土力学实验报告(7300字)

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南华大学 城市建设学院

土力学实验报告

2012/05/21

实验一:土的重度、含水率试验

实验名称: 土的重度、含水量实验 实验成绩: 实验同组人:罗**、白**、方**、王**、张**、符** 实验教师签名: 实验地点: 城建西301 实验日期:20xx年 03 月 28 日

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。

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(或酒精烧干)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:

p0=m0/V

式中:ρ0-土样湿密度(g/cm3);

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)。

实验仪器设备(实验条件):

1.恒温烘箱:恒温范围在105℃~110℃,温度控制精度高于±2℃;

2.天平:称量200g,最小分度值0.01g;

3.其它工具:铝盒(称量盒)、开土刀、干燥器、温度计等。

(a)环刀:内径61.8mm和79.8mm,高20mm;

(b)天平:称量500g,最小分度值0.1g的天平;

(c)其它工具:切土刀,玻璃板、钢丝锯,凡士林等

实验过程(内容、步骤、原始数据等):

(1)实验内容:

1、制作土样;

2、测定土的含水率;

3、测定土的密度。

(2)实验步骤:

1.用感量0.01g的天平称取铝盒重量,记录铝盒编号和重量;

2.取具有代表性的试样15~30g放入铝盒内,(有机质土、砂类土和整体状构造冻土为50g),迅速盖好盒盖,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.揭开盒盖,将试样和铝盒一起放入恒温烘箱,在温度105℃~110℃下烘至恒重。烘干时间对粘土、粉土不得少于8小时,对砂土不得少于6小时,对含有机质超过干土质量5%的土,应将温度控制在65℃~70℃的恒温下烘至恒重。

4.将铝盒从烘箱中取出,盖好铝盒盖,放入干燥器内冷却至室温后,称铝盒加干土质量,准确至0.01g,并记录铝盒号和盒加干土质量。

(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)用切下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0.1g。

注意事项:

1.烘干法为含水率试验的标准方法,本试验方法适用于有机物含量不超过干土质量的5%,当有机物含量在5%~10%之间,仍用本方法时,应在记录中注明。 当受试验环境限制,不能满足烘焙条件时,可依现场情况选用如下试验方法:

2.酒精燃烧法(适用于砂性土、粘性土);

3.实容积法(适用于粘性土);

4.比重法(适用于砂性土);

5.炒干法(适用于砾质土)。

原始数据:

密度实验数据见表1

表1 密度实验数据表

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含水率实验数据见表2 表2 含水率实验数据表

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实验结果(数据处理、结果分析、问题讨论及总结): 1.数据处理计算

表1 密度实验数据处理结果表

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表2 含水率实验数据处理结果表

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2.实验结论:

经过实验分析计算,得出如下结论: (1)实验土样含水率?可取为24.89%; (2)实验土样重度?可取20.0kN/m3;

(3)实验土样天然密度ρ可取为2.0g/cm?。

实验二:土的塑限和液限测定试验

实验名称: 土的塑限和液限测定试验 实验成绩: 实验同组人:罗**、白**、方**、王**、张**、符** 实验教师签名: 实验地点: 城建西301 实验日期:20xx年 04月 12 日(下午)

实验目的:

掌握界限含水率试验方法和塑性指数、液性指数的计算,并能利用界限含水率指

标进行土的分类和定名,判断天然土的状态。

基本原理:

1.细粒土由于含水率的不同,分别处于流动状态、可塑状态、半固体状态和固体 状态。

2.液限是细粒土呈流动状态与可塑状态分界处的含水率(记作ωL)

3.塑限是细粒土呈可塑态状与半固体状态分界处的含水率(记作ωp)

4.缩限是细粒土呈半固体状态与固体状态分界处的含水率(记作ωs)

仪器设备:

(a)圆锥仪:由锥身、手柄、平衡装置三部分组成,锥身由不锈钢制成,锥角

为30°;

(b)天平:称量200g,最小分度值0.01g;

(c)其它工具:调土刀,调土碗,0.5mm孔筛,凡士林,含水率试验全套设备

等。

实验过程(内容、步骤、原始数据等):

(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。

(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。

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;

实验结果(数据处理、结果分析、问题讨论及总结): 1. 实验数据

实验数据处理结果表

土力学实验报告

依数据处理可得土的液限为37.29﹪,土的塑限为19.29﹪,又由上一次计算得的天然含水率w为24.89﹪,所以Ip=wL- wp=37.29-19.29=18,IL=(w-wp)/Ip=(24.89-19.29)/18≈0.31。

