土工实验报告

 土工实验报告 学生姓名： 学号： 专业班级： 实验类型：□验证□综合□设计□创新 实验成绩： 学院（系）： 目录 一、 含水量试验 二、 液限与塑限试验 三、 密度试验 四、 固结试验 五、直接剪切试验 试验一、含水量试验 （一）试验目的 测定土的含水量，以了解土的含水情况，且是计算土的孔隙比、液性指数、饱和度及其它物理力学性质不可缺少的一个基本指标。通过本次测定天然含水量，为进一步对土的液限和塑限进行实验奠定基础。 （二）试验方法 -来源网络，仅供个人学习参考 室内土工试验方法有烘干法、酒精燃烧法以及炒干法等。其中以烘干法为室内试验的标准方法。本方法适用于颗粒小于0.5mm土。 （1）烘干法：用刮土刀取具有代表性试样15～30g或环刀中的试样，装入两只称量过的小铝盒内（各约1/3盒），称量得质量m1（精确至0.01克），并记下盒号。打开盒盖，放入烘箱；将土在105℃～110℃下烘至恒量（对砂土试样烘干时间不是少于6小时，粘性土不得少于8小时），取出土样盒盖上盒盖，放入玻璃干燥皿内冷却，称干土的质量m2（精确至0.01克）。对有机质含量超过5%的土，应将温度控制在65～70℃的恒温下烘至恒重。 （2）酒精燃烧法：向称量过的小铝盒内倒入适量酒精，燃烧至土试样成粉末状，放入玻璃干燥皿内冷却，称干土的质量m2（精确至0.01克）。 （三）仪器设备 105℃～110℃可控烘箱、铝制称量盒、干燥器等。或酒精。感量0.01g天平、修土刀、钢丝锯、毛玻璃、凡士林等。 （四）分析计算 按下式计算含水率 式中：?w?——试样的含水率，%，计算至0.1%； ??????m1——湿土样及称量盒质量，g； ??????m2——烘干后土样及称量盒质量，g； ??????m0——称量盒质量，g。 含水量试验记录表 工程名称试验者（小组） 试验方法计算者 试验日期校核者 土样编号 盒号 盒质量 盒加湿盒加干水的质干土质含水量 m0 土质量 土质量量 量ms （g） m1（g） m2（g） mw（g） （g） w（%）平均含 水量 （%） 备 注 -来源网络，仅供个人学习参考 （五）思考题： 1、规范要求两次测定的土的含水量差值不超过1％，如果你结果超过这个要求，你有什么看法？ 2、请问现场又怎样测定粗粒土的密度？ 试验二、液、塑限试验 （一）试验目的 细粒土由于含水率不同，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率，塑限是细粒土呈可塑状态的下限含水率。本试验是测定细粒土的液限和塑限，与天然含水量实验结合，可用以计算土的塑性指数和液性指数，并作为粘性土分类以及确定土的状态、估算地基土承载力的一个依据。学会光电式液塑限联合测定仪的使用。 （二）试验方法 1、用圆锥式液限、塑限联合测定仪测定土在三或四种不同含水率时的圆锥入土深度，在双对数座标纸上绘成圆锥入土深度与含水率的关系直线。在直线上查得圆锥入土深度为10毫米处相应含水率为液限，入土深度为2毫米处的相应含水率为塑限。 2、土的塑限试验用滚搓法：取一小块接近塑限含水量的土样，用手搓成圆形，再用手掌在毛玻璃板上来回轻搓，用力要均匀，长不超过手掌宽且不中空，搓至直径3mm若产生裂缝且断裂，此时土含水量即为塑限；若不裂，土含水量大于塑限；若直径小于3mm裂，土含水量小于塑限。取符合试验标准断裂土样3~5g，放入称量盒测其含水量，须进行二次平行测定，取平均值。 本方法适用于颗粒小于0.5mm土。 （三）仪器设备 ?1．圆锥式液限、塑限联合测定仪，仪器主要由三部分组成。 ?