土工試驗指導書及試驗報告 實驗一 含水量、密度、相對密度測定A 實驗要求（1） 由實驗室提供擾動土樣，或由學生現場取樣，要求學生測定該土樣的含水量、密度和相對密度；（2） 根據實驗結果要求學生確定該土的孔隙比（e）孔隙率（n）、飽和度（Sr）、干土密度（d）和飽和密度（sat）等物理指標；（3） 觀察原狀土樣。B 實驗方法一、 含水量試驗土的含水量是土在100105下烘至恒重時所失去的水份質量與土顆粒質量的比值，用百分數表示。本試驗采用烘干法或酒精燃燒法，烘干法為室內試驗的標準方法。（一） 儀器設備：1、 恒溫電烘箱2、 無水酒精3、 天平（感量0.01g）4、 稱量盒（又叫烘土盒）5、 干燥器（用無水氯化鈣作干燥劑）（二） 試驗步驟：1、 選取有代表性的試樣不少于20g（砂土或不均勻的土應不少于50g），酒精燃燒法的試樣大約56 g放入稱量盒內立即蓋緊，稱稱量盒和濕土質量（m1）并準確至0.01g。記錄稱量盒號碼、稱量盒質量（m3）和m。2、 打開稱量盒，放入電烘箱中在100105溫度下烘至恒重。（烘干時間一般自溫度達到100105算起不少于6小時）。然后取出稱量盒，加蓋后放進干燥器內，使冷卻至室溫。3、 從干燥器中取出稱量盒，稱取稱量盒加干土的質量（m2），準確至0.01g，并將此質量記入表格內。4、 本試驗須進行二次平行測定。（三） 計算：按下式計算含水量：W(%)（m1m2）(m2m3) 100% 計算至0.1%式中：m1m2 試樣中所含水的質量； m2m3 試樣土顆粒的質量。（四） 有關問題說明：1、 含水量試驗用的土應在打開土樣包裝后立即采取（或直接現場取土），以免水份改變，影響結果。2、 本試驗須進行平行測定，每組學生取兩次試樣測定含水量，取其算術平均值作為最后成果。但兩次試驗的平行差值不得大于下列規定：含水量（%）允許平行差值（%）4014023、 稱量盒中的濕試樣質量稱取后由實驗室負責烘干，同學們在24小時以后抽時間來實驗室稱干試樣的質量。二、 密度試驗單位體積土的質量稱為土的密度。密度的測定，對一般粘性土采用環刀法，如試樣易碎或難以切削成有規則的形狀時可采用蠟封法、灌水法和灌砂法等。本次試驗采用環刀法。（一） 儀器設備：1、 環刀（內徑6080mm，高20mm，壁厚1.52.0mm）2、 天平（稱量500g以上，感量0.1g）3、 直口削土刀、凡士林等。（二） 試驗步驟：1、 取原狀土或按工程需要制備的重塑土，用切土刀整平其上下兩端（或用鋤頭平整土面），將環刀內壁涂一薄層凡士林，刃口向下放在土樣整平的土面上。2、 用切土刀將土樣上部修削成略大于環刀口徑的土柱，然后將環刀垂直均勻下壓，邊壓邊削，至土樣伸出環刀上口為止，削去環刀兩端余土并修平土面使與環刀口平齊。3、 擦凈環刀外壁，稱環刀加土的質量（m1），準確至0.1g。4、 記錄環刀加土的質量（m1）、環刀號數以及環刀的質量（m2）和環刀的體積（V）。5、 本試驗須進行二次平行測定。（三） 計算：（m1m2）V gcm3式中：m1 環刀加土的質量，g m2 環刀的質量，g V 環刀的體積，cm3；(四)有關問題的說明：1、 用環刀切試樣時，環刀應垂直均勻下壓，防止環刀內試樣結構被擾動。2、 夏天室溫很高，為了防止稱質量時試樣中水份被蒸發，影響試驗結果，宜用塊玻璃片蓋住環刀上、下口稱取質量、但計算時必須扣除玻璃片的質量。3、 每組做兩次平行測定，平行差值不得大于0.03gcm3，取算術平均值作為最后結果。