土工实验指导书.docx
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土工实验指导书
商丘学院
土力学与地基基础
实验指导书
课程名称
土力学与地基基础
院系(部)
土木工程学院
作者
白春
实验一土的密度试验
一、实验目的
测定土的密度,即土在天然状态下单位体积的质量。
环刀
二、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.天平:
最大称量500g、最小分度值0.1g
3.其他:
切土刀、取土器、毛玻璃和圆玻璃片等。
三、试验步骤
1.测定环刀的体积。
环刀的直径和高。
2.在天平上称环刀质量m1。
考虑为什么要称量环刀的质量?
3.环刀取土:
在环刀内壁涂一薄层凡士林,将环刀刃口向下放在土样上,随即将环刀垂直下压,边压边削,直至土样上端伸出环刀为止。
将环刀两端余土削去修平,并及时在两端盖上圆玻璃片,以免水分蒸发。
考虑涂抹凡士林的原因
4.擦净环刀外壁,将取好土样的环刀放在天平上称量,记下环刀与湿土的总质量m2,精确到0.1g。
四、数据处理与分析
五、注意事项
1.用环刀切取试样时,环刀应垂直均匀下压,以防环刀内试样的结构被扰动。
2.夏季温度较高时,应防止水分蒸发,可用玻璃片盖住环刀上、下面,但是注意计算时应扣除玻璃片的质量。
3.密度试验应进行2次平行测定,两次测定的差值不得大于0.03g/cm3,取两次试验结果的算术平均值;密度计算准确至0.01g/cm3。
土的密度试验记录表
班级(小组)记录时间记录人:
(1)环刀法(适用于粉土和黏性土)
试样编号
环刀号
环刀
质量
(g)
环刀容积V(cm3)
环刀加湿土质量(g)
湿土
质量
m0(g)
试样湿密度ρ(g/cm3)
含水率ω(%)
⑷
试样干密度ρd(g/cm3)
⑸=⑶/[1+0.01⑷]
⑴
⑵
⑶=⑵/⑴
单值
均值
附注:
试验人员:
计算:
复核
实验二含水率试验
一、概念:
土的含水率是试样在105~110℃下烘到恒量时所失去的水质量和达恒量后干土质量的比值,以百分数(w)表示。
本试验以室内烘干法为标准方法,在野外或无烘箱设备或要求快速测定含水率时,可依土的性质和工程情况分别采用以下方法:
1.酒精燃烧法。
(细粒土含水率)
2.烘干法。
(适用于砂类土)
二、试验设备
1.天平
2.称量铝盒
3.烘箱
4.干燥器
三、试验步骤
1、首先称量一下称量盒为m0。
从土样中取出具有代表性的试样15~30g,放入称量盒内,称盒子和湿土总质量记作m1,准确至0.01g。
2、将盒子和试样一起放入烘箱内,在温度为105~110℃下烘至恒量。
对于粘土和粉土烘至恒量的时间宜为8~10h,对于砂土宜烘至6~8h。
3、将烘干后的试样从烘箱中取出,放入干燥器内冷却至室温。
4、称量盒子和干土的总质量m2,准确至0.01g。
四、数据处理
计算公式中w-含水率(%),精确至0.1%;
m0-称量盒子的质量(g)
m1-称量盒子和湿土的质量(g)
m2-称量盒子和干土的质量(g)
含水率实验记录表:
(烘干法:
标准方法,适用于各类土)
班级(小组)记录时间记录人:
试样编号
称量盒号
称量盒质量
(g)
盒加湿土质量
(g)
盒加干土质量
(g)
湿土
质量
m0(g)
干土
质量
md(g)
含水率ω=(m0/md-1)×100(%)
单个值
平均值
附注:
试验人员:
计算:
复核
实验三土的比重试验
一、实验目的
测定土粒在105-l10℃下烘至恒重的质量与体积4℃时纯水的质量的比值。
土粒比重是计算土的换算指标的一个必不可少的物理量。
一般规定:
小于5mm的各类土采用比重瓶法。
粒径等于、大于5mm的各类土且其中粒径大于20mm的土质量应小于总土质量的10%的用浮称法。
粒径等于、大于5mm的各类土且其中粒径大于20mm的土质量等于、大于总土质量的10%。
