1.土的界限含水率試驗巖土工程分析評價界限含水率試驗在日常生活中，常常遇到雨天土路泥濘不堪，而久晴后土路異常堅硬。這表明土的工程性質與它的含水率密切相關。工程上根據含水率的增加使黏性土由硬變軟的過程，將其劃分為堅硬、硬塑、可塑、軟塑和流塑等幾種基本物理狀態。黏性土由一種狀態轉到另一種狀態的含水率，稱為界限含水率，它對黏性土的分類及工程性質評價有重要意義。界限含水率定義界限含水率試驗的目的是測定細粒土的液限、塑限，用以對黏性土進行分類，判斷土的狀態，供設計施工使用。試驗方法有液塑限聯合測定法、碟式儀液限法、搓滾塑限法、縮限試驗等，這里主要介紹液塑限聯合測定法。液塑限聯合測定法是根據圓錐儀的圓錐入土深度與土的含水率在雙對數坐標上的線性關系特性來進行測量的。圓錐質量為76g的液塑限聯合測定儀圓錐下沉深度為17mm所對應的含水率即為液限，圓錐下沉深度為2mm所對應的含水率即為塑限。可根據試驗結果在對數坐標上繪制的含水率-圓錐入土深度圖查得試樣的液限和塑限。試驗目的和方法擾動土試樣制備試驗適用范圍土的粒徑小于0.5mm以及有機質含量不大于干土質量5%的土。（1）將土填入盛土杯中時，應使空氣逸出，使土中無氣泡存留。（2）試驗前，應在標準錐尖涂薄層凡士林；試驗結束后，應取下標準錐，用衛生紙或布擦干，放在干燥處。（3）從杯中取土樣進行含水率測試時，須將沾有凡士林的土棄掉再取樣。（4）每個含水率試樣設3個測點，取其平均值作為該含水率所對應土的圓錐入土深度若3點的入土深度相差太大，則須重新測試。（5）76g錐下沉深度17mm時的含水率為液限，下沉深度10mm時的含水率為10mm液限。當確定土的液限值用于了解土的物理性質及塑性土分類時，應采用碟式儀法或17m時的含水率確定液限；按現行國家標準《建筑地基基礎設計規范》（GB50007）確定黏性土承載力標準值時，按10mm液限計算塑性指數和液性指數。注意事項（1）工程實踐中，塑性指數的大小說明了土的什么特性？（2）采用液塑限聯合測定法測定液限時，如何將試樣緊密地裝入試樣杯？若試樣中存在氣泡，對試驗結果有何影響？（3）試驗中，為什么要剔除粒徑大于0.5mm的顆粒？若測前，錐體上未涂薄層潤滑油脂，對試驗結果有何影響？探索和思考1.試驗原理液塑限聯合測定法是根據圓錐儀的圓錐入土深度與土的含水率在雙對數坐標上的線性關系特性來進行測量的。圓錐質量為76g的液塑限聯合測定儀圓錐下沉深度為17mm所對應的含水率即為液限，圓錐下沉深度為4mm所對應的含水率即為塑限。可根據試驗結果在對數坐標上繪制的含水率-圓錐入土深度圖查得試樣的液限和塑限。2.儀器設備1.液塑限聯合測定儀（圖1.11-1、圖1.11-2）：應包括帶標尺的圓錐儀、電磁鐵、顯示屏、控制開關和試樣杯。圓錐儀質量為76g，錐角為30°；讀數顯示宜采用光電式、游標式和百分表式。2.試樣杯：直徑40~50mm；高30~40mm。3.天平：稱量200g，分度值0.01g。4.篩：孔徑0.5mm。5.其他：烘箱、干燥缸、鋁盒、調土刀、凡士林。3.操作步驟1.天然含水率土樣制備液塑限聯合試驗宜采用天然含水率的土樣制備試樣，也可用風干土制備試樣。當采用天然含水率的土樣時，剔除粒徑大于0.5mm的顆粒，再分別按接近液限、塑限和二者的中間狀態制備不同稠度的土膏，靜置濕潤。靜置時間可視原含水率的大小而定。2.風干土樣制備當采用風干土樣時，取過0.5mm篩的代表性土樣約200g，分成3份，分別放入3個盛土皿中，加入不同數量的蒸餾水，使其分別達到接近液限、塑限和二者的中間狀態的含水率，調成均勻土膏，放入密封的保濕缸中，靜置24h。