試驗報告含 水 量 試 驗（酒精燃燒法）工程名稱： 試驗者：試樣編號： 計算者： 試驗日期： 校核者：稱量盒號稱量盒質量m0（g）盒濕土質量m1（g）盒干土質量m2（g）水質量m1m2（g）干土質量m2m0（g）含水量W%平均值W%備注密 度 試 驗工程名稱： 試驗者：試樣編號： 計算者： 試驗日期： 校核者：環刀編號環刀質量（g）試樣體積V(cm3)試樣與環刀總質量（g）試樣質量（g）濕密度（g/ cm3）干密度（g/ cm3）平均密度（g/ cm3）備注注：密度在1.62.2 g/ cm3之間實驗二 液限和塑限的測定粘性土由于含水量不同，分別處于流動狀態、可塑狀態、半固體狀態和固體狀態。液限是粘性土的可塑狀態與流動狀態的界限含水量。塑限是粘性土的可塑狀態與半固體狀態的界限含水量。A 實驗要求1、 由實驗室提供經過調拌浸潤處理后的土樣，要求學生測定該土的液限和塑限。2、 根據實驗資料確定該土的類別和天然綢度狀態。3、 參觀液限、塑限聯合測定儀。4、 在試驗過程中注意觀察粘性土在不同含水量時土的物理狀態的變化情況。B 實驗方法聯合測定法（一）（一）基本原理： 如果在平衡圓錐儀上加一能精確測量圓錐入土深度的顯示裝置，并利用電磁吸力代替手工提放圓錐，（圓錐儀的重量和錐角不變）然后，我們仿照液限試驗方法可以測出同一種土的試樣在不同含水量時的錐體沉入深度。同時仍用搓條法測定塑限。通過大量的試驗數據分析，發現含水量與沉入深度在雙對數坐標上具有良好的直線關系，而且用搓條法得到的塑限，基本上落在這條直線的相當于圓錐沉入深度2mm的附近。這就是聯合測定法的理論基礎。下面介紹具體方法。（二）試驗方法： 儀器采用電磁式平衡圓錐儀，其他儀器設備和土樣制備方法均與常規液限試驗相同。試驗時將試樣調成三種不同含水量，分別裝入試杯內用電磁式圓錐儀測得三個不同錐體沉入深度。為了提高試驗精度，上述三個不同深度，最好控制在512mm之間，其間隔以23mm為宜。 將測定的三個含水量及相應的三個深度點繪在雙對數坐標紙上，聯三點繪一直線，（如各測點不能聯成直線，可繪一視測的平均直線，但各測點與平均直線上對應點的含水量之差不得超過1%）。將直線延長。 在直線上取沉入深度為10mm和2mm的兩點，此兩點對應的含水量即分別為液限（Wl）和塑限(Wp)四、聯合測定方法（二） 本試驗的目的用液塑限聯合測定儀聯合測定土的液限和塑限，其基本方法是：分別調制三種不同含水量的土樣，它們的含水量分別控制在液限、塑限之間和液限附近。應用液塑限聯合測定儀測得錐體三個不同的入土深度h，在雙對數坐標的hW關系圖上描三點，將三點連成一直線，在hW圖上查與h20mm所對應的含水量W，即為所求的液限Wl。然后由Wl值在hpWl關系圖上查得相應的hp值，再根據hp值在hW圖上查得與hp相對應的W值，即為所求的塑限Wp。（一）儀器設備：1、數碼式液塑限聯合測定儀。錐體重量1000.1g，錐角300.2。2、天平：稱量200g，感量0.01g；3、其他：篩（孔徑0.5mm）、調土刀、調土皿、稱量盒、研缽、烘箱、吸管、凡士林、蒸餾水等。（二）試驗步驟：1、 取有代表性的天然含水量或風干土樣進行試驗。如土中含有大于0.5mm的顆粒或夾雜物較多時，可采用風干土樣，用帶橡皮頭研杵研碎或用木棒在橡皮板上壓碎土塊。試樣必須反復研碎過篩，直至將可研碎的土塊全部通過0.5mm的篩為止。取篩下土樣用三皿法或一皿法進行制樣： 三皿法：用篩下土樣200g左右分開放入三個盛土皿中，用吸管加入不同數量的蒸餾水或自來水，土樣含水量分別控制在液限、塑限以上和它們的中間狀態附近。用調土刀調勻，蓋上濕布，放置18h以上。 一皿法：取篩下土樣100g左右，放入一個土皿中，按三皿法加水、調土、悶土，唯土樣的含水量控制在塑限以上，按步驟二至四條進行第一點入土深度和含水量測定。