虹吸管法测定比重。
二、实验方法
比重瓶法适用于粒径小于5mm的各类土。
三、仪器设备
1、比重瓶(容积l00mL或50mL,分长颈和短颈两种)
2、恒温水槽(准确度应为士l℃)
3、砂浴(应能调节温度)
4、天平(称量200g,最小分度值0.001g)
5、温度计(刻度为0-50℃,最小分度值为0.5℃)
6、纯水、小漏斗、干毛巾、筛子等。
比重瓶
电砂浴
四、实验步骤
1.试样制备:
将土样及洗干净的比重瓶在105—110℃下烘干,取出后置于干燥器内冷却至室温,并取风干后的土样约100g,碾散并全部过5mm的筛。
2.称取冷却后比重瓶的质量mb。
3.称烘干试样15g,用小漏斗装入比重瓶,称试样和瓶的总质量mbs。
4.向比重瓶内注入半瓶纯水,摇动比重瓶,并放在砂浴上煮沸,煮沸时间自悬液沸腾起砂土不应少于30min。
沸腾后应调节砂浴温度,比重瓶内悬液不得溢出。
然后,取出比重瓶冷却。
5.将煮沸经冷却的纯水注入装有试样悬液的比重瓶。
当用长颈比重瓶时注纯水至刻度处;当用短颈比重瓶时应将纯水注满,塞紧瓶塞,多余的水分自瓶塞毛细管中溢出。
将比重瓶置于恒温水槽内至温度稳定,且瓶内上部悬液澄清。
取出比重瓶,擦干瓶外壁,称比重瓶、水、试样总质量mbws;并应测定瓶内的水温T,准确至0.5℃。
6.倒掉瓶中悬液,洗干净比重瓶,灌满纯水加盖,放入砂浴中加热至温度T。
然后将瓶取出,擦干瓶外壁,称量比重瓶和水总质量mbw。
五、数据处理
本实验的称量应准确至0.001g。
实验四液塑限联合测定试验
一、概念
粘性土随含水量变化可改变土的物理形态。
塑限:
可塑状态和半固体状态的分界含水量。
液限:
流动状态和可塑状态的分界含水量。
液塑限联合测定仪
二、实验目的
测定细粒土在液限与塑限时的含水量;计算出塑性指数和液性指数,由此判别粘性土的软硬程度。
按塑性指数或塑性图对粘性土进行分类,并可结合土体的原始孔隙比来评价粘性土地基的承载能力。
三、实验原理
利用液、塑性联合测定仪同时测定3份不同含水量的同一个土样,得到圆锥下沉深度和含水量关系曲线。
在图上查的锥入度17mm所对应的含水率为液限,锥入度2mm所对应的含水率为塑限。
圆锥入土深度与含水量关系
四、实验仪器
主要设备:
液塑限联合测定仪限、天平、称量盒、烘箱;
其它:
调土碗、调土刀、凡士林、蒸馏水、滴管、研钵、带橡皮头的研棒及0.5mm筛等。
五、实验步骤
1.土样制备,制备风干土土样,进行研碎并过0.5mm筛,取过筛的土样450g,分成三份,放入三个盛土皿。
分别加入蒸馏水,调成均匀含水为15%、20%、25%。
2.将制备的试样搅拌均匀,填入试样杯中,填样时不应留有空隙,对较干的试样应充分搓揉,密实地填入试样杯中,填满后刮平表面。
3.调平机身,将试样杯放在液限仪的升降座上,在圆锥上抹一薄层凡士林。
调节零点,将屏幕上的标尺调在零位。
4.调整升降座,使圆锥尖接触试样表面,拧动旋钮圆锥在自重下沉入试样,经5s后松掉旋钮测读圆锥下沉深度。
5.改变锥尖与土体接触位置(锥尖两次锥入位置距离不小于1cm),入土深度误差为0.5mm。
试样测定不少于三个点,取其深度的平均值作为试样的入土深度。
6.重复步骤
(2)--(5),分别测试其余两个试样。
六、数据处理
1.绘制锥入深度h与含水量w的关系曲线。
①连此三点,应呈一条直线;
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直线;
③当两个含水量的差值大于2%时,应重做试验。
2.确定液限、塑限
在锥入深度h与含水量w关系图上,查得下沉深度为17mm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。
3.计算塑性指数
液塑限联合测定试验记录
班级(小组)记录时间记录人:
试样
编号
