实验三稠度实验.docx

《土 力 学 》

实 验 报 告

指导老师：商翔宇
组 别 第四组
组 长 张 明
小组成员：张小浩、赵丹、阴悦、
林元俊、王然、赵毛兵、朱先智

实验一 稠度实验
一、实验目的
本实验的目的是测定粘性土的液限与塑限，从而计算出塑性指数与液性指数，以对土进行分类并确定屠宰天然含水量下的状态。
根据天然含水量与液限和塑限的比较，可以判断土的稠度状态，并据此查《建筑地基基础设计规范》（GBJ7-89），确定地基土的允许承载力。
二、实验原理
液限，粘性土有液态变为塑态的临界含水量。当粘性土天然含水量大于液限时候，处于液态，反之处于塑态；塑限，粘性土从塑态变为半固态的临界含水量，当粘性土天然含水量大于塑限，土处于塑态，反之，处于半固态。
三、实验设备
（1）液、塑限联合测定仪：
包括带标尺的圆锥仪，圆锥质量为76g、锥角为30度；读数显示采用游标式，试样杯内径为40mm，高度为30mm。
（2）称量盒9个
（3）分析天平一台（感量0.01克）
（4）调土刀、调土杯、玻璃片、蒸馏水、凡士林、秒表等
四、操作步骤
（1）本实验宜采用天然含水量试样；当土样不均匀时，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。
（2）采用风干试样时，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，浸润。
（3）将制备的试样充分调拌均匀，填入试样杯中，填样时不应留有空间。密实的填入试样杯中，填满后刮平表层。
（4）将试样杯放在圆锥仪升降座上，调节零点，将游标标尺调在零位，调整升降座，使圆锥尖接触试样表面，旋转按钮，圆锥在自重作用下沉入试样，经5s后读出圆锥下沉深度，取出试样被，去椎体附近的式样不少于10g，放入称量盒，测定含水率。
（5）将全部试样再加水或加干土样并调匀，重复本条3至5款的步骤分别测定第二点，第三点试样的圆锥下沉深度及相应的含水率。
注意：液塑限联合测定应不少于三点：圆锥入土深度宜分别为3~4mm，7~9mm，15~17mm。
（6）以含水率为横坐标、圆锥入土深度为纵坐标在双对数坐标纸上绘制关系图线，应在一直线上。
（7）当三点不在同一直线上时，通过高含水率的点和其余两点连成直线，在下沉为2mm处分别查的相应含水率；当两含水率的差值小于2%时，应以两点含水率的平均值与高含水量的点连一直线，当两含水率的差值大于、等于2%时，应重做试验。
（8）在含水率与圆锥下沉深度的关系图上：下沉深度为17mm时对应的含水量即为液限：下沉深度为10mm时的含水量纪委10mm液限；下沉深度为2mm时对应的含水量即为液限。取值以百分百水形式表示，精确至0.1%。
（9）塑性指数按下式计算；

式中：——塑性指数；
——液限（%）
——塑限（%）。
（10）液性指数按下式计算

式中：
——液性指数（计算至0.01）；
w——天然含水量
五、实验数据
实验数据记录表 （土样类别：粘性土实验日期：2013年10月16日）
试样编号
盒号
圆锥下沉深度（mm）
盒质量（g）
湿土质量（g）
干土质量（g）
含水量（%）
液限（%）
塑限（%）
塑性指数
1
181
5
14.69
22.74
21.40
19.97
25.5
19.1
6.4
2
145
5
14.08
21.36
20.19
19.15
3
163
5
14.90
22.72
21.37
20.86
4
134
8.3
14.72
22.28
20.87
22.53
5
139
8.3
14.69
21.66
20.41
21.85
6
135
8.3
14.69
22.03
20.72
21.72
7
113
15.3
15.30
25.58
23.66
22.97
8
121
15.3
14.26
19.57
18.56
23.48
9
92
15.3
14.69
18.59
17.15
27.45

注：本实验天然含水量为30.00%。

六、实验结论
由上述关系图，得出相应的液限与塑限数值。由上述公式可得出，塑性指数为6.4利用教材53页图2-9， 由表中数据可知，该土为低液限黏土。
液性指数由上述公式可得为0.703，由教材40页表2-3可得该土为可塑性黏性土。
七、注意事项
（1）本实验方法采用液、塑限联合测定仪测定粘土的液限与塑限，适用于粒径小于0.5mm以及有机质含量不大于试样总质量5%的土。
（2）土样含水量测定方法可选用快速含水量实验法（酒精燃烧法）

