土力学实验.ppt

1、1 土的密度试验土的密度试验2 土的含水量试验土的含水量试验3土的液塑限试验土的液塑限试验4 土的固结试验土的固结试验5 土的直剪试验土的直剪试验6 土的三轴剪切试验土的三轴剪切试验 土工试验土工试验 Soil experiments土的密度试验土的密度试验目的目的测定土在天然状态下单位体积的质量测定土在天然状态下单位体积的质量 仪器设备仪器设备符合规定要求的环刀；符合规定要求的环刀；精度为精度为0.01g的天平；的天平；其他：切土刀，凡士林等。其他：切土刀，凡士林等。（1）测出环刀的容积）测出环刀的容积V，在天平上称环刀质量，在天平上称环刀质量m1。（2）取直径和高度略大于环刀的原状土样或制

2、备土样。）取直径和高度略大于环刀的原状土样或制备土样。（3）环刀取土：在环刀内壁涂一薄层凡士林，将环刀刃口）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（严禁土样上端伸出环刀为止。将环刀两端余土削去修平（严禁在土面上反复涂抹），然后擦净环刀外壁。在土面上反复涂抹），然后擦净环刀外壁。（4）将取好土样的环刀放在天平上称量，记下环刀与湿）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土的总质量m2。操作步骤操作步骤计算土的密度计算土的密度密度密度

3、试验应进试验应进行行2次平行次平行测测定，两次定，两次测测定的差定的差值值不得大于不得大于0.03g/cm3，取两次，取两次试验结试验结果的算果的算术术平均平均值值；密度密度计计算准确至算准确至0.01 g/cm3 要求要求土土的的含水量试验含水量试验用烘干法测定土的含水率用烘干法测定土的含水率目的目的烘箱：采用电热烘箱；烘箱：采用电热烘箱；天平：称量天平：称量200g,分度值分度值0.01g；其他：干燥器，称量盒。其他：干燥器，称量盒。仪器设备仪器设备（1）取代表性试样，粘性土为）取代表性试样，粘性土为1530g，砂性土、有机质土为，砂性土、有机质土为 50g，放入质量为，放入质量为m0的称

4、量盒内，立即盖上盒盖，称湿土加盒的称量盒内，立即盖上盒盖，称湿土加盒总质量总质量m1，精确至，精确至0.01g。（2）打开盒盖，将试样和盒放入烘箱，在温度）打开盒盖，将试样和盒放入烘箱，在温度105110的恒的恒温下烘干。烘干时间与土的类别及取土数量有关。粘性土不得温下烘干。烘干时间与土的类别及取土数量有关。粘性土不得少于少于8小时；砂类土不得少于小时；砂类土不得少于6小时；对含有机质超过小时；对含有机质超过10%的土，的土，应将温度控制在应将温度控制在6570 的恒温下烘至恒量。的恒温下烘至恒量。（3）将烘干后的试样和盒取出，盖好盒盖放入干燥器内冷却）将烘干后的试样和盒取出，盖好盒盖放入干燥

5、器内冷却至室温，称干土加盒质量至室温，称干土加盒质量m2为，精确至为，精确至0.01g。操作步骤操作步骤计算土的含水量计算土的含水量（1）计计算准确至算准确至0.1%；（2）本）本试验试验需需进进行行2次平行次平行测测定，取其算定，取其算术术平均平均值值，允，允许许平行平行差差值应值应符合下表符合下表规规定。定。含水率（含水率（%）小于小于101040大于大于40允允许许平行差平行差值值（%）0.5 1.0 2.0要求要求土的液限、塑限试验土的液限、塑限试验测定细粒土的液限、塑限，计算塑性指数、给土分类定名，测定细粒土的液限、塑限，计算塑性指数、给土分类定名，共设计、施工使用。共设计、施工使用