然后依次加水 ，按上述方法進行第二點和第三點含水量和入土深度測定，該兩點土樣的含水量應分別控制在液限、塑限中間狀態和液限附近，但加入后要充分攪拌均勻，分層裝入土樣試杯，用力壓密，使空氣逸出。對于較干的土樣，應先充分搓揉用調土刀反復壓實。試杯裝滿后，刮成與杯口平齊。2、 接通電源，調平機身、打開開關，提上錐體（此時數碼顯示應為零）。錐頭上涂上少許凡士林。將裝好土樣的試杯放在升降座上，轉動升降旋鈕，試杯徐徐上升，土樣表面和錐尖剛好接觸時，指示燈亮，停止轉動旋鈕，錐體立刻自行下沉，8秒鐘自動停止下落，數碼管上顯示錐入深度。記錄讀數h1。按動復位按鈕，錐體復位，讀數顯示為零。3、 改變錐尖與土體接觸位置（錐尖兩次錐入位置距離不小于1cm）；重復步驟二，得錐尖深度h2。h1、h2允許誤差為0.5mm，否則應重作。取h1、h2平均值作為該點的錐入深度h。4、 去掉錐尖入土處的凡士林，取10g以上的土樣兩個，分別放入稱量盒內，稱重（準確至0.01g），測定其含水量Wl、W2（計算到0.1%）。計算含水量平均值W。5、 重復第二至四步驟，對其他兩個含水量土樣進行試驗，測其錐入深度忽然含水量。（三）成果整理1、 在雙對數坐標紙上，以含水量W為橫坐標，錐入深度h為縱坐標，點繪三個不同含水量的hW圖，連此三點，應呈一條直線。如三點不在同一直線上，可用較高含水量的點和通過其余兩點的重心處一點連成直線。2、 在hW圖上，查得縱坐標入土深度h20mm所對應的橫坐標的含水量W，即為該土樣的液限Wl。3、 根據液限Wl，通過液限與塑限時入土深度的關系曲線，查得hp,再由圖求出入土深度為hp時所對應的含水量，即為該土樣的塑限Wp。查Wl hp關系圖時，須先通過簡易鑒別法（若為砂土則搓不成條或能搓成大于2.5mm的土條，手摸濕土有砂感，無干強度或甚微，無韌性等。詳件見公路土工試驗規程，把砂性土和非砂性土區別開來，再按這兩大組分別采用相應的Wl hp關系曲線。對于非砂性土，用雙曲線確定hp值；對砂性土，則用組合曲線（由雙曲線和正交三次多項式曲線做配成，C 預習問題1、 什么是液限、塑限？測定土的液限和塑限有什么用處？2、 什么是液性指數？液性指數的大小反映什么問題？3、 要知道某種粘性土的天然稠度狀態必須要做哪幾個試驗？試驗二 試驗報告試樣號水分質量（g）干土質量（g）含水量（%）入土深度hi (mm)圓錐入土平均深度h (mm)液限塑限塑性指數IP土名注：1.在h圖上，查得縱坐標入土深度h2mm所對應的橫坐標的含水量，即為該土 樣的塑限。2.在hW圖上，查得縱坐標入土深度h20mm所對應的橫坐標的含水量W，即為該土 樣的液限。圓錐入土深度h與含水量關系圖實驗三 壓縮試驗 土的壓縮是土體在荷重作用下產生變形的過程。壓縮試驗的目的是測定試樣在側限與軸向排水條件下的變形和壓力或孔隙比和壓力的關系曲線。并根據孔隙比和壓力關系曲線（ep曲線）計算出壓縮系數和壓縮模量等土的壓縮性指標，以使判斷土的壓縮性和計算基礎沉降時用。此外由飽和粘性土的壓縮試驗也可得到在某一壓力下變形與時間的關系曲線，從而估算土的固結系數和滲透系數。 壓縮試驗通常只用于粘性土，由于砂土的壓縮性較小，且壓縮過程需要也很短，故一般不在實驗室里進行砂土的壓縮試驗。 壓縮試驗可根據工程要求用原狀土或制備成所需要狀態的擾動土。可采用常速法或快速法。本試驗主要采用非飽和的擾動土樣、并按常速法步驟進行，但為了能在實驗課的規定時間內完成試驗，所以要適當縮短加荷間隔（具體時間間隔由教師決定）。