土木本_土力学试验指导书及报告书_学生用(8000字)

发表于:2016.10.26来自:www.ttfanwen.com字数:8000 手机看范文

土力学实验指导书 编写:崔树琴

罗传华 铜陵学院 安徽地矿局三二一地质队

铜 陵 学 院

20xx年3月

1

密度试验和含水量试验

一、密度试验

(一)、概述

土的密度?是指土的单位体积质量,是土的基本物理性质指标之一,其单位为g/cm3。土的密度反映了土体结构的松紧程度,是计算土的自重应力、干密度、孔隙比、孔隙度等指标的重要依据,也是挡土墙压力计算、土坡稳定性验算、地基承载力和沉降量估算以及路基路面施工填土压实度控制的重要指标之一。

(二)、试验方法及原理

密度试验方法有环刀法、蜡封法、灌水法和灌砂法等。对于细粒土,宜采用环刀法;对于易碎裂、难以切削的土,可用蜡封法;对于现场粗粒土,可用灌水法或灌砂法。

环刀法就是采用一定体积环刀切取土样并称土质量的方法,环刀内土的质量与环刀体积之比即为土的密度。

环刀法操作简便且准确,在室内和野外均普遍采用,但环刀法只适用于测定不含砾石颗粒的细粒土的密度。

1、仪器设备

(1)恒质量环刀,内径6.18cm(面积30cm2)或内径7.98cm(面积50cm2),高20mm,壁厚1.5mm;

(2)称量500g、最小分度值0.1g的天平;

(3)切土刀、钢丝锯、毛玻璃和圆玻璃片等。

2、操作步骤

(1)按工程需要取原状土或人工制备所需要求的扰动土样,其直径和高度应大于环刀的尺寸,整平两端放在玻璃板上。

(2)在环刀内壁涂一薄层凡士林,将环刀的刀刃向下放在土样上面,然后用手将环刀垂直下压,边压边削,至土样上端伸出环刀为止,根据试样的软硬程度,采用钢丝锯或修土刀将两端余土削去修平,并及时在两端盖上圆玻璃片,以免水分蒸发。

(3)擦净环刀外壁,拿去圆玻璃片,然后称取环刀加土质量,准确至0.1g。

3、成果整理

按式下式分别计算湿密度和干密度:

??

mV?m2?m1

V

3 式中 —湿密度(g/cm),精确至0.01g/cm3;

m—湿土质量(g); ?

m2—环刀加湿土质量(g);

—环刀质量(g); m1

V—环刀容积(cm3)。

环刀法试验应进行两次平行测定,两次测定的密度差值不得大于0.03 g/cm3 并取其两次测值的算术平均值。

4、试验记录 密度试验记录见试验报告中的土的侧限压缩试验(固结试验)中的表格。

二、含水量试验

(一)、概述

土的含水量w是指土在温度105~110℃下烘干至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。

含水量是土的基本物理性质指标之一,它反映了土的干、湿状态。含水率的变化将使土物理力学性质发生一系列变化,它可使土变成半固态、可塑状态或流动状态,可使土变成稍湿状态、很湿状态或饱和状态,也可造成土在压缩性和稳定性上的差异。含水率还是计算土的干密度、孔隙比、饱和度、液性指数等不可缺少的依据,也是建筑物地基、路堤、土坝等施工质量控制的重要指标。

2

二、试验方法及原理

含水量试验方法有烘干法、酒精燃烧法、比重法、碳化钙气压法、炒干法等,其中以烘干法为室内试验的标准方法。再此仅介绍烘干法。

烘干法是将试样放在温度能保持105~110℃的烘箱中烘至恒量的方法,是室内测定含水率的标准方法。

1、仪器设备

(1)保持温度为105~110℃的自动控制电热恒温烘箱;

(2)称量200g、最小分度值0.01g的天平;

(3)玻璃干燥缸;

(4)铝制称量盒。

2、操作步骤

(1)从土样中选取具有代表性的试样15~30g(有机质土、砂类土和整体状构造冻土为50g),放入称量盒内,立即盖上盒盖,称盒加湿土质量,准确至0.01g。

(2)打开盒盖,将试样和盒一起放入烘箱内,在温度105~110℃下烘至恒量。试样烘至恒量的时间,对于粘土和粉土宜烘8~10h,对于砂土宜烘6~8h。对于有机质超过干土质量5%的土,应将温度控制在65~70℃的恒温下进行烘干。

