义。

1. 液限试验

细粒土呈液态与塑态之间的分界含水量称为液限。

液限试验是利用锥式液限仪,先将土样调制成土糊状,装入金属杯中,刮平表面,放臵在底座上,臵于水平桌面。用锥式液限仪来测试:手持液限仪顶部的小柄,将角度为30?c的圆锥体的锥尖,臵于土样表面的中心,松手,让液限仪在自重作用下沉入土中。此圆锥体距10mm处有一刻度。若液限仪沉入土中深度为10mm,即锥体的水平刻度正好与土样表面平齐,则此土样的含水量即为液限含水量。如液限仪沉入土样中以后锥体的刻度高于或低于土面,则表明土样的含水量低于或高于液限。此时,需要从金属杯中取出土样,加少量水或反复搅拌使土样中水分蒸发降低后,再测试,直到达到锥尖下沉10mm标准为止。

2. 塑限试验

细粒土呈塑态与半固态之间的分界含水量称为塑限。

取略高于塑限含水量的试样,用手搓成圆形土条,放在毛玻璃上用手滚搓。要求手掌均匀加压在土条上, 不得使土条在毛玻璃板上无力滚动。土条的水分被毛玻璃吸去一部分而逐渐变干,同时土条的直径由粗逐渐搓 8

细。当土条直径为3mm时,产生裂缝并开始断裂,则此时土条的含水量即为塑限。若土条直径大于3mm已断裂或小于3mm未断裂,说明土条含水量小于或大于塑限,需重新取土样搓土。

试验三 土的压缩试验原理

土的压缩试验是在侧限条件下进行的。侧限条件指侧向限制不能变形,只有竖向单位压缩的条件。侧限条件在建筑工程中广泛存在,当自然界土层上作用有大面积均布荷载的情况就满足侧限条件。一般工程与侧限条件近似,通常可运用此条件。

试验原理是土的有效应力原理,即饱和土体所承受的总应力为有效应力与孔隙水压力之和。

实验四 无侧限抗压强度实验原理

无侧限抗压强度实验适用于饱和粘性土。用无侧限压力仪对试样只施加轴向压力,使用量表和天平测得所需实验数据,实验简单。

实验原理是,在试样施加周围压力之前,即将试样的排水阀关闭,即不固结的情况下施加轴向压力进行剪切,在剪切过程中排水阀始终关闭,即不排水试验。

实验五 直接剪切实验原理

直接剪切实验通常采用四个试样,实验原理是使用应变控制直接剪切仪,采用手轮连续加荷,用弹性量力环上的测微计(百分表)量测位移换算剪应力。

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实验六 土的三轴实验原理

三轴实验通常

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第3章 实验准备/注意事项 1.

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第4章 实验方案

实验一 土的物理性质实验

(一)含水量试验(烘干法)

概述

土的含水量是在100~105℃下,烘到恒重时所失去水分重量达到恒重后干土重的比值。以百分数表示。

仪器设备:

烘箱:可采用电烘箱,也可用红外线烘箱;

天平:称重500克,感量0.01克;

其他:干燥器,称量盒等。

操作步骤:

1.取代表性试样15~30克,放入称量盒内,立即盖好盒盖称重。称重时可在天平的一端放上等重的称量盒,或者与盒重等重的砝码,称量结果为湿土重。

2.揭开盒盖,将试样和盒放入烘箱,在温度100~105℃下烘到恒重。

3.将烘干后的试样和盒取出,盖好盒盖放入干燥器内,冷却至室温,称干土重。

4.本实验称重应该准确至0.01克。

5.按下式计算含水量:

WA=(W/WS-1)×100

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式中:WA-含水量,%;

W-湿土重,克;

WS-干土重,克。

6.本实验需进行二次平方测定,取其算术平均值。

(二)容重试验(环刀法)

概述:土的容重是土的单位体积重量。对一般粘质土,都可以采用环刀法。

仪器设备:

环刀:内径6~8厘米,高2~3厘米;