圆锥下
沉深度
h
(mm)
称量
盒号
湿试样质量m0
(g)
干试样质量md
(g)
联合测定含水率ω′(%)
试样天然含水率ω(%)
液限
(h=17mm)ωL(%)
液限
(h=10mm)ω10(%)
塑限
(h=2mm)
ωp(%)
塑性指数IP=ωL-ωp
液性指数IL=(ω-ωp)/IP
(m0/md-1)×100
单值
均值
圆锥下沉深度h与联合测定含水率ω′双对数关系曲线:
附注:
实验五固结试验
一、概念
在荷载作用下,土体中的水和气体被逐渐排出,孔隙体积减少,颗粒与颗粒之间重新排列,相互挤紧,由此引起土的压缩变形。
土的压缩试验通过测定土样的各级压力pi作用下产生的压缩变形值,计算在pi作用下土样相应的孔隙比ei,绘制土的压缩曲线,计算土的压缩系数a和压缩模量Es等,从而控制建筑物的沉降量。
二、试验目的
测定土的压缩性指标。
三、试验方法
常规压缩试验。
四、仪器设备
1.压缩仪(也称固结仪):
有磅称式和杠杆式两种,本试验采用杠杆式压缩仪。
包括压缩容器及加压设备两部分。
压缩容器由环刀、护环、透水板、水槽、加压上盖组成。
环刀内径为61.8mm和79.8mm,高度为20mm。
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。
2.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。
3.其他:
刮土刀、钢丝锯、滤纸、秒表、凡士林油等。
五、操作步骤
1.取原状土(取土方向应与天然受荷方向一致),在环刀内壁涂一薄层凡士林以减小摩擦,刀口向下放在土样上,然后用钢丝锯将土样修成略大于环刀直径的土柱,环刀垂直下压,边压边修,尽量减少对土样的扰动,直至土样伸出环刀为止,再削去两端余土,刮平(不得在土面上反复刮,以免土面孔隙堵塞或使土面析水)。
取环刀两侧余土用称量盒测定其含水量和比重,并擦净环刀外壁,盖上玻璃盖。
2.称环刀加土总质量,精确至0.1g,计算土的密度。
3.在压缩仪器的底板上放透水石及滤纸,将带有试样的环刀(刀口向下)放入,再在试样上放置滤纸和透水石,放下加压装置,防止偏心,安装量表或位移传感器。
4.施加1kPa的预压荷载,使土样与压缩仪器内的各部分接触良好。
将百分表或传感器调整到零位或测读初读数。
5.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。
本次试验由于课时限制,统一按50kPa、100kPa、200kPa、400kPa四级荷载,每级历时90min,并记下百分表读数R1、R2、R3、R4、R5。
对饱和试样应在施加第一级荷载后,立即向压缩容器中注满水;对非饱和试样则以湿棉花围护在传压板周围以防水分蒸发
6.试验结束后,迅速拆除仪器各部件,取出整块试样,用烘干法测定试样试验后的含水率。
7.绘制e-p压缩曲线:
六、数据处理
1.按下式计算初始孔隙比e0:
2.计算各级压力下试样固结稳定后孔隙比:
3.计算各级压力下压缩系数a:
评价土的压缩性高低,一般用p1=100kPa、p2=200kPa求得的压缩系数。
a1-2<0.1mm2/N(即Mpa-1)低压缩性
0.1≤a1-2≤0.5mm2/N中压缩性
a1-2≥0.5mm2/N高压缩性
4.计算某一压力范围的压缩模量Es:
标准固结试验记录
班级(小组)记录时间记录人:
(1)试验记录
试样面积cm2颗粒密度g/cm3初始孔隙比试验前试样高度cm
试验前饱和度%试验后饱和度%试验前试样密度g/cm3
试验前试样含水率%试验后试样密度g/cm3试验后试样含水率%
压力(kPa)
经过时间
P=
P=
P=
P=
日期
百分表读数(mm)
日期
百分表读数(mm)
日期
百分表读数(mm)
日期
百分表
读数
(mm)
0
6s
15s
1min
2.25min