(3)将烘干后试样和盒从烘箱中取出,盖上盒盖,放入干燥器内冷却到室温。

(4)将试样和盒从干燥器内取出,称盒加干土质量,准确至0.01g。

3、成果整理

计算含水量:

w?m1?m2

m?m?100%

20

式中 w—含水量(%),精确至0.1%;

m1

m2

m0—称量盒加湿土质量(g); —称量盒加干土质量(g); —称量盒质量(g)。

含水量试验须进行二次平均测定,每组学生取两次土样测定含水量,取其算术平均值作为最后成果。但两次试验的平均差值不得大于下列规定:

含水量测定的平行差值

土木本土力学试验指导书及报告书学生用

4含水量的试验记录见土的液、塑限试验中的表格及侧限压缩试验中的表格。

土的液、塑限试验

(一)、试验目的

细粒土由于含水量不同,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。

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,共设计、施工使用。

(二)、试验方法和适用范围

3

1、试验方法

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。

2、适用范围

适用于粒径小于0.5mm颗粒组成及有机质含量不大于干土质量5%的土。

(三)、液塑限联合测定法试验

1、仪器设备

①液塑限联合测定仪:圆锥仪、读数显示;②试样杯:直径40—50mm,高30—40mm;③天平:称量200g,分度值0.01g;④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)、本次试验原则上应采用天然含水率的土样进行,也允许用风干土制备土样,土样过0.5mm筛后,喷洒配制一定含水率的土样,然后装入密闭玻璃广口瓶内,润湿一昼夜备用(土样制备工作实验室已预先做好)。

(2)、将已制备好的土样取出,放在搪瓷碗中加水或电吹风吹干并调匀后,密实地装入试样杯中(土中不能有孔洞),高出试样杯口的余土,用刮土刀刮平,随即将试样杯放在升降底座上。把空铝盒的质量m0称出,并记录盒盖号(盒盖和盒身应同号)。

(3)、接通电源,按下“开”按钮,把装有透明光学微分尺的圆锥仪,在锥体上抹以薄层凡士林,使电磁铁吸稳固锥仪。并使光学微分尺垂直于光轴(可从屏幕上观察,刻度线清晰,并在屏幕居中位置)。

(4)、调节零点,使读数屏幕上的零线与光学微分尺影像零线重合,按下“手”(即手动)按钮,使仪器处于备用状态。

(5)、转动升降座,待试样杯上升到土面刚好与圆锥仪锥尖接触时,“接触”灯亮,按“手动复位”按钮,圆锥仪自由下落,历时5秒,当读数绿灯亮时,立即从读数屏幕上读出圆锥仪下沉深度。

(6)、把升降座降下,细心取出试样杯,剔除锥尖处含有凡士林的土,取出锥体附近的试样不少于10g放入称量铝盒内,称量得质量m1,并记下盒号,测定含水率。

(7)、将称量过的铝盒,放入烘箱;在105℃~110℃的温度下烘至恒量,取出土样盒放入玻璃干燥皿内冷却,称干土的质量m2。

(8)、重复2~7条的步骤,测试三种含水率土样的圆锥入土深度和含水率(圆锥入土深度宜为3~4mm,7~9mm,15~17mm)。

3、计算与制图

(1) 计算含水量: w?mw

ms?m1?m2m2?m0?100%

(2)绘制圆锥下沉深度h与含水量w的关系曲线

以含水量为横坐标,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。如图所示。①三点连一条直线。②当三点不在一直线上,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2mm处查得相应的含水量,当两个含水量的差值小于2%,应以该两点含水量的平均值与高含水量的点连成一线。③当两个含水量的差值大于或等于2%时,应补做试验。

(3)确定液限、塑限

在圆锥下沉深度h与含水量w关系图上,查得下沉深度为10mm所对应的含水量为液限wL;查得下沉深度为2mm所对应的含水量为塑限wP,以百分数表示,取整数。

(4)计算塑性指数和液性指数

4

塑性指数: IP?wL?wP 液性指数: IL?

(5)按规范规定确定土的名称

4、本试验记录格式详见实验报告。

w?wPIP

击实试验

(一)、试验目的:

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。

(二)、试验分类:

击实试验分轻型击实试验和重型击实试验两种方法。轻型击实试验适用于粒径小于5mm的粘性土,其单位体积击实功约为592.2 kJ/m3;重型击实试验适用于粒径不大于20 mm的土,其单位体积击实功约为2684.9 kJ/m3。

(三)、试验方法

1.仪器设备

(1)击实仪,有轻型击实仪和重型击实仪两类,由击实筒、击锤和导筒等主要部件的尺寸应符合下表的规定;

