土力学实验 教案 内蒙古科技大学 建筑与土木工程学院 试验指导人：
土力学实验 教 案 内蒙古科技大学 建筑与土木工程学院 试验指导人：
前言 《士力学与基础工程》是实践性很强的一门课程，土工试验是本课程的重要 实践环节，但是在土力学试验的教学过程中，由于各个试验的连贯性不是很强 学生对各个试验原理和操作过程掌握不好，对试验目的及在实际工程中的应用就 更不清楚，所以，为了巩固学生对理论知识的掌握，帮助学生把理论应用到实际 工程中去，提高教学质量安排了该综合性试验，要求学生掌握试验原理和操作过 程，使学生知道为什么要做这些试验，试验参数在工程设计和施工中如何应用， 更加注重了实践知识的学习，有助于培养学生的动手能力和分析问题的能力就能 更好地为工程建设服务
前 言 《土力学与基础工程》是实践性很强的一门课程，土工试验是本课程的重要 实践环节，但是在土力学试验的教学过程中，由于各个试验的连贯性不是很强， 学生对各个试验原理和操作过程掌握不好，对试验目的及在实际工程中的应用就 更不清楚，所以，为了巩固学生对理论知识的掌握，帮助学生把理论应用到实际 工程中去，提高教学质量安排了该综合性试验，要求学生掌握试验原理和操作过 程，使学生知道为什么要做这些试验，试验参数在工程设计和施工中如何应用， 更加注重了实践知识的学习，有助于培养学生的动手能力和分析问题的能力就能 更好地为工程建设服务
试样制备及饱和 一、概述 试样的制备是获得正确的试验成果的前提，为保证试验成果的可靠性以及试验数据的可 比性，应具备一个统一的试样制备方法和程序 试样的制备可分为原状土的试样制备和扰动土的试样制备。对于原状士的试样制备主要 包括土样的开启、描述、切取等程序：而扰动士的制备程序则主要包括风干、碾散、过筛、 分样和贮存等预备程序以及击实等制备程序，这些程序步骤的正确与否，都会直接影响到试 验成果的可靠性，因此，试样的制备是土工试验工作的首要质量要素。 二、仪器设备 试样制备所需的主要仪器设备，包括！ (1)孔径0.5mm、2mm和5mm的细筛 (2)孔径0.075mm的洗筛： (3)称量10kg、最小分度值5g的台秤 (4)称量5000g、最小分度值1g和称量200g、最小分度值0.01g的天平： (5)不锈钢环刀（内径61.8mm、高20mm:内径79.8mm、高20mm或内径61.8mm、 高40mm): (6)击样器：包括活塞、导筒和环刀： (7)其他：切土刀、钢丝锯、碎土工具、烘箱、保湿器、喷水设备、凡士林等。 三、试样制备 (一)原状土试样的制备步骤 1、将土样筒按标明的上下方向放置，剥去蜡封和胶带，开启土样筒取土样。 2、检查士样结构，若土样已扰动，则不应作为制备力学性质试验的试样。 3、根据试验要求确定环刀尺寸，并在环刀内壁涂一薄层凡士林，然后刃口向下放在土 样上，将环刀垂直下压，同时用切士刀沿环刀外侧切削士样，边压边削直至土样高出环刀 制样时不得扰动土样。 4、采用钢丝锯或切土刀平整环刀两端土样，然后擦净环刀外壁，称环刀和土的总质量。 5、切削试样时，应对土样的层次、气味、颜色、夹杂物、裂缝和均匀性进行描述。 6、从切削的余土中取代表性试样，供测定含水率以及颗粒分析、界限含水率等试验之 用。 7、原状土同一组试样间密度的允许差值不得大于0.03gcm,含水率差值不宜大于2%。 (二)扰动士试样的制备步骤 1、扰动土试样的备样步骤 (I)将土样从土样筒或包装袋中取出，对土样的颜色、气味、夹杂物和土类及均匀稻 度进行描述，并将土样切成碎块，拌和均匀，取代表性土样定含水率。 (2)先将土样风干或烘干，然后将风干或烘干土样放在橡皮板上用木碾碾散，对不含 砂和砾的士样，可用碎土器碾散，但在使用碎土器时应注意不得将土粒破碎。 (3)将分散后的土样根据试验要求过筛。对于物理性试验土样，如液限、塑限等试验， 过0.5mm筛：对于力学性试验土样，过2mm筛：对于击实试验土样，过5mm筛。对于含 细粒土的酥质土，应先用水浸泡并充分搅拌，使粗细颗粒分离后，再按不同试验项目的要求