4min
6.25min
9min
12.25min
16min
20.25min
25min
30.25min
36min
42.25min
49min
64min
100min
200min
400min
23h
24h
总变形量(mm)
仪器变形量(mm)
试样总变形量(mm)
附注:
实验六直接剪切试验
直接剪切试验是测定土的抗剪强度指标的一种常用方法。
对于二级、三级建筑物如为可塑状粘性土及饱和度不大于0.5的粉土时,可采用直接剪切试验。
一、试验目的
测定土的抗剪强度及土的内摩擦角ψ粘聚力c。
二、试验方法
粘性土的固结快剪试验,适用于渗透系数小于10-6cm/s的细粒土。
本试验采用快剪,即在施加竖向压力后立即施加水平推力至土样破坏,在整个试验过程中,始终不让土样排水。
三、仪器设备
应变控制式直剪仪:
由剪切盒、垂直加荷设备、剪切传动装置、位移量测系统等组成。
环刀:
内径61.8mm,高20mm。
位移量测设备:
量程为10mm,分度值为0.01mm的百分表,或准确度为全量程0.2%的传感器。
其他:
百分表、滤纸等。
四、操作步骤
1.制备土样,由实验室提供。
2.对准剪切仪的上下盒,插入固定销,在试样上放一块透水石,将制备的土样装进剪力盒内,移去环刀。
3.转动手轮,使上盒前端的钢球恰好与量力环接触(量表微动表示恰好接触),调整量表读数为零,然后加传压活塞、钢球、压力框架。
4.轻轻地施加垂直压力,立即拔去固定销,开动秒表,均匀转动手轮进行剪切(手轮的转速为0.8mm/min,即r/min),手轮每转一圈(产生剪切位移0.2mm)记下量表读数,直到土样剪损为止,土样剪损的标志为量力环的量表读数有显著后退或量表不再增大。
5.倒转手轮,尽快移去垂直压力、压力框架、钢球、加压活塞等,取出试样,并测定剪切面土的含水量。
6.本试验至少取四个试样,分别加以不同的垂直压力进行剪切试验。
试验步骤重复
(2)~(5)。
垂直压力一般可取0.1、0.2、0.3、0.4N/mm2。
五、数据处理
计算剪应力:
式中—试样所受的剪应力(kPa);
C——测力计率定系数(100N/mm);
R——测力计量表读数,精确到0.01mm;
A0——试样的初始断面积(cm2);
10——单位换算系数。
直接剪切试验记录
班级(小组)记录时间记录人:
环刀号
试样状态
含水率
ω(%)
湿密度
ρ(g/cm3)
干密度
ρd(g/cm3)
孔隙比
e
饱和度
Sr
初始
饱和
剪后
仪器编号垂直压力kPa率定系数CN/0.01mm
剪切速率mm/min剪切历时min试样面积A0cm2
剪切前固结时间min剪切前压缩量mm抗剪强度SkPa
固结过程
剪切过程
时间
(min)
垂直量表读数(0.01mm)
时间(s)
手轮转数(n)
测力计读数(0.01mm)
剪切位移
(0.01mm)
剪应力
(kPa)
⑴
⑵
⑶
⑷
⑸
⑹=ΔL′×⑷-⑸
⑺=[⑸×C]/A0×10
黏聚力c=kPa内摩擦角φ=(°)
附注:
实验七击实试验
一、实验目的:
测定试样在一定击实次数下或某种压实作用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、实验原理
土的压实程度与含水率、压实作用和压实方法有着密切的关系。
当压实功能和压实方法不变时,土的干密度先是随着含水率的增加而增加,但当干密度达到某一最大值后,含水率的增加反而使干密度减小。
能使土达到最大密度的含水率为最有含水率ωop(或称最佳含水率),其相应的干密度为最大干密度ρdmax。
三、仪器设备
标准击实仪(轻型和重型),轻型击实筒(内径102mm,高116mm,击锤质量为2.5kg,落距为305mm);
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- 土工 实验 指导书