A 實驗要求（1）實驗室提供土樣一塊，要求學生在側限壓縮儀中測定土的壓縮性，繪制該土的壓縮曲線（ep曲線）。（2）求出1-2和Es1-2.并判斷該土樣的壓縮性。(3)仔細觀察土變形與時間關系這一重要特征。（可以繪制出每一級荷載作用下的St曲線）B 實驗方法粘性土的壓縮試驗。（一） 儀器設備1、 小型固結儀；2、 百分表：量程10mm，精度0.01mm；3、 容重試驗和含水量試驗所需要的儀器設備；4、 秒表和儀器變形量校正表等。（二） 試驗步驟1、 由實驗室提供制備好的擾動土樣一個。2、 從壓縮儀容器中取出環刀，按容重試驗方法切取試樣，并取土留作測含水量。如系原狀土樣、切土的方向應與天然地層中的上下方向一致。稱環刀和試樣合重，扣除環刀重后即得濕試樣重（g）并計算出土的容重。3、 用切取試樣時修下的土測定含水量（w），平行作兩次試驗，取算術平均值；4、 在壓縮儀容器底座內，放置一塊略大于環刀的潔凈而濕潤的透水石，將切取的試樣連同環刀一起（注意：刀口向下）放在透水石上，再在試樣上按圖依次放上護環以及與試樣面積相同的潔凈而濕潤的透水石、傳壓活塞和鋼珠。安裝好后待用。5、 檢查加壓設備是否靈活。然后平衡加壓部分（此項工作由實驗室代做）。6、 將安裝好的壓縮儀容器放在框架內橫梁下，使橫梁與球柱接觸后，插入活塞桿，再裝上百分表使其接觸活塞桿頂面，并調節其伸長距離不小于8mm（注意檢查百分表是否靈活和垂直）。讀百分表讀數（為初讀數R）后即可進行試驗。7、 輕輕施加第一級荷載0.05Mpa，并開動秒表，開始計時；8、 可按下列時間測記讀數：15、1、2、10、20、60、120、23小時直至試樣沉降穩定為止。穩定的標準為百分表讀數每小時變化不超過0.01mm。因時間關系可按教師指定的時間讀數。讀數精確到0.01mm；9、 記下穩定讀數后，用同樣的方法施加第二、三、四、五級荷載（分別為0.1Mpa、0.2 Mpa、0.3 Mpa、0.4 Mpa），記錄各級壓力下試樣變形穩定的百分表讀數（R、R、R、R、R）；10、 試驗結束后，必須先卸除百分表，然后卸掉砝碼，升起加壓框，移出壓縮儀容器，取出試樣等各部件。最后擦洗干凈儀器設備。（三） 成果整理1、 按下式計算試驗前孔隙比e e0Gs (1W0) w/01式中： Gs土粒比重 w水的密度，一般所取1g/cm3 W0試驗開始時試樣的含水量% 0試驗開始時試樣的密度，g/cm32、 計算試樣在任一級壓力P作用下變形穩定后的試樣總變形量，SiSiRiSie式中： Ri 試樣在任一級壓力Pi作用下變形穩定后的試樣總變形量（mm） Sie 各級荷載下儀器變形量（mm）3、 按下式計算各級壓力下試樣變形穩定時的孔隙比ei eie0Sih0(1e0)式中： Si 試樣在任一級壓力P作用下變形穩定后的試樣總變形量 e0 試樣在試驗前的孔隙比 h0 試樣在試驗前的初始高度4、 以P為橫坐標，e為縱坐標，繪制壓縮曲線（ep曲線）5、 計算壓縮系數1-2 1-2（e1e2）（P2P1）(四)有關問題說明：1、 試樣的土粒比重、含水量、密度由實驗室測定后提供。2、 試驗前練習百分表的讀數方法，防止讀數錯誤而無法獲得試驗結果。3、 每組做一個試樣，每人獨立完成試驗報告，不得抄襲，可以相互校核。C 指示和建議1、 預習時建議到實驗室詳細了解側限壓縮儀和加力設備的構造。2、 繪制壓縮曲線時，注意選用適當的比例尺（主要是縱坐標）。D 預習問題1、 做壓縮試驗的目的是什么？聯系具體工程問題去思考。