试样制备及饱和 一、概述 试样的制备是获得正确的试验成果的前提，为保证试验成果的可靠性以及试验数据的可 比性，应具备一个统一的试样制备方法和程序。 试样的制备可分为原状土的试样制备和扰动土的试样制备。对于原状土的试样制备主要 包括土样的开启、描述、切取等程序；而扰动土的制备程序则主要包括风干、碾散、过筛、 分样和贮存等预备程序以及击实等制备程序，这些程序步骤的正确与否，都会直接影响到试 验成果的可靠性，因此，试样的制备是土工试验工作的首要质量要素。 二、仪器设备 试样制备所需的主要仪器设备，包括： （1）孔径 0.5mm、2mm 和 5mm 的细筛； （2）孔径 0.075mm 的洗筛； （3）称量 10kg、最小分度值 5g 的台秤； （4）称量 5000g、最小分度值 1g 和称量 200g、最小分度值 0.01g 的天平； （5）不锈钢环刀（内径 61.8mm、高 20mm；内径 79.8mm、高 20mm 或内径 61.8mm、 高 40mm）； （6）击样器：包括活塞、导筒和环刀； （7）其他：切土刀、钢丝锯、碎土工具、烘箱、保湿器、喷水设备、凡士林等。 三、试样制备 （一）原状土试样的制备步骤 1、将土样筒按标明的上下方向放置，剥去蜡封和胶带，开启土样筒取土样。 2、检查土样结构，若土样已扰动，则不应作为制备力学性质试验的试样。 3、根据试验要求确定环刀尺寸，并在环刀内壁涂一薄层凡士林，然后刃口向下放在土 样上，将环刀垂直下压，同时用切土刀沿环刀外侧切削土样，边压边削直至土样高出环刀， 制样时不得扰动土样。 4、采用钢丝锯或切土刀平整环刀两端土样，然后擦净环刀外壁，称环刀和土的总质量。 5、切削试样时，应对土样的层次、气味、颜色、夹杂物、裂缝和均匀性进行描述。 6、从切削的余土中取代表性试样，供测定含水率以及颗粒分析、界限含水率等试验之 用。 7、原状土同一组试样间密度的允许差值不得大于 0.03g/cm3，含水率差值不宜大于 2%。 （二）扰动土试样的制备步骤 1、扰动土试样的备样步骤 （1）将土样从土样筒或包装袋中取出，对土样的颜色、气味、夹杂物和土类及均匀程 度进行描述，并将土样切成碎块，拌和均匀，取代表性土样测定含水率。 （2）先将土样风干或烘干，然后将风干或烘干土样放在橡皮板上用木碾碾散，对不含 砂和砾的土样，可用碎土器碾散，但在使用碎土器时应注意不得将土粒破碎。 （3）将分散后的土样根据试验要求过筛。对于物理性试验土样，如液限、塑限等试验， 过 0.5mm 筛；对于力学性试验土样，过 2mm 筛；对于击实试验土样，过 5mm 筛。对于含 细粒土的砾质土，应先用水浸泡并充分搅拌，使粗细颗粒分离后，再按不同试验项目的要求
进行过筛。 2、扰动士试样的制样步骤 (1)试样制备的数量视试验需要而定，一般应多制备12个试样以备用。 (2)将碾散的风干土样通过孔径2mm或5mm的筛，取筛下足够试验用的土样，充分 拌匀，并测定风干含水率，然后装入保湿缸或塑料袋内备用。 (3)根据环刀容积及所要求的干密度，按式(11)计算试样制备所需的风干土质量： m。=0+0.01)pa' 式中 m,一制备试样所需的风干含水率时的土样质量(g: ”0一风干含水率(%)： Pa一试样所要求的干密度（gcm3): V一试样体积(cm3)。 (4)根据试样所要求的含水率，按式(1-2)计算制备试样所需的加水量： mo m.