（1）装有透明光学微分尺的圆锥仪部分，锥角30度，质量76克，光学微分尺精确分度为0.1毫米。 -来源网络，仅供个人学习参考 ?（2）光学放大投影部分：有光源灯泡、聚光镜、圆锥仪上的光学微分尺、物镜、棱镜、反射镜、读数屏幕等。 ?（3）电磁部分：交流电经降压、整流，输出12伏直流电至电磁铁线圈，磁铁吸力大于76克。 ?2．试样杯：内径不小于40毫米，杯高不小于30毫米。 ?3．塑限试验仪器：毛玻璃25×25×5cm、钢丝锯、调土刀、调土皿、滴瓶、吹风机等。 ?4．其它：烘箱、感量0.1~0.001g天平；称量盒、蒸馏水滴瓶、凡士林等。或酒精。 （四）土样制备 ?1．试验原则上应采用天然含水率的土样进行。若土样相当干燥，允许用风干土样放在橡皮板上用木碾或利用碎土机碾散，过0.5毫米筛后，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予先做好）。 ?2．将广口瓶内已制备好的土样取出分放在三或四个搪瓷碗中（每个碗里约入3/4碗土样），加蒸馏水调制成三或种不同含水率的土膏。三或四种不同含水率的加水要求是：一种含水率接近塑限；一种含水率接近液限；再一种含水率介于二者之间或之外，力求测点较均匀地分布在圆锥入土深度2～17毫米的范围内。对于含水率接近塑限（即圆锥沉入深度稍大于2毫米）的土样，用调土工具不易将其调拌均匀时可用手反复揉捏，要求含水率分布均匀。 （五）操作步骤 ?1．调节仪器后座的两只脚螺丝，通过观察水平泡使仪器调至水平状态。 ?2．接通电源，按下“开”按钮，此时“电源”（红）灯亮、“磁铁”（黄）灯亮。 ?3．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，使电梯铁吸稳固锥仪。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．调节零线微调螺丝，使读数屏幕上的零线与光学微分尺影像零线重合。 ?5．按下“手”（即手动）按钮，使仪器处于备用状态。 ?6．将第一种含水率的土样，在碗中充分调拌均匀后，分层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，不能用刀涂抹和反复涂抹，含水量会变化。随即将试样杯放在升降底座上。 ?7．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”蓝灯亮，按“放”按钮，圆锥仪自由下落，历时5秒，当音响讯号自动发出声响时，立即从读数屏幕上读出圆锥仪下沉深度。 ?8．把升降座降下，细心取出试样杯（注意：放出或取出试样杯时切勿碰撞圆锥仪锥尖）先将锥尖沉处处有含有凡士林的土剔除，然后将试样杯中的土用刮土刀取出，装入两只小铝盒内（不少于10g）称量得质量m2（精确至0.01克），并记下盒号。 -来源网络，仅供个人学习参考 ?9．将称量过的铝盒打开盒盖，放入烘箱；在105℃～110℃的温度下烘至恒量（对砂土试样烘干时间不是少于6小时，粘性土不得少于8小时），取出土样盒放入玻璃干燥皿内冷却，称干土的质量m2（精确至0.01克）。 ?10．重复以上步骤，测试另二种土样的圆锥入土深度和含水率。 ?11．将测读数据填入相关表格。 （六）注意事项 ?1．在接通电源，把装有光学微分尺的圆锥仪提起与电磁铁调试对中时，切勿先按“吸”按钮，因为电磁铁吸住圆锥仪后，在左右、前后移动圆锥仪对准电磁铁正中很困难，应该先按“放”按钮，使圆锥仪能自由移动，在对中后，再按“吸”按钮，把圆锥仪吸住。 ?2．