3.填入試樣杯將制備好的土膏用調土刀充分調拌均勻，密實地填入試樣杯中，使空氣逸出。高出試樣杯的余土用刮土刀刮平，將試樣杯放在儀器底座上。3.操作步驟4.測前準備取圓錐儀，在錐體上涂以薄層潤滑油脂，接通電源，使電磁鐵吸穩圓錐儀。當使用游標式或百分表式時，提起錐桿，用旋鈕固定。5.測圓錐下沉深度和含水率調節屏幕準線，使初讀數為零。調節升降座，使圓錐儀錐角接觸試樣面，指標燈亮時錐在自重下沉入試樣內，當使用游標式或百分表式時用手扭動旋扭，松開錐桿，經5s后測讀圓錐下沉深度。然后取出試樣杯，挖去錐尖人土處的潤滑油脂，取錐體附近的試樣不等于10g，放入稱量盒內，稱量，準確至0.01g，測定含水率。6.測試其余2個試樣應按3~5的測試方法，測試其余2個試樣的圓錐下沉深度和含水率。4.試驗成果整理1.繪制圓錐下沉深度與含水率關系曲線以含水率為橫坐標，圓錐下沉深度為縱坐標，在雙對數坐標紙上繪制關系曲線。三點不在一直線（圖1.11-3中的A線）。當三點不在一直線上，通過高含水率的一點與其余兩點連成一條直線，在圓錐下沉深度為2mm處查得相應的含水率，當兩個含水率的差值小于2%時應以該兩點含水率的平均值與高含水率的點連成一線（圖1.11-3中的B線）當兩個含水率的差值不小于2%時，應補做試驗。4.試驗成果整理2.查圖得液限、塑限通過圓錐下沉深度與含水率關系圖，查得下沉深度為17mm時所對應的含水率為液限，下沉深度為10mm所對應的含水率為10mm液限；查得下沉深度為2mm所對應的含水率為塑限，以百分數表示，準確至0.1%。3.塑性指數和液性指數應按下列公式計算： （1.11-1）

（1.11-2）4.試驗成果整理4.液塑限聯合試驗記錄表，見表1.11-1。2.土的擊實試驗巖土工程分析評價擊實試驗擊實試驗是利用標準化的錘擊試驗裝置獲得土的含水率與密度之間的關系曲線，從而確定土的最大干密度和最優含水率的一種試驗方法。概述擊實試驗的目的就是模擬施工現場的壓實條件，測定試驗土在一定擊實次數下的最大干密度和相應的最優含水率，為在一定的施工條件下控制填土達到設計所要求壓密度提高壓實標準。在施工中，經常需要測量土的壓實度，用以控制現場施工質量，所以擊實試驗是施工現場重要的試驗項目。試驗目的和方法擾動土試樣制備試驗適用范圍本試驗適用于粒徑應小于20mm的土樣。（1）在擊實完成后，超出擊實筒頂的試樣高度應小于6mm。（2）本試驗一般不重復使用土樣。（3）兩次平行試驗最大干密度的差值應不超過0.05g/cm3。試驗要求（1）土樣制備方法不同，所得擊實試驗成果也不同。最大干密度以烘干土最大，風干土次之，天然土最小。這種現象在黏土中表現最明顯，黏粒含量越大，烘干對黏土中膠質性質影響越大，最大干密度影響也越大，故黏土一般不宜用烘干土備樣。擊實試驗中采用天然土或風干土試樣更合理。（2）所謂擊實關系曲線是指在某一個標準的單位擊實功能（能量）下，土的干密度與含水率的關系曲線。如果余土高度等于零（理想狀況），擊實曲線就是一條標準功能的等功能曲線。否則，就不是一條等功能曲線。為了保證試驗準確度，余土高度不得超過6mm，否則試驗無效。（3）試樣制備中，灑水后的土樣，須經過充分的浸潤后再進行試驗，使水分均勻分布土中。注意事項（4）擊實一層后，應用刮土刀把護筒內土樣表面刨毛，使層與層之間壓密。（5）擊實完成后，應先用修土刀沿護筒內壁削挖后扭動護筒，否則有可能發生擊實土柱被剪斷的現象。