試驗報告工程名稱： 試驗者：試樣編號： 計算者： 試驗日期： 校核者：含水量W（%）試驗前試驗后試樣面積A(mm2)密度（g/ cm3）試樣起始高度h0(mm)土粒比重試樣起始孔隙比e0垂直荷載（Mpa）0.10.20.30.4初讀數（百分表）12810總變形量（mm）儀器變形量（mm）試樣總變形量（mm）試驗結束后試樣孔隙比ei12級壓力范圍內的壓縮系數a1-2壓縮曲線成果e壓力Pi空隙比ei0.10.20.30.40 0.1 0.2 0.3 0.4 P( Mpa) e-p 壓縮曲線 實驗四 剪切試驗剪切試驗的目的是測定土的抗剪強度指標，即土的內摩擦角和粘聚力C。目前測定抗剪強度的方法和相應的儀器種類很多，現將常用的幾種簡述如下：1、 直接剪切試驗：它是一種測定土抗剪強度的一種常用方法。通常采用四個試樣，在直接剪切儀上分別在不同的垂直壓力P下，施加水平剪切力，試樣在規定的受剪面上進行剪切，求得土樣破壞時的剪應力f，然后繪制剪應力f和垂直壓力P的關系曲線即抗剪強度曲線。直接剪切儀又分為應變控制式和應力控制式。本次實驗是用應變控制式直剪儀進行快剪試驗。2、 三軸剪切試驗：通常用34個圓柱形試樣，分別在三軸剪力儀上施加不同的恒定周圍壓力（即小主應力3），然后再施加軸向壓力即主應力差（13），使土樣中的剪應力逐漸增大，直至試樣剪切破壞。然后根據摩爾庫侖理論求得該土的抗剪強度曲線。A 試驗要求1、 由學生取土制備土樣，要求用快剪法在直接剪切儀中測定該土的抗剪強度指標，內摩擦角和粘聚力C。2、 參觀三軸剪力儀。B 試驗方法應變控制式直剪儀快剪法。（一） 儀器設備：1、 應變控制式直剪儀；2、 百分表：量程10mm；精度0.1mm；3、 切試樣的用具等。應變控制式直接剪切儀，它的主要特點是剪切力（水平力）是通過轉動手輪，使軸向前移動而推動底座施加給下盒，剪力的數值是利用測力環測出（測力環是一個鋼環，事先已知每單位變形時所受的壓力，故在試驗時用百分表測得測力環徑向變形數值即可算出所受的應力值）。本儀器對粘性土和砂性土均適用。(二) 試驗步驟：1、 試樣制備：根據工程需要，從原狀土或制備成所需狀態的擾動土中用環刀切四個試樣。如系原狀土樣，切試樣方向應與土在天然地層中的上下方向一致。為了檢驗四個試樣土質的不均勻性，應分別測定四個試樣的密度和含水量。四個試樣的密度差值不宜大于0.03g/ cm3。（本次試驗中，此項檢驗工作省略）2、 在下剪切盒內順次放入透水石和蠟紙（或塑料紙），然后用插銷將上、下剪切盒固定好。3、 將帶試樣的環刀刃口向上，對準剪切盒口，將試樣從環刀內推入剪切盒中，順次放上蠟紙和透水石各一。然后放上活塞、鋼球、裝上垂直加壓設備（暫勿加砝碼）。4、 在測力環上安裝百分表。百分表的測桿應平行于測力環受力的直徑方向，調整百分表使其指針在某一整數上（即長針指零，并作為起始零讀數）。5、 慢慢轉動手輪，至上剪切盒支腿與測力環鋼球之間恰好接觸時（即測力環中百分表指針剛開始觸動時）為止。6、 在試樣上施加垂直荷載。按第一個試樣上應加的垂直壓力（0.1Mpa）施加垂直荷載。7、 拔出固定插銷。開動秒表，同時以每分鐘312轉的速度均勻地轉動手輪，進行剪切。當測力環中百分表指針不再前進而出現后退或剪切變形量達試樣直徑的1/151/10時，認為試樣已經剪損，記錄百分表指針最大讀數（代表峰值抗剪強度），用0.01mm作單位，估讀至0.001mm。（即百分表上大度盤的格做單位，估讀至0.1格）。8、 反轉手輪，卸除垂直荷載和加壓設備，取出已剪損的試樣，刷凈剪切盒，裝入第二個試樣。9、 第二、三、四個試樣分別施加0.2、0.3、0.4Mpa垂直壓力后按同樣步驟進行試驗。（三）成果整理1、 計算每個試樣在一定的垂直壓力下的抗剪強度（f）：f C