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《土力学与地基基础》实验指导书及试验报告
来源:本站    作者:实验中心     时间: 2015-03-13 18:18

 

 

 

 

 

 

 

                  

                  

                  

指导教师              

 

 

 

 

三大网赌正规官网土木工程实验中心

 

 

     

 

 

实验一    密度、含水量试验……………………………………………2

实验二    液限和塑限  …………………………………………………5

实验三    土的压缩试验  ………………………………………………8

实验四    土的直接剪切试验……………………………………………12

 


实验一  密度、含水量试验

一、实验名称:密度、含水量测定

二、实验时间:课堂讲授完土的三相比例指标后

三、实验地点:土工实验室

四、实验目的

用烘干法测定土样含水量,环刀法测定土样密度,并掌握三相比例指标的换算方法。

五、实验要求

1)由实验室提供一块扰动土样,要求学生测定该土样的含水量和密度。

2)根据实验结果,要求学生确定该土的孔隙比e,孔隙率n,饱和度,干密度   ,饱和密度等物理指标。

3)参观原状土样。

六、实验方法

(一)含水量的试验(烘干法)

土的含水量是土在100~105℃下烘至恒重时所失去的水分质量与土颗粒质量的比值,用百分数表示。

本试验采用烘干法,此法为室内试验的标准方法。

1.仪器设备

    电烘箱:(或红外线烘箱);

    天平:感量0.01克;

    烘土盒:又叫称量盒,每个烘土盒的质量都已称量,并且登记备查;

    干燥器:用无水氯化钙做干燥剂。

2.试验步骤

①选取有代表性的试样不少于15(砂土或不均匀的土应不少于50),放入烘土盒内立即盖紧,称烘土盒和湿土质量(m1)并准确至0.01。记录烘土盒号码、烘土盒质量(m3(由实验室提供)m1

②打开烘土盒,放入电烘箱中在100~105℃温度下烘至恒重。(烘干时间一般自温度达到100~105℃算起不少于6小时)。然后取出烘土盒,加盖后放进干燥器中,使冷却至室温。

③从干燥器中取出烘土盒,称烘干的土的质量(m2,准确至0.01克,并将此质量记入表格内。

④本试验须进行二次平行测定。

3.计算

    计算至0.1%

式中:m1m2 ——试样中所含水的质量;

m2-m3——试样土颗粒的质量;

4.有关问题的说明

①含水量试验用的土应在打开土样包装后立即采取,以免水分散失,影响结果。

②本试验须进行平行测定,每个学生取两次试样测定含水量,取其算术平均值作为最后结果。但两次试验的平行差值不得大于下表规定:

含水量(%

允许平行差值(%

40

1

40

2

 

③烘土盒中的湿试样质量称取以后由试验室负责烘干,同学们在24小时以后抽空来试验室称量干试样的质量。

(二)密度试验(环刀法)

单位体积土的质量称为土的密度。

密度的测定,对一般粘性土采用环刀法,如试样易碎或难以切削成有规则的形状时可以采用蜡封法等。本实验采用环刀法。

1.仪器设备

①环刀:内径60~80mm,高20mm,壁厚1.5~2.0mm

②天平:称量500克以上,感量0.1克。

直口切土刀、凡士林等。

2.实验步骤

①取原状土或取按工程需要制备的重塑土,用切土刀整平其上下两端,将环刀内壁涂一薄层凡士林,刃口向下放在土样整平的面上。

②用切土刀将土样上部修削成略大于环刀口径的土柱,然后将环刀垂直均匀下压,边压边削至土样伸出环刀上口为止,削去环刀两端余土并修平土面使与环刀口平齐。

擦净环刀外壁,称环刀加土的质量(m1)准确至0.1

记录m1、环刀号数以及由实验室提供的环刀质量(m2)和环刀体积(V)。

3.计算

式中:——土的密度,又称湿密度,

      m1——环刀的加土的质量,g

      m2——环刀的质量,g

      V——环刀的体积,

m2V可根据环刀号查实验室的表格得到)。

4.有关问题的说明

①用环刀切试样时,环刀应垂直均匀下压,防止环刀内试样结构被扰动。

②夏天室温很高,为了防止称量时试样中水分被蒸发,影响试验结果,宜用两块玻璃盖住环刀上、下称取质量,但计算时必须扣除玻璃片的质量。

③每组做两次测定,平等差值不得大于0.03,取算术平均值作为结果。

密度、含水量试验试验报告

密度试验(环刀法)