（6）重復用土對最大干密度影響較大，其原因在于土中的部分顆粒，由于反復擊實而破碎，改變了土的級配，同時試樣被擊實后要恢復到原來松散狀態比較困難。因此，一般不重復使用土樣。注意事項（1）什么是最優含水率和最大干密度？測定最優含水率的意義是什么？（2）請解釋為什么繪制擊實曲線時需附帶繪制飽和曲線。（3）請解釋影響黏性土最優含水率的因素有哪些。（4）為什么擊實時擊實筒內壁和底板涂一層薄層潤滑油？若未涂，對試驗結果有何影響？探索和思考1.試驗原理土在一定的壓實效應下，如果含水率不同，則所得的密度也不相同。含水率較小時，土粒由薄膜水包圍，有較大的剪切阻力，擊實時干密度低：當含水率增加，薄膜變厚，剪切阻力變小，干密度可達到最大；增加到某一含水率，增加的自由水和封閉的氣體充滿土孔隙，因而干密度反隨含水率增大而減小。2.儀器設備1.擊實儀：應符合現行國家標準《土工試驗儀器擊實儀》（GB/T22541）的規定。由擊實筒（圖1.12-1）、擊錘和護筒（圖1.12-2）組成，其尺寸應符合規定。2.擊實儀（圖1.12-3）：擊實儀的擊錘應配導筒，擊錘與導筒間應有足夠的間隙使錘能自由下落。電動操作的擊錘必須有控制落距的跟蹤裝置和錘擊點按一定角度均勻分布的裝置。3.天平：稱量200g，分度值0.01g。4.臺秤：稱量10kg，分度值1g。5.標準篩：孔徑為20mm、5mm。6.試樣推出器：宜用螺旋式千斤頂或液壓式千斤頂，如無此類裝置，也可用刮刀和修土刀從擊實筒中取出試樣。7.其他：烘箱、噴水設備、碾土設備、盛土器、修土刀和保濕設備。3.操作步驟試樣制備可分為干法制備和濕法制備兩種方法。1.干法制備應按下列步驟進行：（1）取代表性試樣并碾散用四點分法取一定量的代表性風干試樣，其中小筒所需土樣約為20kg，大筒所需土樣約為50kg，放在橡皮板上用木碾碾散，也可用碾土器碾散。（2）過篩并制備不同含水率試樣輕型按要求過5mm或20mm篩，重型過20mm篩，將篩下土樣拌勻，并測定土樣的風干含水率；根據土的塑限預估的最優含水率，按擾動土試樣預備步驟制備不少于5個不同含水率的一組試樣，相鄰2個試樣含水率的差值宜為2%。（3）灑水拌勻并靜置將一定量土樣平鋪于不吸水的盛土盤內，其中小型擊實筒所需擊實土樣約為2.5kg，大型擊實筒所取土樣約為5.0kg，按預定含水率用噴水設備往土樣上均勻噴灑所需加水量，拌勻并裝入塑料袋內或密封于盛土器內靜置備用。靜置時間分別為：高液限黏土不得少于24h，低液限黏土可酌情縮短，但不應少于12h。3.操作步驟2.濕法制備應取天然含水率的代表性土樣，其中小型擊實筒所需土樣約為20kg，大型擊實筒所需土樣約為50kg。碾散，按要求過篩，將篩下土樣拌勻，并測定試樣的含水率。分別風干或加水到所要求的含水率，應使制備好的試樣水分均勻分布。試樣擊實應按下列步驟進行：（1）儀器準備將擊實儀平穩置于剛性基礎上，擊實筒內壁和底板涂一層薄層潤滑油，連接好擊實筒與底板，安裝好護筒。檢查儀器各部件及配套設備的性能是否正常，并做好記錄。（2）擊實從制備好的一份試樣中稱取一定量土料，分3層或5層倒擊實筒內并將土面整平，分層擊實。手工擊實時，應保證使擊錘自由鉛直下落，錘擊點必須均勻分布于土面上；機械擊實時，可將定數器撥到所需的擊數處，擊數可按表1.12-1確定，按動電鈕進行擊實。擊實后的每層試樣高度應大致相等，兩層交接面的土面應刨毛。擊實完成后，超出擊實筒頂的試樣高度應小于6mm。3.操作步驟表1.12-1擊實儀主要技術指標試驗方法錘底直徑/mm錘質量kg落高/mm層數每層擊數擊實筒護筒高度/mm備注內徑/mm筒高/mm容積/cm3輕型512.5305325102116947.4≥50