6、。目的目的液塑限联合测定仪：圆锥仪、读数显示；液塑限联合测定仪：圆锥仪、读数显示；试样杯：直径试样杯：直径4050mm，高，高3040mm；天平：称量天平：称量200g，分度值，分度值0.01g；其他：烘箱、干燥器、铝盒、调土刀、孔径其他：烘箱、干燥器、铝盒、调土刀、孔径0.5mm的筛、的筛、凡士林等。凡士林等。仪器设备仪器设备液塑限联合测定仪液塑限联合测定仪（1）当采用天然含水量的土样时，应剔除大于）当采用天然含水量的土样时，应剔除大于0.5mm的颗粒，然后分别按接的颗粒，然后分别按接近液限、塑限和二者之间状态制备不同稠度的土膏，静置湿润。静置时间可视近液限、塑限和二者之间状态制备不同稠度的

7、土膏，静置湿润。静置时间可视原含水量的大小而定。当采用风干土样时，取过原含水量的大小而定。当采用风干土样时，取过0.5mm筛的代表性土样约筛的代表性土样约200g，分成，分成3份，分别放入份，分别放入3个盛土皿中，加入不同数量的纯水，使分别接近液限、个盛土皿中，加入不同数量的纯水，使分别接近液限、塑限和二者中间状态的含水量，调成均匀土膏，然后放入密封的保湿缸中，静塑限和二者中间状态的含水量，调成均匀土膏，然后放入密封的保湿缸中，静置置24小时。小时。（2）将制备好的土膏用调土刀调拌均匀，密实地填入试样杯中，应使空气逸出。）将制备好的土膏用调土刀调拌均匀，密实地填入试样杯中，应使空气逸出。高出试

8、样杯的余土用刮土刀刮平，随即将试样杯放在仪器底座上。高出试样杯的余土用刮土刀刮平，随即将试样杯放在仪器底座上。（3）取圆锥仪，在锥体上涂以薄层凡士林，接通电源，使电磁铁吸稳圆锥仪。）取圆锥仪，在锥体上涂以薄层凡士林，接通电源，使电磁铁吸稳圆锥仪。（4）调节屏幕准线，使初读数为零。调节升降座，使圆锥仪锥角接触试样面，）调节屏幕准线，使初读数为零。调节升降座，使圆锥仪锥角接触试样面，指示灯亮时圆锥在自重下沉入试样内，经指示灯亮时圆锥在自重下沉入试样内，经5秒后立即测读圆锥下沉深度。秒后立即测读圆锥下沉深度。（5）取下试样杯，然后从杯中取）取下试样杯，然后从杯中取10g以上的试样以上的试样2个，测定

9、含水率。个，测定含水率。（6）按（）按（2）-（5）的步骤，测试其余）的步骤，测试其余2个试样的圆锥下沉深度和含水率。个试样的圆锥下沉深度和含水率。操作步骤操作步骤计算与制图计算与制图（1）计计算含水量算含水量（2）绘绘制制圆锥圆锥下沉深度下沉深度h与与 含水量含水量w的关系曲的关系曲线线三点连一条直线。三点连一条直线。当三点不在一直线上，通过高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，当两处查得相应的含水量，当两个含水量的差值小于个含水量的差值小于2%，应以，应以该两点含

10、水量的平均值与高含水该两点含水量的平均值与高含水量的点连成一线。量的点连成一线。当两个含水量的差值大于或等当两个含水量的差值大于或等于于2%时，应补做试验。时，应补做试验。（3）确定液限、塑限）确定液限、塑限 在圆锥下沉深度在圆锥下沉深度h与含水量与含水量w关系图上，查得下沉深度为关系图上，查得下沉深度为17mm所对应的含水量为液限所对应的含水量为液限wL；查得下沉深度为查得下沉深度为2mm所对所对应的含水量为塑限应的含水量为塑限wP，以百，以百分数表示，取整数。分数表示，取整数。塑性指数：塑性指数：液性指数：液性指数：（4）计计算塑性指数和液性指数算塑性指数和液性指数土的固结试验土的固结试验