当试样在三或只搪瓷碗（或盘）内配制三或种不同含水率的状态时，可分别将试样集中拨到碗边，利用不带光学微分尺的圆锥仪上的四条刻线初步估测入土深度，以便估计试样的湿度配制是否适当。 ?3．对于含水率接近塑限（即圆锥入土深度稍大于2毫米）的试样，由于含水率较低，用调土刀不易调拌均匀，须用手反复将试样揉捏均匀，才能保证试验成果的正确性。 （七）计算分析 按照计算方法填表计算。并将三或四种含水率与相应的圆锥入土深度数据绘于双对数座标纸上。如图中A线。如果三点不在一直线上，通过高含水率的一点与其余两点连两根直线，在圆锥入土深度为2毫米处查得相应的两个含水率。如果两个含水率的差值小于2%，用该两含水率的平均值的点与高含水率的测点作一直线如图中的B线，若两个含水率差值等于、大于2%，则应补点或重做试验。 塑限试验记录表（搓条法） 工程名称试验者（小组） 试验方法计算者 试验日期校核者 土样编号 盒号 盒加湿 盒加干 水的干土塑限（平盒质量 含水量 土质量 土质量质量 质量均值） （g） （%） （g） （g） （g） （g） （%） 备注 -来源网络，仅供个人学习参考 液塑限联合试验记录表 工程名称试验者（小组） 试验方法计算者 试验日期校核者 土样编号 盒号 盒质量 （g） 盒加湿 盒加干 水的干土含水量 圆锥 土质量 土质量质量 质量（%） 下沉深度 （g） （g） （g） （g） （mm） 液限： 塑限： 作图：双对数座标纸，绘成圆锥入土深度与含水率的关系直线 （八）思考题： 1、试由上述土的含水量、塑限和液限试验结果计算Ip、IL，并对该土进行命名，说明其状态？ 2、通过本项目实验，你发现试验方法、原理或结果存在什么问题，你有何改进措施？ 试验三、密度试验 （一）试验目的 土的密度一般是指土的湿密度，除此以外还有土的干密度、土的饱和密度和土的有效密度。测定土的密度，以了解土的疏密状态，供换算土的其他物理性质指标以及进行工程设计和控制施工质量之用。 （二）试验方法 -来源网络，仅供个人学习参考 室内土工试验方法有环刀法、蜡封法等。环刀法适用于细粒土，蜡封法适用于破裂土和形状不规则土。灌砂法和灌水法适用于现场测定粗粒土。 操作步骤： （1）称量环刀质量m1，准确至0.1g。 （2）切取土样：环刀刃口朝下，放在土样表面上，用修土刀把土样削成略大于环刀的土样，然后垂直向下轻压环刀，边压边用修土刀削土，至土样伸出环刀为止。再先削平环刀上端之余土，使土面与环刀边缘齐平，再置于玻璃板上，然后削平环刀刃口一端的余土，使与环刀刀口齐平。若两面的土有少量剥落，可用切下的碎土渣，补上。 （3）测定环刀与土样之质量：擦净环刀外壁，称量得m2，准确到0.1g。 （4）本次试验需二次平行测定，允许误差≤0.03g/cm3。 注意事项： （1）用环刀法切取土样时，必须严格步骤操作不得急于求成，用力过猛，或图省事不削成土柱，这样就使土样开裂扰动，结果事倍功半。 （2）修平环刀两端余土时，不得在试样表面往返压抹。对于较软的土宜先用钢丝锯将土样锯成几段然后用环刀切取。 （三）仪器设备 环刀（内径6.18cm，高2cm，面积30cm2，体积60cm3；或内径7.98cm，高2cm，面积50cm2，体积100cm3）、感量0.01g天平、修土刀、钢丝锯、毛玻璃、凡士林等。 （四）分析计算 按下式填表计算土的密度 式中：???????m——湿土样及环刀质量，g； ??????V——环刀内积，cm3； 密度试验记录表 工程名称试验者（小组） -来源网络，仅供个人学习参考 试验方法计算者 试验日期校核者 土样编号环刀编号环刀加环刀土质量 质量m2 m1（g） （g） 土的环刀 密度 质量 平均密度 容积 ρ m3 （g/cm3） 33V（cm） （g/cm） （g） 2、通过本实验，你可能进一步了解了密度这个概念。