天平:称量500克,感量0.01克;

其他:切土刀、钢丝锯、凡士林等。

试验步骤:

1. 将原状土整平两端,将环刀内壁涂一薄层凡士林,刃口向下放在土样上。

2.用切土刀(或钢丝锯)将土样削成略大于环刀直径的土柱,然后将环刀下压,边压边削,至土样伸出环刀为止。将两端余土削去修平。取剩余的代表性土样测定含水量。

3.擦净环刀外壁称重,去掉环刀重,即为土重,准确至0.1克。

4.按下式计算容重:

r=g.W/V

rd=r/(1+0.01ω)

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式中:r-容重,牛/厘米3;

rd-干容重,牛/厘米3;

W-湿土重,克;

V-环刀容积,立方厘米;

ω-含水量,%。

(三)比重试验(比重瓶法)

概述:土的比重是在100~105℃下烘至恒重时的重量与同体积4℃蒸馏水重量的比值。

仪器设备:

比重瓶:容重100毫升(或50毫升);

天平:称量200克,感量0.001克;

恒温水槽:灵敏度-1~1℃;

砂浴;

温度计:测量范围0~50℃,精确至0.5℃;

其他:烘箱、漏斗、滴管等。

试验步骤:

1.一般土的比重用蒸馏水测定,如发现有可溶性盐,亲水性胶体或有机质土,须用中性液体测定(如煤油)。

2.将比重瓶烘干,装烘干土约15克入100毫升比重瓶内,(若用50毫升比重瓶装干土12克)称重。

3.为排除途中空气,将装有干土的比重瓶,注蒸馏水至瓶的一半处, 14

摇动比重瓶。并将瓶放在砂浴上煮沸,煮沸时间自动溶液沸腾时算起,砂质土30分钟,粘土不少于一小时,煮沸时注意不使土液溢出瓶外。

4.将事先煮沸及冷却的蒸馏水,注满比重瓶,将比重瓶放入恒温水槽内,使瓶内溶液温度稳定,瓶上部悬液澄清。

5.用瓶塞紧塞比重瓶口,多余的水由瓶塞小孔中溢出,擦干瓶外部的水,称瓶、水、土总重,称重后立即测出瓶内水的温度。

6.根据测得的温度,从已绘制的温度与瓶、水总重关系曲线中查瓶、水的总重。

7.本实验称量应准确至0.001克。

8.按下式计算土的比重:

GS=WS/(W1+WS-W2)-Gωt

式中:GS -土粒的比重;

WS-干土重,克;

W1-瓶、水总重,克;

W2-瓶、水、土总重,克;

时蒸馏水的比重。 Gωt-t℃

9.本实验取两次试验结果的平均值。

(四)颗粒大小分析试验(筛析法)

概述:颗粒大小分析是测定土样中各种粒组所占该土总重百分数的方法。借以明了颗粒大小分配的情形,供土的分类及概略的判断土的工程性质及建材选料之用。

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仪器设备:

标准筛:孔径为2、1、0.5、0.25、0.1毫米;

天平:称量1000克,感量0.1克;

摇筛机、烘箱、漏斗、瓷盘、毛刷等。

试验步骤:

1.从风干松散的砂样中,称直径小于2毫米的颗粒土100克~300克。

2.将2毫米以下的筛孔以孔径2、1.0、0.5、0.25、0.1毫米依次叠好,取土试样倒入2毫米筛上,放在振筛机上震摇10分钟至15分钟。

3.由最大孔径开始,按照顺序将各筛取下。应继续轻叩摇晃,至无砂砾漏下为止。漏下的砂砾应全部放进下级筛内。并将留在各筛上的土分别称重。准确至0.1克。

4.各筛号的筛余总重量与试样重量之差不得大于1%。

计算与制图

1. 计算小于某颗粒直径的土重百分数:

X=(WA/WB)dX

式中:X-小于某颗粒直径土重百分数,%;

WA-小于某颗粒直径的土重,克;