11、 目的目的 测定试样在侧限与轴向排水条件下的变形和压力的关系，测定试样在侧限与轴向排水条件下的变形和压力的关系，变形和时间的关系，以便计算土的压缩系数、压缩指数、压变形和时间的关系，以便计算土的压缩系数、压缩指数、压缩模量、固结系数及原状土的先期固结压力等。缩模量、固结系数及原状土的先期固结压力等。快速固结法：规定试样在各级压力下的固结时间为快速固结法：规定试样在各级压力下的固结时间为1小时，小时，仅在最后一级压力下除测记仅在最后一级压力下除测记1小时的量表读数外，还应测读达小时的量表读数外，还应测读达压缩稳定时的量表读数。压缩稳定时的量表读数。方法方法 三联固结仪；三联固结仪；刮土刀、天平、

12、秒表等刮土刀、天平、秒表等仪器设备仪器设备三联固结仪三联固结仪刚性护环刚性护环加压活塞加压活塞透水石透水石环刀环刀底座底座透水石透水石土样土样固结仪示意图固结仪示意图基本原理基本原理 根据不同压力根据不同压力p作用下，达到稳定的孔隙比作用下，达到稳定的孔隙比e，绘制绘制e-p曲线，为压缩曲线。曲线，为压缩曲线。VvVs e0VsH0VvVs eiVsHiHipi（piei）操作步骤操作步骤（1）按要求取原状样或制备扰动土样。）按要求取原状样或制备扰动土样。（2）取环刀样，测试验前的密度与含水量。）取环刀样，测试验前的密度与含水量。（3）在固结仪底的透水石上放一滤纸，将环刀和土样放入压缩仪，）在

13、固结仪底的透水石上放一滤纸，将环刀和土样放入压缩仪，套上导环，在土样顶面放上滤纸，再加上透水石，继而放上传压套上导环，在土样顶面放上滤纸，再加上透水石，继而放上传压板与钢球，最后将固结仪放在容器板上。板与钢球，最后将固结仪放在容器板上。（4）安装测微表并调零。）安装测微表并调零。（5）加荷。按）加荷。按50、100、200、400（kpa)四级荷重加荷，每级荷四级荷重加荷，每级荷载历时载历时10分钟，即每级荷重加上分钟，即每级荷重加上10分钟时，记测微表读数一次，分钟时，记测微表读数一次，然后加下一级荷载，依些类推，直到第四级荷载施加完毕为止。然后加下一级荷载，依些类推，直到第四级荷载施加完毕

14、为止。1 1首先装好试样，再安装量表。在装量表的过程中，小指针需首先装好试样，再安装量表。在装量表的过程中，小指针需调至整数位，大指针调至零，量表杆头要有一定的伸缩范围，固调至整数位，大指针调至零，量表杆头要有一定的伸缩范围，固定在量表架上。定在量表架上。2 2加荷时，应按顺序加砝码；试验中不要震动实验台，以免指加荷时，应按顺序加砝码；试验中不要震动实验台，以免指针产生移动。针产生移动。注意事项注意事项成果整理成果整理（1）按下式计算土的初始孔隙比）按下式计算土的初始孔隙比（2）计计算算试样试样的的颗颗粒（骨架）粒（骨架）净净高高hs 式中：式中：h0 试样初始高度（试样初始高度（mm）3.3

15、.计计算某算某级压级压力下力下变变形形稳稳定后的孔隙比定后的孔隙比e ei i （MPa-1）式中式中 P Pi i 某一某一级级荷重荷重值值，MPaMPa。某某级压级压力下力下试样试样高度的累高度的累计变计变形量，形量，mmmm；式中：式中：4.计计算某算某级压级压力下的力下的压缩压缩系数系数a1-2和和压缩压缩模量模量Es（MPa）5.作孔隙比作孔隙比e和压力和压力p的关系曲线的关系曲线 以孔隙比以孔隙比e为纵坐标，压力为纵坐标，压力p为横坐标，绘制孔隙比与压力为横坐标，绘制孔隙比与压力的关系曲线。的关系曲线。土的直剪试验土的直剪试验 目的目的 直接剪切直接剪切试验试验是是测测定土的抗剪定