(2)天平:称量200g,台秤:称量10 kg;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。

2.操作步骤

(1)取一定量的代表性风干土样,对于轻型击实试验为20kg,对于重型击实试验为50 kg。

(2)将风干土样碾碎后过5mm的筛(轻型击实试验)或过20mm的筛(重型击实试验),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(轻型击实试验)或5.0kg(重型击实试验)平铺于不吸水的平板上,按预定含水 5 mw?m01?0.01w0?0.01(w?w0)

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2~5k g分层装入击实筒内。对于轻型击实试验,分三层,每层25击;对于重型击实试验,分五层,每层56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一定量土料(轻型击实试验15~30g,重型击实试验50~100g)测定土的含水率,两份土样的含水率的差值应不大于1%。

3.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 0.01 g/cm3;

ρ——密度(g/cm3);

w——含水率(%)。

(2)按下式计算饱和含水率: ?d??1?0.01w

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。

4、本试验记录格式详见实验报告

wsat?(1?d?1Gs)?100%

土的侧限压缩试验(固结试验)

(一)、试验目的

本试验的目的是测定试样在侧限与轴向排水条件下的变形和压力,或孔隙比和压力的关系,变形和时间的关系,以便计算土的压缩系数、压缩指数、压缩模量、固结系数及原状土的先期固结压力等。

(二)、标准固结试验

1、仪器设备

①固结容器;②加压设备;③变形测量设备;④其他:刮土刀、天平、秒表等。

2、试验步骤

6

(1)根据工程需要,切取原状土试样或制备给定密度与含水量的扰动土样。

(2)按试验指导书的方法,测定试样的密度及含水量。

(3)在固结容器内放置护环、透水板和薄滤纸,将带有环刀的试样,小心装入护环内,然后在试样上放薄滤纸、透水板和加压盖板,置于加压框架下,对准加压框架的正中,安装量表。

(4)施加1kPa的预压压力,使试样与仪器上下各部分之间接触良好,然后调整量表,使指针读数为零。

(5)确定需要施加的各级压力。根据教学要求,本次加压等级为50、100、200kpa三级。

(6)每级荷载经30分钟记下测微表读数,读数精确到0.01mm。 记录测微表读数R1、R2、R3(测微表的一小格是0.01mm)。(可在三联固结仪上同时操作三组试样,三组试样的物理性质指标相同,加荷大小不同,可以分别是50、100、200kpa)

(7)试验结束后,迅速拆除仪器部件,取出带环刀的试样。

3、计算与制图

(1)按下式计算试样的初始孔隙比e0

e0??wGs(1?0.01w0)?0?1

式中:ρ0—试样初始密度(做两组试验取平均值) g/cm3;

?0?mV?m2?m1

V

其中环刀的容积V=30×2=60cm2;

环刀质量m1 (g);

环刀与湿土的总质量m2 (g)。

w0—试样的初始含水量(烘干法,与塑限含水量测定方法同,做两组试验取平均值)%。

(2)按下式计算各级压力下固结稳定后的孔隙比ei

ei?e0?(1?e0)?Sih0

式中:ΔSi—某级压力下试样的变形量,mm;

h0——试样初始高度,mm。

(3)按下式计算某一级压力范围内的压缩系数

?1?2?e1?e2p2?p1

(4)绘制e~p的关系曲线

以孔隙比e为纵坐标,压力p为横坐标,将试验成果点在图上,连成一条光滑曲线。

(5)要求:用压缩系数(工程上常用P1=0.1Mpa,P2=0.2Mpa)判断土的压缩性。

4、本试验记录格式详见实验报告 注意事项:

测微表的转动是倒转,读数是表内圈小字的数。如外圈是70,读数是内圈30。

加荷载时砝码质量值是累加的。如50kpa是吊盘+0.319kg+0.637kg。 节约滤纸,可重复使用,不可扔掉。 请各组长严格监督本组实验过程及打扫好卫生。

土的剪切试验

(一)、试验目的

直接剪切试验是测定土的抗剪强度的一种常用方法。通常采用4个试样,分别在不同的垂直压力p下,施加水平剪切力进行剪切,测得剪切破坏时的剪应力τ。然后根据库仑定律确定土的抗剪强度指标:内摩 7

擦角φ和粘聚力c。

(二)、试验方法与适用范围

1、试验方法

快剪试验:在试样上施加垂直压力后立即快速施加水平剪应力。

固结快剪试验:在试样上施加垂直压力,待试样排水固结稳定后,快速施加水平剪应力。

慢剪试验:在试样上施加垂直压力及水平剪应力的过程中,均使试样排水固结。

2、适用范围:适用于测定细粒土的抗剪强度指标c和φ及土颗粒的粒径小于2mm的砂土的抗剪强度指标φ。渗透系数k大于10-6cm/s的土不宜作快剪试验。

(三)快剪试验

1、仪器设备

应变控制式直剪仪:剪切盒、垂直加压框架、测力计、推动机构等;