3361521162103.9≥50

重型4.5457342102116947.4≥50

3941521162103.9≥50

5563.操作步驟（3）修平并稱量用修土刀沿護筒內壁削挖后，扭動并取下護筒，測出超高，取多個測值平均，準確至0.1mm。沿擊實筒頂細心修平試樣，拆除底板。試樣底面超出筒外時，修平。擦凈筒外壁，稱量，準確至1g。（4）測含水率用推土器從擊實筒內推出試樣，從試樣中心處取2個一定量的土料，含細粒土15~30g，含粗粒土50~100g。平行測定土的含水率，稱量準確至0.01g，兩個含水率的最大允許差值應為1%。（5）其他含水率的試樣試驗按（1）~（4）的規定對其他含水率的試樣進行擊實。一般不復使用土樣。4.試驗成果整理1.擊實后各試樣的含水率應按下式計算： （1.12-1）2.擊實后各試樣的干密度應按下式計算，計算至0.01g/cm3： （1.12-2）3.土的飽和含水率應按下式計算： （1.12-3）式中:—飽和含水率，%；ωsat—水的密度，g/cm3。ρω—水的密度，g/cm3。4.試驗成果整理4.繪制干密度與含水率的關系曲線以干密度為縱坐標，含水率為橫坐標，繪制干密度與含水率的關系曲線。曲線上峰值點的縱、橫坐標分別代表土的最大干密度和最優含水率。曲線不能給出峰值點時，應進行補點試驗。5.在圖上繪制飽和曲線數個干密度下土的飽和含水率按

（k—式樣的壓實度，%）計算。以干密度為縱坐標，含水率為橫坐標，在圖上繪制飽和曲線。6.擊實試驗記錄表，見表1.12-2。4.試驗成果整理表1.12-2擊實試驗記錄表巖土工程分析評價3.土的抗剪強度指標測定方法問題導入抗剪強度指標如何測定呢？土的抗剪強度指標測定方法直接剪切試驗是室內測定土的抗剪強度的最便捷的方法圖3.1-7直接剪切儀剪切推進裝置和量測裝置構造土的抗剪強度指標測定方法試驗時，先安裝試樣、百分表，通過加壓杠桿對試樣施加垂直壓力，再旋轉手輪，以規定速率施加水平剪力，使上下盒之間產生相對位移，直至試樣剪損。土的抗剪強度指標測定方法剪切過程中，記錄手輪每轉的百分表讀數，最后繪制該垂直荷載下的剪應力一剪切變形曲線，如圖3.1-8所示，以曲線峰值作為試樣在該垂直壓力作用下的抗剪強度，如沒有曲線峰值，一般取剪切變形4mm對應的剪應力為抗剪強度。圖3.1-8剪應力—剪切變形曲線土的抗剪強度指標測定方法同一土體取四個試樣，在不同垂直壓力下測定相應的抗剪強度，匯總后繪制垂直壓力??-抗剪強度????，曲線，即為抗剪強度線，如圖3.1-9所示。圖3.1-9垂直壓力一抗剪強度關系線土的抗剪強度指標測定方法根據加載速率和排水條件的不同，直剪試驗可分為快剪、固結快剪和慢剪三種快剪試驗是在試樣上施加垂直壓力后，立即施加水平剪切力，在剪切過程中不允許排水，稱為不固結不排水剪。固結快剪試驗是在試樣上施加垂直壓力，待排水固結穩定后，施加水平剪切力，在剪切過程中不允許排水，稱為固結不排水剪。慢剪試驗是在試樣上施加垂直壓力及水平剪應力的過程中，均應使試樣排水固結，稱為固結排水剪。土的抗剪強度指標測定方法三軸剪切試驗是室內測定土的抗剪強度的一種較完善方法。我國應用較多的是應變控制式三軸剪切儀，由壓力室、軸壓、圍壓加壓裝置和孔隙水壓力量測裝置三部分組成，其中壓力室構造如圖3.1-11所示。