实验二 侧限压缩试验
一、 实验目的
1、掌握采用侧限压缩试验测定土的压缩系数的方法，并根据实验数据绘制孔隙比与压力的关系曲线
2、根据求得的压缩系数评定土的压缩性
二、实验原理
土的压缩性是指土体在压力作用下体积缩小的性能。实验研究表明，在一般压力（100mpa-600mpa）作用下，土的压缩可以认为只是由于土中孔隙体积的缩小所致（此时孔隙中的水或气体将被部分排出），至于土粒与水两者本身的压缩性则极微小，可不考虑。
实验中，土的压缩量与作用在土样上的荷载及土质有关。在相同的荷重作用下，软土的压缩量较大，而坚密的土压缩量小；又如在同一土样上，压缩量随着荷重的加大而增加。因此，可以在同一种土样上施加不同的荷载，一般分级不宜过大，可取100kpa、200kpa、300kpa、400kpa。
三、仪器设备
1、小型固结仪：包括压缩容器和加压设备两部分，环刀（内径Ф61.8mm，高20mm，面积30cm2），单位面积最大压力4kg/cm2.
2、杠杆比1：12。
3、百分表：量程10mm，精度0.01mm。
4、其他：天平，秒表、方玻璃板、滤纸、秒表、烘箱、切土刀、修土刀、凡士林、仪器等。
四、操作步骤
1、用取土器从实验用土中取下一块土，将环刀刀口向下放在原状土或人工制备的扰动土上，切取原状土样时应与天然状态时垂直方向一致。
2、小心边压边削，注意避免环刀偏心入土，应使整个土样进入环刀并凸出环刀为止，然后用修土刀将两端余土削去修平，擦净环刀外壁。
3、测定土样的质量，记录数据
4、在固结仪的固结容器内装上带有试样的切土环刀（刀口向下），在土样两端应贴上洁净而润湿的滤纸，放上透水石，然后放下量表导杆和加压上盖使各部分密切接触，保持平稳。
5、检查各部分连接处是否转动灵活；目测上杠杆水平时，将装有土样的压缩部件放到框架内上横梁下，直至压缩部件之球柱与上横梁压帽之圆弧中心微接触。
6、横梁与球柱接触后，插入活塞杆，装上测微表，使百分表表脚接触活塞杆顶面，将百分表上的长针调整到零，读百分表初读数。
7、加载等级：按教学需要本次试验定为100kpa、200kpa、300kpa、400kpa四级。加砝码时要注意安全，防止砝码放置不稳定而受伤。
8、每级荷载第一次读数经10分钟记下百分表读数，读数精确到0.01mm，以后每隔5分钟记一次，大约3次以后压缩量稳定，然后再施加下一级荷载，以此类推直到第四级荷载施加完毕，记录百分表读数R1、R2、R3、R4。
9、再开始每级卸载，每级荷载经大约5分钟记一次即可，然后再卸载下一级荷载，记录百分表读数R4’、R3’、R2’、R1’。
9、试验结束后，必须先卸下百分表，然后卸掉砝码，升起加压框架，移出压缩仪器，取出试样后将仪器擦洗干净。
五、成果整理及计算
1、基础数据
土样
压缩量/0.01mm
1
2
3

100kpa
10min
57.0
59.2
59.0
15 min
60.0
64.2
63.0
20 min
64.0
68.4
66.5

200kpa
10 min
97.1
94.0
91.0
15 min
99.4
96.5
93.0
20 min
100.1
99.0
95.0

300kpa
10 min
117.0
115.0
112.0
15 min
118.5
117.2
113.5
20 min
119.5
118.0
114.0