2.实验结果:

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37.29﹪;

(2)实验测定土样的塑限可取值为19.29﹪;

(3)土样的液性指数和塑性指数分别可以取值为0.31和18;

(4)依处理结果可得该粘性土属于可塑状态。

实验三:土的固结试验

实验名称: 土的固结试验 实验成绩: 实验同组人:罗**、白**、方**、王**、张**、符** 实验教师签名: 实验地点: 城建西301 实验日期:20xx年 04 月 13 日(下午)

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。

基本原理:

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.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。

仪器设备:

1.固结容器:由环刀、护环、透水石、水槽、加压上盖组成;

2.环刀:高20mm,面积30cm2或50cm2;

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。

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。

5.其它:开土刀、过滤纸等。

实验过程(内容、步骤、原始数据等):

(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。

(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位或测读初读数,通常将百分表测距调到大于8mm;

4.加载:确定需要施加的各级压力,压力等级宜为12.5、25、50、100、200、400、800、1600、3200kPa。第一级压力的大小应视土的软硬程度而定,宜用12.5kPa、25kPa或50kPa。最后一级压力应大于土的自重压力与附加压力之和。只需测定压缩系数时,最大压力不小于400kPa;

5.沉降记录:施加每级压力后24h测定试样高度变化作为稳定标准,每间隔1小时变形小于0.01mm时,作为稳定读数;

要测定沉降速率时,施加每一级压力后宜按下列时间顺序测记试样的高度变化。时间为6s、15s、lmin、2minl5s、4min、6minl5s、9min、12minl5s、16min、20minl5s、25min、30minl5s、36min、42minl5s、49min、64min、l00min、200min、400min、23h、24h,至稳定为止;

6.加第二级荷载:记下稳定读数后,施加第二级荷载。依此逐级加荷,至试验结束;

7.试验结束:最后一级荷载稳定后,先卸除百分表,然后卸除砝码,升起加压框,拆除仪器各部件,取出试样,测定含水率。 注意事项:

1.在高压压缩试验中,仪器变形量不能忽略; 2.滤纸浸湿后的变形量较大,因此,压缩试验要求使用薄滤纸或用孔径较细的透水石而不使用滤纸,但这时易使透水石淤堵;

3.固结试验仅进行需要固结系数的那几级荷载,其它仅测读稳定沉降量; 4.压缩试验中,使用卡萨格兰德(Casagrande)方法确定前期固结应力时,前面几级加载比应小于1;

5.压缩试验过程中,使加载杠杆始终保持水平。 实验结果(数据处理、结果分析、问题讨论及总结): 1. 实验数据

实验数据处理结果表

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ds=2.72,Ho=20mm,

S1=(100.0-85.0)х10ˉ?mm=15.0х10ˉ?mm、

s2=(100.0-66.7)х10ˉ?mm=33.3х10ˉ?mm

s3=(100.0-29.8)х10ˉ?mm=70.2х10ˉ?mm

(1)土的初始孔隙比eo=ds(1+wo) rw/ro-1=2.72х(1+24.89%)х

10.0/20.0-1=0.699;

(2)土在不同荷载压缩下的孔隙比e1=eo-s(1+ eo)/ Ho=0.699-15х10ˉ?х

(1+0.699)/20=0.686;

同理分别代入s2和s3计算e2=0.666,e3=0.640;

(3)故土的压缩系数α=α1-2=tana=(Δe/Δp) х10?=[ (e1- e3)/ (p3- p1) ]

х10? =[(0.686-0.640)/(200-50)] х10?=0.3Mpaˉ?;

(4)依所得的压缩系数,又由Es=(1+ e1)/a=(1+0.686)/0.3=5.6 Mpa。

2.实验结果:

经过实验分析计算,得出如下结论:

(1)试验土样的压缩系数可取值为0.3Mpaˉ?,属于中压缩性土;

(2)计算该土样的压缩模量为5.6 Mpa,属于中压缩性土。

实验四: 土的直剪实验

实验名称: 土的直剪实验 实验成绩: 实验同组人:罗**、白**、方**、王**、张**、符** 实验教师签名: 实验地点: 城建西301 实验日期:20xx年 04 月 18 日(下午 )