 

工程名称_________________                                  试验者_________________

钻孔编号_________________                                  计算者_________________

试验日期_________________                                  校核者_________________

 

土样编号

环刀号

环刀+

土质量

环刀质量

质量

环刀体积

密度

平均密度

备注

m1

m2

m1- m2

V

g

g

g

cm3

g/cm3

g/cm3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

含水量试验(烘干法)

 

工程名称_________________                                  试验者_________________

钻孔编号_________________                                  计算者_________________

试验日期_________________                                  校核者_________________

 

土样编号

烘土盒号

+湿

土质量

+

土质量

烘土盒

质量

水质量

土粒质量

含水量

平均含水量

备注

m1

m2

m3

 m1- m2

m2- m3

w

w

g

g

g

g

g

%

%

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

班级:               姓名:            成绩:        指导教师:

实验二    液限和塑限

一、实验名称:液限、塑限测定

二、实验时间:课堂讲授完粘性土的物理特性后

三、实验地点:土工实验室

四、实验目的:

测定粘性土的界限含水量,并确定土的类别和软硬状态。

五、实验要求:

1)由实验室提供经过调拌浸润处理后的土样,要求学生测定该土的液限和塑限;

2)根据实验资料确定该土的类别和天然软硬状态。

六、实验方法:

1.仪器设备

液塑限联合测定仪:包括带标尺的圆锥仪、电磁铁、显示屏、控制开关和试样杯。圆锥质量为76g,锥角30°;读数显示宜采用光电式、游标式和百分表式;试样杯内径为40mm,高度为30mm

天平:称量200g,最小分度值0.01g

烘箱、干燥器:同含水率试验。

其他:铝制称量盒、调土刀、孔径为0.5mm的筛、凡士林等。

2.试验步骤

本试验原则上宜采用天然含水率试样,当土样不均匀时,可采用风干试样,当试样中含有粒径大于0.5mm的土粒和杂物时,应过0.5mm筛。

当采用天然含水率土样时,取代表性土样250g;采用风干土样时,取0.5mm筛下的代表性土样200g,将试样放在橡皮板上,用纯水将土样调成均匀膏状,放入调土皿,盖上湿布,浸润过夜。

用调土刀取制备好的试样放在调土板上彻底调拌均匀后,分层装入试样杯中,装土时注意土中不能留有空隙,装满试杯后刮去多余的土,使土面与杯口齐平。将试样杯放在联合测定仪的升降座上。

将圆锥仪擦拭干净,并在锥体上抹一薄层凡士林,然后接通电源,使电磁铁吸住圆锥。

调节零点,将屏幕上的标尺调在零位,然后转动升降旋钮,调整升降座,当圆锥尖刚好接触试样表面时,指示灯亮,立即停止转动旋钮。

⑥按动控制开关,圆锥在自重作用下沉入试样,经过5s后测读显示在屏幕上的圆锥下沉深度,取出试样杯,用小刀挖去锥尖入土处的凡士林,取锥体附近的试样不少于10g,放入称量盒内,按含水率试验方法测定含水率。

⑦将试样杯中的试样全部取出,放在调土板上,再加水或吹干并调匀,重复③~⑥试验步骤,分别测定试样在不同含水率下的圆锥下沉深度。液塑限联合测定至少在三点以上,其圆锥入土深度宜分别控制在3~4mm7~9mm15~17mm

3.成果整理

按实验一中含水率公式计算试样的含水率。

以含水率为横坐标,圆锥下沉深度为纵坐标,在双对数坐标纸上绘制关系曲线,三点应在一条直线上,当三点不在一条直线上时,通过高含水率的点和其余两点连成两条直线,在下沉深度为2mm处查得相应的两个含水率,当两个含水率的差值小于2%时,应以两点含水率的平均值与高含水率的点连一条直线,当两个含水率的差值大于、等于2%时,应重做试验。