16、土的抗剪强强度的一种常用方法。通常采度的一种常用方法。通常采用用4个个试样试样，分，分别别在不同的垂直在不同的垂直压压力力p下，施加水平剪切力下，施加水平剪切力进进行剪行剪切，切，测测得剪切破坏得剪切破坏时时的剪的剪应应力力。然后根据。然后根据库仑库仑定律确定土的抗定律确定土的抗剪剪强强度指度指标标：内摩擦角：内摩擦角和粘聚力和粘聚力c。快剪：快剪：在在试样试样上施加垂直上施加垂直压压力后立即快速施加水平剪力后立即快速施加水平剪应应力。力。固固结结快剪快剪：在：在试样试样上施加垂直上施加垂直压压力，待力，待试样试样排水固排水固结稳结稳定后，定后，快速施加水平剪快速施加水平剪应应力。力。慢剪慢剪

17、：在：在试样试样上施加垂直上施加垂直压压力及水平剪力及水平剪应应力的力的过过程中，均使程中，均使试样试样排水固排水固结结。方法方法固结快剪试验固结快剪试验 仪器设备仪器设备（1）应变控制式直剪仪：剪切盒、垂直加压框架、测力计、）应变控制式直剪仪：剪切盒、垂直加压框架、测力计、推动机构等；推动机构等；（2）位移计（百分表）：量程）位移计（百分表）：量程510mm,分度值分度值0.01mm；（3）天平、环刀、削土刀、饱和器、秒表、滤纸、直尺等。）天平、环刀、削土刀、饱和器、秒表、滤纸、直尺等。1.切取试样：切取试样：按工程需要用环刀切取一组试样，至少四个，并测按工程需要用环刀切取一组试样，至少四个

18、，并测定试样的密度及含水率。定试样的密度及含水率。2.安装试样：安装试样：对准上下盒，插入固定销钉。在下盒内放入一透水对准上下盒，插入固定销钉。在下盒内放入一透水石，上覆隔水蜡纸一张。将装有试样的环刀平口向下，对准剪石，上覆隔水蜡纸一张。将装有试样的环刀平口向下，对准剪切盒，试样上放隔水蜡纸一张，再放上透水石，将试样徐徐推切盒，试样上放隔水蜡纸一张，再放上透水石，将试样徐徐推入剪切盒内，移去环刀。入剪切盒内，移去环刀。3.施加垂直压力施加垂直压力：转动手轮，使上盒前端钢珠刚好与测力计接触，：转动手轮，使上盒前端钢珠刚好与测力计接触，调整测力计中的量表读数为零。顺次加上盖板、钢珠压力框架。调整测

19、力计中的量表读数为零。顺次加上盖板、钢珠压力框架。每组四个试样，分别在四种不同的垂直压力下进行剪切。在教每组四个试样，分别在四种不同的垂直压力下进行剪切。在教学上，可取四个垂直压力分别为学上，可取四个垂直压力分别为100、200、300、400kPa。操作步骤操作步骤4进行剪切进行剪切：施加垂直压力后，立即拔出固定销钉，开动秒：施加垂直压力后，立即拔出固定销钉，开动秒表，以每分钟表，以每分钟46转的均匀速率旋转手轮（在教学中可采用每转的均匀速率旋转手轮（在教学中可采用每分钟分钟6转）。使试样在转）。使试样在35分钟内剪破。如测力计中的量表指分钟内剪破。如测力计中的量表指针不再前进，或有显著后退