实验目的:

掌握土的室内直剪试验方法,并运用库仑——莫尔强度理论确定土的抗剪强度参

数c、τ值,了解c和τ值在工程中的应用。

基本原理:

土的抗剪强度是指土体抵抗剪应力破坏时的极限能力。土体内某一面上的抗剪强

度就是该面两侧的土体发生滑动的最大阻力,这一阻力是由内摩擦角和内聚力所

组成,可近似地用库仑公式表示如下:

粘性土 τ=σtanυ+C

非粘性土 τ=σtanυ

式中: τ—土体抗剪强度(kPa);

σ—承受的垂直压力(kPa);

υ—内摩擦角 (°);

c—粘聚力(kPa)。

仪器设备:

1.应变控制直剪仪:由剪切盒、垂直加载装置等组成(见图6—3 )

2.环刀:高度20mm,内径61.8mm。

3.天平:感量0.1g、称量500g;

4.百分表:量程10mm;

5.其它辅助工具:环刀、饱和器、削土刀、秒表、透水石、滤纸等。

实验过程(内容、步骤、原始数据等):

(1)实验内容:

1、制作土样;

2、测定土在不同荷载剪切的变形量R;

3、计算土的剪切强度τ?,绘图;

4、计算c和Ψ。

(2)实验步骤:

(1)按工程需要,从原状土样中切取原状土试样或制备给定干密度及含水率的

扰动土试样。切样方法同压密试验;

(2)每组试验至少制备4个试样,按密度试验和含水率试验的方法测定试样的

密度和含水率。要求各试样间的重力密度差值不大0.3kN/m3,含水量不大于2%;

(3)将上、下盒对准,插入固定销,在下盒内放入透水石和滤纸,将带有试样

的环刀刀口向上,刀背向下,对准剪切盒口,放置滤纸和上透水石,将试样慢速

推入剪切盒内,移去环刀,加上传力盖板;

(4)安装滑动钢珠、剪切盒和量力环,施加0.01N/mm2的预压荷载,转动手轮,

将量力环中百分表读数调零。

(5)施加垂直压力后,立即拔除固定销,开动秒表,以0.8mm/min一周的速度匀速转动手轮(每转周剪位移0.2mm),使试样在3~5min内剪切破坏。手轮每转一周,记录一次量力环内量表读数一次,直至土样剪切破坏。

剪切破坏标准:当量力环中的百分表指针不再前进,或有明显后退时,取百分表读数最大值;当百分表指针不后退时,以剪切位移δ=4mm对应的变形为百分表读数;这时使剪切位移达到6mm才停止剪切;

(6)剪切完后,倒转手轮,移去垂直压力,重复(2)~(5)的步骤对余下的试样进行不同垂直压力作用下的试样剪切。

注意事项:

1.整理实验成果时应采用规范公式;

2.当百分表指针不后退时,以剪切位移δ=4mm对应的变形为百分表读数;这时使剪切位移达到6mm才停止剪切;

3.慢剪法剪切速率应小于0.020~0.025mm/min,一般用电动装置。

实验结果(数据处理、结果分析、问题讨论及总结):

1、实验数据及数据处理:

土力学实验报告

已知K=1.65kpa/10ˉ?mm,由公式τ?=K?R最大值和实验所得数据可得: τ?1≈46.1х1.65 kpa=76kpa

τ?2=53.2х1.65 kpa=89kpa

τ?3=67.2х1.65 kpa=111kpa

又由已知σ(正应力)和τ?(抗剪强度),可以做它们关系图如下: 抗

①从图上量的直线在纵轴上的截距即为C=58.5≈59kpa,直线倾角υ=10°。 也可由式

τ=σtanυ+C计算,即111=58.5+300tanυ

tanυ=0.175 υ=9.9°

②规范数理统计公式

△=3(100?+200?+300?)-(100+200+300)?=60000

tanυ=[3х(100х76+200х89+300х111)-(100+200+300)х(76+89+111)]/△ =10500/60000=0.175

υ=9.9° C=(276/3)-(600/3)х0.175=57kpa

2.实验结果

经过实验分析计算,得出如下结论:

(1)实验结果υ可取值为9.9°,C可取值为58kpa;

(2)实验的剪切面限定在上下盒之间的平面,而不是沿土样最薄弱的剪切面破坏,与实际情况有差别。



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