=1+001m×0.01(w-w) (1-2) 式中m:一制备试样所需要的加水量(g): 州一试样所要求的含水率(%) (5)称取过筛的风干土样平铺于塘瓷盘内，根据式(1-2)计算得到的加水量，用量筒 量取，并将水均匀喷洒于土样上，充分拌匀后装入盛土容器内盖紧，润湿一昼夜。 (6)测定润湿土样不同位置处的含水率，不应少于两点，一组试样的含水量与要求的 含水量之差不得大于士1%。 (7)扰动士试样的制备，可采用击样法、压样法和击实法 击样法 将根据环刀容积和要求干密度所需质量的湿土，倒入装有环刀的击样器内，击实到所需 密度，然后取出环刀 压样法 将根据环刀容积和要求干密度所需质量的湿土，倒入装有环刀的压样器内，采用静压力 通过活塞将土样压紧到的所需密度，然后取出环刀。 击实法 买用 实仪，将土样击实到所需的密度，用推土器推出，然后将环刀内壁涂一薄层凡士 林，刃口向下放在土样上，将环刀垂直向下压，边压边削，直至土样伸出环刀为止，削去两 端余土并修平。 (8)擦净环刀外壁，称环刀和试样总质量，准确至0.1g,同一组试样的密度与要求的 密度之差不得大于±0.01g/cm3. (9)对不需要饱和，且不立即进行试验的试样，应存放在保湿器内备用。 四、试样饱和 土的孔隙逐渐被水填充的过程称为饱和，当土中孔隙全部被水充满时，该土则称为饱和 土。 根据土样的透水性能，试样的饱和可分别采用浸水饱和法、毛细管饱和法和真空抽气饱
进行过筛。 2、扰动土试样的制样步骤 （1）试样制备的数量视试验需要而定，一般应多制备 1~2 个试样以备用。 （2）将碾散的风干土样通过孔径 2mm 或 5mm 的筛，取筛下足够试验用的土样，充分 拌匀，并测定风干含水率，然后装入保湿缸或塑料袋内备用。 （3）根据环刀容积及所要求的干密度，按式（1-1）计算试样制备所需的风干土质量： m0 = (1+ 0.01w0 ) dV （1-1） 式中 m0 —制备试样所需的风干含水率时的土样质量（g）； w0 —风干含水率（%）； d —试样所要求的干密度（g/cm3）； V —试样体积（cm3）。 （4）根据试样所要求的含水率，按式（1-2）计算制备试样所需的加水量： 0.01( ) 1 0.01 1 0 0 0 w w w m mw − + = （1-2） 式中 mw —制备试样所需要的加水量（g）； w1—试样所要求的含水率（%）； （5）称取过筛的风干土样平铺于搪瓷盘内，根据式（1-2）计算得到的加水量，用量筒 量取，并将水均匀喷洒于土样上，充分拌匀后装入盛土容器内盖紧，润湿一昼夜。 （6）测定润湿土样不同位置处的含水率，不应少于两点，一组试样的含水量与要求的 含水量之差不得大于±1%。 （7）扰动土试样的制备，可采用击样法、压样法和击实法。 击样法 将根据环刀容积和要求干密度所需质量的湿土，倒入装有环刀的击样器内，击实到所需 密度，然后取出环刀。 压样法 将根据环刀容积和要求干密度所需质量的湿土，倒入装有环刀的压样器内，采用静压力 通过活塞将土样压紧到的所需密度，然后取出环刀。 击实法 采用击实仪，将土样击实到所需的密度，用推土器推出，然后将环刀内壁涂一薄层凡士 林，刃口向下放在土样上，将环刀垂直向下压，边压边削，直至土样伸出环刀为止，削去两 端余土并修平。 （8）擦净环刀外壁，称环刀和试样总质量，准确至 0.1g，同一组试样的密度与要求的 密度之差不得大于±0.01g/cm3。 （9）对不需要饱和，且不立即进行试验的试样，应存放在保湿器内备用。 四、试样饱和 土的孔隙逐渐被水填充的过程称为饱和，当土中孔隙全部被水充满时，该土则称为饱和 土。 根据土样的透水性能，试样的饱和可分别采用浸水饱和法、毛细管饱和法和真空抽气饱