WB-试样重量,克;

dX-粒径小于2毫米土重百分数。

2.用小于某粒径的土重百分数为纵坐标,颗粒直径的对数值为横坐 16

标,绘制颗粒大小的分配曲线。

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试验二 土的界限含水量

概述

细粒土由于界限含水量不同,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量;塑限是细粒土呈可塑状态的下限含水量。

(一) 液限试验

1.本实验所需要仪器设备:

1)圆锥议(见图)

锥身:用不锈钢制成的精密圆锥体,顶角30°,高25厘米,距锥尖10毫米处刻有环状刻度;手柄:手柄顶端距锥尖总高45毫米;平衡装臵:用直径3毫米的弧形钢丝,两端各连一个金属圆球,两个球重量相等;钢丝弧顶至圆球底面垂直距离是100毫米;锥身、手柄、平衡装臵总重量76克(精确至±0.25克);

试杯:直径不小于40毫米,高不小于20毫米;

底座:用硬质塑料制成,应放臵平稳。

2)其他设备:

天平——称量200克(感量0.01克)、烘箱、干燥箱、秒表、吹风机、称量盒、调土刀、滴管、筛(孔径0.5)、刨刀、凡士林或润滑油等。

2.试验步骤:

液限试验原则上应采用天然含水量的土样进行制备。若土样相当干燥,允许用风干土样进行制备。

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1)取代表性的天然含水量的土样约180克,放在调土皿中加蒸馏水调成均匀的浓糊状,用玻璃板盖住,放臵一昼夜。

2)用调土刀将制备好的试样调拌均匀,分层装入试杯中,填装时勿使土内留有空气,然后刮去多余的土,使与杯口齐平,臵于杯座上。

3)用布擦净圆锥仪,并在锥体上抹一层凡士林或润滑油。提住锥体上端手柄,放在试样表面中部,至锥尖与试件表面接触时,松开手指,使锥体在其自重下沉入土中。放开锥体时要平稳,避免冲击。

4)当锥体约经15秒沉入土中深度恰为10毫米时,表面上的含水量视为液限。若锥体入土深度大于或小于10毫米时,表示该土样含水量高于或低于液限。这时,应挖去有凡士林或者润滑油的部分,取出全部试样放回土皿中,重新吹干或加水调制,再重新测定。至锥体下沉深度恰为10毫米止。

5)将所测定的合格试样,挖去有凡士林或润滑油部分,取锥体附近试样测定取含水量,此含水量即为液限。

6)按下式计算液限含水量:

WL=(W/Ws-1)×100%

式中:WL-液限,%;W-湿土重,克;Ws-干土重,克。

7)本试验取两次试验结果的平均值。

(二)塑限试验

仪器设备:

1)毛玻璃板:约200毫米×300毫米;

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2)直径3毫米的铁丝或卡尺;

3)其他:同液限试验。

试验步骤:

1)取代表性土样100克,加蒸馏水拌和,或从液限试验制备好的试样中取约30克的土样备用。

2)为使试验前试样含水量接近于塑限,可将试样在手中捏揉至不粘手,或用吹风机稍微吹干,然后将试样捏扁,如出现裂缝,表示含水量已接近塑限。

3)取接近塑限的试样一小块,先用手搓成椭圆形,然后再用手掌在毛玻璃板上无力滚动。土条长度不易超过手掌宽度,在滚动时不应从手掌下往一边脱出。土条在任何条件下不许产生中空现象。

4)若土条搓成3毫米时,仍未产生裂缝和断裂,表示这时试样的含水量高于塑限,应将土捏成一团继续搓滚,直到土条直径达3毫米时,产生裂缝并开始断裂为止。

5)取合格断裂土条约3~5克,放入称量盒内,随即盖紧盒盖。测定含水量,此含水量即为塑限

WP=(W/Ws-1)×100%

式中:WP-塑限,%; W -湿土重,克; Ws-干土重,克。

6)本试验取二次试验结果的平均值。

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试验三 土的压缩试验

1概述

土的压缩是土体在荷重作用下产生变形的过程。通过试验可测定试样在侧限与轴向排水条件下的应变和压力、空隙比和压力的关系、变形和时间的关系,以便计算土的单位沉降量Si,压缩系数αv,压缩指数Cc,压缩模量Es,固结系数Cv及原状土的斜率固结压力Pc等。