400kpa
10 min
130.0
128.0
125.0
15 min
131.0
128.5
125.4
20 min
131.4
128.7
125.6
300kpa
5 min
130.5
128.0
124.2
200kpa
5 min
128.8
127.0
121.8
100kpa
5 min
123.0
122.3
114.6
0kpa
5 min
98.0
102.0
96.8
取W=0.25、G=2.7、S仪0=0.08mm、S仪1=0.16mm、S仪2=0.20mm、S仪3=0.23mm、S仪4=0.25mm
2、待测数据
a、各级荷载下的百分数稳定读数与初读数之差，即为该级荷载下的总变形量S总i（mm） 。
b、计算各级荷载作用下的土样稳定变形量St（mm）。
c、计算土样的初始孔隙比e0。
d、计算土颗粒高度hg（mm）。
e、计算各级荷载下土样变形稳定后的孔隙比。
f、绘制出e-p曲线和e-lgp曲线，并分别求出100-200kPa的压缩系数、压缩模量、体积压缩系数以及压缩指数和回弹指数。并根据所得压缩曲线按照卡萨格兰德的方法推求其先期固结压力。
3、数据处理
土样
Si/mm
1
2
3
100kpa
0.480
0.522
0.505
200kpa
0.801
0.790
0.750
300kpa
0.965
0.750
0.910
400kpa
1.064
1.037
1.006
300kpa
1.075
1.050
1.012
200kpa
1.088
1.070
1.018
100kpa
1.070
1.063
0.986
0kpa
0.900
0.940
0.888

土样 ei
1
2
3
平均
100kpa
0.464
0.490
0.452
0.469
200kpa
0.440
0.470
0.434
0.438
300kpa
0.428
0.473
0.423
0.441
400kpa
0.420
0.451
0.415
0.429
300kpa
0.420
0.450
0.415
0.428
200kpa
0.419
0.448
0.414
0.427
100kpa
0.420
0.449
0.417
0.429
0kpa
0.433
0.458
0.424
0.438

土样
1
2
3
初始孔隙比e0
0.50
0.53
0.49
土颗粒高度hg/mm
13.33
13.07
13.42
土的初始密度/ρ0
2.25
2.21
2.26

压缩系数：a=tanβ=(e1-e2)/(p2-p1)=0.15(mpa^-1)
压缩模量：Es=(1+e1)/a=9.48(mpa)
体积压缩系数:mv=1/Es=0.105
压缩指数：Cc=(e1-e2)/(lgp2-lgp1)=0.05
回弹指数：Cc’=0.0033
按照卡萨格兰德的方法推求其先期固结压力:

因此pc=142.6kpa
六、数据的处理分析
根据所得的压缩系数及压缩指数得出，该土样为低压缩性土。
其中误差可能存在于许多方面，例如所取得三个土样人为因素干扰较大，有可能土样表面没有平整，土样的质量有所差异，读数时产生的偶然误差。

实验三 抗剪强度试验
一、 试验目的
本实验的目的在于测定土的内摩擦角以及内聚力，以供计算及复核地基土的强度、土坡稳定和土压力作用。
二、 实验原理
土体内某一面上的抗剪强度就是抵抗该截面两侧土体发生相对滑动的最大阻力，该阻力由土的内摩擦力和内聚力所组成，可以近似的用库伦经验公式表示如下：
粘性土：δtgφ +c
砂 土:δtgφ
土的抗剪强度实验设备可分为两类：一类是能控制剪切面的仪器，其中广泛应用的是单剪切面应变控制式直接剪切仪和应力控制式直接剪切仪：另一类是三轴剪力仪。
根据剪切过程中土样中孔隙水的变化情况，常用的试验方法有：
（1） 慢剪法：加垂直压力使土样压缩稳定，在慢慢加水平剪力，水能渗透排出。
（2） 快剪法：加垂直压力后，迅速施加剪力，在3到5分钟内剪断为止，剪切过程中土样含水量保持不变。
选定剪切办法时应尽量考虑与实际工程中的情况相符，本实验采用的是应变控制式直接剪切仪作固结快剪。
三、实验仪器设备
（1）应变控制式直接剪切仪，该仪器主要部分为：剪切盒、应力环、应力钢环、剪切推进装置和竖向加荷横梁。
（2）测微表两只
（3）停表一只
四、实验步骤
（1）量取剪切面积，放好下盒中的透水石和滤纸，再放好上盒，插上销钉。
（2）用切土器细心的切取原状土，并用小刀将土样两面削平，然后移置到剪力盒上，对齐上盒凹口，盖上滤纸，将一块透水石放在土样上面，用手指均匀地推透水石和土样一并压入剪力盒中。
如系砂土，则用漏斗直接将砂土倒入盒中，厚约2到3厘米，并用锤击值一定的孔隙比，再在砂土上放好滤纸，透水石，每次装砂应大致相等。
（3）将竖向加压横框置于活塞钢球上，按规定垂直应力用砝码加荷。
（4）准备好记录和停表，拔去剪力盒销钉，剪切开始，转动手轮，慢剪控制每分钟4圈，并记录测微表读数，手轮每一转轴的进程为0.2mm，连续转动手轮直到土样剪断为止。快剪法全部剪切过程在3到5分钟内完成。
（5）取出土样，由（2）开始再做一次，取其平均值。
五、 试验数据整理
5.1数据的处理与分析
1、根据百分表读数，计算土样的剪切位移和剪应力
①
②
式中：DL——剪切位移(0.01mm)
N——手轮转数
R——量力环百分表读数(0.01mm)
t——剪应力(KPa)
z——量力环率定系数(KPa.0.01mm)
2、以剪应力t为纵坐标，剪切位移为横坐标绘制剪应力和剪切位移关系曲线t—DL。取t—DL曲线的峰值为该垂直压力作用下土的抗剪强度，无峰值时，取剪切位移4mm所对应的剪应力为土的抗剪强度。
3、以抗剪强度为纵坐标，垂直压力s为横坐标绘制曲线。将图上各点连成直线，并延长与纵坐标相交，则直线的倾角为土的内摩擦角，直线在纵坐标上的截距为土的内聚力c(x=c)。