在含水率与圆锥下沉深度的关系图上查得下沉深度为17mm所对应的含水率为液限,查得下沉深度为10mm所对应的含水率为10mm液限,查得下沉深度为2mm所对应的含水率为塑限,取值以百分数表示,准确至0.1%

④按下式计算塑性指数:

式中  IP——塑性指数;

wL——液限(%);

wP——塑限%)。

按下式计算液性指数:

式中  IL——液性指数,计算至0.01

w——天然含水率(%)。

4.有关问题说明

试样烘干工作由实验室代做,同学们在24小时以后抽空来试验室称量干试样的质量。

七、预习问题

1)什么是液限、塑限?测定土的液限和塑限有什么用处?

2)什么是液性指数?液性指数的大小反映什么问题?

3)要知道某种粘土的天然稠度状态必须做哪几个试验?


液塑限联合测定法试验报告

 

工程名称_________________             试验者_________________

工程编号_________________             计算者_________________

试验日期_________________                          校核者_________________

 

试样编号

圆锥下沉深度/mm

 

 

盒加湿

土质量/g

盒加干

土质量/g

盒质量/

g

水质量/

g

干土质量/g

含水率/

%

液限/

%

塑限/

%

1

2

3

4

5

6

7

8

 

 

 

1-2

2-3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

该土的塑性指数___________液性指数____________,根据_________________,该土定名为______________,根据____________________,该土的天然稠度为_______________

可以利用双对数坐标纸,以便绘制含水率与圆锥下沉深度的关系曲线。

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

班级:           姓名:            成绩:          指导教师:

实验三    土的压缩试验

一、实验名称:土的压缩实验

二、实验时间:课堂讲授完土的压缩性后

三、实验地点:土工实验室

四、实验目的

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e和压力p的关系曲线。并根据e-p曲线计算出压缩系数和压缩模量等土的压缩性指标,以便判断土的压缩性和计算基础沉降时用。

五、实验要求

1)实验室提供土样一块,要求学生在侧限压缩仪中测定土的压缩性,绘制土样的压缩曲线(e-p)曲线;

2)求出 并判断土样的压缩性;

3)仔细观察土的变形与时间关系这一重要特征。

六、实验方法

1.仪器设备

固结仪

百分表:量程10mm,精度0.01mm

密度试验和含水量试验所需的仪器设备;

秒表和仪器变形校正表等。

2.试验步骤

由实验室提供制备的扰动土样一个。

从压缩仪容器中取出环刀,按密度试验方法切取试样,并取土留作测含水量。如原状土样,切土的方向应与天然地层中的上下方向一致。然后称环刀和试样的总重量,扣除环刀质量即得湿试样质量(m)并计算出土的密度。

用切取试样时修下的土测定含水量(w),平行做两次试验,取算术平均值。

在压缩仪器底座内放置一块略大于环刀的洁净而湿润的透水石,将切取的试样连同环刀一起(注意:刀口向下)放在透水石上,再在试样上依次放置护环以及与试样面积相同的洁净而湿润的透水石、传压活塞和钢珠,安装好后待用。

检查加压设备是否灵活。然后平衡加压部分(此项工作由实验室代做)。[平衡加压部分的方法是转动上杠杆上的平衡锤,使下框杆之弧形轮向上10?15?之间。而上杠杆为水平时即平衡完毕。(用目测水平情况)]

将安装好的压缩仪容器放在框架内横梁下,使横梁与球柱接触后,插入活塞杆,再装上百分表使其接触活塞杆顶面,并调节其伸长距离不小于8mm(注意检查百分表是否灵活垂直)。读百分表读数(为初度数R0)后即可进行试验。

轻轻施加第一级荷载50KPa(其中托盘质量0.75kg,再加一质量为0.75kg的小砝码,土样面积30cm2,并开动秒表,开始记时。

可按下列时间测记读数:15"10ˊ20ˊ60ˊ120ˊ24小时直至试样沉降稳定为止。当不需要测定沉降速率时,则施加每级压力后24小时,认为土样已稳定,因时间关系可按教师指定的时间读数。读数精确到0.01m载(100200300400 KPa),记录各级压力下试样变形稳定的百分表读数(R1R2R3R4R5)。

