大连理工大学：建设工程学部土木水利实验教学中心《土力学》课程教学资源（实验讲义）土力学实验指导书（2012版）

土力学实骏指导书 郭莹唐洪祥编 大连理工大学土木水利奥验教学中心 2012年10月

土力学实验指导书 郭 莹 唐洪祥 编 大连理工大学土木水利实验教学中心 2012 年 10 月

前言 大连理工大学土木水利学院针对土木水利学院各个专业开设的68学时“土力学“理论 课程中设置有12个学时的试验课程学时，目前分别进行液、塑限联合测定试验、压缩试 验、直剪试验和三轴演示试验。该试验课程需要配套的试验指导书。 另外，为了满足试验教学改革的需要，有必要在试验课程中设置一定学时、能够在更 多种试验项目中选择的试验课程内容和试验项目，也需要配套的、全面的试验指导书，不 仅有利于学生在理论课基础上掌握更详细的土工试验技术，也有利于学生课外预习。目前 广泛开展的大学生创新试验计划项目，要求学生掌握基础试验方法，为了满足多种类型大 学生创新试验计划项目进行试验创新研究的需要，也需要更加详细而全面的各种试验项目 指导书。 为了满足上述试验教学改革的需要，特编制“土力学试验指导书”。鉴于不同专业土工 试验依据的规程存在相当大的差异，而“土力学“课程面向土木、水利所有专业学生而开设， 因此，本试验指导书主要依据国家标准《土工试验方法标准》GB/T50123一1999，及中华 人民共和国行业标准《土工实验规程》SL237一1999编制而成。为了显示本试验指导书的 权威性，也便于回溯、查找，本指导书的试验过程编号依然保持与“土工试验方法标准”及 “土工实验规程”一致。为了方便阅读，将原标准中附录表编在各章之中：标准中有些错 误进行更正后加了“编者注”。为了保持与理论课程的有机联系，为了使学生更好地理解、 掌握每一种试验项目，在每一个试验项目之前，添加了试验项目的基本地位与基本概念， 便于学生学习、参考。 为了满足试验教学和理论教学的需求，试验指导书详细汇编了标准中与本科教学直接 相关的试验项目共7个，包括了详细试验设备、试验方法和试验过程。本书所列试验项目 全部包含在“土力学理论课程教学内容之中，详细实验原理请参照《土力学》教材。 本试验指导书由郭莹、唐洪祥编制。 感谢大连理工大学教务处和士木水利学院的大力支持与帮助，感谢岩土工程研究所的 支持与帮助。感谢研究生王跃新和王超在指导书编制过程中的协助。 敬请提出宝贵意见。 编者 2012年10月

-2- 前 言 大连理工大学土木水利学院针对土木水利学院各个专业开设的 68 学时“土力学”理论 课程中设置有 12 个学时的试验课程学时，目前分别进行液、塑限联合测定试验、压缩试 验、直剪试验和三轴演示试验。该试验课程需要配套的试验指导书。 另外，为了满足试验教学改革的需要，有必要在试验课程中设置一定学时、能够在更 多种试验项目中选择的试验课程内容和试验项目，也需要配套的、全面的试验指导书，不 仅有利于学生在理论课基础上掌握更详细的土工试验技术，也有利于学生课外预习。目前 广泛开展的大学生创新试验计划项目，要求学生掌握基础试验方法，为了满足多种类型大 学生创新试验计划项目进行试验创新研究的需要，也需要更加详细而全面的各种试验项目 指导书。 为了满足上述试验教学改革的需要，特编制“土力学试验指导书”。鉴于不同专业土工 试验依据的规程存在相当大的差异，而“土力学”课程面向土木、水利所有专业学生而开设， 因此，本试验指导书主要依据国家标准《土工试验方法标准》GB/T 50123—1999，及中华 人民共和国行业标准《土工实验规程》SL 237—1999 编制而成。为了显示本试验指导书的 权威性，也便于回溯、查找，本指导书的试验过程编号依然保持与“土工试验方法标准”及 “土工实验规程”一致。为了方便阅读，将原标准中附录表编在各章之中；标准中有些错 误进行更正后加了“编者注”。为了保持与理论课程的有机联系，为了使学生更好地理解、 掌握每一种试验项目，在每一个试验项目之前，添加了试验项目的基本地位与基本概念， 便于学生学习、参考。 为了满足试验教学和理论教学的需求，试验指导书详细汇编了标准中与本科教学直接 相关的试验项目共 7 个，包括了详细试验设备、试验方法和试验过程。本书所列试验项目 全部包含在“土力学”理论课程教学内容之中，详细实验原理请参照《土力学》教材。 本试验指导书由郭莹、唐洪祥编制。 感谢大连理工大学教务处和土木水利学院的大力支持与帮助，感谢岩土工程研究所的 支持与帮助。感谢研究生王跃新和王超在指导书编制过程中的协助。 敬请提出宝贵意见。 编者 2012 年 10 月