2仪器设备

压缩仪;

百分表:量程10毫米,最小分度为0.01毫米,磁性表面; 其他:刮刀、钢丝锯、天平、秒表等。

3试验步骤:

1)根据工程需要,切取原状土试样或制备给定容重与含水量的扰动土试样。

2)测定试样的容重、含水量。

3)将带有环刀的试样,小心装入护环,再装入压缩仪容器内,然后放上透水石和加压盖板,臵于加压框架下,对准加压框架,安装量表。

4)为保证试样与仪器上下各部分之间接触良好,应施加0.01公斤/厘米2的预压荷重,然后调整量表,使指针读书为零。

5)荷重等级一般为0.125,0.25,0.5,1.0,2.0,4.0,8.0,16.0,32.0公斤/厘米2

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6)施加第一级荷重:第一级荷重的大小视土的软硬程度分别采用0.125、0.25或0.5公斤力/厘米2(第一级实加荷重应减去预压荷重)。在试验过程中,应始终保持加荷杠杆水平。

7)加荷后,可按下列时间测计量表读数:10、20、60、120、23小时和24小时,至稳定为止。

8)压缩稳定标准规定:每级荷重下压缩24小时后测记压缩稳定读数,再施加第二级荷重,依次逐级加荷至试验结束。

9)试验结束后,迅速拆除仪器各部件,取出带环刀的试样。

4 计算及制图:

1 ) 按下式计算试样的初始孔隙比e0:

e0= rωG0(1+0.01W0)/r0-1

2 ) 各级荷重下压缩稳定后的单位沉降量Si:

Si= ΣΔhi/h0×1000毫米/米

3 ) 各级荷重下压缩稳定后的孔隙比ei:

ei=e0-(1+e0)Si/1000

4 ) 某一荷重范围内的压缩系数av:

av= (ei-ei+1)/(pi+1-pi)=(Si+1-Si)(1+e0)/[(pi+1-pi)1000] cm2/KN

5 ) 某一荷重范围内的压缩模量Es和体积压缩系数m :

Es=(pi+1-pi)1000/(Si+1-Si) KN/ cm2

Mv=1/ Es =αp/1+ ei cm2/KN

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式中: Gs—土粒比重;rω—水的容重,克/厘米2; wa-------试样的起始含水量,%;ra—试样的起始容重,克/厘米2;ΣΔh—在某一荷重下,试样压缩稳定后的总变形量,毫米;H0—试样的起始高度(等于环刀高度),毫米;Pi—某一荷重值,公斤力/厘米2。 23

试验四 无侧限抗压强度

概述:

无侧限抗压强度试样在无侧限压力条件下,抵抗轴向应力的极限强度,原状土的抗压强度与重塑后土的抗压强度之比为灵敏度。本试验用于测定饱和软粘土的无侧限抗压强度及灵敏度。

仪器设备:

量表:分度值0.01毫米,量程10毫米;

切土盘;

重塑筒:筒身可以折成两半,内径3.5~4厘米,高9~10厘米; 天平:称量1000克,感量0.1克;

秒表、钢板尺、卡尺、削土刀、钢丝锯、凡士林等。

试验步骤:

1.将原状土样按天然层次的方向安放在桌面上,用削土刀或钢丝锯切削成稍大于试样直径的土柱,放入切土盘的上下圆盘之间,用钢丝锯或削土刀,侧板由上往下细心切削,边切削边转动圆盘,直至切成所需要的直径为止,然后取出试样,按要求的高度削平两端。端面要平整,并与侧面垂直,上下均匀。