⑨试验结束后,必须先卸除百分表,然后斜掉砝码,升起加压框,移出压缩仪器,取出试样并测定其含水量,最后将仪器擦洗干净。

3.成果整理

按下式计算试验前孔隙比e0

式中:——土粒的相对密度;

      ——水的重度,一般可取

      w ——试验开始时试样的含水量%

      ——试验开始时试样的密度,

计算试样在任何一级压力pKPa)作用下变形稳定后的试样总变形量,

式中:R0——试验前百分表初读数(mm;

      Ri——试样在任何一级压力Pi(千帕)作用下变形稳定后的百分表读数(mm);

      Sie——各级荷载下仪器变形量(mm)。(由实验室提供资料)。

按下式计算各级压力下试样变形稳定时的孔隙比ei

p为横坐标,e为纵坐标,绘制压缩曲线(ep曲线)。

计算压缩系数

4.有关问题说明

试样的土粒相对密度由实验室测定后提供,仪器本身的变形量,环刀的质量、面积、高度均可在实验室仪器资料中查取。

试验前练习百分表的读数方法,防止读数错误而无法获得试验结果。

含水量测定的烘干工作由实验室代做,24小时后来实验室称取质量(或取结果)。

每组做一个试样,每个人独立完成试验报告,不得抄袭,可以相互校核。

七、预习问题

1)做压缩试验的目的是什么?联系具体工程问题去思考。

2的物理意义是什么?有什么用途?

   土的压缩试验试验报告

 

工程名称_________________                                  试验者_________________

钻孔编号_________________                                  计算者_________________

试验日期_________________                                  校核者_________________

 

试样密度ρ及含水量w 的测定记录用试验一的表格。

试验前ρ=______________      试样原始高度h0=____________mm

试验前w=______________%            土粒相对密度ds=____________

试验前孔隙比__________

 

0

50

100

200

300

初读数R0

 

 

 

 

 

1ˊ

 

 

 

 

 

2ˊ

 

 

 

 

 

8ˊ

 

 

 

 

 

10ˊ

 

 

 

 

 

总变形量R0-Ri(mm)

 

 

 

 

 

仪器变形量Sie(mm)

 

 

 

 

 

试样总变形量(mm

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

___________(MPa-1)   该土为______________压缩性土

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

压缩曲线成果表

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 


压力Pi

孔隙比ei

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

50

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

100

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

200

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

300

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

400

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

班级:            姓名:              成绩:           指导教师:

实验四    土的直接剪切试验

一、试验名称:土的抗剪强度试验

二、试验时间:课堂讲授完土的抗剪强度的测定方法后

三、试验地点:土工实验室

四、试验目的

测定土的抗剪强度指标,即土的内摩擦角和粘聚力c

五、试验要求

1由实验室制备同种土样四块,要求学生用快剪法在直接剪切仪中测定土样在各级垂直压力下的抗剪强度;

2 坐标系中画出抗剪强度包线,并以此量得粘聚力c,内磨擦角

3参观三轴剪力仪。

六、试验方法(应变控制直剪仪快剪法)

1.仪器设备

应变控制直剪仪;

百分表:量程10mm,精度0.01 mm

秒表;

切试样的用具等。

2.试验步骤

根据工程需要,从原状土或制备成所需状态的扰动土中用环刀切四个试样。如系原状土样,切试样方向应与土在天然地层中的上下方向一致。

在下盒内依次放入透水石和蜡纸(或塑料纸),然后用插销将上、下剪切盒固定好。

将带试样的环刀刃口向上,对准剪切盒口,将试样从环刀内推入剪切盒中,顺次放上蜡纸和透水石各一。然后放上活塞、钢球、装上垂直加压设备(暂勿加砝码)。

在量力环上安装百分表。百分表的测杆应平行与量力环的直径方向,调整百分表使其指针在某一整数(即长针指零,并作为起始零读数)。

慢慢转动手轮,至上盒支腿与量力环钢球之间恰好接触时(即量力环中百分表指针刚开始触动时)为止。

在试样上 施加垂直荷载。按第一个试样应加的垂直压力(100千帕)计算出应加荷载,扣除加压设备本身重量,即得应加砝码数。(试样面积及加压设备质量可查实验室的资料表)。