目 录 第一章含水率试验. 第二章密度试验 第三章界限含水率试验 .5 第四章固结试验… 8 第五章三轴压缩试验。1仍 第六章直接剪切试验 …27 第七章无粘性土休止角实验 .31 参考文献。 .33 3

-3- 目 录 第一章 含水率试验..................................................................................................................... 1 第二章 密度试验......................................................................................................................... 3 第三章 界限含水率试验............................................................................................................. 5 第四章 固结试验......................................................................................................................... 8 第五章 三轴压缩试验............................................................................................................... 13 第六章 直接剪切试验............................................................................................................... 27 第七章 无粘性土休止角实验................................................................................................... 31 参考文献..................................................................................................................................... 33 I

第一章含水率试验 “土力学”课程中在“土的物理性质和工程分类”一章中“土的物理性质指标” 节涉及这部分内容，含水率是土体的基本试验指标之一，该指标只能通过试验测定。与士 粒比重、天然密度合称为土的直接试验指标，是确定土的其他物理指标的重要基础试验指 标。在界限含水率试验中也需要利用该方法测定土体在不同条件下的含水率。 含水率的定义是土中水的含量与土粒质量的比值，常以百分数表示。是描述土体的干 湿和软硬物理性质的指标 含水率试验有多种试验方法，这里采用的是烘干法。 关于含水率试验在“土工试验方法标准”4中做出详细规定。摘录如下。 4含水率试验 4.0.1本试验方法适用于粗粒土、细粒土、有机质土和冻土。 4.0.2本试验所用的主要仪器设备，应符合下列规定： 1电热烘箱：应能控制温度为105~110℃。 2天平：称量200g,最小分度值0.01g:称量1000g,最小分度值0.1g。 4.0.3含水率试验，应按下列步骤进行： 1取具有代表性试样15~30g或用环刀中的试样，有机质土、砂类土和整体状构造冻 土为50g,放入称量盒内，盖上盒盖，称盒加湿土质量，准确至0.01g 2打开盒盖，将盒置于烘箱内，在105~110℃恒温下烘至恒量。烘干时间对粘土、 粉土不得少于8h,对砂土不得少于6，对含有机质超过干土质量5%的土，应将温度控制 在65~70℃的恒温下烘至恒重。 3将称量盒从烘箱中取出，盖上盒盖，放入干燥容器内冷却至室温，称盒加干土质量， 准确至0.01g。 4.0.4试样的含水率，应按下式计算，准确至01% =-1x10 (4.0.4) m 式中m一干土质量(g): 一湿土质量(g)。 4.0.5对层状和网状构造的冻土含水率试验应按下列步骤进行：用四分法切取200~500g 试样（视冻土结构均匀程度而定，结构均匀少取，反之多取）放入塘瓷盘中，称盘和试样 质量，准确至0.1g。 待冻土试样融化后，调成均匀糊状（土太湿时，多余的水分让其自然蒸发或用吸球吸 出，但不得将土粒带出：土太干时，可适当加水)，称土糊和盘质量，准确至0.g。从糊 -1-