20、，表示试样已经被剪破。但一般宜针不再前进，或有显著后退，表示试样已经被剪破。但一般宜剪至剪切变形达剪至剪切变形达4mm。若量表指针再继续增加，则剪切变形应。若量表指针再继续增加，则剪切变形应达达6mm为止。手轮每转一圈，同时测记测力计量表读数，直到为止。手轮每转一圈，同时测记测力计量表读数，直到试样剪破为止。（注：手轮每转一圈推进下盒试样剪破为止。（注：手轮每转一圈推进下盒0.2毫米）。毫米）。5拆卸试样拆卸试样：剪切结束后，吸去剪切盒中的积水，倒转手轮，：剪切结束后，吸去剪切盒中的积水，倒转手轮，尽快移去垂直压力、框架、上盖板，取出试样。尽快移去垂直压力、框架、上盖板，取出试样。1先安装试样

21、，再装量表。安装试样时要用透水石把土样从先安装试样，再装量表。安装试样时要用透水石把土样从环刀推进剪切盒里，试验环刀推进剪切盒里，试验前量表中的大指前量表中的大指针调针调至零。至零。2加加荷荷时时，不要，不要摇摇晃砝晃砝码码；剪切剪切时时要拔出要拔出销钉销钉。注意事项注意事项成果整理成果整理1按下式按下式计计算各算各级级垂直垂直压压力下所力下所测测的抗剪的抗剪强强度：度：式中：式中：f 土的抗剪土的抗剪强强度，度，kPa；C 测测力力计计率定系数，率定系数，kPa/0.01mm；R 测测力力计计量表最大量表最大读读数，或位移数，或位移4毫米毫米时时的的读读数数(0.01毫毫米米)，0.01mm

22、。2绘制绘制f曲线曲线土的三轴剪切试验土的三轴剪切试验 三轴剪切试验是在三向应力状态下，测定土的抗剪强度参数三轴剪切试验是在三向应力状态下，测定土的抗剪强度参数的一种剪切试验方法。通常用的一种剪切试验方法。通常用34个圆柱体试样，分别在个圆柱体试样，分别在不同的恒定围压下，施加轴向压力，进行剪切，直至破坏；不同的恒定围压下，施加轴向压力，进行剪切，直至破坏；然后根据极限应力圆包络线，求得抗剪强度参数。然后根据极限应力圆包络线，求得抗剪强度参数。目的目的根据排水条件不同，三轴剪切试验分为不固结不排水试验根据排水条件不同，三轴剪切试验分为不固结不排水试验（UU）、固结不排水剪切）、固结不排水剪切(

23、CU)和固结排水试验（和固结排水试验（CD）。本）。本试验只作部固结不排水剪切试验。试验只作部固结不排水剪切试验。方法方法 1.应变控制式三轴剪切仪，由周围压力系统、反压力系统、孔隙水压力量测应变控制式三轴剪切仪，由周围压力系统、反压力系统、孔隙水压力量测系统和主机组成。系统和主机组成。2.附属设备：包括击实器、饱和器、切土器、分样器、切土盘、承膜筒和对附属设备：包括击实器、饱和器、切土器、分样器、切土盘、承膜筒和对开圆模。开圆模。3.天平：秤量天平：秤量200g，感量，感量0.01g；称量；称量1000g，感量，感量0.1g。4.橡皮膜：应具有弹性，厚度应小于橡皮膜直径的橡皮膜：应具有弹性，

24、厚度应小于橡皮膜直径的1/100，不得有漏气孔。，不得有漏气孔。仪器设备仪器设备 3.剪切试样剪切试样 操作步骤操作步骤1.试样制备试样制备2.试样的安装试样的安装 （1）本试验需要本试验需要34个试样，分别在不同周围压力下进行试验。个试样，分别在不同周围压力下进行试验。（2）试样尺寸：最小直径为试样尺寸：最小直径为35mm，最大直径为，最大直径为101mm，试样，试样高度宜为试样直径的高度宜为试样直径的22.5倍。对于有裂缝、软弱面和构造面的试样，倍。对于有裂缝、软弱面和构造面的试样，试样直径宜大于试样直径宜大于60mm。（3）原状试样制备，应将土切成圆柱形试样，试样两端应平整并原状试样制备