和法三种方法。 (1)对于粗粒土，可采用直接在仪器内对试样进行浸水饱和法的方法： (2)对于渗透系数大于10-4cm5的细粒土，可采用毛细管饱和法： (3)对于渗透系数小于、等于10-4cms的细粒土，可采用真空抽气饱和法。 (一)试样饱和步骤 1、毛细管饱和法 (1)选用框式饱和器，在装有试样的环刀上、下面分别放滤纸和透水石，装入饱和器 内，并通过框架两端的螺丝将透水石、环刀夹紧。 (2)将装好试样的饱和器放入水箱内，注入清水，水面不宜将试样淹没，以使土中气 体得以排出。 (3)关上箱盖，浸水时间不得少于两昼夜，以使试样充分饱和。 (4)试样饱和后，取出饱和器，松开螺母，取出环刀擦干外壁，取下试样上下的滤纸 称环刀和试样的总质量，准确至0.1g,并计算试样的饱和度，当饱和度低于95%时，应继 续饱和。 2、抽气饱和法 (1)选用重叠式或框式饱和器和真空饱和装置。在重叠式饱和器下夹板的正中，依次 放置透水石、滤纸、带试样的环刀、滤纸、透水石，如此顺序重复，由下向上重叠到拉杆高 度，将饱和器上夹板盖好后，拧紧拉杆上端的螺母，将各个环刀在上、下夹板间夹紧。 (2)将装有试样的饱和器放入真空缸内，真空缸和盖之间涂一薄层凡士林，并盖紧， (3)将真空缸与抽气机接通，启动抽气机，当真空压力表读数接近当地一个大气压力 值后，继续抽气不少于h,然后微开管夹，使清水由引水管徐徐注入真空缸内。在注水过 程中，微调管夹，以使真空气压力表读数基本保持不变 (4)待水淹没饱和器后，即停止抽气，开管夹使空气进入真空缸，静止一段时间，对 于细拉土，为10左右，借助大气压力，从而使试样充分饱和。 (5)打开真空红，从饱和器内取出带环刀的试样，称环刀和试样总质量，并计算试样 的饱和度，当饱和度低于95%时，应继续抽气饱和。 (a)框式 (b)叠式 图1-1饱和器 1夹板2透水板3环刀4拉杆
和法三种方法。 （1）对于粗粒土，可采用直接在仪器内对试样进行浸水饱和法的方法； （2）对于渗透系数大于 10-4cm/s 的细粒土，可采用毛细管饱和法； （3）对于渗透系数小于、等于 10-4cm/s 的细粒土，可采用真空抽气饱和法。 （一）试样饱和步骤 1、毛细管饱和法 （1）选用框式饱和器，在装有试样的环刀上、下面分别放滤纸和透水石，装入饱和器 内，并通过框架两端的螺丝将透水石、环刀夹紧。 （2）将装好试样的饱和器放入水箱内，注入清水，水面不宜将试样淹没，以使土中气 体得以排出。 （3）关上箱盖，浸水时间不得少于两昼夜，以使试样充分饱和。 （4）试样饱和后，取出饱和器，松开螺母，取出环刀擦干外壁，取下试样上下的滤纸， 称环刀和试样的总质量，准确至 0.1g，并计算试样的饱和度，当饱和度低于 95%时，应继 续饱和。 2、抽气饱和法 （1）选用重叠式或框式饱和器和真空饱和装置。在重叠式饱和器下夹板的正中，依次 放置透水石、滤纸、带试样的环刀、滤纸、透水石，如此顺序重复，由下向上重叠到拉杆高 度，将饱和器上夹板盖好后，拧紧拉杆上端的螺母，将各个环刀在上、下夹板间夹紧。 （2）将装有试样的饱和器放入真空缸内，真空缸和盖之间涂一薄层凡士林，并盖紧。 （3）将真空缸与抽气机接通，启动抽气机，当真空压力表读数接近当地一个大气压力 值后，继续抽气不少于 1h，然后微开管夹，使清水由引水管徐徐注入真空缸内。在注水过 程中，微调管夹，以使真空气压力表读数基本保持不变。 （4）待水淹没饱和器后，即停止抽气，开管夹使空气进入真空缸，静止一段时间，对 于细粒土，为 10h 左右，借助大气压力，从而使试样充分饱和。 （5）打开真空缸，从饱和器内取出带环刀的试样，称环刀和试样总质量，并计算试样 的饱和度，当饱和度低于 95%时，应继续抽气饱和。 （a）框式 （b）叠式 图 1-1 饱和器 1-夹板 2 -透水板 3-环刀 4-拉杆