拔出固定插销。开动秒表,同时以每分钟0.8mm的剪切速度均匀地转动手轮,进行剪切。当量力环中百分表指针不再前进而出现后退或剪切变形量达试样直径的1/151/10时,认为试样已经剪损,记录百分表指针最大读数(代表峰值抗剪强度),用0.01mm作单位,估读至0.001mm。(即以百分表上大刻度盘的“格”作单位,估读至0.1格)。

反转手轮,卸除垂直荷载和加压设备,取出已剪损的试样,刷净剪切盒,装入第二个试样。

第二、三、四个试样分别施加200300400千帕垂直压力后按同样步骤进行试验。

3.成果整理

1计算每个试样在一定垂直压力下的抗剪强度:

                                                 4-1

式中R——该试件在剪损时的百分表最大读数(单位:0.01mm);

    C——量力环校正系数,单位kPa/0.01mm(由实验室提供);

    ——抗剪强度,kPa

2根据《建筑地基基础设计规范》规定,抗剪强度指标内摩擦角、粘聚力、相应的标准差、变异系数、统计修正系数,分别按下列公式计算:

内摩擦角平均值

                             4-2

粘聚力平均值

                         4-3

内摩擦角的标准差

                                      4-4

粘聚力的标准差

                                             4-5

方程的剩余标准差

        4-6

式中

p——垂直压力(kPa),其平均值pm;

——抗剪强度(kPa),其平均值

n——经分组复核后的试件总数;

Kj——每组试件数,m为组数。

变异系数和统计修正系数

                                                   4-7

                                                   4-8

                              4-9

                               4-10

内摩擦角标准值和粘聚力标准值

                                               4-11

                                                4-12

注:当按(4-2)、(4-3)、式计算出现时,试验结果不能采用。

3)为了同学们学习方便起见,本次试验可按下述方法绘抗剪强度曲线和确定抗剪强度指标(图4-1)。

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 


以垂直压力pkPa)为横坐标,抗剪强度为纵坐标,将四个实测点绘在图上,画一实测的平均直线,若各点不在一条近似直线上,可按相临的三点连成两个三角形,分别求出两个三角形的重心,然后将两重心连一直线,即为抗剪强度曲线。

抗剪强度曲线在轴上的截距即为粘聚力c,精确至10千帕,其倾角为内摩擦角,精确至0.1度。

4有关问题说明

开始剪切之前,千万不能忘记必须先拔去插销。否则,量力环被压断,仪器即损坏。

加砝码时应将砝码上的缺口彼此错开,防止砝码一齐倒下砸伤脚。

如果时间允许,同学们可在四个试样中选定一个试样,在剪切过程中手轮,每转一圈测记百分表读数一次,直至剪损。(表格由实验室提供)由手轮转数和百分表读数计算出手轮每转一圈时的剪变形和剪应力。

剪变形                                    4-13

剪应力                                        4-14

式中:n ——手轮转数;

      0.2——手轮每转一圈推动轴前进距离为0.2mm

      CR——意义同前。

为纵坐标,为横坐标,绘制曲线。图4-2表示其典型的变化规律。

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 


每组做四个试样,每人交试验成果一份。

七、预习问题

1)什么情况下要做剪切试验并求出C值?

2C的来源是什么?土的抗剪强度的大小与哪些因素有关?

3)三轴仪与直剪仪的主要区别在哪里?各有哪些优缺点?

 

 


 土的直接剪切试验报告

 

工程名称_________________                                  试验者_________________

钻孔编号_________________                                  计算者_________________

试验日期_________________                                  校核者_________________

 

     

 

试样面积(cm2

 

垂直压力pkPa

100

200

300

400

百分表最大读数R0.01mm

 

 

 

 

量力环号数

 

量力环校正系数ckPa/0.01mm

 

峰值抗剪强度τfkPa

 

 

 

 

 

 

 


抗剪强度曲线

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

φ=

c=

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

班级:             姓名:                成绩:       指导教师:

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