一般情况下密度的范围大约是多少？ 土的固结试验可测定土的压缩系数、压缩模量、体积压缩系数、压缩指数、回弹指数、竖向固结系数、水平向固结系数以及先期固结压力，为计算分析土的变形特性提供依据。 （二）仪器设备 固结仪及杠杆加压设备、测微表（或称百分表，量程10毫米，感量0.01毫米）、秒表、物理天平（称量1000克、感量0.1克），精细天平（称量200克，感量0.01克）、毛玻璃板、圆玻璃板、滤纸、环刀、切土刀、钢丝锯、凡士林、烘箱、称量盒等。 （三）试验步骤 ?1．环刀内壁抹凡士林，刃口向下放在土样上面，切取土样。要边削土边压入，不要一下将环刀压入土样过多，以防土样结构破坏（切取土样时，应使土样的受荷方向与天然土层受荷方向一致）； ?2．当整个环刀压入土样后，用直边刀将上下两端面多余土样削平，将环刀外壁擦净后上下两端面放圆玻璃板，称量（准确至0.1克），测定土样的密度； ?3．取切余下的土样（不沾有凡士林的土），用烘干法测定土样试验的含水量w0；（略） （五）思考题： 1、请问你两次所测定的土的密度的差值是否超过0.03g/cm3？原因何在？ 试验四、固结试验 （一）试验目的 -来源网络，仅供个人学习参考 ?4．将护环套上透水石后放入固结仪中，在透水石面上放湿润滤纸一张，然后将带有土样的环刀装入护环中，并在土样表面放湿润的滤纸一张后再依次加上透水石和加压盖。 ?5．当使用杠杆式加压设备时先要检查杠杆是否转动灵活，用平衡砣调整杠杆至水平位置，然后将固结仪放入加压框架内，使横梁中心与传压板对中，插入量表导杆，装上测微表，使测微表的测杆与量表导杆顶面接触，并使表测杆缩入7～8毫米（以免土样压缩时测杆脱空，测不到变形量），把测微表调整至某一个毫米整数值。然后转动平衡锤，观察测微表读数稍有变化时，说明加压框架横梁与传压板已经接触好，重新调整测微表读数至毫米整数值，随即记录下来，作为试验前测微表的起始读数。 ?6．开始加荷载。第一级荷载使土样承受50KPa的压力，在加上压力的同时，即开动秒表分别在1、2、3、5、7、10分钟时记录测微表读数，假设读到10分钟时一级变形已稳定（注：由于教学实验受学时限制，只能作变更处理。工程试验对每级荷载加上后的读数时间间隔、变形稳定标准《土工试验方法标准》都有明确的规定，故生产试验必须按规程要求进行）。接着再依次逐级加荷达100KPa、200KPa、400KPa，在每加上一级荷载后，都要测定变形量至稳定，然后才能加下一级荷载。 ?7．在最后一级荷重达稳定并读数变形读数后，即可松开测微表，卸除全部荷重，拆开固结仪，清除土样。 （四）注意事项 1．用环刀法切取土样时，必须严格步骤操作，不得急于求成，用力过猛，或图省事不削成土柱，这样就使土样开裂扰动，破坏土的结构，结果事倍功半。切取土样：环刀刃口朝下，放在土样表面上，用修土刀指把土样削成略大于环刀的土样，然后垂直向下轻压环刀，边压边削，至土样伸出环刀为止。对于较软的土宜先用钢丝锯将土样锯成几段然后用环刀切取。 2．修平环刀两端余土时，先削平环刀上端之余土，使土面与环刀边缘齐平，再置于玻璃板上，然后削平环刀刃口一端的余土，使与环刀刀口齐平。若两面的土有少量剥落，可用切下的碎土渣，补上。不得在试样表面往返压抹，避免孔隙被堵塞。 3．不要振碰压缩台及周围地面，加荷或卸荷时均应轻放或轻取砝码，以避免冲击力。注意砝码的大小及其个数要与施加荷载相对应。 （五）计算及绘图 1．