位移计(百分表):量程5~10mm,分度值0.01mm;

天平、环刀、削土刀、饱和器、秒表、滤纸、直尺等。

2、操作步骤

(1)试样制备(a:从原状土样中切取原状土试样或制备给定干密度和含水量的扰动土试样。按规范规定,测定试样的密度及含水量。对于扰动土样需要饱和时,按规范规定的方法进行抽气饱和。 试样制备(b、:取过2mm的风干砂样(需风干、碾碎后过筛)进行试验。

(2) 试样安装:

对准上下盒,插入固定销。在下盒内放湿滤纸和透水板。将装有试样的环刀平口向下,对准剪切盒口,在试样顶面放湿滤纸和透水板,然后将粘土试样徐徐推入剪切盒内,移去环刀,放入传压板。(是砂土则放干滤纸,将砂装入剪切容器内,拂平表面,用硬木块或压样器轻轻敲打,达到预定干密度,依次放上干滤纸和透水板和传压板)转动手轮,使上盒前端钢珠刚好与测力计接触。调整测力计读数为零。依次加上加压盖板、加压框架,安装垂直位移计,测记起始读数。

(3)施加垂直压力:一个垂直压力相当于现场预期的最大压力p,一个垂直压力要大于p,其他垂直压力均小于p。但垂直压力的各级差值要大致相等。也可以取垂直压力分别为100、200、300、400kPa,各级垂直压力可一次轻轻施加,若土质软弱,也可以分级施加以防试样挤出。

(4以0.8~1.2mm/min的速率剪切(手轮调节档中的慢速档),使试样在3~5min剪损。

剪损的标准:①当测力计的读数达到稳定,或有明显后退表示试样剪损;②一般宜剪切至剪切变形达到4mm;③若测力计的读数继续增加,则剪切变形达到6mm为止。

(5)剪切结束后,吸去剪切盒中积水,倒转手轮(手轮调节档中的快速档),尽快移去垂直压力、框架、加压盖板等。取出试样,测定剪切面附近的含水量。

3、计算与制图

(1)计算: 按下式计算试样的剪应力

??CR

式中:C—测力计率定系数,kpa/0.01mm;(

R—测力计读数,0.01mm;

(2)制图:以抗剪强度τf为纵坐标,垂直压力p为横坐标绘制抗剪强度τ与垂直压力p的关系曲线。

4、本试验记录格式详见实验报告。

8 f

土力学实验报告

日 期___________ 专 业___________ 班 级___________ 实 验 人__________ 组 长___________ 成 员

铜 陵 学 院 9

试验一 粘性土的液限、塑限的测定

一、实验目的

二、仪器设备

三、操作步骤

四、记录格式 10

试验日期 计算者: 校核者:

土木本土力学试验指导书及报告书学生用

11

试验二 土的击实试验

一、实验目的

二、仪器设备

三、操作步骤

四、记录格式

土木本土力学试验指导书及报告书学生用

13

五、干密度与含水率的关系曲线

土木本土力学试验指导书及报告书学生用

10 12 14 16 18 20 22 24

含水率w(%)

六、心得体会(写出试验得到指标的用途,分析试验的成败原因及注意事项)

土木本土力学试验指导书及报告书学生用

14

试验四 土的侧限压缩试验(固结试验)

一、实验目的

二、仪器设备

三、操作步骤

15

四、记录格式

试验日期 计算者: 校核者:

(1)密度记录表

土木本土力学试验指导书及报告书学生用

(2

土木本土力学试验指导书及报告书学生用

(3)压缩记录表

土木本土力学试验指导书及报告书学生用

(注:h0=20mm)

本次实验是教学实验,由于时间限制,采用的是压缩1小时后的读数,实际的压缩稳定是指试样在1小时内变形量小于0.01mm的读数。)

16

五、压缩曲线

土木本土力学试验指导书及报告书学生用

六、实验的心得体会(写出试验得到指标的用途,分析试验的成败原因及注意事项) 17

试验四 土的直剪试验

一、实验目的

二、仪器设备

三、操作步骤

四、记录格式

试验日期 计算者: 校核者:

土木本土力学试验指导书及报告书学生用

土木本土力学试验指导书及报告书学生用

五、抗剪强度曲线(注意纵横坐标比例要一致)

六、实验的心得体会(写出试验得到指标的用途,分析试验的成败原因及注意事项)

19



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