2.试样直径可采用3.5~4厘米,试件直径与高度之比应按土的软硬情况采用2~2.5。

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3.将切削好的试样立即称重,准确至0.1克。取切削下的余土,测定含水量。并用卡尺测量其高度及上、中、下各部位直径。按下式计算平均直径:

D0= (D1+2D2+D3)/4

式中:D0------试样的平均直径,厘米;

D1、D2、D3-------试样上、中、下各部位的直径,厘米。

4.将试样两端抹一层凡士林油,防止水分蒸发。

5.将制备好的试样放在下加压板上,转动手轮,使试样与上加压板刚好接触,将量力环量表读数调至零点。

6.以每分钟轴向应变为1~3%的速度转动手轮,使试样在8~20分钟内破坏。

7. 应变在3%以前,每0.5%测记量力环的量表读数一次;应变达倒3%以后,每1%测记量力环的量表一次。

8.当量力环的量表读数达到峰值,或读数达到稳定,应再进行3~5%的应变值即可停止试验。如读数无稳定值,则试验进行到轴向应变达25%为止。

9.试验结束后,迅速反转手轮,取下试样。描述破坏后形状。

10.若需要测定灵敏度,则将破坏后的试样包以塑料布,用手搓捏,破坏其结构,再搓成圆柱形,放入重塑筒内,挤成与筒体相等的试样,然后重新进行试验。

11.计算和制图

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1 )按下式计算轴向应变:

ε1=Δh /h0 Δh=h×ΔL-R

式中:ε1――――轴向应变,%;

h0―――――试验前试样高度,毫米;

Δh ------轴向变形,毫米;

h---------手轮转数;

ΔL----手轮每转一周,下加压板上升高度,毫米; R------量力环的量表读数。

2 ) 按下式计算试样平均断面积:

Aa= A/(1-ε)

式中:Aa -------校正后试样面积,平方厘米;

A----试验前试样面积,平方厘米。

3 ) 轴向应力计算:

σ= C×R/ Aa

式中: σ-----轴向应力,公斤力/厘米2;

C------量力环率定系数,公斤力/0.01毫米。

4)轴向应力为纵坐标,轴向应变为横坐标,绘应力-应变曲线。取曲线上的最大轴向应力作为无侧限抗压强度qU。如最大轴向应力不明显,取轴向应变为20%处的应力作为无侧限抗压强度qU。

5)按下式计算灵敏度:

St= qU/qU'

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式中:St—---灵敏度;

qU-------原状试样的无侧限抗压强度; qU'----重塑试样的无侧限抗压强度。

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实验五 直接剪切实验

概述:

直接剪切实验是测定土的抗剪强度的一种常用方法,通常采用四个试样。直接在不同的垂直压力P下,施加水平剪切力进行剪切,求得破坏时的剪切力,然后根据库仑定律确定土的抗剪强度参数:内摩擦角ф,粘结力c。 直接剪切实验分为快剪、固定快剪和满剪三种方法。我们用快剪法进行实验。

仪器设备:

1. 应变控制直接剪切仪:主要包括剪切盒,垂直加压框架,量力环及推力座等。

2. 其他设备:

1)

2)

3)

4) 量表:量程5~10毫米; 天平:称量500克,感量0.1克; 量力环:内径6.4厘米,高2厘米; 饱和器、削土刀、秒表、滤纸、直尺等。

试验步骤:

1. 从原状土样中切取原状土试样或制备给定干容重及含水量的扰动土试样,制成试件,并测其容重。

2. 每组试件至少四个,在四种不同垂直压力下进行剪切实验。其压力值可以根据现场预定的最大压力P定,也可以取垂直压力分别为1、2、 28

3、4、公斤/厘米2。各个垂直压力可一次轻轻施加,若土质松软,也可分次施加以防土样挤出。

3. 对准上下盒,插入固定槽,在下盒内放与透水面厚度相等的土透水板,然后将试样徐徐推入剪切盒内,移去环刀。

4. 转动手轮,使上盒尖端钢珠刚好与量力环接触,调整量力环中的量表读书为零,顺次加上加压盖板、钢球、压力框架,安装垂直量表,测记起始读数。

5. 施加垂直压力后,立即拔去固定销,开动秒表,以每分钟4~12转的均匀速度旋转手轮,使试样在3~5分钟内剪损,如量力环中量表指针不再前进,或者有显著后退,表示试样已剪损,但一般宜剪至剪切变形达到4毫米。若量表指针继续前进,则剪切变形应达到6毫米为止,手轮每转一转,同时测记量力环量表读数,并根据需要测记垂直量表读数,直至剪损为止。