填表计算试样在不同压力pi作用下相应的压缩变形量Si及相应的孔隙比ei（都算到小数点后三位） 式中：?H0——为土样原始高度（即切土环刀高度，可按环刀编号查表），mm； ????Si——测微表起始读数减去某级压力作用下试样变形稳定时的测微表读数，mm；如考虑固结仪仪器的变形量时还需减去仪器的变形量。 ?2．按一定的比例绘制压缩曲线，并以曲线求算压缩系数α??式中：α1-21-2，评定地基土的压缩性。 ——相应于压力间隔100～200KPa时土的压缩系灵数，Mpa-1。 -来源网络，仅供个人学习参考 ?????p1、p2——分别为100、200KPa的压力。 ???????e1、e2——相应于p1、p2作用下试样压缩稳定后的孔隙比。 密度试验记录表 日期：；小组： 环刀容积 试验前 试验后 环刀 号 环刀质量 环刀质量加 （g） 湿土质量 湿土质量 （g） （cm） 3湿密度 （g/cm） 3 固结试验记录表 工程名称试验者 试验方法计算者 试验日期校核者 土样编号小组： 试验前土样高度H0cm，土粒密度ρsg/cm3，土密度ρg/cm3 含水量w，试验前孔隙比e0=荷载 P（kpa） 测微表初读数（0.01mm） 各级荷载历时 （min） 及 历测微表读时 数（0.01mm） 50 100 s(1w)1= 400 600 200 测微表 读数 ） 测微表 读数 ） 测微表 读数 ） 测微表 读数 ） 测微表 读数 ） （0.01mm（0.01mm（0.01mm（0.01mm（0.01mm-来源网络，仅供个人学习参考 各级荷载历时完后测微表读数（0.01mm） 变形量（mm） 仪器变形量（mm） 各级增量荷载下土样压缩量hi（mm） 各级荷载下总压缩量 hi（mm） 各级荷载下孔隙比 压缩系数（Mpa-1） -来源网络，仅供个人学习参考 压缩模量（Mpa） e~p曲线绘制区 （六）思考题： 1、 根据e~p曲线求a12，并说明该土的压缩性？ 2、根据上述试验数据，如何确定土的前期固结压力？ 试验五、直剪试验 (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，可提供地基强度计算和稳定分析所需的土的抗剪强度参数。可作为综合设计性、设计性试验。通过试验，掌握应变控制式直剪仪快剪的操作方法；了解确定土的内磨擦角和粘聚力的过程，分析土体强度指标的影响因素；巩固抗剪强度的理论概念，验证库仑强度理论。 （二）试验方法 根据排水条件及剪切速度，分为快剪、固结快剪和慢剪。本次试验采用快剪。 （三）仪器设备 直剪仪、测力钢环、环刀、切土刀、钢丝锯、毛玻璃板、圆玻璃板、百分表、秒表等。 （四）试验步骤 1．取下加压框架，将下盒放在多珠滑槽上，将下盒内圈对准放入下盒。在下盒内圈孔中放一透水石并在上面放一张腊纸，防止水份散失（如排水剪时应放滤纸）。套上上盒，并插入固定插队销，使上、下盒暂时不能相对位移。 -来源网络，仅供个人学习参考 2．将切取好土样的环刀刃向上，反放在上盒上（切土方法同前，工程中切好的土测定密度及含水率），并使环刀顶边嵌入上盒顶面的浅槽中对准孔位。在环刀上面土面上，放一张腊纸后，用推土塞将试样压入剪切盒中，并依次放上透水石，活塞和传力钢珠。 3．调整测力环中测微表的零读数。顺时针旋转手轮，使推轴与剪切盒及测力环正好接触，但测力环又尚未受力（这可从测微表指针微动得知）。如手轮旋转过多，测力环中的测微表指针偏转有读数，说明测力环已受力，应倒转手轮，使测微表指针既正好退回到零，又要使剪切上盒的传压与测力环保持接触。 4．施加垂直压力：每组试验取4个试样，在四种不同的垂直压力p下进行剪切试验。一个垂直压力相当于现场予期的最大压力p，一个垂直压力要大于p，其它两个垂直压力均小于P。