-1- 第一章 含水率试验 “土力学”课程中在“土的物理性质和工程分类”一章中“土的物理性质指标”一 节涉及这部分内容，含水率是土体的基本试验指标之一，该指标只能通过试验测定。与土 粒比重、天然密度合称为土的直接试验指标，是确定土的其他物理指标的重要基础试验指 标。在界限含水率试验中也需要利用该方法测定土体在不同条件下的含水率。 含水率的定义是土中水的含量与土粒质量的比值，常以百分数表示。是描述土体的干 湿和软硬物理性质的指标。 含水率试验有多种试验方法，这里采用的是烘干法。 关于含水率试验在“土工试验方法标准”4 中做出详细规定。摘录如下。 4 含水率试验 4.0.1 本试验方法适用于粗粒土、细粒土、有机质土和冻土。 4.0.2 本试验所用的主要仪器设备，应符合下列规定： 1 电热烘箱：应能控制温度为 105～110o C。 2 天平：称量 200g，最小分度值 0.01g；称量 1000g，最小分度值 0.1g。 4.0.3 含水率试验，应按下列步骤进行： 1 取具有代表性试样 15～30g 或用环刀中的试样，有机质土、砂类土和整体状构造冻 土为 50g，放入称量盒内，盖上盒盖，称盒加湿土质量，准确至 0.01g。 2 打开盒盖，将盒置于烘箱内，在 105～110o C 恒温下烘至恒量。烘干时间对粘土、 粉土不得少于 8h，对砂土不得少于 6h，对含有机质超过干土质量 5%的土，应将温度控制 在 65～70o C 的恒温下烘至恒重。 3 将称量盒从烘箱中取出，盖上盒盖，放入干燥容器内冷却至室温，称盒加干土质量， 准确至 0.01g。 4.0.4 试样的含水率，应按下式计算，准确至 0.1%。 0 0 d 1 100 m w m   = −×     （4.0.4） 式中 md——干土质量（g）； m0——湿土质量（g）。 4.0.5 对层状和网状构造的冻土含水率试验应按下列步骤进行：用四分法切取 200～500g 试样（视冻土结构均匀程度而定，结构均匀少取，反之多取）放入搪瓷盘中，称盘和试样 质量，准确至 0.1g。 待冻土试样融化后，调成均匀糊状（土太湿时，多余的水分让其自然蒸发或用吸球吸 出，但不得将土粒带出；土太干时，可适当加水），称土糊和盘质量，准确至 0.1g。从糊

状土中取样测定含水率，其试验步骤和计算按本标准第4.0.3、4.0.4条进行。 4.0.6层状和网状冻土的含水率，应按下式计算，准确至0.1%。 w= 41+0.01w,)-1x100 (4.0.6) m2 式中一含水率(%)： m11 冻土试样质量(g): -糊状试样质量(g): 一糊状试样的含水率(%)。 4.0.7本试验必须对两个试样进行平行测定，测定的差值：当含水率小于40%时为1%：当 含水率等于、大于40%时为2%。取两个测值的平均值，以百分数表示。 4.0.8含水率试验的记录格式如表4.0.8所示。 表4.0.8含水事试验记录 工程名称 试验者 工程编号 计算者 试验日期 校核者」 盒质量 盒加湿十 盒加干土 湿土质量 干土质量 含水率平均含水 试样编号 (g 质量(g) 质量(g %)

-2- 状土中取样测定含水率，其试验步骤和计算按本标准第 4.0.3、4.0.4 条进行。 4.0.6 层状和网状冻土的含水率，应按下式计算，准确至 0.1%。 ( ) 1 h 2 1 0.01 1 100 m w w m   = + −×     （4.0.6） 式中 w——含水率（%）； m1——冻土试样质量（g）； m2——糊状试样质量（g）； wh——糊状试样的含水率（%）。 4.0.7 本试验必须对两个试样进行平行测定，测定的差值：当含水率小于 40%时为 1%；当 含水率等于、大于 40%时为 2%。取两个测值的平均值，以百分数表示。 4.0.8 含水率试验的记录格式如表 4.0.8 所示。 表 4.0.8 含水率试验记录 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 盒号 盒质量 (g) 盒加湿土 质量(g) 盒加干土 质量(g) 湿土质量 (g) 干土质量 (g) 含水率 (%) 平均含水 率(%)