圖3.1-11三軸剪切儀壓力室構造土的抗剪強度指標測定方法試驗時，注入液體施壓，試樣圍壓相同，內部無剪應力，然后由軸向加壓系統通過活塞對試樣施壓，直至試樣剪壞，此時的??1、??3可對應繪出一個極限狀態的莫爾應力圓。土的抗剪強度指標測定方法一個圍壓對應一個極限莫爾應力圓，改變圍壓即可繪制出不同的極限莫爾應力圓，而極限狀態下，抗剪強度線與莫爾應力圓相切，即多個極限莫爾應力圓的公切線即為土的抗剪強度線（圖3.1-12）。圖3.1-12三軸剪切試驗抗剪強度包線土的抗剪強度指標測定方法三軸剪切試驗優點應力狀態明確，剪切破壞面未人為限定，發生在試樣最薄弱處；能夠控制排水條件，測量土中孔隙水壓力變化，求得土的有效強度指標；測定土的其他力學性質指標，如土的彈性模量等。土的抗剪強度指標測定方法十字板剪切試驗是現場測定土的抗剪強度的一種常用方法，對飽和軟黏土最為適用，測試結果相當于不排水抗剪強度。a）機械式b）電測式土的抗剪強度指標測定方法

圖3.1-14現場大型直剪儀構造課程小結一、直接剪切試驗二、三軸壓縮試驗三、十字板剪切試驗四、現場大型直剪試驗巖土工程分析評價思考題幾種土的抗剪強度指標測定試驗的適用范圍、優缺點比較巖土工程分析評價4.土的直接剪切試驗問題導入直接剪切試驗如何測定抗剪強度指標呢？直接剪切試驗是室內測定土的抗剪強度的最便捷的方法直接剪切儀剪切推進裝置和量測裝置構造試驗目的和方法直接剪切試驗的主要目的在于測定土體抗剪強度的大小，從而獲得反映抗剪強度特征的值和值。在高土石壩心墻防裂與抗震、重型廠房的建設、邊坡和基坑的穩定性分析等工程中有著廣泛的應用。直接剪切試驗的類型根據加載速率和排水條件的不同，直剪試驗可分為快剪、固結快剪和慢剪三種快剪試驗是在試樣上施加垂直壓力后，立即施加水平剪切力，在剪切過程中不允許排水，稱為不固結不排水剪。固結快剪試驗是在試樣上施加垂直壓力，待排水固結穩定后，施加水平剪切力，在剪切過程中不允許排水，稱為固結不排水剪。慢剪試驗是在試樣上施加垂直壓力及水平剪應力的過程中，均應使試樣排水固結，稱為固結排水剪。試驗原理直接剪切試驗將同一種土制備成四個試樣，對四個試樣分別在不同的法向壓力下，施加水平剪力進行剪切，測得剪切破壞時的剪應力，然后根據庫侖定律確定土的抗剪強度指標黏聚力和內摩擦角值。本試驗方法適用于細粒土。這里主要介紹快剪試驗。試驗儀器設備1.應變控制式直剪儀：包括剪切盒（水槽、上剪切盒、下剪切盒），垂直加壓框架，負荷傳感器或測力計及推動機構等，其技術條件應符合現行國家標準《巖土工程儀器基本參數及通用技術條件》（GB/T15406）的規定。2.位移傳感器或位移計（百分表）：量程5~10mm，分度值0.01mm。3.天平：稱量500g，分度值0.1g。5.其他：飽和器、削土刀或鋼絲鋸、秒表、濾紙、直尺。4.環刀：內徑6.18cm，高2cm。試驗操作步驟1.試樣制備（1）黏性土試樣制備①制備原狀土試樣或擾動土試樣。從原狀土樣中切取原狀土試樣或制備給定干密度及含水率的擾動土試樣。②測定含水率及密度。測定試樣的含水率及密度。對于試樣需要飽和時，進行抽氣飽和。（2）砂類土試樣制備①取過2mm篩孔代表性風干砂樣。取過2mm篩孔的代表性風干砂樣1200g備用。按要求的干密度稱每個試樣所需風干砂量，準確至0.lg。②將砂樣倒入剪力盒。對準上下盒，插入固定銷，將潔凈的透水板放入剪切盒內，將準備好的砂樣倒入剪力盒內。③敲密至要求的干密度。拂平砂樣表面，放上一塊硬木塊，用手輕輕敲打，使試樣達到要求的干密度，然后取出硬木塊。試驗操作步驟2.快剪試驗步