但四个垂直压力的各级差值要大致相等。具体应根据工程实际和土的软硬程度施加各级垂直压力。本次教学试验所用的试样按下表量级施加垂直压力。 施加垂直压力时，先将加压杆抬高，使加压框架上横梁的中间圆孔对准剪切盒顶面上的钢珠轻轻放下（有的仪器杠杆尾端支承有挂钩，应让它脱开，使杠杆悬空）。加砝码至吊盘上时应轻放，防止产生冲击荷载。 ?5．施加加垂直压力后，应立即进行剪切（应特别注意：此时切勿忘记一定要拔去上、下盒固定插销）开动秒表，以每分钟4～12圈（本实验取6圈/分）的均匀速率连续旋转手轮，使试样在3～5分钟剪损。手轮每转一圈下盒前移0.2mm，同时要记录测力环表读数一次，当表指针读数不变或后退时应继续剪切至土样剪切位移量为4mm时才能停止。如测力环表读数无明显峰值，则取土样剪切位移4mm处的剪应力作为抗剪强度。固结快剪：垂直变形小于每时0.005mm,然后再拨销3~5分剪坏。 ?6．试验完毕后，移去砝码和加压框架、加压盖板，卸除垂直荷载，取出试样（余土），并在剪切面附近取土样，分装在二个称量盒中，以测定试验后的含水率（本次实验不要求）。完后擦净剪切盒中水分、倒转手轮、将仪器装置复原。而后重复第2步～5步，改变垂直压力，对其余3个试样进行剪切 （五）注意事项 ???1．剪切开始前，一定要检查一下，上、下盒固定插销是否拔掉。如忘记拔掉，在手轮旋转8圈后将会损坏测力环。 ???2．剪切时转动手轮速度是6圈/分，在试验前可先练习一下，以便掌握剪切速率，控制均匀转动。秒表开始后，不能关停，要让其连续走，每间隔10秒，均匀转动手轮一圈，手轮必须连续转动，用力均匀，不能停顿。 ?3．测微表读数可直接读测微表表长指针所对的小格数（每小格为0.01mm），以格数最多的一次峰值读数乘以测力环校正系数A，便是抗剪强度。如无明显峰值读数，则取土样剪切位移量4mm处的剪就算力作为抗剪强度。 （六）计算与绘图 ?1．填表计算各个试样剪损时的剪应力（作为抗剪强度） -来源网络，仅供个人学习参考 式中：?K——测力环校正系数（KPa/0.01mm），实验室事先把测力环校正率定好，列表可查。 ??????R——测微表读数，以0.01mm计。 ?2．以垂直压力为横坐标，抗剪强度为纵坐标，绘聚力。 试验记录表 ～σn关系曲线，从图上求得内磨擦角和粘工程名称试验者 试验方法计算者 试验日期校核者 土样编号小组： 仪器编号： 应变钢环号码： 应变钢环系数K（kpa/0.01mm）： 垂直压力50 100 200 400 （kpa） 应变钢环初读数R0 （0.01mm） 手轮 应变钢 剪切 变形 剪 切 位 移 与 剪 应 力 关 系 转数 环读数R0 剪应力 （kpa） 应变钢 环读数R0 （0.01mm） 剪应力 （kpa） 应变钢 环读数R0 （0.01mm） 剪应力 （kpa） 应变钢 环读数R0 （0.01mm） 剪应力 （kpa） （转） （0.01mm） （0.01mm） 1 2 3 4 5 6 7 8 9 -来源网络，仅供个人学习参考 10 11 12 13 14 15 16 17 18 18 19 20 21 22 23 24 25 26 应变钢环终读数Rt 2223（0.01mm） 应变钢环读数差 R=Rt-R0 （0.01mm） -来源网络，仅供个人学习参考 剪应力RK 绘制~曲线 （kpa） 内摩擦角： = 粘聚力： c= （七）思考题： 1、试验过程中依据什么来判别试样达到抗剪强度？试根据试验结果绘制一条~曲线？ 2、土的抗剪强度受剪切试验时间长短的影响如何？为什么？ -来源网络，仅供个人学习参考