25、，应将土切成圆柱形试样，试样两端应平整并垂直于试样轴，当试样侧面或端部有小石子或凹坑时，允许用削下的垂直于试样轴，当试样侧面或端部有小石子或凹坑时，允许用削下的余土修整，试样切削时应避免扰动，并取余土测定试样的含水量。余土修整，试样切削时应避免扰动，并取余土测定试样的含水量。（4）扰动试样制备，应根据预定的干密度和含水量，在击实器内扰动试样制备，应根据预定的干密度和含水量，在击实器内分层击实，粉质土宜分层击实，粉质土宜35层，粘质土宜为层，粘质土宜为58层，各层土料数量应相层，各层土料数量应相等，各层接触面应刨毛。等，各层接触面应刨毛。（5）对制备好的试样，应量测其直径和高度。试样的平均直径应

26、对制备好的试样，应量测其直径和高度。试样的平均直径应按下式计算：按下式计算：（式中（式中D1，D2，D3分别为试样上、中、下部位的直径）分别为试样上、中、下部位的直径）取余土，测定含水率。取余土，测定含水率。1.试样制备试样制备（1）在压力室底座上依次放上不透水板、试样及试样帽，）在压力室底座上依次放上不透水板、试样及试样帽，将橡皮膜套在试样外，并将橡皮膜两端与底座及试样帽分将橡皮膜套在试样外，并将橡皮膜两端与底座及试样帽分别扎紧。别扎紧。（2）装上压力室罩，向压力室内注满纯水，关排气阀，）装上压力室罩，向压力室内注满纯水，关排气阀，压力室内不应有残留气泡。并将活塞对准千分表和试样顶压力室内不

27、应有残留气泡。并将活塞对准千分表和试样顶部。部。（3）关排水阀，开周围压力阀，施加周围压力，周围压关排水阀，开周围压力阀，施加周围压力，周围压力值应与工程实际荷重相适应，最大一级周围压力与最大力值应与工程实际荷重相适应，最大一级周围压力与最大实际荷重大致相等。实际荷重大致相等。（4）转动手轮使试样帽与活塞及千分表接触，装上变形转动手轮使试样帽与活塞及千分表接触，装上变形指示计，将千分表和变形指示计读数调至零位。指示计，将千分表和变形指示计读数调至零位。2.试样的安装试样的安装（1）开动电机，接上离合器，剪切应变速率宜为每分钟应变）开动电机，接上离合器，剪切应变速率宜为每分钟应变0.51.0进行

28、。进行。（2）剪切开始阶段，试样每产生）剪切开始阶段，试样每产生0.30.4的轴向应变，测记的轴向应变，测记一次千分表读数和轴向应变值。当轴向应变大于一次千分表读数和轴向应变值。当轴向应变大于3以后，每隔以后，每隔0.70.8的应变值测记一次读数。的应变值测记一次读数。（3）当千分表读数出现峰值时，剪切应继续进行，超过）当千分表读数出现峰值时，剪切应继续进行，超过5的的轴向应变为止。若当千分表读数无峰值时，剪切应进行到轴向应轴向应变为止。若当千分表读数无峰值时，剪切应进行到轴向应变为变为1520。（4）试验结束，关电动机，关周围压力阀，开排气阀，排除压）试验结束，关电动机，关周围压力阀，开排气阀，排除压力室内的水，拆除压力室外罩，取出试样，描述破坏特征，称试力室内的水，拆除压力室外罩，取出试样，描述破坏特征，称试样质量，并测定含水率。样质量，并测定含水率。（5）对其余几个试样，在不同围压下重复上述步骤进行剪切试）对其余几个试样，在不同围压下重复上述步骤进行剪切试验。验。3.剪切试样剪切试样