6. 剪切结束后,擦去剪切盒中积水,倒转手轮,尽快移去垂直压力,框架,钢珠加压板等。取出试样,测定剪切面附近土的含水量。 计算与制图

根据下式计算应变控制式直接剪切仪所测的试样的剪影力及剪切位移。

T=CR

Δl=20n-R

式中:T——剪切力,Pa;

C——量力环率定系数,/厘米2/0.01毫米;

29

R——量力环量表读数,0.01毫米;

n——手轮转数。

根据下式计算应力控制式直接剪切仪所测定的剪应力:

τ=(F-f)/A F=Q.L

式中:F——水平剪切力,KN;

f——某垂直压力下仪器的摩擦力,KN; A——试样面积,平方厘米; Q——砝码盘上施加的砝码重,千克; L——杠杆比例。 以剪应力为纵坐标,剪切位移为横坐标绘剪应力τ与剪切位移Δl关系曲线。

选取剪应力τ与剪切位移Δl关系曲线上的峰点或稳定值作为抗剪强度S,如果没有明显峰点则取剪切位移Δl等于4毫米处的剪应力作为抗剪强度S。 以抗剪强度S为纵坐标,垂直压力p为横坐标,绘制抗剪强度S与垂直压力p的关系曲线。根据图上各点,绘制直线。直线的倾角为土的内摩擦角,直线在纵坐标上的截矩为土的粘结力。

30

实验六 三轴实验

概述:

三轴实验是测定土的抗剪强度的一种常用方法,

仪器设备:

1. 应变控制直接剪切仪:主要包括剪切盒,垂直加压框架,量力环及推力座等。

2. 其他设备:

1) 量表:量程5~10毫米;

2) 天平:称量500克,感量0.1克;

3) 量力环:内径6.4厘米,高2厘米;

4) 饱和器、削土刀、秒表、滤纸、直尺等。

试验步骤:

1. 从原状土样

2. 每组试件至少四个,

31

第5章 实验报告

实验一 土的物理性能实验

(一)含水量实验(烘干法)

工程名称 实验方法 试验日期

土力学实验指导书20xx

(二)容重实验(环刀法) 工程说明 土样说明 试验日期

土力学实验指导书20xx

(三)比重实验(比重瓶法)

工程名称 实验方法

32

试验日期

(四)颗粒大小分析实验(筛析法)

工程名称 试验日期 土样编号

土力学实验指导书20xx

33

土力学实验指导书20xx

34

试验二 界限含水量实验

一、液限实验 工程名称 土样编号 试验日期

土力学实验指导书20xx

二、塑性实验

土力学实验指导书20xx

35

试验三 土的压缩实验

土样编号 试验者 土样种类 试验日期 试验记录

土力学实验指导书20xx

36

试验四 无侧限抗压强度实验

工程名称: 土样编号: 试验日期: 试验前试样高度h0= mm

试验前试样直径D0= cm

试验前试样面积A0= cm2

试样重量W= g

试样容重r= g/cm3

手轮每转一周螺杆上升高度Δl= mm 量力环率定系数C= Rgf/0.01cm2 原状试样无侧限抗压强度g0= kgf/cm2

重塑试样无侧限抗压强度g0’ kgf/cm2

灵敏度St=

土力学实验指导书20xx

37

实验五 直接剪切试验

试验方法 手轮转数 量力环率定系数 垂直压力

土力学实验指导书20xx

38

第6章 思考和讨论题

1.

2.

39

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