5.2测试数据表格和曲线
表一 直接剪切试验数据记录表
 量力环率定系数： 2.46 KPa.0.01mm
垂直压力：100kpa
垂直压力：200kpa
手轮转数n
量力环百分表读数R（0.01mm）
剪切位移
DL=20n-R
(0.01mm)
剪应力
(KPa)
手轮转数n
量力环百分表读数R（0.01mm）

剪切位移
DL=20n-R
(0.01mm)
剪应力

(KPa)
4
11.0
69.0
27.06
4
22.1
57.9
54.37
8
15.0
145.0
36.90
8
29.7
130.3
73.06
12
20.0
220.0
49.20
12
36.5
203.5
89.79
16
23.5
296.5
57.81
16
42.8
277.2
105.29
20
25.0
375.0
61.50
20
47.9
352.1
117.83
24
26.5
453.5
65.19

垂直压力：300kpa
垂直压力：400kpa
手轮转数n
量力环百分表读数R（0.01mm）
剪切位移
DL=20n-R
(0.01mm)
剪应力
(KPa)
手轮转数n
量力环百分表读数R（0.01mm）

剪切位移
DL=20n-R
(0.01mm)
剪应力

(KPa)
4
31.2
48.8
76.75
4
36.5
43.5
89.79
8
44.3
115.7
108.98
8
51.3
108.7
12.620
12
59.1
180.9
145.39
12
63.5
176.5
156.21
16
68.5
251.5
168.51
16
73.8
246.2
181.55
20
74.0
326.0
182.04
20
83.0
317.0
204.18
24
78.5
401.5
193.11
24
92.2
387.8
226.81

图一 剪应力与剪切变形关系曲线

实验分工：
张明负责抗剪强度试验的物品准备，实验操作，跟踪计时，撰写实验报告的实验目的、实验原理、实验设备、实验步骤部分以及数据的校核。并整合三份实验报告以及排版。
张小浩负责抗剪强度试验的物品准备，实验操作，读数，以及实验报告的实验计算原理、计算步骤、数据处理、实验总结等部分。
王然负责侧限压缩试验的装取土样，跟踪读数，撰写实验报告仪器设备、实验步骤、绘制图形和总结部分。
林元俊负责侧限压缩试验的装土样称重，跟踪读数、撰写实验报告的目的、原理和数据计算部分。
赵丹负责稠度实验的实验测试、数据整理以及绘制图像和报告校核。
阴悦负责稠度实验的数据记录，数据计算，称重烘干和实验报告主体的撰写。
赵毛兵、朱先智负责实验滤纸的剪切，以及实验结束实验台的打扫。